Тестер емкости батареек на базе Arduino

На сегодняшний день на прилавках магазинов можно увидеть огромное количество видов батареек типоразмеров AA и AAA от разных производителей. При таком ассортименте ни на одной батарейке покупатель не найдет информации о том, какое количество энергии она способна отдать. Вместо этого, на каждой из них красуется надпись типа Плюс, Super, Ultra и пр., при этом цены на них очень разные. Многие люди, при покупках в магазинах, сравнивают товары по соотношению цена-киллограм или цена-литр. В случае с батарейками такого критерия нет. Поэтому автор решил, что настало время экспериментов, и сконструировал тестер емкости батареек, который позволил сравнить их по одному из важных параметров.

Идея была очень простой: необходима была схема, которая полностью разряжала бы батарейку, и при этом измеряла количество энергии, которую она производит, в Джоулях и в Ватт-часах. Наличие платы Arduino и модуля ЖК индикатора позволило создать отдельное компактное устройство. После сборки первого варианта, были добавлены дополнительные функции: измерение окружающей температуры во время тестирования и использование USB интерфейса для передачи данных в терминальную программу для дальнейшего анализа. Введение датчика окружающей температуры обусловлено зависимостью емкости батарейки от температуры.

Следует отметить, что эта конструкция не является профессиональным измерительным прибором и может использоваться для относительного сравнения различных батарей по важным параметрам с использованием одинаковой нагрузки.

Схема устройства достаточно проста, т.к. основана на платформе Arduino UNO SMD. Принципиальная схема платформы Arduino UNO показана на Рисунке 2. На схеме изображен микроконтроллер Atmel ATmega8, автор использовал вариант платы с микроконтроллером ATmega328, но конфигурация выводов и подключение в схеме для этих микроконтроллеров идентичны.

К плате Arduino подключается модуль 2-строчного ЖК индикатора, цифровой датчик температуры DS18B20 и держатель батареи с нагрузочным резистором (Рисунок 3).

Схема работает следующим образом: при установке тестируемой батарейки в держатель, микроконтроллер измеряет напряжение на постоянной нагрузке каждую секунду, до тех пор, пока напряжение не упадет ниже уровня 0.2 В. Для упрощения схемы использовалась резистивная нагрузка 5.5 Ом, образованная четырьмя включенными параллельно резисторами номиналом 22 Ом (оптимальным было бы включение одного мощного резистора номиналом 4.0 Ом).

Плата Arduino питается от интерфейса USB или от внешнего источника питания, к тестируемой батарейке подключен только нагрузочный резистор.

Тестер смонтирован в подходящий корпус, в котором размещается плата Arduino, модуль ЖК индикатора и плата на которой установлены внешние компоненты (датчик температуры, резистор регулировки контрастности индикатора, нагрузочные резисторы).

Работа с тестером

После подачи питания и инициализации, тестер ожидает установки тетсируемой батарейки в держатель, о чем свидетельствует сообщение на экране индикатора. После установки батарейки на испытания начнется цикл измерений напряжения и температуры один раз в секунду. На экране индикатора будут отображаться результаты: совокупная энергия в Джоулях и Ватт-часах, напряжение на батарейке, температура окружающего воздуха и время тестирования. Эти же данные отправляются один раз в секунду по USB интерфейсу в терминальную программу, чтобы их можно было сохранить и проанализировать.

При достижении напряжения батарейки уровня 0.2 В тестирование прекращается и на экране индикатора отображаются конечные результаты.

Результаты тестирования батареек различных производителей

Автор, для тестирования, использовал 10 щелочных батареек различных брэндов. Каждая была протестирована с целью вычисления ее емкости.

На графике ниже изображено изменение напряжения разных батареек, при подключенной постоянной нагрузке.

В основном для теста в магазинах приобретались батарейки в комплекте из 4 шт., поэтому интерес представляет соотношение стоимости батарейки и ее емкости.

Теперь сравним полученные результаты тестирования батареек с точки зрения цены за Ватт-час (на этот параметр следует ориентироваться при выборе батареек в магазине). Очевидно, чем меньше тем лучше.

По диаграмме видно, что оптимальным выбором являются батарейки RS Power Ultra, самые худшие результаты у Panasonic Evolta и Duracell Ultra Power.

Ссылки

1. На английском языке: Measuring Battery Capacity With an Arduino