充電電池容量自動(dòng)測試儀

　　電池容量是衡量電池質(zhì)量的重要指標。充電電池的容量測試有很多的方法?？梢砸罁姵氐姆烹娗€(xiàn)，進(jìn)行短時(shí)間放電，從而粗略得出電池容量。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是快速，但是充電電池的放電曲線(xiàn)并不具有普遍性，很多劣質(zhì)電池放電初期電壓也很平穩，一旦進(jìn)入中后期，電壓下降非常迅速，所以采用這種方法得出的結論將非常不準確的。最可靠最準確無(wú)誤的還是以標準電流放電，全程測量實(shí)際放電時(shí)間的方式。不同的放電電流，充電電池最終能夠釋放出的電量是不同的，有一定的差距。蓄電池的容量標注都是有統一標準的。目前使用最多的是10小時(shí)率放電容量與20小時(shí)率放電容量?jì)煞N。10小時(shí)率放電容量就是電池以恒定電流放電，至電量耗盡放電時(shí)間能夠維持10個(gè)小時(shí)左右，這個(gè)電流就被稱(chēng)作10小時(shí)率電流（衡量電量用盡的標準，不能以電池放電端電壓降低到零為準。電池過(guò)度放電，會(huì )導致電池容量減少，無(wú)法恢復，乃至提早損壞、完全失效。所以每種電池放電終止電壓都有嚴格的規定，這個(gè)可以查閱相關(guān)資料。過(guò)度放電與過(guò)度充電是造成充電電池不能達到使用年限、提前報廢的主要原因）。實(shí)時(shí)放電的測量方法最大的缺點(diǎn)就是費時(shí)費力，因為耗時(shí)久這樣測量精度也很容易受到各種外部因素的影響。測量過(guò)程中如果用10小時(shí)率電流持續放電時(shí)間至少都要在5個(gè)小時(shí)以上，作這樣長(cháng)時(shí)間的測試更需要足夠的耐心與精力以及充裕的時(shí)間?？萍嫉陌l(fā)展是非常迅速，今天單片機已經(jīng)非常普及了。通過(guò)單片機程序控制對放電時(shí)間，深度進(jìn)行自動(dòng)化控制，就很容易精準測出電池的實(shí)際容量，實(shí)現整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)控制。模擬實(shí)際放電測量容量的方法雖然對能源有一點(diǎn)浪費，但是對于1A、2A以下的小容量充電電池還是完全可行的，對大容量電池進(jìn)行抽樣檢查也是很有必要。

　　下面介紹的電池容量測試儀采用89S51作為控制芯片，圖1就是硬件的電路原理圖。

圖1 硬件的電路原理圖

　　這個(gè)電池容量測試儀由放電電路、單片機控制計時(shí)兩個(gè)完全獨立部分組合而成。單片機部分制作費時(shí)費力，而且市面上單片機已很普及，沒(méi)必要親手制作，隨便找一片51單片機實(shí)驗板就可以了。放電電路則是比較簡(jiǎn)單的，僅由四五只元件構成。單片機部分主要負責對放電時(shí)間計時(shí)，最終得到一組可靠的數據，用于電池性能的考量。

　　這種放電電路的實(shí)質(zhì)就是一模擬可控硅。當我們將待測電池接入電路相應位置時(shí)，點(diǎn)按啟動(dòng)鍵，如果電池尚有余量，則電池兩端放電電壓將維持在設定值以上，三極管VT1就會(huì )瞬間飽和，電池通過(guò)電阻R2進(jìn)行放電。這種電路有可靠精確陡峭的開(kāi)關(guān)特性，VT1絕對工作于飽和截止兩種狀態(tài)之下。通過(guò)可調電阻對開(kāi)關(guān)電路臨界值（即充電電池放電終止電壓）進(jìn)行調節設定，便可適應于各種不同類(lèi)型充電電池的全程保護放電。由于個(gè)人的應用不需要非常精準的測試結果，所以實(shí)際測試中電池模擬放電原則上還是以快些為好，只需要得到一個(gè)大致的電池容量。為了較快完成電池測試過(guò)程，這里的電路設計采用兩小時(shí)率電流進(jìn)行放電。通過(guò)對各種電池測量結果的橫向比較，容量的差異還是顯而易見(jiàn)的，以此作為衡量電池優(yōu)劣的標準，就已經(jīng)足夠了。這里以1000mAH、1.2V規格鎳氫電池測試為例，放電電流500mA就需要采用2Ω的放電電阻，電池終止放電電壓應控制在1V以上。放電終止電壓通過(guò)可調電阻R1來(lái)調節設定。普通可調電阻精度較差，且容易產(chǎn)生漂移，會(huì )導致設定好的終止電壓隨時(shí)間推移以及使用環(huán)境變化產(chǎn)生較大的波動(dòng)。為了保證放電終止電壓的精準且易于設定，R1可以使用3296系列精密可調電位器。3296多圈可調精密電位器的可調范圍一般在50T,所以每圈的調節范圍為2%,每轉動(dòng)一度，阻值變化大約0.005%,所以很容易調節獲得一個(gè)精確、穩定的阻值。

　　終止電壓的設定必須在實(shí)際放電過(guò)程中進(jìn)行，負載電阻R2阻值變動(dòng)，已經(jīng)設定的終止電壓也會(huì )隨之改變，需要重新設置。具體的調試方法就不再詳述了，參考一下相關(guān)資料。

　　這個(gè)放電電路不需要單獨的工作電源，而且與電池種類(lèi)沒(méi)有相關(guān)性，完全可以適應鎘鎳、鎳氫、鋰電池、鉛酸電池各種類(lèi)型蓄電池的保護性放電，只是需要根據電池類(lèi)型以及容量大小重新設置電路的終止電壓及放電電流。如果電池容量相對較高，那么三極管VT1、VT2的耗散功率也要相應加大一些，同時(shí)不要忘了加大負載電阻R2的功率。

　　圖2是放電電路的印刷電路圖，元件數量少，很容易制作。

圖2 印刷電路圖

　　各種電池兩小時(shí)率電流放電能夠維持的放電時(shí)間一般都是在1.5小時(shí)以下的。這里單片機計時(shí)系統使用秒計時(shí)，4位LED數碼管顯示。最大計時(shí)時(shí)間9999秒，大約2.7小時(shí)。

　　圖1單只LED數碼管內部都是由8只發(fā)光管組合而成，分別作為8的7段字型部分，以及一位小數點(diǎn)。這里使用的是共陽(yáng)極數碼管，內部8只發(fā)光管的陽(yáng)極是并連共同引出的，作為使能控制。

　　在實(shí)際電路中，L1就是第一只數碼管的共陽(yáng)極端。單片機的輸出、輸入接口數量都很有限，所以4位LED數碼管驅動(dòng)都是使用動(dòng)態(tài)顯示的方式。4只獨立數碼管LED的內部a、b、c、d、e、f、g、dp這8段發(fā)光管相對應的陰極都是并連的。統一由單片機P0口8位輸出進(jìn)行驅動(dòng)。數碼管要顯示出數碼還必須在共陽(yáng)極端同時(shí)施加正電壓才行。所以要讓4位中某一數碼管進(jìn)行顯示，只要在P0口輸出字型碼的同時(shí)，給這位數碼管共陽(yáng)極端加上正電壓就行了，當然與此同時(shí)其他三位數碼管的共陽(yáng)極端要保持低電壓，才不致顯示出現混亂。數碼管共陽(yáng)極端驅動(dòng)電流較大，所以采用了三極管進(jìn)行控制。以第一只數碼管為例，在P0端口輸出字型碼的同時(shí)，P37輸出低電平，三極管T4導通，則共陽(yáng)極端L1就得到高電平了，數字就會(huì )顯示在第一只數碼管上了。

　　程序設計是以單片機P37口作為計時(shí)控制端子，P37口輸入低電平，計時(shí)程序啟動(dòng)，4只數碼管顯示時(shí)間。放電電路中按下啟動(dòng)按鍵，放電過(guò)程觸發(fā)，VT1導通，電池端電壓降落到放電電阻R2兩端，A端對地為高電平，通過(guò)電阻R4迫使三極管VT3導通，P37口電平就被拉低了，單片機計時(shí)程序啟動(dòng)。電池電壓降到終止電壓以后，放電電路自動(dòng)關(guān)閉，A端電壓消失，VT3恢復截止狀態(tài)，計時(shí)程序停止，數碼管維持顯示當前持續時(shí)間。

　　如要進(jìn)入下次測試，首先按動(dòng)單片機復位鍵，當前計時(shí)清零，等待下一次測試開(kāi)始。

　　程序設計比較簡(jiǎn)單。它的大致流程如下：初始化，P3端口置位，設立常量a為時(shí)間計數器，依次對a的十進(jìn)制數值各位進(jìn)行提取，順序輸送到P0端口，P2端口中的P24、P25、P26、P27各位是依次作為四位數碼管的使能控制端，通過(guò)P2端口的配合，就可以完成對各位數碼管的驅動(dòng)，時(shí)間的動(dòng)態(tài)顯示。程序進(jìn)行中要不斷地檢測P3端口數值以決定計時(shí)狀態(tài)：如果電池處于放電過(guò)程之中，三極管VT3導通，將迫使P37端口電壓降到零，P3端口值就是127,單片機程序檢測到這一結果，時(shí)間常量a將自動(dòng)加1,指示期間放電時(shí)間已經(jīng)延續1秒種了。這1秒鐘的時(shí)間精確計算是比較麻煩的。計時(shí)程序是一個(gè)循環(huán)結構，每一周期耗用時(shí)間都是一致的。所以在使用keil軟件調試過(guò)程中，通過(guò)對時(shí)間計數寄存器sec的觀(guān)察計算，可以得出一次循環(huán)大致需要的時(shí)間。以此為據再通過(guò)適當改變延時(shí)子程序循環(huán)次數將常量a計時(shí)周期控制在1秒以下，剩余微小的時(shí)間差就可以通過(guò)插補空指令來(lái)校正了。計時(shí)精度只要控制在千分之一以下就可以了。在51單片機使用11.0592MHz晶體振蕩器的情況下，指令周期大約1.085微秒，所以將計時(shí)精度控制在千分之一以下問(wèn)題不大。誤差總是會(huì )有的，只能通過(guò)精確計算來(lái)控制了，也可以通過(guò)更換更高頻率的晶體振蕩器提高單片機時(shí)鐘頻率的方法來(lái)進(jìn)一步提高計時(shí)的精度。如果放電過(guò)程中，意外原因或者人為終止放電過(guò)程，P37端口變?yōu)楦唠娖?，程序循環(huán)依舊會(huì )進(jìn)行下去，只是時(shí)間常量a停止自動(dòng)加一，時(shí)間顯示維持不變。

　　編譯后，寫(xiě)入單片機內部，做好放電電路部分與51單片機的連接，便可投入使用。

　　電池接入后，按動(dòng)輕觸按鍵"啟動(dòng)",就會(huì )進(jìn)入一次容量測試過(guò)程，期間電池取出接入，都不會(huì )影響到單片機計時(shí)。電池放電完畢，單片機數碼管顯示鎖定，給出總放電持續時(shí)間，單位為秒?？梢宰孕腥斯び嬎惴烹娦r(shí)數。當然也是可以自行對程序進(jìn)行改進(jìn)，直接以小時(shí)分鐘形式進(jìn)行顯示。只要單片機不斷電，數碼管將持續顯示當前放電時(shí)長(cháng)。如果要進(jìn)入下次測量過(guò)程，只需要按動(dòng)單片機復位鍵，數碼管清零，單片機程序轉入起點(diǎn)，你就可以進(jìn)入新一次的容量測試過(guò)程了。

　　充電電池如果較長(cháng)時(shí)間閑置，它的實(shí)際容量將受到影響，重新啟用第一次能夠釋放的容量遠遠達不到標注容量，放電電壓也很不平穩。至少要經(jīng)過(guò)三次以上的充電放電循環(huán)，電池完全激活，容量才能恢復到應有的水平。充分考慮這種因素的影響，所以容量測試一般采取多次平均的方式，或者循環(huán)充放電三次以后放電持續時(shí)間為準，以此衡量電池容量才算是恰當。

　　#include "reg51.h"

　　char

　　code disp[]={40,235,50,162,225,164,36,234,32,160};

　　//字形碼

　　void delay（unsigned int dt）

　　{ unsigned int j=0;

　　for（；dt>0;dt--）

　　{ for（j=0;j<125;j++）

　　{;}

　　}

　　}

　　void main（）

　　{ int a,b,c,led1,led2,led3,led4;

　　P3=255;

　　a=0;

　　for（；；）

　　{b=a;

　　led1=b%10;

　　P2=239;

　　P0=disp[led1];

　　delay（6）；

　　P2=255;

　　b=b/10;

　　led2=b%10;

　　P2=223;

　　P0=disp[led2];

　　delay（6）；

　　P2=255;

　　b=b/10;

　　led3=b%10;

　　P2=191;

　　P0=disp[led3];

　　delay（6）；

　　P2=255;

　　b=b/10;

　　led4=b%10;

　　P2=127;

　　P0=disp[led4];

　　delay（6）；

　　P2=255;

　　for（c=44;c>0;c--）

　　{

　　P2=239;

　　P0=disp[led1];

　　delay（5）；

　　P2=255;

　　P2=223;

　　P0=disp[led2];

　　delay（5）；

　　P2=255;

　　P2=191;

　　P0=disp[led3];

　　delay（5）；

　　P2=255;

　　P2=127;

　　P0=disp[led4];

　　delay（5）；

　　P2=255;

　　}

　　if（P3==127）

　　delay（3）；

　　if（P3==127）

　　a=a+1;

　　else a=a;

　　}

　　}