可测充电容量的座充实测汇报-所有测试和DIY完成-收工啦

gumphe

最近更新: DIY完工, 附上成品图(9楼). 仅供参考.  2010-4-5
BS9300实测容量数据出来了, 供参考.

个人起个帖子，来论坛不久， 第一次发贴哈。
测试对象是近期有所讨论的可显示充电容量的一个座充， 不多介绍。
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首先起个观点：锂离子电池的充电效率>99%
给出我自己的实测验证数据:
邦凯锂电池的循环原始数据, 电池为pack状态, 内阻92毫欧.标称容量1020mAh.
按1C 倍率进行充电和放电循环 恒压4.20V 截止电流20mA. 放电终止电压2.75V 按照18287执行的. 进行循环测试
测试设备是BS-9300 广州擎天 16通道二次电池测试仪.
其中：第2次充电容量(恒流+恒压段) 760.653+338.195=1098.848      放电容量：1092.234  充电效率=99.5%
        第200次充电容量(恒流+恒压段) 746.483+276.547=1023.03      放电容量: 1015.715  充电效率=99.2%
之所以选择第二次是避开第一次测试的残余容量影响. 说明的是新电池的情况;
200次的数据说明的是老电池的情况.
可见新老电池情况差不多, 均符合上述观点. 其他电池的循环数据也有很多， 结果一致， 不累述。

这里多说几句, 该座充采用充电容量来显示电池容量
-充电容量毕竟不能100%等于放电容量
-充电时的初始状态电池残余电量将直接影响最终显示结果是否接近电池容量
所以, 请坛子里的各位dx抱着这是一个简单粗糙低成本入门可行的容量测试小玩意的心态来看待此次测试.
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计划分3部分来进行:
一、用自制功耗计来实时校准看看其容量测量精度。
     这是一种简单有效的校准方法，基本可以用这个方法锁定该充电器的测量精度， 但是论坛里不乏严格的DX，所以第二部分继续验证。

二、用一块全新电池先严格按照标准进行一次完整的充放电获得初始容量， 在BS9300上进行， 倍率设定0.2C（接近座充倍率）
  并把这颗放光电的电池放入座充中进行一次全充测试获得充电容量。两者对比。
  因这个周期最长， 节后再放上数据。

三、简单评测一下这个座充，输出特性， 温漂情况， 最后打算打一下耐压和绝缘强度（安规测试）
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第一部分：4月2日更新完成
更换电池为一块600mAh的手机电池（带保护板）

功耗计为本人用NI的数据采集卡制作（加了高精度运放板）， 设定采样率100KHz， 采样精度16bit，阻抗100毫欧。
在最大量程设置500mA的情况下， 精度优于1%, 功耗计当作电流表串联在充电回路中。




24min截图对比，状态良好。误差不足1mAh
预计按照这个进程， 中午可以充饱。
而整个精度的关键要看其在恒压段小电流的测量精度是否够高。

充电接近1个半小时, 误差相差约6mAh了.  不到-2%


充电接近2个半小时, 实冲492mAh, 座充显示相差-10mAh, -2%的累计误差.  接下来就是看其收尾阶段是否稳定发挥了. 吃完饭就出来定性结论了.


3小时截图 550mAh Vs 540mAh  座充显示误差-10mAh


3小时 46分, 吃完饭回来, 已经显示充饱(进度条停止滚动)  591mAh  Vs  581mAh. 座充显示误差 仍然是-10mAh 约为-2%不到.

虽然充电显示已经充饱, 正如前面所说, 该座充不带自停功能. 所以仍然在进行浮充, 液晶屏的容量仍然在增加.
我计划再观察2个小时.


继续浮充了近2个小时, 浮充电流降为10mA. 充电容量 627mAh

同时座充显示充电615mAh. 旁边摆放的就是被测样品 标称600mAh(手抖了些,相机拍照)
跟预期的相差不大,  小电流出现负向误差. 有点测不准了.
OK, 充电过程停止. 浮充电压稳定在4.229V

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当然,关于第一部分的测试, 主体已经完成, 总结以及说明如下
1. 所测座充容量显示, 对于一块标称600mAh的来说, 误差为-2%;
2. 该误差是基于本人自制的功耗计得出, 因为本功耗计设计误差在1%之内, 不算很高. 但是把这个座充的充电容量精度定性在5%之内完全没有问题.
3. 大容量电池没有进行测试, 此次仅针对小容量电池, 如对大容量电池充电有可能会出现一些偏差.
4. 本次测试方法是属于同步比较, 一致性会比较好, 不受其他因素的影响. 个人认为可以锁定该座充的测量精度.
    当然我会继续进行第二部分测试,但是这种对比测试是不同时的, 虽然BS9300的精度可以得到足够保证. 因为引入了其他误差(电池初始容量, 充满电压一致性等),所以结果也仅供参考.

5. 附上整个充电过程的电流曲线图. 累计采集 14609个平均电流, 每个平均电流值是100K个采样点的平均.

整个充电过程持续244分钟(4个小时), 才充满一块600mAh的电池. 平均电流仅150mA.
因为串联了功耗计, 额外增加了100毫欧阻抗,所以实际使用充电电流会再大一点(估计也就大10几mA)
这个平均电流仅适用 600mAh左右的小容量电池, 对于大容量 18650mAh的电池, 充电电流会再大些.


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第二部分 更新中
被测电池已拿去实验室在BS9300上进行充放电测试,
电池因已在座充上充饱( 取下时电压 4.23V). 搁置30min后直接放电, 设定各步骤参数如下:
-搁置30min
-恒流放电 300mA 截止电压2.75V
-搁置30min
-恒流充电 300mA 截止电压4.23V
-恒压充电 4.23V 截止电流10mA
-搁置30min
-恒流放电 300mA 截止电压2.75V

设定300mA的放电电流等效于我之前用10欧姆恒阻放电是的平均电流. 充电时截止电压设定和截止电流设定与座充相同.
预计 24小时完成 因为清明放假3天, 具体数据要6号放出了.
敬请留意.

我的BS-9300.  使用6年了. 去年经计量院校准, 电压偏移-40mV. 可怜每次设定恒压都要设置到4.240V才能正好充电到4.200V.
后续放图出来, 电压有40mV的偏移. 请知悉.

数据出来了:


第一次放电容量619.076mAh
第二次充电容量=551.499+65.367=616.866mAh
第二次放电容量=614.383mAh

有个差异我忽略了, 按国标放电终止电压是2.75V, 我在实测座充的时候放电是用电阻直接放到过放保护电压2.30V. 所以用BS9300得到的放电容量跟实测时有点偏小.
补做了一下, 接上电阻再次放电, 又放了14mAh的容量.
那么第二次的放电容量(截止2.30V)=614+14=628mAh.
拿去测试前充电容量: 功耗计(627mAh)  万能冲显示(615mAh)

总之,数据都出来了, 精度也正如我前面所述, 基本满意.

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第三部分  同步更新 一楼太挤了 放在9楼了---->

Jan

{:1_230:}等着吧 看结果
来2包瓜子

dgwscl

终于收到了{:1_217:}

topjim

看结果

ngfnf

所以千万要在吃中饭时开始测得。。不然你得加班了 {:1_223:}

slgawj

不知道这个显示模块能否给DIY的充电器用

gumphe

第三部分  同步更新

手痒， 拆开看了下。 采样电阻是R220(R15 一个0805贴片电阻)， 大致是一个0.22欧姆的电阻
该LCD电路可以改装， 总共6根线， 2根是采样电阻采集电流用的， 1根VCC 1根Vbat 其他2根待测。
只要用同等电阻的采样电阻代替即可转移这块检测电压和容量的LCD板。


充电电路采用431+NPN恒压， 因为本身这个电路不能恒流，所以整段充电电流不大， 充18650要急死人的。必须改装
当然恒压特性还好， 实测4.21V。
没有自停功能，这个我不以为然：）。

Vbat端逆向电流大得吓人， 实测有18mA，是个诟病，LCD板上的背光直接由Vbat驱动， 怪不得有这么大电流。
即如果没拔下电池而停电的话， 充饱的电池会被这个逆向电流耗电耗掉很多。

这个听谁说的, 电池不小心没接触上或者停电了,容量信息会丢失
我试了试 只有在没电池和没插交流电的情况下, 容量才会归零.  莫非改进过了?
总之是个好事, 容错性还算可以.  但是如果在带电情况下取下电池再装进去另外一块没电电池, 容量是会累加的, 这个比较搞笑了.
给出改装图如下:

拆开可以发现LCD模块排线有6根, 如图所示.
接点说明:
3个 GND 均连接在一起并作为接地点, 接输入电源的地即可.
Vcc 因为供电是稳定的4.70V给LCD模块的. 是通过左下红圈里面的一块431电路从5V稳压过来的. 目前还没测试直接接5V是否影响稳定性和精准度.
      不放心的请自行搭建4.7V稳压电路或直接把这个电路剪下来
B+和B- 就是接电池的正负极, 注意这里B-不是GND. 所以如果是4057电路, 请把4057电路中的B-接到GND上. 4057的B-是公地的.
红圈里面的0805电阻是R220 采样电阻, 功率1/8W. 建议剪下来直接使用.

注意事项:
1. B+和B- 不能反接了. 即失去自动极性转换功能. 2对8050 8550管子没有接入电路.
2. 可以接4001电路, 4057电路等. 注意区分 Vin  B+ GND, 但是充电电流尽量不要超过700mA.  想要更大电流更换R220为1/4W高精度电阻.
  其实因为220毫欧电阻的存在, 电流大了也提升不了多少充电时间.
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经benxiong提醒, 改进了一下电路.  123456的定义同上.
可以解决0.22欧姆阻抗的问题, 变成一个超级充电容量显示器, 又不影响电路效率.

0.22欧姆电阻是1206封装， 800mA的电流就不用换更大功率的了。 实测没有问题。
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半夜更新  已经DIY成中速充电器  充电电流800mA~1A

后面稳压源上的0.79A即为充电电流.

DIY焊接, 串联了一块4057(双芯片)板子. 原理图同上
因为0.22电阻外移, 所以不影响4057板子的充电效率.

两进两出. 待以后有空了装个壳子美化一下.
此板子蛮有意思.

还有几个细节问题:
1. 4.70V的LCD输入电压, 建议保留. 如改为5.0V或者串联一个限流电阻 可能对采样精度造成影响(待验证)
2. LCD板子上的LED灯, 建议拉出来直接从5.0V拉个限流电阻供电, 可以避免测量误差,因为6根线里面3根线接地, 有电源地也有信号地. 弄不好会把LED灯的电流也加载上去.
3. 采样率目前没有确定, 如果采样率足够高, 可以外接1879板子, 不过这个可能性估计不大, 改天我接上脉冲板子试试.
4. 出于容量测量考虑, 没有焊接4057的指示灯, 焊接上后会增加额外的几mA电流, 会被算到充电容量中去. 反正液晶屏也有充电提示.


最终成品制作截图:

移植了4.70V 稳压电路, 并且加大LED灯限流电阻为1K, 减小了逆向电流. 变为5mA.


N年前的一颗电源, 带载时5.0V 1A 正好用上


成品展示, 还是比较喜欢万能的夹子, 大小通吃. DIY结束


昨晚充了一块大个头, 半电状态起充, 早上就充满了, 充了3138mAh, 已经超出说明书上写的3000mAh界线.
更大容量的下次再测试一下, 看看极限是多大.
充电速度符合设计要求. 充18650不会很慢, 也就几个小时的事情.
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另外, 原充电器的电路充电能力确实太过孱弱. 彻底抛弃.
所有该充电器的其他测试项目就不打算做了. 反正坛子里的人估计都看不上. 上班了去打下耐压了事. over

座充耐压绝缘测试结束, 结果如下:


测试设备连接, 那个座充我拆开了, 就只接裸露着打了, 反正只打AC和DC间

正如预期的, 2000V耐压pass , 500V绝缘强度也合格

3000V 施加1秒后就听到吱吱的爬电声音, 警告报警, 不能通过.
手机拍的, 又拍糊了:(
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给出内部改装图, 利用原座充外壳

壳子开个孔,装个socket 接5V输入.
外接电源输出最好别高于5.0V   4057对散热有一定要求.

平流层

锂电的小倍率充电效率接近100%是已经早就结论的事情了，现在问题就是怎么定义没电的电池，是到3.2v左右还是直到保护芯片保护，否则这个充电容量就和电池的实际容量还是有区别的。

ngfnf

9# gumphe
我本来想说了 但是才0.1欧么。。。  电流也算小的  用dale电阻测压降的话 效果也差不多，反正是测容量 呵呵

gumphe

锂电的小倍率充电效率接近100%是已经早就结论的事情了，现在问题就是怎么定义没电的电池，是到3.2v左右还是直到保护芯片保护，否则这个充电容量就和电池的实际容量还是有区别的。 ...
平流层 发表于 2010-4-1 15:47

                               
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1C倍率也接近100%。再高倍率的没测过。
定义没电的电池， 个人认为， 实用角度出发， OCV空载电压到3.3V即可认为没电。

实测3.3V 的开路电压降压到保护电压2.3V， 电池容量仅能放出2%不到。
见图

cylaoshu

此乃放之四海分之几而皆准的真理。

羊脂籽

记号
回来看

Jan

其实 那个外壳蛮好的

fish0406

快下班了，难道今天晚上加班？

gumphe

不好意思， 没估算到充电电流那么小，下班前完全冲不满。 得不到整段的数据了。
不过从目前测试比对了3个小时来看，容量显示跟我的功耗计相差都在2mAh之内。 精度超出预期5%的期望， 很满意。
打算明天一早找块600mAh的小容量电池做一次完整测试。 敬请留意哈

国望堂

LZ是实干家

xmdzshz

占位等结果
最近论坛气氛有点沉闷，现在终于有了搞技术的论战了，支持！
不过各位大虾河蟹为上啊，让我等学到知识就好了。