基于ATmega328的铅酸电池容量测试仪

　　方案介绍

　　本项目是对铅酸蓄电池进行恒流放电，测量其实际容量。

　　由于硬件和设计限制，限制很少：

　　只有高达 200Ah 的 12 伏铅酸电池可以放电！由于测量偏移（以实现更好的电压测量分辨率），只能测量 10.1 伏至 14.7 伏的电压，这意味着低于 10.1 伏的任何电压都将读数为 10.1 伏。

　　电流测量分辨率为 25 mA，以覆盖更宽的测量范围（0-13.9 A），这对于测量非常小的放电率（低于 300 mA）可能是个问题

　　电压测量分辨率为 5 mV。测量的电压会定期（每 5 分钟）存储在 EEPROM 中，并在测试完成后通过 USB-Serial 导出。

　　放电电流可由用户通过 S1/S2 按钮（设置）编程，可以是 0.1 A 到 10.0 A 的 0.1 A （100mA） 的任意值倍数。

　　C-Rate（等于放电时间/预期测试持续时间）可由用户配置 5 小时或 10 小时或 20 小时。例如，如果 35 Ah 电池以 C/10 的 C 速率放电，则放电电流将为 3.5 A （3500 mA），预期放电持续时间应为 10 小时。

　　根据 OLED 屏幕菜单上显示的说明，用户可以通过按下 S1/S2 按钮来中止测试（电流适当的斜坡下降到 0 A）！

　　在测试运行期间，OLED 显示屏将在屏幕上显示测试时间、放电电流、电池端子电压。

　　只要达到电池切断（此处为 10.5 V）或时间 （=C hrs） 结束，测试就会自动停止。

　　计时是使用带有中断的 AVR 内部 Timer1 完成的。S1/S2 按钮连接到 Atmega328 微控制器的 INT0/INT1，用于控制用户界面。

　　如何工作

　　动态电气负载

　　放电电流流经的负载（MOSFET+电阻网络）是可编程有源负载。它的驱动方式是恒定电流流过它，而不管电池电压因放电而随着时间的推移而下降！

　　有源负载由 MOSFET（Q1） 和高功率电阻器网络（显示为单个电阻器 R1）组成，MOSFET 的漏极到源极通道充当可变电阻器，高功率电阻器网络具有固定值电阻（直到它也变热）很多）。

　　Arduino

　　现在，电阻 R2 是一个数字 10K 电位器 （MCP4131），电阻可以通过 SPI 通信进行编程。（Ar）Bareduino 完成这项工作和其他任务，例如 OLED 显示器驱动、获取用户输入、使用 ADC 测量来自传感器的电流和电压。

　　电源轨

　　此设备上的电源轨很少：

　　5.0 伏数字系统（Arduino（MCU）、OLED 显示器、DigiPot、电流传感器）

　　12.0 伏用于散热器冷却风扇

　　18.9 伏的运算放大器

　　9.35 伏和 1.8 伏精密基准电压，用于 ADC 转换前的差分测量和模拟信号调理。

　　结果

　　测试的结果是什么？首先，我们将得到一个时间与 Vbatt 曲线，可用于在未来的测试中进行局部放电容量估计。

　　我们如何获得电池的容量？假设您使用了 100 Ah 电池并以 C/10（或 10 Amp）的放电电流开始测试。如果电池有 100% 的额定容量，10 小时后电池电压应高于 10.50 伏。但是假设电池在 9 小时 30 分钟后达到 10.50 伏，因此电池的电流容量为 95%。

　　改进范围

　　电池容量很大程度上取决于环境温度。该设备预计可在 25‘C +/- 5’C 环境温度条件下运行。可以通过使用温度补偿（LM75 可以）来改进设计，这将允许设备在更冷或更温暖的天气中测量容量。

　　添加 pH 计以测量电解液的酸度并计算从完全充电到完全放电的比重水平，这将为分析提供进一步的数据。

　　代替放电，边充电边测量容量是一种更好、更合理的方法。