- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
В этой статье я публикую в свободный доступ мой тестер и измеритель 8шт часовых аккумуляторов-таблеток форм-фактора CR2032. Надеюсь, он пригодится тем, кто делает портативную электронику и различный IoT. В статье я опишу схему моего тестера и расскажу как он работает. Приведу результаты измерения аккумуляторов LIR2032. И проверю восемь CR2032 от разных производителей. Также поделюсь богатым опытом: какие аккумуляторы лучше не брать, а какие — хорошие. Бонусом распишу опасные моменты: и как самому не пострадать и не сжечь дом, как это любит делать Креосан.
Для чего? [1]
Основные параметры и алгоритм проверки [2]
Индикация и лог работы [3]
Микроконтроллер и как его прошивать [4]
Схема целиком [5]
Схема питания [6]
Схема одного из восьми каналов LIR2032/CR2032 [7]
Про зарядку и контроллер заряда [8]
Плата [9]
Результаты аккумуляторов LIR2032 [10]
Результаты проверки 8 разных батареек CR2032 [11]
Итоги и про качество аккумуляторов [12]
Про технику безопасности [13]
Заключение и ссылка на мой проект на гитхабе [14]
В целях самозанятости и в качестве хобби мы c другом-схемотехником делаем наручные устройства, которые работают в двух режимах: активном и режиме ожидания. В активном режиме требуется красивый, плавный и отзывчивый интерфейс, поэтому потребление в пределах 10-15 мА. В режиме ожидания работают только часики, потребление — единицы микроампер. В устройстве есть синхронизация данных по USB, следовательно, оно должно уметь заряжаться. Поэтому мы применяем перезаряжаемые батарейки таблетки в форм-факторе CR2032, они называются LIR2032.
Устройства продаются в Европу. Эти заказчики более требовательны к качеству, чем отечественные потребители, и поэтому важно чтобы все устройства работали долго и примерно одинаковое время. И самая большая проблема — это контроль качества аккумуляторов. Быстро их не проверить, а объём вырос настолько, что пришлось сделать этот тестер. О чём я и расскажу далее.
Разница между LIR2032 и CR2032 в том, что CR2032 батарейки, а LIR перезаряжаемые аккумуляторы. И они имеют более высокий рабочий диапазон напряжений, но почти в 10 раз меньшую ёмкость.
CR2032: диапазон напряжений 2000-3300 мВ, ёмкость 200+ мА/ч.
LIR2032: диапазон напряжений 3300-4200 мВ, ёмкость 35 — 45 мА/ч.
Аккумулятор считается годным, если все эти лимиты по времени соблюдаются.
Напряжение не должно проседать ниже 3000 мВ или превышать 4300 мВ — т.е. те лимиты, при которых аккумуляторы быстро портятся или считаются негодными.
Индивидуально у каждого держателя батареи:
Общий у USB порта:
Выводится в UART. Если впаять CP2103, то его можно считывать, иначе придётся подключать сторонний преобразователь UART в USB.
Устройство запоминает в свободной флеш памяти (около 50кб) параметры всех ранее измеренных аккумуляторов и выдаёт их при каждой перезагрузке.
После перезагрузки и инициализации начинает выдаваться каждую секунду:
После того как все аккумуляторы проверены выдаётся измеренные значения по всем аккумуляторам.
пример:
LIR_1 capacity 40943 uAh
LIR_1 #0 Charge_A 2203 4078 4217
LIR_1 #1 Load_250 9755 4172 3297
LIR_1 #2 Charge_B 6542 3470 4220
Для тестера батареек я выбрал микроконтроллер STM32F100R8 это ARM Cortex M3.
Выбран большой 64-х выводной корпус, т.к. на все 8 каналов не хватало выводов, а делать костыли с расширяемыми GPIO и регистрами не хотелось. МК работает от внутреннего генератора без использования PLL и делителей, т.е. на 8Мгц.
Прошивка сделана в gcc и makefile в среде Eclipse Kepler и плагине CDT.
Настройка не требуется. Достаточно прошить и уже можно использовать.
Можно прошивать внешним UART программатором, для этого на отдельную PLS'ку выведены сигналы RX TX BOOT0 RST и земля.
Можно прошивать моим встроенным USB-UART программатором о котором я рассказывал ранее [15], но для этого на каждый экземпляр придётся ставить CP2103.
функциональный уровень:
электрическая схема (увеличение по клику):
[16]
Две ветки питания на двух линейных стабилизаторах LM1117 с 5 до 3.3В.
Отдельное питание для цифровой и аналоговой части.
С защитой от взаимных помех катушечками — индуктивностями на входе каждого стабилизатора.
ВНИМАНИЕ в плате есть ошибка: забыли установить и развести общий электролит по питанию USB, впаяйте параллельно USB хотя-бы 4000мкФ х 6В. Иначе при включении одного зарядника, сбрасываются остальные из за сильной просадки по питанию.
функциональный уровень:
электрическая схема:
Слева направо:
Заряжать Li-ion аккумуляторы необходимо в двух режимах:
Его характеристика заряда по времени:
Также имеется два дополнительных вывода:
Ireg = 1000V / Rprog;
Четырёхслойная, средние слои: земля и питание, внешние верх и низ — сигнальные.
Зазоры и толщина дорожек по 0.2мм. Все резисторы 0805 рекомендую ставить с 1% точностью.
Увеличение по клику
[17]
Вот график заряда и разряда, построен по логам тестера
В течении 64 циклов разряжал и заряжал 8 шт аккумуляторов и построил график того, как меняется средняя ёмкость у 8 аккумуляторов по мере накопления циклов и "износа".
Далее, стало интересно, есть ли зависимость между измеренной ёмкостью и временем заряда или временем разряда. Для этого я взял накопленную статистику с 500+ рабочих и годных аккумуляторов:
Оказалось что да, зависимость есть, но только по времени разряда на нагрузку.
По времени заряда слишком косвенно. А при малых ёмкостях в пределах 25-30мА видно наступает таймаут минимального времени заряда у микросхемы зарядника — образовалась гор. полочка.
Так же заметны две группы батареек: одна — новые фирменные EEMB с ёмкостью 34-40мА/ч, другие — тоже EEMB, но 13-ого года выпуска с ёмкостью 25-30 мА/ч. Вторую группу я случайно нашёл среди своих запасов пока делал статью и решил тоже прогнать и отдать на сборку годные.
Сделал анимацию первых 65 измерений разных аккумуляторов:
верхний график — напряжение в мВ, горизонтальная шкала времени шириной 16000 сек
нижний график — скорость изменения верхнего графика в мкВ/сек.
Сразу предупреждаю, что тестер батареек не предназначен для CR2032. Они рассчитаны под разряд микроамперами и единицами миллиампер, притом и нагрузку менееьше 1 кОма не рекомендуют подключать. Но у меня есть дешевые китайские изделия где это нарушается, например, игрушки для детей и кошек с светодиодами. И я на помню, что именно в таком случае хуже всего себя показали фирменные батарейки, а дешевые ширпотребные хорошо.
При желании, можно выпаять три из четырёх однокилоомных резисторов — для этого в плате нагрузка так и сделана. Или впаять другой вообще резистор побольше, например 10к. Если сообществу интересно, то могу заняться, но результаты будут Очень не скоро.
Результаты сделал в виде таблицы по пороговым срезам, начиная с 2000 мВ до 2900 мВ с шагом в 100 мВ.
Т.е. ёмкость в миллиамер-часах измерена так, если бы они разряжались до 2000 мВ, или 2100 мВ и тд до 2.9 В. Чем выше порог, тем меньше ёмкость.
Единица измерения мА/ч.
Зелёно-красный градиент индивидуален по каждому столбцу и независим от соседних столбцов.
Да, действительно, простые и дешёвые батарейки типа ЭРА, megamag и Трофи, лучше в этой ситуации. Что и подтвердило мой прежний опыт их использования.
Но ещё раз повторю — батарейки не обязаны выдавать такой ток!
Часто батарейки CR2032 крепятся при помощи миниатюрных магнитов, например, в фитнес браслете misfit shine, и поэтому должны уметь хорошо магнитится. И да, действительно все 8 батареек притягиваются магнитом отлично.
Мне лично тестер понравился, очень удобно пользоваться. А цикл в 4 часа хорошо сочетается с личной жизнью — с утра поставил — в обед сменил следующий, после работы ещё раз все 8 шт поменял, и на ночь ещё 8 шт. Много времени не требуют, особенно если по терминалу не подключаться и лог не вести.
Проблема с аккумуляторами была решена.
Мы ранее покупали китайские "ноунейм" аккумуляторы, но они оказались почти 100% браком.
На голову лучше себя повели фирменные от EEMB — у них стабильные параметры и брака 2-3%. А в некоторых палеттах из 50-40 шт ни одной бракованной. Также они отлично переживают долгое хранение в течении 3-4 лет, но процент брака повышается до 10%.
Для сравнения скриншот первых 100 шт, где EEMB а где заказанные на алиэкспрессе думаю наглядно виден будет сразу.
тут три партии: первые 40шт — новые EEMB, вторая — свежий "ноунейм" китай, последние 15 шт — EEMB три года лежали без использования. Заметно что даже немного деградировавшие 15 шт EEMB лучше китайских.
Я не хотел статью писать, т.к. думал, что раз тема IoT популярна на Хабре, то и про такие батарейки точно есть обзоры, но не нашел.
Кстати, я ищу работу и на данный момент также принимаю разовые заказы на разработку или производство.
Ссылка на проект гитхаба:
https://github.com/Mirn/LIR2032_tester/ [19]
Лицензия MIT, используйте на здоровье!
Также я не против поговорить про опыт использования. И помочь советом.
Автор: Mirn
Источник [20]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/stm32/227392
Ссылки в тексте:
[1] Для чего?: https://habrahabr.ru/post/315110/#dlya-chego
[2] Основные параметры и алгоритм проверки: https://habrahabr.ru/post/315110/#osnovnye-parametry
[3] Индикация и лог работы: https://habrahabr.ru/post/315110/#indikaciya
[4] Микроконтроллер и как его прошивать: https://habrahabr.ru/post/315110/#mikrokontroller-i-kak-ego-proshivat
[5] Схема целиком: https://habrahabr.ru/post/315110/#shema-celikom
[6] Схема питания: https://habrahabr.ru/post/315110/#shema-pitaniya
[7] Схема одного из восьми каналов LIR2032/CR2032: https://habrahabr.ru/post/315110/#shema-odnogo-iz-vosmi-kanalov-lir2032cr2032
[8] Про зарядку и контроллер заряда: https://habrahabr.ru/post/315110/#pro-zaryadku-i-kontroller-zaryada
[9] Плата: https://habrahabr.ru/post/315110/#plata
[10] Результаты аккумуляторов LIR2032: https://habrahabr.ru/post/315110/#rezultaty-akkumulyatorov-lir2032
[11] Результаты проверки 8 разных батареек CR2032: https://habrahabr.ru/post/315110/#rezultaty-proverki-8-raznyh-batareek-cr2032
[12] Итоги и про качество аккумуляторов: https://habrahabr.ru/post/315110/#itogi-i-pro-kachestvo-akkumulyatorov
[13] Про технику безопасности: https://habrahabr.ru/post/315110/#pro-tehniku-bezopasnosti
[14] Заключение и ссылка на мой проект на гитхабе: https://habrahabr.ru/post/315110/#zaklyuchenie-i-ssylka-na-moy-proekt-na-githabe
[15] о котором я рассказывал ранее: https://habrahabr.ru/post/305800/#MiniProg
[16] Image: http://image.prntscr.com/image/0baee96241a14601a8ad33248fa69668.png
[17] Image: https://habrastorage.org/files/823/5bf/34c/8235bf34c6fc4a89aed78ac91e76fa03.png
[18] Креосан: https://www.youtube.com/user/kreosan
[19] https://github.com/Mirn/LIR2032_tester/: https://github.com/Mirn/LIR2032_tester/
[20] Источник: https://habrahabr.ru/post/315110/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=best
Нажмите здесь для печати.