MODUL NABIJENÍ-VYBIJENÍ BATERIÍ K PC

Vágner Vlastimil

Přípravek jsem si musel vyrobit pro potřebu udržování baterií kdy původní modul co jsem používal více jak osmnáct let si nechal kolega který po zakoupení PC potřeboval něco jednoduchého pro udržování baterií.Modul umožňuje jak vybijet přesněji řečeno dovybijet baterie před rychlonabijením tak nabijet baterie maximálním proudem 2A,modul je navržen tak že při vybijení baterií využívá počítač který umožňuje ukládat naměřená data do soboru a současně se vybijecí proud nastavuje pomocí počítače tak i bez počítače kdy však nastavení proudu musí být provedeno pomocí DMM.Při nabijení baterií se počítač nevyužívá pouze se také proud nastavuje pomocí DMM..Modul A/D převodníku ani vybijecí – nabijecí modul si nekladou za cíl konkurovat jiným zapojením a hlavně zapojením s uP toto bych ani nechtěl,moduly mají hlavně sloužit pro vlastní inspiraci a ti kdož programují si napíší svůj vlastní program dle individuálních potřeb například pod OS Windows.

Popis modulů

Modul se skládá ze dvou částí první část je vlastně převodník A/D jde o v mém případě oblíbený integrovaný obvod TLC549 což je osmibitový A/D převodník modul se připojuje na sériový port nebo pomocí redukce USB/COM k počítači osobně ho používám spíše takto s redukcí USB/COM na počítači tak jak je vidět i na fotografiích.Tento modul jde používat samostatně jako multimetr s počítačem s programy které jsou zde na tomto webu v jiných článcích,modul používám takto vyrobený od roku 2000.Napájení tohoto modulu je v terénu možné z devítivoltové baterie nebo ze síťového zdroje při používání doma jehož napětí nesmí být nižší jak 7VDC,modul má stabilizátor napětí na hodnotu 5V které je současně jak napájecí tak je použito jako referenční napětí pro A/D převodník tím je dána jeho rozlišovací schopnost 5/255= 0.0196V zaokrouhleno je pak 0.02V.Modul umožňuje měřit na dvou rozsazích první rozsah je od 0V do maximálně 5VDC a druhý rozsah umožňuje měřit napětí také od 0V do 50VDC volba rozsahů se provádí přepínačem.Na modulu jsou tři zdířky modrá červená a žlutá,do modré zdířky se připojuje záporný pól od měřené baterie nebo zdroje,do červené zdířky se připojuje kladný pól od měřené baterie nebo zdroje.V žluté zdířce je ukončen výstupní signál počítače TXD který ovládá cívku relátka toto relátko slouží k tomu že při dosažení zadaného napětí které je měřeno A/D převodníkem vypne napájení relátka které poté odpojí vybijenou baterii od zátěže.Za zmínku tohoto triviálního zapojení převodníku stojí bočník složený z rezistorů označených ve schématu R4 a R5,na těchto přesných hodnotách záleží při měření napětí na rozsahu 50VDC naměřená hodnota A/D převodníku,proto jsou ve schématu naznačeny trimry TP1 a TP2 kterými nahradíme pokud chceme rezistory R4 a R5 a na trimrech nastavíme hodnoty jenž mají R4 a R5 tím je nastavení bočníku pro měření na rozsahu 50VDC hotovo.Schéma zapojení převodníku je na obrázku č.01.

Druhou část modulu nabijení-vybijení tvoří pouze přepínač pro volbu ručně nebo počítač pak přepínač pro volbu nastavení vybijecího proudu nebo odečtu napětí při vybijení,zdířky pro připojení napájecího napětí,zdířky pro připojení nabijené nebo vybijené baterie nebo baterií,další částí modulu je potenciometr pro nastavení nabijecího nebo vybijecího proudu.Pak část kde je relé a výkonový tranzistor v jehož emitoru je zapojený bočník RB1 tvořený rezistorem o hodnotě 1R / 17W.Napájení celé elektroniky modulu nabijení – vybijení je stabilizováno na napětí 5VDC pomocí IO3 toto napětí napájí jak cívku relátka tak i napětí pro ovládání výkonového tranzistoru.Toto napětí se získává z napětí které je přivedeno na vstupní svorky napětí může mít spodní hranici napájení z externího zdroje 7V,a maximální napájení pak může být 24V,běžně používám napájení 12VDC jak doma ze zdroje tak venku z autobaterie.Ovládací signál z počítače pro cívku relátka RE1 je připojen na přepínač PŘ.2 tento přepínač slouží k ovládání cívky relátka pokud není použit počítač,po přivedení napětí na cívku relátka RE1 sepnou jeho kontakty RE1A a RE1B spínací kontakty RE1A přivedou napájecí napětí před diodu D3 na potenciometr kterým nastavujeme velikost buď vybijecího nebo nabijecího proudu.Kontakty RE1B připojí měřené napětí z přepínače PŘ.3 na vstup A/D modulu kde je napětí přivedeno na přepínač PŘ.1 který volí napětí 0 – 5VDC nebo 0 – 50VDC přes bočník.Pokud je přepínač PŘ.3 přepnut na měření proudu tak modul A/D měří napětí na rezistoru RB1 což je bočník v emitoru tranzistoru T2 tak že vlastně pomocí A/D měříme úbytek napětí na tomto rezistoru způsobený průchodem nastaveného proudu,tato hodnota je zobrazována na monitoru počítače.Tím že rezistor RB1 má hodnotu 1R je přímo dán úbytek napětí při určitém proudu a není nutný žádný programový přepočet což znamená že rezistor RB1 čím bude přesnější hodnota 1R tím lépe.V případě přepnutí přepínače PŘ.3 do polohy označené napětí tak A/D převodník měří velikost napětí vybijené baterie při zatížení kterou zobrazuje na monitoru počítače.Pozor na dvě nastavení POKUD SE NASTAVUJE VYBIJECÍ PROUD TAK ROZSAH NA MODULU A/D PŘEVODNÍKU MUSÍ BÝT V ROZSAHU 0 – 5VDC.To znamená že pokud budeme vybijet baterii která má i po vybití stále napětí více jak 5VDC např.baterie 6VDC tak při nastavování vybijecího proudu přepneme přepínač rozsahů na A/D modulu na rozsah 0 – 5VDC,potenciometrem P1 na modulu vybijení – nabijení nastavíme vybijecí proud poté ukončíme část programu viz popis k programu dále na modulu A/D přepneme na rozsah 0 – 50VDC na modulu nabijení – vybijení přepneme přepínač PŘ3na rozsah měření napětí spustíme program a počítač pak již sám řídí vybijení baterie.Pokud hodnota napětí dosáhne zadané hodnoty program provede vypnutí relé RE1 a ukončí se.

Pokud není při vybijení baterie použit počítač provedeme přepnutí přepínače PŘ.2 do polohy ručně a vybijecí proud nastavujeme pomocí externího ampérmetru buď ručkového nebo digitálního to je již na individuální úvaze.V případě vybijení musíme zajistit to že budeme upozorněni na to provést po určité době opět individuální kontrolní odečet napětí vybijené baterie,aby nedošlo k jejímu vybití pod hranici napětí na článek.

V případě že modulem vybijení – nabijení budeme nabijet baterie tak MUSÍ BÝT VŽDY POUŽIT EXTERNÍ AMPÉRMETR.V tomto případě nabijíme raději desetinou proudu z kapacity baterie..Dioda D5 zabraňuje tomu aby se napětí z baterie při nabijení dostalo na vstup IO3 pokud by došlo k výpadku napájecího a současně nabijecího zdroje tato musí být proudově dimenzována dle používaných nabijecích proudů. Schéma zapojení ovládací a výkonové části vybiječe je na obrázku č.02.

Popis programů

Ovládací program pro tento modul jsou pouze dva jeden je pro vytvoření souboru CAS.HOD pro zadávání času mezi odečty napětí ten má název odečet.exe,druhý je pro vlastní ovládání a měření pomocí modulů ten má název baterie.exe,programy jsou v adresáři PROGRAMY,oba programy jsou napsány v Turbo Pascalu.Pokud máme na počítači operační systém Windows 2000,XP,NT tak zde jdou programy spustit POUZE z příkazové řádky pokud jsou uvedené programy nainstalovány jako 32-bitové,pokud jsou však nainstalovány jako 64-bitové tak se programy spustit NEPODAŘÍ,pokud jsou na počítači Windows 95/98 tak programy jdou spustit buď z příkazové řádky nebo po restartu počítače se zvolí klávesou F8 pouze volba DOS.Program pro zadání hodnoty času má název odečet.exe zde zadáváme hodnotu po jaké se budou provádět a zapisovat naměřené hodnoty do souboru,hodnoty zadáváme na celá čísla to znamená pokud chceme odečítat a ukládat po pěti minutách zadáme hodnotu 300 výpočet je jednoduchý jedna minuta má šedesát vteřin a pět minut je potom násobek to znamená pět krát šedesát je třista.Po spuštění programu odečet.exe se na monitoru zobrazí x = po zadaní hodnoty se program automaticky ukončí a v adresáři kde je tento soubor odečet.exe se vytvoří soubor s názvem CAS.HOD tuto hodnotu můžeme již měnit například v nějakém manažeru.UPOZORNĚNÍ SOUBOR CAS.HOD SE MUSÍ NACHÁZET VE STEJNÉM ADRESÁŘI JAKO VLASTNÍ SOUBOR BATERIE.EXE.

Program BATERIE.EXE je vlastní program na ovládání A/D převodníku,ovládání relátka pro zobrazení hodnoty napětí,proudu na monitoru počítače a pro ukládání hodnot na počítači PC.Po spuštění programu zvolíme port kde je připojený A/D modul po volbě portu volíme zda budeme vybijet do 5V tuto volbu volíme stiskem klávesy D nebo zda budeme vybijet baterii s napětím nad 5V tuto volbu zvolíme stiskem klávesy N.Po této volbě se již nastavujeme vybijecí proud baterie toto je také zobrazeno na monitoru PC,po nastavení proudu stiskneme klávesu MEZERNÍK po jejím stisknutí se na monitoru zobrazí nápis PŘEPNI PŘEPÍNAČ Z NASTAVENÍ PROUDU NA NAPĚTÍ ZVOL ROZSAH DLE VYBIJENÉ BATERIE.PAK POKRAČUJ STISKEM KLÁVESY ! S !.po stisku klávesy S se zobrazí na monitoru ZADEJ NAPĚTÍ zde zadáváme hodnotu při které počítač provede vypnutí relé RE1 provede zápis do souboru s naměřenou hodnotou a ukončí se.Program baterie.exe si sám vytvoří soubor s názvem naměřeno.txt kde je vždy začátek měření a konec měření.Uvedené hodnoty ze souboru naměřeno.txt je možno dále zpracovávat např.dělat graf a podobně.Program baterie.exe se dá před dosažením zadané hodnoty ukončit stiskem klávesy MEZERNÍK.

Používání modulů

Moduly mezi sebou propojíme a propojíme s PC,přivedeme napájecí napětí do napájecích svorek na A/D modulu a do svorek modulu vybijení – nabijení.Na modulu A/D zvolíme rozsah měření do 5VDC přepínačem PŘ.1.Připojíme baterii na počítači spustíme program baterie.exe a postupujeme dle návodu,po nastavení proudu stiskneme klávesu mezerník po vypnutí relé přepneme přepínač volby napětí/proud PŘ.3 do polohy napětí na modulu A/D převodníku přepneme rozsah dle napětí vybijené baterie,pokud je napětí do 5VDC tak necháme rozsah do 5VDC.Stiskneme klávesu S zadáme hodnotu při které se ukončí vybijení a stiskneme klávesu ENTER nyní již program hlídá hodnotu napětí,pokud chceme ukončit vybijení před dosažením hodnoty baterie stiskneme klávesu mezerník.

Seznam součástek :

Rezistory R1…M2 , R2,R3…10K , R4…27K , R5…3K , R6…13R , R7…10K , R8..27K ,

Trimry : TP1…50K , TP2…10K , víceotáčkové , bočník RB1….1R/17W

Potenciometry : P1…10K ,

KONDENZÁTORY : C1,C2,C3,C4…..KERAMIKA 100NF ,

POLOVODIČE :

Diody : D1 ,D2…ZENERKY NAPĚTÍ 4V7 , D3 , D4….1N4007 , D5….P600D 6A

Tranzistory : T1….BD119 , T2….BC337 ,

Integrované obvody :

IO1 , IO3…..7805 , IO2….TLC549 , patice k použitým IO

Relé napětí cívky 5VDC proud do 1A.

Zdířky : červená …..3 , modrá….3 , žlutá…1 , bílá…1.

Vágner Vlastimil