Merač vnútorného odporu LiPoliek - 4.časť - Teraz presnejší
Pôvodne sme chceli napísať: "Vyššia presnosť za 1 €", pretože o toľko sú zvýšené náklady na súčiastky pre novú verziu Merača vnútorného odporu batérií, ktorého presnosť merania Ri pri meraní 3-článku stúpla 3-krát.
Dá sa teda povedať, že tri týždne skúšania, experimentovania a merania priniesli svoje "ovocie".
No a keď už sme boli takí "rozbehnutí", tak sme upravili aj softvér, ktorý teraz ponúka vyšší komfort obsluhy.
autor: Janko O.
Prečo spomíname tri týždne? Nuž preto, lebo toľko času uplynulo od zverejnenia hotovej verzie našeho merača. Vtedy sa na modelárskych fórach opäť zdvihla vlna vášnivých debát (už tradične) a kritiky (tiež tradične) 
.
Ale dá sa povedať, že v konečnom dôsledku sa všetci diskutujúci postavili k problému pozitívne (dosť netradične) so snahou prispieť nejakým nápadom alebo radou ku zlepšeniu presnosti merača.
To bol totiž ten "bod sváru", pretože presnosť merania vnútorného odporu článkov dva a tri bola znížená odporovými deličmi, ktoré znižujú napätie na týchto článkoch (asi 7,4 a 11,1 Voltu) do meracieho rozsahu AD-prevodníka (0 až 5 Voltov).
Z toho dôvodu by nebolo možné použiť tento princíp pre testovanie batérií s viac ako tromi článkami. Napr. pri 6-článkovej batérii by bola presnosť merania Ri šiesteho článku znížená 6-krát a to by už bolo nepoužiteľné.
Softvérovými metódami bola síce presnosť merania zvýšená, takže 3-článkové batérie boli merané ešte s prijateľnou presnosťou, ale to bol "strop", ktorý daným zapojením a programom nebolo asi mmožné prekonať.
Takže "červík" do hlavy bol "nasadený" a nedalo nám, aby sme sa nepokúsili presnosť merača zvýšiť a súčasne aj "otvoriť bránu" k meraniu vnútorného odporu viac ako 3-článkových batérií.
Preto ďakujeme tým, ktorí nás "vyhecovali" (arda1, vito, aj ostatní, ale hlavne veľká vďaka patrí corovi), pretože nebyť ich, asi by sme "zaspali na vavrínoch". (Je síce fakt, že vďaka rekonštrukcii svokrinho domu som unavený ako kôň a rád by som si už konečne pospal, ale že by na vavrínoch?)
A tak sme hľadali riešenie, ktoré by cenu zariadenia nezdvihlo do astronomických výšok, vychádzalo by z pôvodného zapojenia (čo ak už niekto urobil plošný spoj) a nevyžadovalo by žiadne nastavovanie alebo presné meranie navyše.
Po viacerých riešeniach sme odskúšali jedno naozaj jednoduché, ktoré spĺňalo naše požiadavky. Odporové deliče sme nahradili deličmi s referenčnými zdrojmi.
Pre milovníkov matematiky: operáciu delenie (/) sme nahradili operáciou odčítanie (-). Ide o to, že pri meraní vnútorného odporu batérií používame metódu, že zmeriame napätie batérie bez záťaže (bez odberu prúdu) a potom zmeriame napätie so záťažou (pri odbere prúdu).
Pri meraní so záťažou, napätie batérie (ale aj jednotlivých článkov) poklesne a práve tento pokles napätia je kľúčovou hodnotou pri meraní Ri.
Klasické odporové deliče znížia celkové napätie, ale bohužiaľ aj pokles napätia. Pri použití deliča s referenčným zdrojom sa napätie nedelí, ale sa od neho odráta konštantná hodnota. Takže pokles napätia pri záťaži, voči stavu bez záťaže sa nemení. Lepšie situáciu vysvetlia nasledujúce obrázky.
Zenerove diody pre svoju nepresnosť a nestabilitu neprichádzali (čoby zdroje referenčného napätia) do úvahy a tak sme vyskúšali nastaviteľný referenčný zdroj TL431.
Ten však pre svoju činnosť (okrem jediného prípadu) vyžaduje ďalšie externé (presné) súčiastky a preto prišiel na rad obvod LM336-5. Ten vyhovoval našim potrebám a nevyžadoval ďalšie externé (ani presné) súčiastky.
Otestovali sme zmeny parametrov súčiastok pri zmenách vstupného napätia a pri zmenách teploty. Pri zmenách vstupného napätia v predpokladanom rozsahu je zmena referenčného napätia menšia ako 1 miliVolt. Pri zmenách teploty o viac ako 30 st. Celzia bola zmena referenčného napätia na úrovni asi 5 mV, čo je na hranici rozlíšiteľnosti AD-prevodníka.
Navyše pri meraní Ri to nehrá žiadnu rolu, pretože merania nasledujú za sebou v rozsahu desatiny sekundy a za tú dobu sa teplota súčiastky isto nezmení o 30 st. Celzia, ak sa zmení vôbec.
A tak je k dispozícii mierne upravená schéma, kde namiesto dvoch rezistorov sú použité tri súčiastky LM336-5 (namiesto pôvodného R6 je jeden LM336-5 a namiesto pôvodného R8 sú dva LM336-5) vo veľkosti tranzistora v plastovom púzdre (je možné použiť aj verziu SMD).
To umožňuje jednoduchú zmenu v už hotovom merači (tak sme to urobili aj my), bez potreby zmeny plošného spoja.
Hodnota súčasných rezistorov R6 a R7 nie je kritická, my sme dokonca ponechali pôvodné 1k5 a k75. Rezistory R14 a R15 sú ochranné (sú navyše oproti pôvodnému zapojeniu), ich použitie nie je bezpodmienečne nutné, ale v extrémnych situáciách môžu byť užitočné. Zvyšok zapojenia sa nezmenil.
Nové zapojenie si samozrejme vyžiadalo zmenu programu pre mikrokontrolér PIC. Opäť je k dispozícii vo verzii s kryštálom a tiež vo verzii s Interným RC Oscilátorom. Súbory pre verziu s kryštálom alebo bez kryštálu (s vnútorným oscilátorom) je možné "stiahnuť" si v sekcii Download.
Keď sme už menili softvér, tak sme sa rozhodli ho zdokonaliť, čiže zvýšiť komfort obsluhy.
Pôvodný softvér mohol merať len 3-článkové batérie a pri pripojení 2-článku mohol ukazovať nezmysly (ačkoľvek zapojenie už bolo predpripravené aj na 2-článok).
Nový program automaticky rozozná 2-článok či 3-článok, urobí test prúdového (silového) obvodu a podľa zistených skutočností vydá zodpovedajúce hlásenie, eventuálne upozorní na možnosť nepresných výsledkov a samozrejme zobrazí namerané hodnoty.
V prípade, že stav batérie nie je vhodný na meranie, je vydané hlásenie a ďalšie meranie je znemožnené.
Súvisiace články:
Plošný spoj pre Merač vnútorného odporu LiPol - verzia 3P
Merač vnútorného odporu LiPol batérií - 3.časť - Program pre PIC
Merač vnútorného odporu LiPol batérií - 2. časť - Metóda merania
Merač vnútorného odporu LiPol batérií - 1.časť - Schéma
Konečná podoba merača vnútorného odporu LiPol batérií
Measuring Internal Resistance of LiPo Battery, Measure Instrument, C-rate, C rate, Ri meter