Miernik pojemności akumulatorów ZH-YU ZB206+ i sposób pomiaru rezystancji wewnętrznej

Jakiś czas temu, podczas dyskusji o kolejnych akumulatorach „doświadczalnych”, pojawił się temat pomiaru rezystancji wewnętrznej. Ponieważ znany miernik YR1030 (i 1035) jest stosunkowo drogi, jeden z komentujących napisał, że istnieje dobry i tani przyrząd o nazwie ZH-YU ZB206+.
Wyszły jednak na jaw pewne niuanse, więc żeby oddać sprawiedliwość, kupiłem ten tester na próbę.



Wtedy pojawiła się kwestia tego, że ZB206+ również mierzy z częstotliwością 1 kHz, zgodnie z opisem w dokumentacji. Zacytuję:


W kolejnej recenzji, przy okazji omawiania YR1030, polecałem również ten tester. W trakcie dyskusji okazało się jednak, że w przeciwieństwie do modelu 1030 mierzy on w bardziej prymitywny sposób. Właśnie po to, by to sprawdzić, a także porównać dokładność pomiaru rezystancji wewnętrznej z YR1030, kupiłem ZB206+. Na szczęście nie jest zbyt drogi.

Recenzja nie będzie zbyt obszerna. Postaram się zwięźle opisać urządzenie, tryby pracy, testy i wnioski.

Ale skoro to jednak recenzja, zacznę jak zwykle od opakowania.
Tester przysłano w zwykłej foliowej kopercie, owinięty jakąś folią.


Zestaw składa się z testera i instrukcji.


Niestety instrukcja jest prawie w całości po chińsku, więc można ją przetłumaczyć za pomocą tłumacza obsługującego zdjęcia, przeczytać dalszą część mojego opisu albo pobrać instrukcję po angielsku.

Dane ze strony produktu.
Napięcie zasilania: DC12V / 5V (opcjonalnie)
Prąd roboczy: <35 mA
Maksymalne napięcie wejściowe akumulatora: 8.5V
Maksymalny błąd pomiaru prądu rozładowania: 1% + 2 mA
Błąd pomiaru napięcia: 1% -3D
Maksymalny błąd całkowitego wyniku pomiaru: 0,1-0,2 A 2,5%, 0,3-0,5 A 1,6%, 0,6-1,0 A 1,2%, 1,1 A-2,6 A 1%
Wymiary płytki drukowanej (bez miedzianych wsporników): 97 x 62 x 38 mm
Masa (z miedzianymi nóżkami): 47 g




Na pierwszy rzut oka to mała, zgrabna płytka. Co prawda radiator trochę ucierpiał w transporcie, ale to nic poważnego, choć oczywiście szkoda.


Moim zdaniem montaż jest całkiem staranny.


Na płytce znajdują się dwa złącza i jedna listwa zaciskowa.
Listwa służy do podłączenia akumulatora lub innego źródła zasilania o napięciu do 8.5 V.
Po prawej stronie znajduje się złącze do podłączenia obwodu pomiarowego w układzie czteroprzewodowym. Jest ono potrzebne do prawidłowego pomiaru rezystancji wewnętrznej i pojemności w watogodzinach.
Jeszcze dalej po prawej jest mała płytka ze złączem microUSB. Tester jest sprzedawany w dwóch wersjach zasilania: 5 lub 12 V. W pierwszej wersji jest płytka widoczna na zdjęciu, w drugiej zwykłe gniazdo 5.5/2.1 mm. Różnica w cenie była groszowa, więc wybrałem wersję z przetwornicą. W razie potrzeby można łatwo przerobić ją na zasilanie 12 V, po prostu wymieniając płytkę na gniazdo, ponieważ ta płytka podwyższa napięcie z 5 do 12 V.


Sterowanie
Trzy przyciski: S-- (zmniejszanie), S++ (zwiększanie), SK (tryb pracy).

Wskazania.
Czterocyfrowy wyświetlacz siedmiosegmentowy i cztery dodatkowe diody LED.
Na wyświetlaczu kolejno pojawiają się informacje o prądzie, pojemności i napięciu. O tym, która wartość jest aktualnie wyświetlana, informuje odpowiednia dioda LED.
Płytkę wyświetlacza można odłączyć od płytki głównej, co przydaje się podczas montażu w obudowie. Przyciski nie są jednak odłączane, więc trzeba będzie zamontować dodatkowe. Mimo to rozwiązanie jest wygodne.

Niżej i po lewej stronie znajduje się brzęczyk. Brzęczy nieprzyjemnie, więc prawie od razu go odłączyłem.


Na radiatorze zamontowano tranzystor mocy. Według instrukcji jest to P75NF75, ale oznaczenie na samym tranzystorze jest ledwo widoczne.
Radiator jest bardzo mały. Dostępna jest wersja z płytką i wentylatorem, ale kupiłem najtańszą, bo same płytki niczym się nie różnią.


Główna część układu pomiarowego i sterowania


Od spodu są tylko cztery tulejki do zamocowania płytki w obudowie.


1. Mikrokontroler 8S003F3P6 z 10-bitowym przetwornikiem ADC.
2. Wzmacniacz operacyjny LM358. O ile dobrze rozumiem, odpowiada za wzmocnienie sygnału z bocznika i napięcia wejściowego.
3. Dwa rejestry 74HC595, sterujące wyświetlaczem i wyjściem wentylatora.
4. Bocznik pomiarowy o rezystancji 50 mΩ i mocy do 2 W, co przy prądzie 2.6 A daje spory zapas.
5. Płytka przetwornicy napięcia. Po lewej i niżej widać diodę zabezpieczającą przed odwrotną polaryzacją, choć w tej wersji nie jest ona szczególnie potrzebna.
6. TL431. Na jej bazie zbudowano stabilizator zasilania wyświetlacza i najprawdopodobniej wzmacniacza operacyjnego.


Wyświetlacz ma dość dobry kontrast, ale z filtrem jest czytelniejszy, nie wspominając już o zdjęciach, dlatego na kolejnych fotografiach będzie już z filtrem.
Fabrycznie płytka jest ustawiona na prąd rozładowania 1 A.


Przyciski S-- i S++ zmniejszają lub zwiększają ustawiony prąd obciążenia. Zwrócę uwagę, że przyciski są rozmieszczone tak, jak przyzwyczajeni są nasi użytkownicy, czyli minus po lewej, a plus po prawej. Zwrócę też uwagę, że na zdjęciu w sklepie pokazano prąd 2.68 A, chociaż płytka pozwala ustawić prąd tylko w zakresie od 0.1 do 2.6 A, z krokiem 0.1 A.

Jeśli włączymy rozładowywanie bez akumulatora, pojawi się komunikat o błędzie. Jest ich łącznie 6:
Err1 - Mierzone napięcie przekracza 8.5 V
Err2 - Mierzone napięcie jest zbyt niskie lub nie występuje.
Err3 - Akumulator ma zbyt dużą rezystancję lub słaby styk, przez co pod obciążeniem napięcie spada zbyt mocno przy ustawionym prądzie obciążenia.
Err4 - Uszkodzenie tranzystora mocy
Err5 - Przeciążenie mocą. Domyślnie maksymalna moc płytki wynosi 12 W, ale ten limit można wyłączyć
Err6 - Napięcie zasilania nie mieści się w zakresie 11-14 V.



Ustawienia.
To menu wywołuje się, podając zasilanie przy wciśniętym przycisku SK. Przyciski -/+ zmieniają wartość, a SK przechodzi do następnej pozycji. Po przejściu przez wszystkie pozycje płytka przechodzi do normalnego trybu pracy i zapisuje ustawienia.
1, 2. - Dwuprzewodowy lub czteroprzewodowy tryb pomiaru.
3. Automatyczne rozpoznawanie typu akumulatora i odpowiednie automatyczne ustawianie napięcia końcowego rozładowania. Polecam wyłączyć tę funkcję, ponieważ typ jest rozpoznawany na podstawie napięcia akumulatora: dla naładowanego Li-Ion jest to 3 V, dla LiFe - 2.5 V, a dla akumulatorów niklowych - 1 V. Automatyka czasem się myli, a poza tym niekiedy akumulator trzeba rozładować do innego napięcia.
4. Wyłączenie brzęczyka. Wyłączyłem go niemal od razu, bo mnie irytował.
5. Wyłączenie limitu maksymalnej mocy rozpraszanej.
6, 7. - Moc w watach, przy której włącza się wentylator. Przy ustawieniu 00 działa on przez cały czas rozładowywania.
8. Maksymalnie można ustawić 10 W, ale ten tryb włącza się dość nietypowo: nie przez przechodzenie kolejno 7-8-9, lecz w odwrotną stronę 3-2-1-10.


Tryb pomiaru rezystancji wewnętrznej włącza się, podając zasilanie przy wciśniętym przycisku S--. Na wyświetlaczu można wtedy pokazać zarówno rezystancję wewnętrzną w mΩ, jak i napięcie akumulatora; przełącza się je przyciskiem SK. Z tego trybu można wyjść tylko przez ponowne uruchomienie płytki.


O wentylatorze.
Jak można się domyślić, rozpraszanie nawet 5 W przy tak małym radiatorze jest problematyczne, nie mówiąc już o większej mocy. Dlatego producent przewidział możliwość podłączenia wentylatora.
Przewód ujemny wentylatora podłącza się do punktu F- (po lewej), a dodatni do napięcia wejściowego. Ponieważ jednak mój wentylator był na 12 V, podłączyłem go za przetwornicą, a także za diodą zabezpieczającą, choć w zasadzie można go podłączyć również przed nią (dioda znajduje się u samej góry zdjęcia).
Podłączyłem go tam, gdzie było najbliżej, żeby całość wyglądała trochę schludniej. Przy okazji wymieniłem złącze pomiarowe na listwę zaciskową.


Pobór prądu przez płytkę prawie nie zmienia się zależnie od trybu pracy i wynosi 65 mA przy zasilaniu 5 V (z przetwornicą).
Pobór prądu przez wentylator jest oczywiście większy. W moim przypadku był to wentylator 12 V o mocy 0.5 W; z nim płytka pobiera 170 mA.
Ten wentylator w zupełności wystarczył do pracy z akumulatorem 4.2 V przy maksymalnym prądzie.


Sprawdzenie dokładności pomiaru napięcia.
Przy niskich napięciach dokładność pomiaru jest po prostu znakomita, praktycznie co do cyfry. Powyżej 5 V zaniża wynik o 0.02 V, ale moim zdaniem to również świetny rezultat.
W opisie podano maksymalne napięcie 8.5 V, ale jeśli zwiększać napięcie już po włączeniu trybu obciążenia, mierzy ono niemal do 10 V. Wyświetla wtedy 9.95 i nawet przy dalszym zwiększaniu napięcia wskazanie się nie zmienia.
Próba uruchomienia testu przy takim napięciu kończy się błędem.


Zanim sprawdziłem dokładność ustawiania prądu, zmierzyłem pobór prądu z akumulatora w trybie bezczynności. Tu również nie ma zastrzeżeń: przy 4.2 V prąd wynosi 0.1 mA, a przy 8.5 V - 0.2 mA.


Dokładność ustawiania prądu również nie budzi zastrzeżeń. Moim zdaniem jak na tak tanie urządzenie wszystko wypada świetnie. Co więcej, na koniec sprawdziłem, jak zmienia się prąd po rozgrzaniu — różnica mieści się w granicach błędu pomiaru.


Ale, moi drodzy, kupiłem tę płytkę po to, żeby sprawdzić, jak dokładnie potrafi mierzyć rezystancję wewnętrzną akumulatorów.
Wziąłem więc kilka różnych akumulatorów, różniących się producentem, pojemnością, maksymalnym prądem, napięciem i chemią, i postanowiłem je sprawdzić. Mogłem wziąć ich jeszcze więcej, ale uznałem, że 12 sztuk w zupełności wystarczy. Użyłem też połączenia czteroprzewodowego i porządnego uchwytu — przynajmniej lepszego nie mam.


A oto wyniki. W niemal wszystkich przypadkach w ZB206+ występowało „pływanie” wskazań w zakresie 3–5 jednostek. Na przykład zamiast 17 mΩ wyświetlało się 16–18, chwilami przechodząc w 15–19. Ale o tym później. Przy czym w przypadku jednych akumulatorów było ono większe (VTC6), a w przypadku innych mniejsze (NCR18650B).


Osobno sprawdziłem dokładność pomiaru przy rozładowanym akumulatorze — na szczęście miałem takie po innych testach.
Ostatnia para zrzutów ekranu nie jest pomylona: po lewej VTC5A, po prawej VTC6.


Wszystko byłoby w porządku, ale pewnie zwróciliście uwagę na dziwne wyniki poprzedniego testu. Pisałem wyżej, że wyniki często są bardzo niestabilne — wartości zmieniają się mniej więcej 2–3 razy na sekundę, przez co trudno zrozumieć, jaka właściwie jest rezystancja.
Kiedy jednak sprawdzałem rozładowane akumulatory, w przypadku niektórych efekt był jeszcze wyraźniejszy. Na zdjęciach poniżej widać ten sam akumulator, a odstęp między wykonaniem zdjęć wynosi około 30 sekund. Czyli włożyłem akumulator, sprawdziłem rezystancję i nie wyjmując go z uchwytu, obserwowałem, jak wskazania „pływają”: przez około pół minuty 10–14 mΩ, potem stopniowo rosną do 16–19 mΩ, a po kolejnych pół minuty znów wynoszą 10–14 mΩ.
Może nie były to dokładnie półminutowe odstępy, ale wyglądały na mniej więcej równe.


A co z częstotliwością 1 kHz? Nic z tego — pomiar odbywa się za pomocą krótkich impulsów, w praktyce przy prądzie stałym.
1, 3. — przebieg napięcia na bramce tranzystora
2, 4. — przebieg napięcia na boczniku.

Częstotliwość impulsów wynosi około 4 Hz, szerokość impulsu około 3 ms, a układ pracuje przy tym jako stabilizator prądu o wartości około 1–1,2 A. Do sprawdzania rezystancji przy prądzie stałym zwykle zaleca się prąd o wartości 0,5–1C, więc 1,2 A dobrze pokrywa zakres pojemności 1,2–2,4 Ah.

W każdym razie nie ma tu ani pomiaru prądem przemiennym, ani pomiaru przy częstotliwości 1 kHz. Jeśli umownie ekstrapolować szerokość impulsu 3 ms do pewnej częstotliwości, zakładając, że szerokość impulsu i przerwy wynosiłyby po 50%, częstotliwość ta wyniosłaby 166 Hz.


Przy okazji sprawdziłem, jak urządzenie zachowuje się podczas pomiaru w trybie połączenia dwuprzewodowego.
Bez podłączenia pary przewodów pomiarowych pomiar rezystancji nie działa.
1. Po podłączeniu tylko jednego przewodu rezystancja jest zaniżona półtorakrotnie, a napięcie dokładnie dwukrotnie.
2. Po podłączeniu drugiego przewodu rezystancja i napięcie wracają do normy.
Jeśli potem włączyć tryb czteroprzewodowy, nic się nie zmienia, więc nadal nie rozumiem, jaki jest sens ustawienia 2/4 przewody.


No i oczywiście pomiar pojemności akumulatora.
Do testów wziąłem kilka akumulatorów i postanowiłem sprawdzić ich pojemność.

Murata VTC5A.
Prąd rozładowania 2,5 A, czyli 1C


Po uruchomieniu testu przyciskiem SK, gdy automatyczne wykrywanie akumulatora jest wyłączone, urządzenie poprosi o wybranie napięcia końcowego rozładowania. Właśnie dlatego zalecałem wyłączenie automatycznego wykrywania: wygodnie jest ustawić ten próg, a poza tym można zrobić to dokładniej, bo automatyka ustawia go na 3 V.
Zakres regulacji wynosi 1–6 V. Z górnym napięciem nie ma problemu — jest odpowiednie dla pakietów 2S — ale 1 V nie jest do końca właściwe, bo ten sam NiCd rozładowuje się w testach do 0,9 V.
Ustawiam napięcie 2,5 V.


Podczas testu na wyświetlaczu kolejno pojawiają się pojemność w Ah, pojemność w Wh, napięcie akumulatora i ustawiony prąd rozładowania. Pojemność jest wyświetlana przez 2/5 czasu, a każda z pozostałych wartości przez 1/5.
Nie da się zatrzymać testu w dowolnym momencie — a właściwie da się, ale nie można wtedy sprawdzić wyniku, bo urządzenie przechodzi do trybu ustawiania prądu. Po zakończeniu testu wyświetlacz miga i dopiero w tym trybie można sprawdzić wszystkie wyniki.


Na koniec otrzymałem 2,409 Ah, czyli 8,67 Wh.


Mój poprzedni test wykazał 2,421 Ah, czyli 8,693 Wh — praktycznie identyczny wynik. Biorąc pod uwagę, że po moim pierwszym teście wykonano jeszcze kolejne testy i akumulator stracił trochę pojemności, wynik jest wręcz świetny.


Następny był Murata VTC6. Tutaj jednak trochę się pogubiłem i przez pomyłkę ustawiłem odcięcie przy 2,5 V zamiast 2,0 V, jak w ich teście.


Z powodu pomyłki test przebiegał w dwóch etapach: rozładowanie do 2,5 V, a następnie do 2,0 V. Łącznie uzyskałem 2,975 Ah, czyli 10,585 Wh. W pierwotnym teście tego akumulatora przy prądzie 1C uzyskano 3,015 Ah, czyli 10,67 Wh.

Ciekawostka: po zakończeniu testu można przyciskiem SK wybrać tryb wyświetlania napięcia akumulatora. Wartość zostaje wtedy ustalona na pewnym poziomie (dwa zdjęcia po prawej). Wygląda na to, że wyświetlane jest średnie napięcie z czasu trwania testu.


Sprawdziłem też dwa inne akumulatory: Samsung 30Q i 35E. Prąd rozładowania wynosił 0,5C.


Wyniki — u góry odpowiednio 30Q.


Ostatecznie 30Q wypadł nieco lepiej niż w pierwotnym teście, ale tym razem był lekko przeładowany (napięcie można sprawdzić w teście rezystancji wewnętrznej).


Z 35E jest odwrotnie: tym razem był lekko niedoładowany, dlatego wynik był niższy niż w pierwotnym teście. Można powiedzieć, że wszystko się zgadza.



Podsumowanie.
Jeśli chodzi o pomiar prądu, napięcia i pojemności, nie mam żadnych zastrzeżeń. Warto też wymienić kilka zalet:
Wygodne ustawianie prądu obciążenia i napięcia końcowego rozładowania.
Sterowanie wentylatorami zależnie od mocy obciążenia.
Ogólnie niezła jakość wykonania.

Osobno podkreślę, a właściwie napiszę tłustym drukiem: jeśli podczas testu odłączyć zasilanie, a potem ponownie je podłączyć, to obciążenie kontynuuje test bez kasowania wskazań! Moim zdaniem sama ta funkcja rekompensuje wszystkie wady, bo wszystkie znane mi urządzenia po ponownym uruchomieniu zaczynają test od zera.

A teraz wady:
Niewygodne włączanie trybu pomiaru rezystancji wewnętrznej — aż prosi się o przycisk ze stykami normalnie zamkniętymi w obwodzie zasilania.
Minimalne napięcie wynosi 1 V, a nie 0,9 V.
Pomiar rezystancji wewnętrznej: duży rozrzut wskazań i niestabilny wynik, nawet przy użyciu porządnego uchwytu i połączenia czteroprzewodowego.
No i oczywiście nie ma tu ani pomiaru prądem przemiennym, ani częstotliwości 1 kHz.

Szkoda, że na podstawie początkowych informacji błędnie uznałem, że ten tester prawidłowo mierzy rezystancję wewnętrzną. Właśnie dlatego go zamówiłem, żeby to sprawdzić. Teraz zastanawiam się, do czego go przyczepić wykorzystać.
Mimo to nadal go polecam ze względu na niezłe parametry, wygodę, możliwość kontynuowania testu i cenę. Wątpię, żeby za 7 dolarów dało się znaleźć coś ciekawszego.


To już wszystko. Mam nadzieję, że było przydatne.