Вимірювач ємності акумуляторів ZH-YU ZB206+ і як він вимірює внутрішній опір

Деякий час тому під час обговорення чергових «піддослідних» акумуляторів зайшла мова про вимірювання внутрішнього опору. Оскільки відомі прилади YR1030 (і 1035) коштують відносно дорого, один із коментаторів сказав, що є хороший і недорогий прилад під назвою ZH-YU ZB206+.
Але також з’ясувалися деякі нюанси, і щоб відновити справедливість, я купив цей тестер на пробу.



Тоді зайшла мова про те, що ZB206+ також вимірює на частоті 1кГц, як і зазначено в даташитах. Цитую —


У наступному огляді я заодно рекомендував його разом із YR1030, але під час обговорення з’ясувалося, що, на відміну від 1030, він вимірює примітивнішим способом. Власне, щоб це перевірити, а також порівняти точність вимірювання внутрішнього опору з YR1030, і було придбано ZB206+ — тим паче коштує він не дуже дорого.

Огляд буде не надто великим, постараюся стисло подати інформацію: опис, режими роботи, тести й висновки.

Але оскільки це все-таки ще й огляд, почну, як зазвичай, з упаковки.
Тестер надіслали у звичайному поліетиленовому пакеті, загорнутим у якусь плівку.


Комплект складається з тестера та інструкції.


На жаль, інструкція майже повністю китайською мовою, тож можна або перекласти її за допомогою перекладача, який уміє це робити за фото, або прочитати далі мій опис, або завантажити її англійською мовою.

Характеристики зі сторінки товару.
Напруга живлення: DC12V / 5V (опційно)
Робочий струм: <35 мА
Максимальна вхідна напруга акумулятора: 8.5V
Максимальна похибка струму розряджання: 1% + 2 мА
Похибка вимірювання напруги: 1% -3D
Максимальна похибка загальних результатів вимірювань: 0,1-0,2 А 2,5%, 0,3-0,5 А 1,6%, 0,6-1,0 А 1,2%, 1,1 А-2,6 А 1%
Розмір друкованої плати (без мідних опор): 97 x 62 x 38 мм
Вага (з мідними ніжками): 47 г




На вигляд — маленька, акуратненька платка, щоправда, радіатор трохи постраждав у дорозі, але це не критично, хоча й неприємно.


На мій погляд, зібрано навіть акуратно.


На платі встановлено два роз’єми та одну клемну колодку.
Клемна колодка призначена для підключення акумулятора або будь-якого іншого джерела живлення з напругою до 8.5 Вольта.
Праворуч розташований роз’єм для підключення вимірювального кола під час використання чотирипровідного підключення, необхідного для коректного вимірювання внутрішнього опору та ємності у ват-годинах.
Ще правіше — невелика платка з роз’ємом microUSB. Тестер продається у двох варіантах: із живленням 5 або 12 Вольт. У першому випадку встановлено таку платку, як на фото, у другому — звичайний роз’єм 5.5/2.1мм. Оскільки різниця в ціні була копійчана, я взяв варіант із перетворювачем: на 12 Вольт його завжди можна переробити, просто замінивши плату на роз’єм, адже вона підвищує напругу з 5 до 12 Вольт.


Керування
Три кнопки — S-- (зменшення), S++ (збільшення), SK (режим роботи).

Індикація.
Чотирирозрядний семисегментний індикатор плюс чотири додаткові світлодіоди.
На індикаторі почергово відображається інформація про струм, ємність і напругу, а щоб розуміти, що саме зараз показано на екрані, вмикається відповідний світлодіод.
Плату індикації можна від’єднати від основної плати, що зручно під час встановлення в корпус. Щоправда, кнопки не від’єднуються, тож доведеться встановити додаткові. Але загалом це зручно.

Нижче й ліворуч є пищалка, пищить неприємно, тож я майже відразу її вимкнув.


На радіаторі встановлено силовий транзистор, судячи з інструкції, це P75NF75, але маркування на самому транзисторі ледве видно.
Радіатор дуже маленький, є плата з вентилятором, але я купував найдешевший варіант, оскільки самі плати нічим не відрізняються.


Основна частина вимірювального вузла та керування


Знизу — лише чотири стійки для встановлення плати в корпус.


1. Мікроконтролер 8S003F3P6 з 10-бітним АЦП.
2. Операційний підсилювач LM358. Наскільки я розумію, відповідає за підсилення сигналу з шунта та вхідної напруги.
3. Два регістри 74HC595 — керування індикатором і виходом на вентилятор.
4. Струмовимірювальний шунт опором 50мОм, потужністю до 2 Ватт, що дає великий запас за струму 2.6 Ампера.
5. Плата перетворювача напруги; ліворуч і нижче видно діод для захисту від переполюсування, щоправда, у цьому варіанті він не дуже потрібен.
6. TL431, на її основі зібрано стабілізатор живлення індикації і, найімовірніше, операційного підсилювача.


Хоч індикатор і досить контрастний, зі світлофільтром його краще видно, не кажучи вже про фотографії, тож далі всі фото будуть із ним.
Спочатку плату налаштовано на струм розряджання 1 Ампер.


Кнопки S-- і S++ зменшують або збільшують заданий струм навантаження. Зазначу, що кнопки розташовані звично для наших користувачів: мінус ліворуч, а плюс праворуч. Також зазначу, що на зображенні в магазині показано струм 2.68 Ампера, хоча плата здатна встановлювати струм лише від 0.1 до 2.6 з кроком 0.1 Ампера.

Якщо ввімкнути розряджання без акумулятора, з’явиться повідомлення про помилку. Усього таких повідомлень 6:
Err1 — вимірювана напруга вища за 8.5 Вольта
Err2 — вимірювана напруга надто низька або відсутня.
Err3 — акумулятор має надто високий опір або поганий контакт, унаслідок чого під навантаженням напруга надто сильно падає за встановленого струму навантаження.
Err4 — несправність силового транзистора
Err5 — перевантаження за потужністю. За замовчуванням максимальна потужність плати становить 12 Ватт, але це обмеження можна вимкнути
Err6 — напруга живлення не входить у діапазон 11–14 Вольт.



Налаштування.
Це меню викликається подаванням живлення із затиснутою кнопкою SK. Кнопки -/+ змінюють значення, SK переходить до наступного пункту. Після проходження всіх пунктів плата переходить у звичайний режим зі збереженням налаштувань.
1, 2. — Двопровідний або чотирипровідний режим вимірювання.
3. Автоматичне визначення типу акумулятора і, відповідно, автоматичне встановлення напруги завершення розряджання. Рекомендую вимкнути, оскільки тип визначається за напругою акумулятора: для зарядженого LiIon це 3 Вольта, LiFe — 2.5 Вольта, нікелевих — 1 Вольт. Тож автоматика іноді помиляється, а крім того, часом акумулятор потрібно розрядити до іншої напруги.
4. Вимкнення пищалки. Я вимкнув її майже відразу, бо вона дратувала.
5. Вимкнення обмеження максимальної потужності розсіювання.
6, 7. — Потужність у Ваттах, за якої вмикатиметься вентилятор. За значення 00 він працює постійно, поки триває розряджання.
8. Максимальне значення — 10 Ватт, але цей режим вмикається дещо оригінально: не перебором 7-8-9, а у зворотному порядку 3-2-1-10.


Режим вимірювання внутрішнього опору вмикається подаванням живлення із затиснутою кнопкою S--. На індикатор можна вивести як внутрішній опір у мОм, так і напругу акумулятора; перемикання — кнопкою SK. Вийти з цього режиму можна лише перезавантаживши плату.


Про вентилятор.
Як ви розумієте, навіть 5 Ватт розсіяти за допомогою такого маленького радіатора проблематично, не кажучи вже про більшу потужність. Тому виробник передбачив можливість підключення вентилятора.
Мінусовий провід вентилятора підключається до точки F- (ліворуч), плюсовий — до вхідної напруги. Але оскільки мій вентилятор був на 12 Вольт, я підключив його після перетворювача, а також після захисного діода, хоча, по суті, можна підключити й до нього (діод — у самому верху фото).
Я ж підключився там, де ближче, щоб усе було трохи акуратніше. Заодно замінив вимірювальний роз’єм на клемник.


Струм споживання плати майже не змінюється залежно від режиму роботи й становить 65мА за напруги живлення 5 Вольт (із перетворювачем).
З вентилятором споживання, звісно, вище. У моєму випадку це був вентилятор на 12 Вольт, 0.5 Ватта; з ним плата споживає 170мА.
Цього вентилятора цілком вистачало для роботи з акумулятором на 4.2 Вольта за максимального струму.


Перевірка точності вимірювання напруги.
За низької напруги точність вимірювання просто чудова — практично знак у знак. Вище 5 Вольт занижує на 0.02 Вольта, але, як на мене, це теж чудово.
В описі вказано, що максимальна напруга — 8.5 Вольта, але якщо підвищувати напругу, коли режим навантаження вже ввімкнено, то вимірює вона майже до 10 Вольт. При цьому показує 9.95, і навіть якщо підвищувати напругу далі, значення не змінюється.
Якщо спробувати запустити тест із такою напругою, видає помилку.


Перш ніж перевіряти точність встановлення струму, я виміряв струм споживання від акумулятора в режимі очікування. Тут також жодних питань: за 4.2 Вольта струм становить 0.1мА, за 8.5 — 0.2мА.


Точність встановлення струму також не викликала запитань. На мій погляд, для такого дешевого пристрою все чудово. Ба більше, наприкінці я перевірив, як змінюється струм після прогрівання: різниця в межах похибки.


Але, друзі, плату я купував саме для того, щоб перевірити, наскільки точно вона вміє вимірювати внутрішній опір акумуляторів.
Для цього я взяв кілька різних акумуляторів, які відрізняються виробником, ємністю, максимальним струмом, напругою та хімією, і вирішив їх перевірити. Можна було взяти ще більше піддослідних, але я вирішив, що 12 штук цілком достатньо. Також використовував чотирипровідне підключення та якісний тримач — принаймні кращого в мене немає.


Власне, результати. Майже в усіх випадках у ZB206+ була «розхитаність» у межах 3–5 одиниць: наприклад, відображалося не 17 мОм, а 16–18, короткочасно переходячи в 15–19. Але про це пізніше. Причому в одних акумуляторів вона була більшою (VTC6), в інших — меншою (NCR18650B).


Окремо перевірив точність вимірювання на розрядженому акумуляторі — на щастя, такі в мене були після інших тестів.
Останню пару скриншотів не переплутано: ліворуч VTC5A, праворуч VTC6.


Усе було б добре, але ви, мабуть, звернули увагу на дивність у результатах попереднього тесту. Вище я писав, що результати часто дуже нестабільні: значення змінюються приблизно 2–3 рази на секунду, через що буває складно зрозуміти, який же опір.
Але коли я перевіряв розряджені акумулятори, то на деяких ефект став ще сильнішим. Нижче на фото той самий акумулятор, різниця в часі між фото — близько 30 секунд. Тобто я встановив акумулятор, подивився, який опір, і не став виймати його з тримача, а значення почали «плавати» приблизно так: пів хвилини 10–14 мОм, потім плавне підвищення — вже 16–19 мОм, ще пів хвилини — і знову 10–14 мОм.
Можливо, не рівно пів хвилини, але інтервали виглядали приблизно однаковими.


А що ж із частотою 1 кГц? Та нічого: вимірювання виконується короткими імпульсами, фактично на постійному струмі.
1, 3. — Форма напруги на затворі транзистора
2, 4. — Форма напруги на шунті.

Частота повторення імпульсів — приблизно 4 Гц, ширина імпульсу — близько 3 мс. При цьому схема працює в режимі стабілізатора струму зі значенням приблизно 1–1,2 А. Зазвичай для перевірки опору на постійному струмі рекомендують значення струму 0,5–1C, тому струм 1,2 А нормально охоплює діапазон ємностей 1,2–2,4 А·год.

Але в будь-якому разі тут немає не лише вимірювання на змінному струмі, а й вимірювання на частоті 1 кГц. Якщо умовно екстраполювати ширину імпульсу 3 мс до певної частоти за умови, що ширина імпульсу й паузи становила б 50/50, то ця частота дорівнювала б 166 Гц.


Заодно перевірив, як поводиться прилад під час вимірювання в режимі двопровідного підключення.
Без підключення пари вимірювальних проводів вимірювання опору не працює.
1. Якщо підключити лише один провід, опір буде занижений у півтора раза, а напруга — рівно вдвічі.
2. Якщо підключити другий провід, опір і напруга приходять до норми.
Якщо потім увімкнути чотирипровідний режим, нічого не змінюється, тому я так і не зрозумів, у чому сенс налаштування — 2/4 проводи.


І, звісно, вимірювання ємності акумулятора.
Для тестів я взяв кілька акумуляторів і вирішив перевірити їхню ємність.

Murata VTC5A.
Струм розряджання — 2,5 А, що відповідає 1C


Після запуску тесту кнопкою SK, якщо режим автоматичного визначення акумулятора вимкнено, вам запропонують вибрати напругу завершення розряджання. Саме тому я й рекомендував вимкнути автоматичне визначення: цей поріг зручно встановлювати вручну, а крім того, так можна зробити це точніше, адже автоматика визначає для нього поріг 3 В.
Діапазон зміни — 1–6 В. Якщо до верхньої напруги запитань немає — вона підходить для збірок 2S, — то 1 В не зовсім коректно, адже той самий NiCd тестують до 0,9 В.
Встановлюю напругу 2,5 В.


Під час тесту на індикатор почергово виводяться ємність в А·год, ємність у Вт·год, напруга акумулятора та встановлений струм розряджання. При цьому 2/5 часу відображається ємність, а по 1/5 — усе інше.
Зупинити тест у довільний момент не вийде. Точніше, зупинити його можна, але переглянути результат неможливо: пристрій переходить у режим налаштування струму. Після завершення тесту індикатор мерехтить, і в цьому режимі вже можна переглянути всі результати.


У результаті я отримав 2,409 А·год або 8,67 Вт·год.


Мій попередній тест показав 2,421 А·год або 8,693 Вт·год — практично один в один. А з огляду на те, що після мого першого тесту було проведено ще кілька тестів і акумулятор трохи втратив ємність, то взагалі все чудово.


Наступним був Murata VTC6. Але тут я трохи заплутався і випадково встановив відсічення на 2,5 В замість 2,0 В, як було в їхньому тесті.


Через помилку перевірка проходила у два етапи: розряджання до 2,5 В, а потім до 2,0 В. Разом вийшло 2,975 А·год або 10,585 Вт·год. У початковому тесті цього акумулятора за струму 1С було 3.015А·год або 10.67 Вт·год.

Цікавий момент: після завершення тесту кнопкою SK можна вибрати режим відображення напруги на акумуляторі, при цьому вона фіксується на певному значенні (два праві фото). Судячи з усього, виводиться середня напруга за час тесту.


Також перевірив ще два акумулятори — Samsung 30Q і 35E. Струм розряджання — 0.5С


Результати: вгорі, відповідно, 30Q


Зрештою 30Q показав трохи більше, ніж у початковому тесті, але цього разу він був трохи перезаряджений (напругу можна подивитися в тесті внутрішнього опору).


З 35E усе навпаки: цього разу він був трохи недозаряджений, тому результат виявився нижчим за початковий. Можна сказати, що все сходиться.



Підсумки.
До вимірювання струму, напруги й ємності зауважень немає. Також відзначу позитивні моменти:
Зручне керування вибором струму навантаження та напруги завершення розряджання.
Керування вентиляторами залежно від потужності навантаження.
Загалом непогана якість виготовлення.

Окремо відзначу — навіть хочу виділити жирним шрифтом: якщо під час тесту вимкнути живлення, а потім знову подати його, то навантаження продовжує тест, не скидаючи показань! На мою думку, лише це перекриває всі недоліки, адже всі пристрої, які я знаю, після цього починають тест із нуля.

Ну і недоліки:
Незручне ввімкнення режиму вимірювання внутрішнього опору — так і проситься кнопочка з нормально замкнутими контактами в колі живлення.
Мінімальна напруга — 1 Вольт, а не 0.9
Вимірювання внутрішнього опору: великий розкид показань, результат плаває навіть із якісним тримачем і чотирипровідним підключенням
І, звісно, тут немає ні вимірювання на змінному струмі, ні частоти 1кГц.

Шкода, що через початкову інформацію я помилково вирішив, ніби цей тестер коректно вимірює внутрішній опір. Власне, тому я й замовив його, щоб перевірити цю інформацію. Тепер ось думаю, куди його прилаштувати застосувати.
Але попри це я все одно його рекомендую через непогані характеристики, зручність, можливість продовжити тест і ціну: навряд чи за 7 доларів можна знайти щось цікавіше.


На цьому все, сподіваюся, було корисно.