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热爱昆虫,生命是伟大的。 专业是研究分子生物学的。 电子技术是业余爱好而已。 摄影也是随手拍拍。 绘画也因时间有限放下很久了。

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用智能手机电池DIY高精度,多功能锂电池容量测试仪/库仑计(原创,转载请注明出处)  

2012-03-16 22:22:43|  分类: 电子产品DIY和改 |  标签: |举报 |字号 订阅

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现在很多WM系统的智能手机被电子产品飞快的换代速度淘汰了。其实换下来的智能手机并不像普通手机那样没啥用了,还可以改很多有意思的东西的。

现在很多电子的业余爱好者经常接触锂电池,很多时候需要测试锂电池的容量。但是一个成品的电池容量测试仪非常的贵。业余条件下很多时候买一个不值得。虽然网上有一些串口的容量测试仪原理图可以自制,但是相对下面这种方法,不管是精度,难易程度都处于劣势。

WM系统的智能手机电池并不是像普通手机那样,就是一个SOT23-5封装的保护IC+MOSFET。电池接点也是简单的正极,负极,连了热敏电阻的TH极,和接了一个普通电阻的ID极。WM系统的智能手机电池是一个专用的芯片构成的,通过1-wire接口和主机通信,主机从而获得电池的实时的详细信息(电压/电流/温度/容量)。普通手机是靠检测电池电压来决定电量的,由于这种方式精度的问题,所以电量显示就是4-5个格。而智能手机由于是检测真实放电容量,所以显示电量是百分比的方式,可以精确到1%的精度。这也就是为啥智能手机的原装电池卖的很贵。

多普达,惠普的智能手机或者掌上电脑电池很多用的都是美信的DS2760/DS2762做电池的保护和检测芯片。这个芯片的功能很强大,除了像普通保护IC那样提供过压/过流/过放/短路保护外,可以检测电池的实时电压/电流/温度/容量。

这个芯片对电池充电和放电的电流取样速度达到每秒1500次!电流分辨率为0.625mA。5mV的电压分辨率,0.125摄氏度的温度分辨率。对于采用内置25毫欧取样电阻的型号,容量分辨率可以达到0.25mAh,最大容量支持到8200mAh,对于普通电池足够了。不过有点要注意的是:此芯片允许的最大放电电流是2A。

需要的材料:
WM系统手机原装电池的保护板+USB转1-wire或者串口的转接线。
适用范围:
单节的锂聚合物,单节锂离子,单节磷酸铁锂,3串的镍氢/镍镉。       简单的说:只要容量小于8000mAh,并且放电截至电压在2.7V以上,充满后的电压在4.3V以下的电池或者电池组均可。

首先准备一个USB或者RS232转1-wire的转接线(两者功能一样,区别就是用的接口不同,根据自己电脑接口选一条,转接线可以自制,见前一篇日志)

下列机型原装电池是DS2760/2762芯片的保护板,其他型号需自行验证:
HTC代号        多普达型号
Andes            696i
BlueAngel      d700
Charmer        818
Magician         828
Universal        D900

下面用最常见的多普达818/828手机的电池来详细的介绍一下。

电池的接口定义见下图:

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首先把保护板拆出来。可以看到这个亮晶晶的芯片就是DS2762芯片

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下面的正负极是接电芯的正极和负极,下文中统一称为保护板的“输入端”。把你要测量的电池按照正确的极性焊到这里。

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下面的是保护板接手机的那个接口,下文统一称为保护板的“输出端”,说一下接口的接法:

正极接充电或者放电设备的正极,

负极接充电或放电设备的负极,同时也要接1-wire转接线的GND端,也就是DS2480B芯片的引脚1。

DQ接1-wire转接线的1-W引脚,也就是DS2480B的引脚2。

PS用一根导线接到保护板负极。

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到此为止,保护板和转接线就连好了。下面的步骤是:

给电脑装1-wire的驱动(点这里下载)(如果你用的是PL2303芯片的USB转接线,还要装PL2303驱动,点这里下载)——→安装DS2762的评估板配套软件(点这里下载)——→把接好保护板的1-wire转接线连电脑(如果你是com口的转接线,最好电脑开机前连电脑,因为com口不像USB那样支持即插即用,开机后再接到com口容易损坏电脑com接口或者导致电脑无法识别转接线)——→运行DS2762K的程序(第一次运行要选择转接线的com口编号,这个每个电脑不同,根据自己电脑选择,设备管理器可以看到是com几)。

如果转接线制作,电脑程序安装,com口设置都没问题,电池和保护板也是好的,那么软件就能连接上电池,显示保护板的信息了。显示如下图所示(这里做一个简单的介绍,详细使用可以参考美信的网站):

对于作为容量测试仪来说,我们需要的是Meters界面和Data Log界面,至于Memory,Pack Info和Fuel Gauging界面基本是关于原来电池的信息,可以不去理会。

下面Meters界面中红色椭圆圈里的都是实时显示的电池信息,蓝色的字是对应的说明。粉色方框内是高电压/低电压/充电过电流/放电过电流报警提示,不用理会。黄色方框内是几个重要引脚的电平状态,也不用管。蓝色方框内是手动的强制停止/允许放电和强制停止/允许充电的控制按钮。剩下的那些设置按钮可以不去理会,不会影响使用。

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下图是充电和放电时各个参数的曲线图。可以根据充电或者放电时间来选择合适的取样点时间间隔。如果需要长期保存,可以选择记录到文件。注意:第二次记录到文件会覆盖第一次记录文件的数据,所以每次记录后及时把数据保存到其他位置。这个数据可以很方便的导入到excel里进行处理。

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这个页面不用理会,用不到。

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这个页面提供的是保护板原配的那个电池使用时间的计算参数。

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这是用来调整保护板原配那个电池充放电参数的,对于测试容量来说,也是用不到的。

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使用方法很简单,分为两种:一种是你只需要容量数值而不需要充放电曲线的。另外一种是除了这两个参数还需要曲线的。

对于第一种,只需要把待测的电池接到保护板上,利用保护板的输出接口去充电或者放电。等充满或者放电停止后,把保护板连接电脑运行软件读取那个容量就可以了。不一定非要按照锂电池那种恒流放电的标准测试,你也可以把保护板的输出端接到打算用的设备上,测试在真实设备上的放电容量。这是其他的容量测试仪所无法做到的。我觉得这种用真实设备测出的容量比恒流放电测出来的容量对我们的使用更有参考价值。

对于第二种,你需要把待测电池接保护板上,将保护板连接电脑并运行程序后,选取合适的取样点间隔(视自己需要来确定是否启动软件的将数据保存到文件功能),然后再利用保护板输出接口去充电或者放电,在整个充电或者放电过程中一直保持程序的运行。这样等充电或者放电完毕,就能得到相应的曲线了。

下面的图是我这个容量减小的多普达818电池放电后期的电池的各种信息实时显示图。

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下面是多普达电池充满后的放电曲线。

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注意事项:

1,多数人可能连电脑和转接线会使用焊接方式,如果用这种方式,焊接的时候千万注意将转接线从电脑上拔下后再焊接。

2,该芯片支持的最大放电电流是2A,不要超过。

3,该芯片分辨率很高,但是不等于精度很高。精度对业余使用是足够用的。但是如果需要精确结果,对于电压,电流和温度的数值,请用仪表测量后的实际测量值和芯片显示值比较,加以修整。

4,DS2762优点是精度高,测试的容量大,缺点是只能测单锂电。

 

如果需要测试其他的电池,可以采用DS2438。这个芯片的优点是支持多节电池,电路简单(特别是对于自己买新芯片做电路的情况下,只需要一个取样电阻和一个100k电阻+0.1uF电容构成滤波的电路即可,比DS2760/2762简单很多)。缺点是容量测试精度没DS2760/2762高。

DS2438支持的电压是2.5V-10V,所以可以用于1-6节(芯片另外单独供电)或者1-2节锂电池,2-6节(芯片由被测电池供电)镍氢/镍镉电池的测试。10mV的电压分辨率。A/D取样速度大概每秒40次。25毫欧电阻可以测5000mAh的容量,分辨率大概20mAh的样子,50毫欧能测2500mAh,分辨率大概10mAh的样子。

简单的说:DS2760/2762专用于单锂电或者3镍氢,容量测试范围大精度高。DS2438通用性更强,电路简单,但是容量测试精度略低。可以根据自己需要取舍。

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