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デジタル式定電流放電器の制作(その3) [PIC]

デジタル式定電流放電器のソフトウェアがほぼ完成しました ^^

特徴としては
  1. 最大電池4本までの同時放電が可能で放電中は経過時間と共に各電池の
    • 放電電流総量(電流 x 時間なので放電総電荷=放電容量)[mAh]
    • 電圧値[V]
    • 電流値[A]
    を1秒間隔でLCDに表示します。スイッチ操作により任意の電池の詳細表示と全電池の表示(表示領域が足りないので時分割での表示)を選択できます。
  2. 放電停止電圧(カットオフ電圧)を0.8V~1.00Vの範囲で0.01Vステップで設定可能
  3. 放電電流を0.5A~1.2Aの範囲で0.1Aステップで設定可能
  4. 制御部分の電源は放電対象の電池から供給しているので専用の電源は不要(消費電流は数mA程度なので誤差範囲内)。また放電完了後(放電中以外)に一定時間スイッチ操作がない場合はスリープ状態となり消費電流はμAオーダーになります。
  5. 放電中の各電池の電圧値と電流値は10秒間隔でPIC内のフラッシュメモリにロギングデータとして保存されます(最大で約2.8時間分(※2015/03/30追記:電池がN個の場合、最大時間は4/N 倍になります))。また放電電流総量[mAh]も保存されます(当然設定変更した場合の値も保存)。すべての電池の放電が完了してから5分後にロギングは自動停止します。
  6. ロギングデータは電源を切っても(電池を抜いても)消えず、放電実施後パソコンにシリアル通信で送信できます。
  7. PWM方式で定電流制御することでハードを極力シンプルにしています。主な構成部品は(今後変更の可能性はありますが)
    • PIC16F886 x 1
    • LCD(SC1602相当) x 1
    • FET 2個入りIC(uPA2753GR) x 2
    • ステップ・アップDC/DCコンバータ(HT7750A) x 1
    • ショットキーダイオード x 1
    • インダクタ x 1
    • 3W5W(※2015/03/30変更)1オーム抵抗 x 4
    • スイッチ x 1
    • 電池ホルダ x 4
    • その他 抵抗とコンデンサとコネクタ x 数個、圧電スピーカー(※2015/03/30追加)

 下のグラフは放電ログのサンプルでエクセルでグラフ化したものです。

 左側はニッケル水素電池1本の放電で電流値は設定値(0.9A)どおりに制御されています^^
 下のグラフはカットオフ電圧が0.9Vなので当てはまりませんが1オームの抵抗を使って放電しているので設定した定電流値よりも電池の電圧が低い場合は PWMの Duty が100%となり定抵抗放電になります。逆に言うと定電流値の設定を高くすると定抵抗放電のデータが取れます(この場合でも放電電流総量は 2.5ms毎に測定している電流値の積算なので問題ありません)。但し、抵抗がかなり熱くなります。非接触型温度計で測定したところ140℃くらいでした ^^;;;;;

 右側のグラフは4本同時放電した時のログで電圧値が他の電池の放電終了の影響を受けてしまっているのでグランド周りの接続を見直す必要があります ^^;;;
 抵抗の放熱も考慮し、基板のプリントパターンや電池ホルダとの接続方法を見直す予定です。

放電ログ(電池1本) 放電ログ(電池4本)


★2015/03/02 追記
 上記グラフの放電時の電圧遷移をみると一般的に良く見られる様な放電開始時に放物線(y=x)の左側のように低下し、途中はほぼ平らで放電終了前にまた低下するような曲線ではありません。
 使用した電池が手持ちの古いもの(いつも使っているような使用状態でもない)のためか、今回のような(結構遅い周期の)PWM放電の影響なのかを確認するために電流設定値を1.3Aに設定して定抵抗放電のデータを取ってみました。右上のグラフでは黄色(V2)の電池を使用しています(たまに使うくらいで使用回数は多くない電池です)。
 結果は下のグラフでやはり一般的な曲線にはなっていないことから使用した電池が原因のようです。放電電流の積算は 1996mAh でした。電池の仕様は 2000mAh なので(一致しすぎている感はありますが)放電完了タイミングは適切なようです。

放電ログ(定抵抗放電)



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