Как проверить батарейку мультиметром cr2032

Про мой LIR2032 и CR2032 тестер, сами батарейки и накопленный опыт

В этой статье я публикую в свободный доступ мой тестер и измеритель 8шт часовых аккумуляторов-таблеток форм-фактора CR2032. Надеюсь, он пригодится тем, кто делает портативную электронику и различный IoT. В статье я опишу схему моего тестера и расскажу как он работает. Приведу результаты измерения аккумуляторов LIR2032. И проверю восемь CR2032 от разных производителей. Также поделюсь богатым опытом: какие аккумуляторы лучше не брать, а какие — хорошие. Бонусом распишу опасные моменты: и как самому не пострадать и не сжечь дом, как это любит делать Креосан.

Для чего?

В целях самозанятости и в качестве хобби мы c другом-схемотехником делаем наручные устройства, которые работают в двух режимах: активном и режиме ожидания. В активном режиме требуется красивый, плавный и отзывчивый интерфейс, поэтому потребление в пределах 10-15 мА. В режиме ожидания работают только часики, потребление — единицы микроампер. В устройстве есть синхронизация данных по USB, следовательно, оно должно уметь заряжаться. Поэтому мы применяем перезаряжаемые батарейки таблетки в форм-факторе CR2032, они называются LIR2032.

Устройства продаются в Европу. Эти заказчики более требовательны к качеству, чем отечественные потребители, и поэтому важно чтобы все устройства работали долго и примерно одинаковое время. И самая большая проблема — это контроль качества аккумуляторов. Быстро их не проверить, а объём вырос настолько, что пришлось сделать этот тестер. О чём я и расскажу далее.

Основные параметры

Питание USB 5V, 400mA.
Тип аккумуляторов и батарей LIR2032, CR2032 (с ограничениями)
Количество одновременно проверяемых аккумуляторов: 8 шт
Индивидуальная двух цветовая индикация статуса у каждого аккумулятора
Одноцветный светодиод общего состояния.
Посекундный текстовый лога по каждому аккумулятору.
Измерители: напряжения и скорости его изменения, времени, ёмкости в мкА/ч.
Разрядная нагрузка: 250 Ом (~10мА).
Зарядный ток: 30мА
Время цикла проверки: 4-6 часов.

Алгоритм проверки

Разница между LIR2032 и CR2032 в том, что CR2032 батарейки, а LIR перезаряжаемые аккумуляторы. И они имеют более высокий рабочий диапазон напряжений, но почти в 10 раз меньшую ёмкость.

CR2032: диапазон напряжений 2000-3300 мВ, ёмкость 200+ мА/ч.
LIR2032: диапазон напряжений 3300-4200 мВ, ёмкость 35 — 45 мА/ч.

Первичная дозазрядка, окончание — сигнал #STAT зарядника в Z. Максимум 3 часа.
Разряд, до 3300 мВ, время: минимум 2 часа, максимум 5 часов.
Финальная полная зарядка, окончание — сигнал #STAT зарядника в Z. Максимум 3 часа.

Аккумулятор считается годным, если все эти лимиты по времени соблюдаются.
Напряжение не должно проседать ниже 3000 мВ или превышать 4300 мВ — т.е. те лимиты, при которых аккумуляторы быстро портятся или считаются негодными.

Индикация

Индивидуально у каждого держателя батареи:

часто мигает зелёным — Первичная дозазрядка
часто мигает красным — Разряд
медленно мигает зелёным — Финальная зарядка
постоянно горит зелёный — Тест окончен, батарея годная
постоянно горит красный — Тест окончен, батарея не годная

Общий у USB порта:

Светится — проверка в процессе работы, как минимум один тестируется.
Погас — проверка окончена, все 8 аккумуляторов проверены.

Лог работы

Выводится в UART. Если впаять CP2103, то его можно считывать, иначе придётся подключать сторонний преобразователь UART в USB.
Устройство запоминает в свободной флеш памяти (около 50кб) параметры всех ранее измеренных аккумуляторов и выдаёт их при каждой перезагрузке.

После перезагрузки и инициализации начинает выдаваться каждую секунду:

Время в секундах
Отладочные статусы зарядника и тд, три группы символов по 8 шт.
Напряжения на аккумуляторах в милливольтах, точность 30мВ, 8шт
Прошло времени в тиках (~8 миллионов)
Напряжение аналогового питания (удобно для проверки и отладки питания)
Скорость изменения питания в микровольтах в сек, 8 шт. точность 5 мкВ/сек.

После того как все аккумуляторы проверены выдаётся измеренные значения по всем аккумуляторам.

Ёмкость в мкА/ч (норма от 25 и выше)
Время в сек., напряжение в мВ начала и напряжение в мВ окончания периода.
Периодов три: первичный заряд, разряд, финальный заряд.

LIR_1 capacity 40943 uAh LIR_1 #0 Charge_A 2203 4078 4217 LIR_1 #1 Load_250 9755 4172 3297 LIR_1 #2 Charge_B 6542 3470 4220

Микроконтроллер и как его прошивать

Для тестера батареек я выбрал микроконтроллер STM32F100R8 это ARM Cortex M3.
Выбран большой 64-х выводной корпус, т.к. на все 8 каналов не хватало выводов, а делать костыли с расширяемыми GPIO и регистрами не хотелось. МК работает от внутреннего генератора без использования PLL и делителей, т.е. на 8Мгц.

Прошивка сделана в gcc и makefile в среде Eclipse Kepler и плагине CDT.
Настройка не требуется. Достаточно прошить и уже можно использовать.

Можно прошивать внешним UART программатором, для этого на отдельную PLS’ку выведены сигналы RX TX BOOT0 RST и земля.
Можно прошивать моим встроенным USB-UART программатором о котором я рассказывал ранее, но для этого на каждый экземпляр придётся ставить CP2103.

Схема целиком

электрическая схема (увеличение по клику):

Схема питания

Две ветки питания на двух линейных стабилизаторах LM1117 с 5 до 3.3В.
Отдельное питание для цифровой и аналоговой части.
С защитой от взаимных помех катушечками — индуктивностями на входе каждого стабилизатора.

ВНИМАНИЕ в плате есть ошибка: забыли установить и развести общий электролит по питанию USB, впаяйте параллельно USB хотя-бы 4000мкФ х 6В. Иначе при включении одного зарядника, сбрасываются остальные из за сильной просадки по питанию.

Схема одного из восьми каналов LIR2032/CR2032

функциональный уровень:

электрическая схема:

Ключ включения питания контроллера заряда (цепь ON1)
Контроллер заряда (микросхема MCP73831T)
Вывод статуса зарядки: в процессе заряда=GND или закончен=Z (цепь STAT1)
Вертикальный держатель батарейки
Делитель напряжения на 2 и датчик напряжения на ОУ (цепь ADC1)
Нагрузка 250 Ом, которая включается полевым транзистором (LOAD1)

Про зарядку и контроллер заряда

Заряжать Li-ion аккумуляторы необходимо в двух режимах:

быстрый заряд в режиме константного тока;
далее дозаряд в режиме константного напряжения.
Для этого использован готовый контроллер заряда который умеет всё это делать — MCP73831T. Он используется как в тестере питания так и в целевом устройстве.

Его характеристика заряда по времени:

Также имеется два дополнительных вывода:

Вывод #STAT — индикация что заряд в процессе, во время зарядки там GND, по окончанию он переходит в высокий импеданс. Обычно к нему подключают катод светодиода.
Вывод #Prog — задаёт ограничение тока, для универсальности и зависит от простой формулы:

Ireg = 1000V / Rprog;

Плата

Четырёхслойная, средние слои: земля и питание, внешние верх и низ — сигнальные.
Зазоры и толщина дорожек по 0.2мм. Все резисторы 0805 рекомендую ставить с 1% точностью.
Увеличение по клику

Результаты аккумуляторов LIR2032

Вот график заряда и разряда, построен по логам тестера

В течении 64 циклов разряжал и заряжал 8 шт аккумуляторов и построил график того, как меняется средняя ёмкость у 8 аккумуляторов по мере накопления циклов и «износа».

Далее, стало интересно, есть ли зависимость между измеренной ёмкостью и временем заряда или временем разряда. Для этого я взял накопленную статистику с 500+ рабочих и годных аккумуляторов:

Оказалось что да, зависимость есть, но только по времени разряда на нагрузку.
По времени заряда слишком косвенно. А при малых ёмкостях в пределах 25-30мА видно наступает таймаут минимального времени заряда у микросхемы зарядника — образовалась гор. полочка.

Так же заметны две группы батареек: одна — новые фирменные EEMB с ёмкостью 34-40мА/ч, другие — тоже EEMB, но 13-ого года выпуска с ёмкостью 25-30 мА/ч. Вторую группу я случайно нашёл среди своих запасов пока делал статью и решил тоже прогнать и отдать на сборку годные.

Сделал анимацию первых 65 измерений разных аккумуляторов:

верхний график — напряжение в мВ, горизонтальная шкала времени шириной 16000 сек
нижний график — скорость изменения верхнего графика в мкВ/сек.

Результаты проверки 8 разных батареек CR2032

Сразу предупреждаю, что тестер батареек не предназначен для CR2032. Они рассчитаны под разряд микроамперами и единицами миллиампер, притом и нагрузку менееьше 1 кОма не рекомендуют подключать. Но у меня есть дешевые китайские изделия где это нарушается, например, игрушки для детей и кошек с светодиодами. И я на помню, что именно в таком случае хуже всего себя показали фирменные батарейки, а дешевые ширпотребные хорошо.

При желании, можно выпаять три из четырёх однокилоомных резисторов — для этого в плате нагрузка так и сделана. Или впаять другой вообще резистор побольше, например 10к. Если сообществу интересно, то могу заняться, но результаты будут Очень не скоро.

Результаты сделал в виде таблицы по пороговым срезам, начиная с 2000 мВ до 2900 мВ с шагом в 100 мВ.
Т.е. ёмкость в миллиамер-часах измерена так, если бы они разряжались до 2000 мВ, или 2100 мВ и тд до 2.9 В. Чем выше порог, тем меньше ёмкость.
Единица измерения мА/ч.

Зелёно-красный градиент индивидуален по каждому столбцу и независим от соседних столбцов.

Да, действительно, простые и дешёвые батарейки типа ЭРА, megamag и Трофи, лучше в этой ситуации. Что и подтвердило мой прежний опыт их использования.
Но ещё раз повторю — батарейки не обязаны выдавать такой ток!

Часто батарейки CR2032 крепятся при помощи миниатюрных магнитов, например, в фитнес браслете misfit shine, и поэтому должны уметь хорошо магнитится. И да, действительно все 8 батареек притягиваются магнитом отлично.

Итоги и про качество аккумуляторов

Мне лично тестер понравился, очень удобно пользоваться. А цикл в 4 часа хорошо сочетается с личной жизнью — с утра поставил — в обед сменил следующий, после работы ещё раз все 8 шт поменял, и на ночь ещё 8 шт. Много времени не требуют, особенно если по терминалу не подключаться и лог не вести.

Проблема с аккумуляторами была решена.
Мы ранее покупали китайские «ноунейм» аккумуляторы, но они оказались почти 100% браком.
На голову лучше себя повели фирменные от EEMB — у них стабильные параметры и брака 2-3%. А в некоторых палеттах из 50-40 шт ни одной бракованной. Также они отлично переживают долгое хранение в течении 3-4 лет, но процент брака повышается до 10%.

Для сравнения скриншот первых 100 шт, где EEMB а где заказанные на алиэкспрессе думаю наглядно виден будет сразу.

тут три партии: первые 40шт — новые EEMB, вторая — свежий «ноунейм» китай, последние 15 шт — EEMB три года лежали без использования. Заметно что даже немного деградировавшие 15 шт EEMB лучше китайских.

Про технику безопасности

Помните, что при коротком замыкании и батарейки и аккумуляторы ощутимо греются. Да, даже такие маленькие, маломощные и малоёмкие. Особенно, если работаешь с большим количеством, то не самая лучшая идея даже бракованные скидывать в одну кучу. Если Вы конечно не Креосан.
Аккумуляторы плоские, так и хочется их взять стопкой, но даже в разряженном аккумуляторе напряжение 3-4В, а в стопке может достигать опасных 50-70В. Стопкой их складывать нельзя, даже бракованные. Если, конечно, не хотите стать ещё одним доказательством теории Дарвина.
Китайские аккумуляторы часто вспухают и текут неприятной на запах жидкостью, от которой болит голова и чешутся пальцы. Если иметь дело с китайским ширпотребом, то перчатки и хорошо вентилируемое нежилое помещение обязательно.

Заключение и ссылка на мой проект на гитхабе

Я не хотел статью писать, т.к. думал, что раз тема IoT популярна на Хабре, то и про такие батарейки точно есть обзоры, но не нашел.

Кстати, я ищу работу и на данный момент также принимаю разовые заказы на разработку или производство.

Ссылка на проект гитхаба:
https://github.com/Mirn/LIR2032_tester/
Лицензия MIT, используйте на здоровье!
Также я не против поговорить про опыт использования. И помочь советом.

CR2032
тестирование батареек
LIR2032
схемотехника
STM32
stm32f100
stm32f100rb
результаты тестов
емкость аккумулятора

Промышленное программирование
Программирование микроконтроллеров

Как проверить CR2032? (батарейка с материнки) — Видео

Литиевая батарейка CR2032 (да и других размеров кроме 2032) используется много где: материнские платы, игрушки, весы, габаритные фонарики.
И иногда надо понять, батарейка перед Вами ещё жива или её можно выбросить? И простой замер напряжения далеко не всегда может дать адекватный ответ.

Оценить видео

Техническая грамотность

Как проверить CR2032? (батарейка с материнки)

Литиевая батарейка CR2032 (да и других размеров кроме 2032) используется много где: материнские платы, игрушки, весы, габаритные фонарики…
И иногда надо понять, батарейка перед Вами ещё жива или её можно выбросить? И простой замер напряжения далеко не всегда может дать адекватный ответ.

other_material_inline_bottom

Лента материалов

Интересные материалы

other_material_bottom

Возможно вас заинтересует

Правила размещения комментариев

Соблюдение Правил конференции строго обязательно!
Флуд, флейм и оффтоп преследуются по всей строгости закона!

Комментарии, содержащие оскорбления, нецензурные выражения (в т.ч. замаскированный мат), экстремистские высказывания, рекламу и спам , удаляются независимо от содержимого, а к их авторам могут применяться меры вплоть до запрета написания комментариев и, в случае написания комментария через социальные сети, жалобы в администрацию данной сети.

Проверка батарейки ААА, АА, CR2032

Батарейку тестируют, чтобы определить пригодна ли она для работы и сколько времени она еще сможет проработать.

Тестирование можно проводить специальным прибором или вольтметром самостоятельно. Плюс прибора – виден результат и не нужно думать. Плюсы мультиметра (вольтметра) — не нужно тратить деньги на прибор. Понимаешь, как все это работает, купленный мультиметр может пригодится для многого другого.
Сначала выясним, что значит батарея рабочая и батарея севшая. Разбирать все будем на примере всем знакомых пальчиковых и мизинчиковых батареек ААА и АА.
Рабочей батарейкой считается батарейка АА или ААА способная выдавать требуемое напряжение под определенной нагрузкой. Напряжение новой батарейки равно 1.5В. Cогласно документации (Data Sheet) на батарейки от мировых лидеров – Varta, Energizer и других, напряжением севшей батарейки AA или AAA считают 0.9 – 0.8В.
Остается измерить напряжение. Без подключенной нагрузки даже севшая батарея покажет около 1,5 В.

Для определения реального состояния батарейки нужно:
— Взять резистор 3.9 Ом (именно этот номинал является типовым в документации для высокой нагрузки) или номинал чуть больше, имеющийся в киоске радиодеталей и замкнуть через него плюс и минус батареи;
— Вольтметром замерить напряжение на батарее.
В готовые приборчики сопротивление уже встроено.
Чем хуже состояние батареи, тем меньшее напряжение она выдаст. У новой батарейки оно будет 1.5В у отслужившей близко к 0,9В.
Иногда и мультиметры имеют встроенную функцию проверки батарей. В этом случае на них обычно указывается, какое значение является нормой.

У батареи которая садится проседает напряжение, как следствие снижается сила тока. Устройство может начать работать хуже – пульт от телевизора приходится направлять точнее, хотя по началу он срабатывал даже если развернут в противоположную сторону. Игрушка медленнее и т.д. Происходит это до тех пор, пока устройству хватит уровня напряжения для включения или мощности для работы.
Батарею CR2032 следует проверять аналогичным образом. Резистор для нее следует взять номиналом 1кОм. Напряжение новой батареи 3В. Напряжение разряженной 2В.

Самый простой вариант — купить тестер батареек. В него уже встроен нагрузочный резистор. Батарейка типоразмера AA и AAA имеет полный заряд если прибор показывает 1,5 В. батарейка будет нормально функционировать, если заряд не опустился ниже 1,2 В. Батарейка подразряжена и эффективность работы может быть понижена в зависимости от места использования при 0,9-1.1 В. Батарея полностью разряжена если напряжение 0,8 В и меньше.

Существуют другие модификации тестеров, просто шкала «хорошо», «плохо». Подойдет для тех, кому не интересно знать напряжения и помнить какое норма, а какое нет.

Немного дополнительной информации о батареях.
Кстати, аккумуляторную батарею автомобиля проверяют таким же способом. Нагрузочная вилка создает ток уровня пускового или несколько выше на короткое время. Естественно это не ток короткого замыкания о котором пойдет речь ниже, а ток определенной величины.

Какая емкость у батарейки?

Емкость батареи зависит от величины нагрузки, чем она меньше, тем большую емкость сможет выдасть батарейка. Вот пример из документации на батарею АА – графики зависимости емкости от нагрузки

График зависимости емкости батареи от силы тока

Зависимость времени работы батарейки от устройства

и графики времени жизни батарейки при работе с условными пультом дистанционного управления, радио, игрушкой, плером.

Проверка током короткого замыкания.
Существует еще один популярный в народе способ проверки батарей и аккумуляторов – проверка током короткого замыкания. Мультиметр выставляется в режим измерения тока на шкалу ампер. Щупами на короткое время касаются плюса и минуса батареи. По величине тока делают выводы о состоянии батареи или аккумулятора. Метод абсолютно не научный и вредный. Сравнить можно к визиту к врачу, а он для проверки состояния вашего здоровья надевает боксерскую перчатку и производит удар. Наверное можно оценить общее состояние по тому был человек нокаутирован, насколько тверда осталась походка. Но достоверность не высокая и вреда куда больше, чем пользы от подобной диагностики. Неспециальные батареи и аккумуляторы не рассчитаны на такие токи и их срок жизни резко сокращается, какие цифры тока норма сплошные догадки.

Читаемое

Ремонт светодиодной подсветки телевизора LG
Портативная радио колонка L-088 (разбор)
Выбор освещения для гаража
Выбор умной колонки Яндекс. Обзор Станции Макс
Замена клавиатуры ноутбука Sony Vaio
Прошивка для ресивера Т2660