Metody nabíjení NiCd a NiMH akumulátor 56 8. Struktura údaj na LCD displeji 8.1 Hlavní menu Hlavní menu je zobrazeno vždy po spušt ní nabíje e. Jsou zde prozatím dv volby a to Výb r profilu nabíjení a Práce s pam tí, viz obrázky 8.1 a 8.2. P epínaní mezi položkami je možné pomocí tla ítek + a. Volba je provedena tla ítkem Enter. Obr. 8.1 položka hlavní nabídky Obr. 8.2 položka hlavní nabídky 8.2 Nabídka volby profilu nabíjení Zde je možno vybrat profil práce nabíje e z p edem p ipravených. Pohyb po jednotlivých bodech je zajišt n tla ítky + a. Výb r profilu se provádí tla ítkem Enter a návrat do hlavního menu pomocí tla ítka Escape. Na obrázku 8.3 je popsána struktura zobrazovaných informací o profilu. Obr. 8.3 zobrazení výb ru profilu 8.2.1 Potvrzení výb ru profilu a spušt ní innosti Po výb ru profilu je uživatel vyzván k p ipojení akumulátoru a odsouhlasení výb ru. Volba lze zrušit stiskem tla ítka Escape, což je návrat do menu výb ru profilu. Potvrzení výb ru se provede tla ítkem Enter, ímž se okamžit za ne provád t nastavený program. Nabídka je obrázku 8.4. Obr. 8.4 potvrzení p ipojení akumulátoru a spušt ní programu
Tomáš Tichý 57 8.3 Nabídka práce s pam tí V této nabídce je možné odesílat nam ená data do PC, mazat data z pam ti nabíje e a zjiš ovat volnou kapacitu pam ti pro ukládání dat. Data jsou odesílána po stisknutí tla ítka Enter na nabídce z obrázku 8.5. Odesílání dat je asov náro né a b hem odesílání není nijak indikována innost nabíje e. Odesílání m že trvat (podle obsazení pam ti) až 4 minuty. Obr. 8.5 podnabídka odeslání hodnot do PC Data je možné taky kompletn smazat pomocí nabídky z obrázku 9.6 a pro zabrán ní necht ného smazání je nutné potvrdit ješt up es ující dotaz z obrázku 9.7. Mazání je relativn rychlé a trvá p i libovolném zapln ní pam ti stejn dlouho (cca 10 s). Obr. 8.6 podnabídka mazání pam ti Obr. 8.7 potvrzovací dotaz Zbývající volné místo v bajtech je možné zjistit v t etí podnabídce. Jeden záznam zabere 4 bajty. P íklad výpisu je na obrázku 9.8. 8.4 Zobrazované údaje p i práci Obr. 8.8 výpis volné pam ti P i práci nabíje e jsou na displeji zobrazovány veškeré provozní stavy. Aby bylo možné zobrazit veškeré informace, jsou jednotlivé údaje uspo ádány do 14 podoken s jednou podnabídkou. Zobrazení událostí a možností p erušení nebo ukon ení procesu. Jednotlivá podokna jsou popsáná na následujících obrázcích. Pohyb mezi jednotlivými podokny se provádí stisky tla ítek + a.
Metody nabíjení NiCd a NiMH akumulátor 58 Obr. 8.9 podokno 1 p i práci nabíje e Popis položek podokna 1 z obrázku 8.9 Typ aku zobrazuje typ použitého akumulátoru. Další možnosti jsou NiMH a LiPb Nab/vyb proud - zobrazuje aktuální skute ný proud z nebo do akumulátoru Nap tí aku aktuální skute né nap tí akumulátoru Režim práce + zbývající cykly ur uje aktuální režim práce. První písmeno zna í nabíjení (N) nebo vybíjení (V), druhé písmeno druh práce. Pro nabíjení jsou možnosti standardní nabíjení (M), automatické nabíjení (A), reflexní nabíjení (R) a nabíjení za diodou (D). Pro vybíjení zobrazuje bu stálý vybíjecí proud (M) nebo automatické snižování (A). Prodleva je signalizována písmeny (WW). íslo ur uje p i použití program vybít nabít nebo nabít vybít po et dalších cykl as zobrazuje as [mmm:ss] od po átku jednotlivých režim. P echodem mezi režimy se as nuluje. Pokud je režim práce prodleva je zobrazován as do konce prodlevy Dodaný/odebraný náboj zobrazuje dodaný nebo odebraný náboj z aktuálního režimu práce Obr. 8.10 podokno 2 p i práci nabíje e Popis položek podokna 2 z obrázku 8.10 Napájecí nap tí zobrazuje aktuální hodnotu napájecího nap tí nabíje e Teplota aku zobrazuje teplotu na externím teplotním idle pro akumulátor Teplota chladi e teplota na interním tepelném idlu umíst ném na chladícím profilu
Tomáš Tichý 59 Obr. 8.11 podokno 3 p i práci nabíje e Popis položek podokna 3 z obrázku 8.11 Po et lánk zobrazuje po et lánk nastavených v profilu nabíjení Cyklus x z y aktuální íslo cyklu je zapsáno v ísle x z celkového po tu y nastaveného v profilu nabíjení. Kapacita akumulátoru zobrazuje kapacitu akumulátoru nastavenou v profilu nabíjení Název profilu zobrazuje jméno aktuáln používaného profilu Obr. 8.12 podokno 4 p i práci nabíje e P es podokno 4 je možné získat informace o všech událostech, které nastaly b hem práce s aktuálním profilem. Do zobrazení událostí lze vstoupit tla ítkem Enter. Obr. 8.13 podokno 5 až 9 p i práci nabíje e Popis položek podoken 5 až 9 z obrázku 8.13 Cykl popisuje íslo cyklu v n mž byla nam ena následující hodnota. íslo cyklu nabývá hodnot 0-9
Metody nabíjení NiCd a NiMH akumulátor 60 Dodaný náboj velikost náboje dodaného v jednom cyklu. Náboj je udán v mah Odebraný náboj velikost náboje odebraného v jednom cyklu. Velikost náboje je v mah Podokna 5 až 9 se liší jen ísly cykl. Horní ádek je vždy dodaný náboj spodní odebraný. Sm r je odlišen i znaménkem za íslem cyklu. Obr. 8.14 podokno 10 až 14 p i práci nabíje e Popis položek podoken 10 až 14 z obrázku 8.14 Cykl popisuje íslo cyklu v n mž byl nam en následující údaj. íslo cyklu nabývá hodnotaažj,kdeaje0ajje9.písmena byly použity pro rozlišení údaj o náboji a práci Dodaná energie ur uje velikost dodané energie p i nabíjení. íslo je ve Wh Odebraná energie ur uje velikost odebrané energie p i vybíjení. íslo je ve Wh Rozdíly mezi následujícími okny jsou stejné jako u podoken 5 až 9. 8.4.1 Zobrazení událostí V této podnabídce je možné zjistit informace o událostech vzniklých b hem práce profilu. Do nabídky je možné vstoupit stisknutím tla ítka Enter v podokn 4. Pohyb mezi jednotlivými položkami je možný pomocí tla ítek + a. Opušt ní nabídky je možné pomocí tla ítka Escape. Vzhled výpisu je na obrázku 8.15. Obr. 8.15 rozložení informací na displeji o událostech
Tomáš Tichý 61 Popis položek z obrázku 8.15 as je to as [mmm:ss] od spušt ní vybíjení, nabíjení nebo prodlevy. P i p echodu se as nuluje a tak zobrazovaný as není absolutní, ale relativní k aktuálnímu režimu. Po adové íslo zobrazuje celkový po et událostí, protože zapamatovatelných jich m že být jen 31 Zobrazovaná událost x z y zobrazuje aktuální pozici zobrazované události v bufferu událostí z celkového po tu. Vyšší íslo události je nov jší. Popis události popisuje nastalou událost. Možné popisy jsou: Start vybíjení, Prodleva, Start nabíjení, Konec vybíjení, Dosažen Dpeak, Uplynul as, Náboj byl dodán, Pod min. proud, Nab. teplota p es, Nab. teplota zp t, Vyb. teplota p es, Vyb. teplota zp t, Vadný akumulátor, Nizke U napajeci. 8.4.2 Nabídka ukon ení Tato nabídka je vyvolána stisknutím tla ítka Escape v libovolném míst zobrazovaných údaj. Pomocí této nabídky je možné úpln p erušit b h profilu a vysko it do nabídky výb ru profilu nebo p erušit aktuální režim profilu a pokra ovat následujícím. Vzhled nabídky je na obrázku 8.16. Obr. 8.16 nabídka ukon ení programu Volba je realizována p íslušnými tla ítky pod popisy.
Metody nabíjení NiCd a NiMH akumulátor 62 9. Ovládací software pro PC Ovládací program pro PC byl napsán v prost edí Borland C++ Builder 5 s využitím p ídavného objektu pro vykreslení grafu. Program umož uje uživateli sledovat veškeré d je v nabíje i, sledovat aktuální hodnoty m ených veli in, prohlížet online data v grafu, kalibrovat m ící obvody a nastavovat pracovní p edvolby nabíje e. Program je koncipován jako ladící pomocník k vývoji a proto neobsahuje veškeré náležitosti k zp íjemn ní práce uživateli a obsahuje i n které nízkoúrov ové nastavení a ovládání. V prozatímní verzi softwaru mikropo íta e je nutné použití programu v PC k nastavení p edvoleb nabíjení. 9.1 Nastavení a ovládání Zde jsou základní ovládací prvky pro práci s informacemi z nabíje e, základní ovládání a nastavení p ipojení. Na obrázku 9.1 je sejmutá obrazovka programu. Obr. 9.1 vzhled stránky s nastavením a ovládáním nabíje e K propojení nabíje e a programu slouží blok s nastavením Spojení. Zde je nutné vybrat íslo sériového portu, na který je nabíje p ipojen a provést propojení stiskem tla ítka P ipojit Com. K zjišt ní kvality spojení slouží ást Test spojení. Test se spustí tla ítkem Start a ukon uje se tla ítkem Stop. Po stisknutí tla ítka Start se za nou vysílat kontrolní bloky dat,
Tomáš Tichý 63 jejichž po et je vypsán. Úsp šnost p enosu je signalizována progress barem. Blok Spojení také obsahuje výpis postupu komunikace s nabíje em. Blok Ru ní nastavení je nízkoúrov ová funkce k použití p i kalibraci p evodník nebo p i vývoji. Nastavení se okamžit p enese do mikropo íta e, kde se nastavené parametry aktivují. S touto funkcí by m l pracovat jen seznámený uživatel. Nulování je blok ur ený pro snadn jší orientaci v grafu p i ode ítání po ítaných veli in asu, náboje a práce. Je to op t blok používaný p i vývoji softwaru a lad ní výkonových algoritm nabíjení a vybíjení. Prvky bloku Ovládání grafu již jsou uživatelsky zajímav jší. Tla ítko Povol odes. hodnot povolí p epnutí posílání dat z textového formátu (viz 7.6.2) na binární formát (viz 7.6.1), pomocí n hož nabíje odesílá stavy svých nastavovaných a m ených funkcí. Ty jsou zobrazeny bu v oblasti Získaných hodnot a nebo n které v grafu. Ovládací prvek Zakaž odes. hodnot má opa ný význam. Tla ítkem Reset grafu se smaže graf a nastaví se aktuální as jako nulový bod v grafu. Pomocí tla ítek Ulož graf a Na ti graf je možné ukládat a na ítat nam ené grafy do souboru pro pozd jší zpracování. Tla ítky P eruš program a Zastav vše z bloku Ovládání pr b hu se nahrazuje nabídka nabíje e ukon it (viz 8.4.2). V bloku Získaných hodnot jsou vypsány jednotlivé parametry. as je zobrazován od spušt ní p ipojení nabíje e k napájení, hodnota CPV je popsána v ásti (7.11) a (7.12.3). Podbloky Data Register 1 a Data Register 2 vypisují stavy výstup posuvných registr 74HCT595 (viz 5.6.2). Tla ítko Na ti hodnoty slouží k vynucenému na tení stav nabíje e. 9.2 Graf V této sekci je vykreslován z p íchozích hodnot graf. Do grafu se vynáší nap tí, proud, náboj, práce, teplota akumulátoru a hodnota CPV. K vykreslování grafu je použita komponenta firmy Steema Software TeeChart Pro 5 Evaluation version [29]. Komponenta není úpln nejlepší možné ešení, je ovšem posta ující. K pohybu po grafu slouží pravé tla ítko myši a její posunování. Pomocí levého tla ítka a pomocí pohybu z levého horního rohu do pravého dolního rohu bude vybraná oblast p iblížena. Zobrazení celého grafu se provede stisknutím levého tla ítka myši a pohybem z pravého dolního rohu do levého horního rohu libovolné ásti grafu. Vzhled okna s grafem je na obrázku 9.2.
Metody nabíjení NiCd a NiMH akumulátor 64 Obr. 9.3 zobrazení graf 9.3 Kalibrace Pomocí této sekce je možné zkalibrovat m ící obvody nabíje e. Toto okno (obrázek 9.3) není ur ené pro b žnou práci a špatné nastavení m že zp sobit zni ení nabíje e nebo jeho okolí. Více v kapitole (7.7). K spušt ní kalibrace musí být povolené odesílání hodnot do nabíje e (viz 9.1). V okn kalibrace se tla ítkem Povol kalibraci z bloku Ovládání. Pokud se budou kalibrovat jen ur ité m icí rozsahy, je vhodné na íst sou asné konstanty z nabíje e pomocí tla ítka Na ti konstanty. Pro zkalibrování jednotlivých nap ových rozsah je nutné si je jednotliv zablokovat stisknutím tla ítka. Proudové rozsahy se p epnou automaticky zvolením proudu z vyššího rozsahu. Poté zvolit dv hodnoty z uvedeného rozsahu. Do polí ka AD se vyplní údaj z AktAD a do následujícího polí ka skute nou hodnotu nap tí i proudu. Jako první údaj se píše vždy vyšší hodnota. Stiskem p íslušného tla ítka Vypo ti dojde k vy íslení konstant. Ty je možné ješt ru n doeditovat v polí cích Kx a Ax. Konstanty se uloží do nabíje e tla ítkem Ulož konstanty.
Tomáš Tichý 65 Obr. 9.3 okno kalibra ního nastavení 9.4 P edvolby V tomto okn je umožn no uživateli p idávat, mazat a editovat p edvolby práce nabíje e. Jiným zp sobem zatím není možné nastavit práci nabíje e. P edvolby je možné ukládat a na ítat ze soubor pomocí tla ítek Ulož do souboru a Na ti ze souboru. P idání p edvolby se provádí tla ítkem P idat p edvolbu. Nová p edvolba se umístí za aktuáln zobrazenou p edvolbu. Tla ítkem Smazat p edvolbu se maže aktuáln zobrazená p edvolba. Na ítání a ukládání p edvoleb do nabíje e zajiš ují p íkazová tla ítka Na ti p edvolby a Odešli p edvolby. Provedené zm ny nastavení jsou akceptovány až po stisknutí tla ítka Ulož p edvolbu, kde dojde ke kontrole správnosti zadaných údaj. Pohyb mezi jednotlivými p edvolbami je umožn n naviga ními tla ítky u ísla p edvolby. Vzhled okna je na obrázku 9.4.
Metody nabíjení NiCd a NiMH akumulátor 66 Obr. 9.4 okno práce s p edvolbami nabíjení Popis nastavení v bloku Obecné: Název šestnáctiznakové ozna ení nabíjecí p edvolby Po et lánk udává po et sériov zapojených lánk v nabíjené akumulátorové sad (1 až 25) Max. nabíjecí teplota udává teplotu p i jejímž p ekro ení p eruší nabíje nabíjení (30-55 C) Max. vybíjecí teplota teplota, nad kterou nabíje p eruší vybíjecí proud (30-55 C) Kapacita akumulátoru kapacita jednoho (potažmo paralelní kombinace) lánku (10-65000 mah) Max. dodaný náboj ur uje maximální velikost dodaného náboje do akumulátor (10-65000 mah) p i ukon ení nabíjení pomocí Delta Peaku nebo podle dodaného náboje Po et cykl po et nabíjecích a vybíjecích cykl p i použití program Nabít vybít nebo Vybít nabít (1-10) Typ lánku ur uje jakého typu je nabíjený akumulátor Nastavení typu nabíjení vychází z popisu v bodu (7.12). Typ programu ur uje, jakým postupem bude nabíje pracovat. Možné volby jsou: Nabít, Vybít, Nabít vybít, Vybít nabít. Volba Ukládání vzork do pam ti po ur uje periodu zápisu informací o pr b hu nabíjení do pam ti nabíje e (viz bod 7.17).
Tomáš Tichý 67 V bloku Nabíjení se ur í Nabíjecí proud (120-9600 ma), Maximální nabíjecí proud (120-9600 ma) a Citlivost detekce Delta Peaku (1-10 mv na lánek). Volba Nabíjecí proud je využitá p i Standardním nabíjení, Reflexním nabíjení a Nabíjení za ochrannou diodou. Maximální nabíjecí proud ur uje limit regulace automatické volby nabíjecího proudu. Citlivost DP je požadována p i volb ukon ení nabíjení pomocí poklesu nap tí. Volby Vybíjení jsou Vybíjecí proud (120-6300 ma), Min. vybíjecí proud (120-6300 ma) a Automatické snižování proudu. P i vybíjení se nastaví proud z volby Vybíjecí proud a pokud je použitá volba Automatické snižování proudu, je proud snižován až na hranici Min. vybíjecího proudu. V bloku nastavení LiPol, LiIon, Pb je možné nastavit hodnotu Max. nabíjecího nap tí (700-45000 mv), která ur uje kone né nabíjecí nap tí, Min. vybíjecí nap tí (700-45000 mv), na které jsou akumulátory vybíjeny a hodnotu Min. nabíjecí proud (120-9600 ma), což je hranice, p i jejímž dosažení bude nabíjení ukon eno. V nabídce asy je možné nastavit Maximální as (1-1000 min), který ur uje maximální dobu nabíjení program s ukon ením pomocí detekce DP nebo ukon ených asem, mimo nabíjení LiPol, LiIon a Pb lánk. as p ed DP (0-600 s), který blokuje vyhledávání poklesu nap tí po uvedený as, a tím zabrání nalezení falešného poklesu starších akumulátor. Doba prodlevy mezi p echody mezi programy se nastavuje v položce Prodleva (10-3600 s). Poslední nabídkou Konec nabíjení se ur uje, podle jakého algoritmu má nabíje ukon it nabíjení. Pro NiCd a NiMH lánky jsou p ípustné všechny možnosti pro LiPol, LiIon a Pb pouze možnost Náboj. Volba DP má záložní možnosti ukon ení as a Náboj.
Metody nabíjení NiCd a NiMH akumulátor 68 10. Záv r Cílem bakalá ské práce bylo prostudovat nabíjecí algoritmy a možnosti vyhodnocení stavu akumulátor. Ze získaných poznatk byl následn navržen hardware nabíje e, do kterého byly jednotlivé algoritmy implementovány. Konstrukcí hardwaru se poda ilo splnit požadavky m ení a nastavování nabíjecích a vybíjecích algoritm. Ke konstrukci byly použity moderní b žn dostupné sou ástky vývodové i pro povrchovou montáž. Požadavek rychlého nabíjení je spln n výstupním výkonem 150 W (p edpokládaný ale nezkoušený výkon by mohl být více než 200 W) a proudy až 9,6 A. Vybíjecí proud je až 6,3 A s povoleným výkonem 60 W. Implementované algoritmy by m ly splnit nároky na provoz nejpoužívan jších druh akumulátor. Proti p vodnímu plánu byly p idány i algoritmy nabíjení LiIon, LiPol a Pb akumulátor. V sou asném stavu je nabíje schopen nabíjet pomocí n kolika algoritm lánky NiCd a NiMH, volit automaticky nabíjecí proudy pro lánky NiCd a jedním algoritmem lánky LiIon, LiPol a Pb. Vybíjení je možné pro všechny lánky bu konstantním proudem, nebo automaticky snižovaným proudem. Je možné ukládat data nabíjení vnit ní pam ti pro pozd jší zpracování na PC, nebo je možné je p ímo odesílat a nabíjecí proces sledovat na PC. Nastavovaní program je zatím možné jen p es PC, ale i tato možnost bude do nabíje e dopln na. V nabíje i mohou být uloženy profily nabíjených sad akumulátor, které je možné volit p es tla ítka a LCD displej nabíje e, ímž se zjednoduší obsluha p i používání stejných akumulátor. V pr b hu nabíjecího procesu je možné sledovat základní údaje na LCD displeji nabíje e, procházet si dosažené údaje a kontrolovat události vzniklé b hem práce nabíje e. Uživatel je také informován o stavech nabíjení zvukovými signály. Nabíje je odolný proti p epólování vstupu i výstupu, nesprávné volb parametr pomocí m ení teploty nabíjených akumulátor, p eh átí výkonových prvk a proti chyb ídicího programu. Výsledek spl uje zadání bakalá ské práce.