Tester pojemności baterii Arduino DIY - V1.0: 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

[Odtwórz wideo]Uratowałem tak wiele starych baterii do laptopów (18650), aby wykorzystać je ponownie w moich projektach słonecznych. Bardzo trudno jest zidentyfikować dobre ogniwa w zestawie akumulatorów. Wcześniej w jednym z moich Power Bank Instructable powiedziałem, jak zidentyfikować dobre ogniwa, mierząc ich napięcia, ale ta metoda wcale nie jest niezawodna. Więc naprawdę chciałem mieć sposób na pomiar dokładnej pojemności każdego ogniwa zamiast ich napięć.

Aktualizacja 30.10.2019

Możesz zobaczyć moją nową wersję

Kilka tygodni temu zacząłem projekt od podstaw. Ta wersja jest naprawdę prosta, oparta na prawie Ohma. Dokładność testera nie będzie w 100% idealna, ale daje rozsądne wyniki, które można wykorzystać i w porównaniu z innymi bateriami, dzięki czemu można łatwo zidentyfikować dobre ogniwa w starym akumulatorze. Podczas pracy zdałem sobie sprawę, że jest wiele rzeczy, które można poprawić. W przyszłości postaram się te rzeczy wdrożyć. Ale na razie jestem z niego zadowolony. Mam nadzieję, że ten mały tester będzie przydatny, więc dzielę się nim z wami wszystkimi. - Akumulator jonowy, który jest wysoce wybuchowy i niebezpieczny. Nie mogę ponosić odpowiedzialności za jakąkolwiek utratę mienia, uszkodzenie lub utratę życia, jeśli do tego dojdzie. Ten samouczek został napisany dla tych, którzy mają wiedzę na temat technologii akumulatorów litowo-jonowych. Nie próbuj tego, jeśli jesteś nowicjuszem. Bądź bezpieczny.

Krok 1: Wymagane części i narzędzia:

Wymagane części:1. Arduino Nano (Najlepszy bieg / Banggood)2. Wyświetlacz OLED 0,96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Rezystory (4 x 10 K, 1/4 W) (Amazon / Banggood) 5. Rezystor mocy (10R, 10 W) (Amazon) 6. Zaciski śrubowe (3 numery) (Amazon / Banggood) 7. Brzęczyk (Amazon / Banggood) 8. Płytka prototypowa (Amazon / Banggood) 9. 18650 Uchwyt baterii (Amazon)

10. Bateria 18650 (GearBest/Banggood)11. Dystanse (Amazon / Banggood)Wymagane narzędzia:1. Przecinak do drutu / striptizerka (Gear Best) 2. Lutownica (Amazon / Banggood) Używany instrument: Ładowarka IMAX Balance (Gearbest / Banggood)

Pistolet termometru na podczerwień (Amazon/Gearbest)

Krok 2: Schemat i działanie

Schemat:

Aby łatwo zrozumieć schemat, narysowałem go również na perforowanej płycie. Rozmieszczenie komponentów i okablowania jest podobne do mojej rzeczywistej płyty. Jedynymi wyjątkami są brzęczyk i wyświetlacz OLED. Na samej planszy są w środku, ale na schemacie leżą na zewnątrz.

Konstrukcja jest bardzo prosta, oparta na Arduino Nano. Wyświetlacz OLED służy do wyświetlania parametrów akumulatora. 3 zaciski śrubowe służą do podłączenia akumulatora i rezystancji obciążenia. Brzęczyk służy do wysyłania różnych alertów. Obwód dwóch dzielników napięcia służy do monitorowania napięć na rezystancji obciążenia. Funkcją MOSFET jest podłączenie lub odłączenie rezystancji obciążenia z baterią.

Pracujący:

Arduino sprawdza stan baterii, jeśli bateria jest dobra, wydaj polecenie włączenia MOSFET-u. Umożliwia przepływ prądu z dodatniego zacisku akumulatora przez rezystor, a następnie MOSFET kończy ścieżkę z powrotem do ujemnego zacisku. Powoduje to rozładowanie akumulatora przez pewien czas. Arduino mierzy napięcie na rezystorze obciążenia, a następnie dzieli je przez rezystancję, aby określić prąd rozładowania. Pomnóż to przez czas, aby uzyskać wartość w miliamperogodzinach (pojemność).

Krok 3: Pomiar napięcia, prądu i pojemności

Pomiar napięcia

Musimy znaleźć napięcie na rezystorze obciążenia. Napięcia są mierzone za pomocą dwóch obwodów dzielnika napięcia. Składa się z dwóch rezystorów o wartości 10k każdy. Wyjście z dzielnika jest podłączone do analogowych pinów Arduino A0 i A1.

Pin analogowy Arduino może mierzyć napięcie do 5V, w naszym przypadku maksymalne napięcie to 4,2V (w pełni naładowany). Wtedy możesz zapytać, dlaczego niepotrzebnie używam dwóch przegródek. Powodem jest to, że moim przyszłym planem jest użycie tego samego testera do baterii multichemicznej. Więc ten projekt można łatwo dostosować do mojego celu.

Pomiar prądu:

Prąd (I) = Napięcie (V) - Spadek napięcia na tranzystorze MOSFET / Rezystancja (R)

Uwaga: Zakładam, że spadek napięcia na tranzystorze MOSFET jest znikomy.

Tutaj V = Napięcie na rezystorze obciążenia i R = 10 Ohm

Otrzymany wynik jest w amperach. Pomnóż 1000, aby zamienić je na miliampery.

A więc maksymalny prąd rozładowania = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Pomiar pojemności:

Zmagazynowany ładunek (Q) = prąd (I) x czas (T).

Obliczyliśmy już prąd, jedyną niewiadomą w powyższym równaniu jest czas. Funkcja millis() w Arduino może służyć do mierzenia czasu, który upłynął.

Krok 4: Wybór rezystora obciążenia

Wybór rezystora obciążenia zależy od wielkości prądu rozładowania, którego potrzebujemy. Załóżmy, że chcesz rozładować baterię przy 500mA, wtedy wartość rezystora wynosi

Rezystancja (R) = Maksymalne napięcie akumulatora / Prąd rozładowania = 4,2 /0,5 = 8,4 Ohm

Rezystor musi rozproszyć trochę mocy, więc w tym przypadku rozmiar ma znaczenie.

Rozpraszanie ciepła = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 =2,1 Wat

Zachowując pewien margines możesz wybrać 5W. Jeśli chcesz więcej bezpieczeństwa, użyj 10W.

Użyłem rezystora 10 Ohm, 10 W zamiast 8,4 Ohm, ponieważ był on wtedy w moim magazynie.

Krok 5: Wybór MOSFET

Tutaj MOSFET działa jak przełącznik. Wyjście cyfrowe z pinu D2 Arduino steruje przełącznikiem. Gdy sygnał 5 V (WYSOKI) jest podawany do bramki MOSFET-u, pozwala to na przepływ prądu z dodatniego zacisku akumulatora przez rezystor, a następnie MOSFET kończy ścieżkę z powrotem do ujemnego zacisku. Powoduje to rozładowanie akumulatora przez pewien czas. Dlatego MOSFET powinien być dobrany w taki sposób, aby mógł poradzić sobie z maksymalnym prądem rozładowania bez przegrzania.

Użyłem n-kanałowego MOSFET-IRLZ44 o poziomie logicznym mocy. L pokazuje, że jest to MOSFET na poziomie logicznym. MOSFET na poziomie logicznym oznacza, że jest przeznaczony do pełnego włączenia z poziomu logicznego mikrokontrolera. Standardowy MOSFET (seria IRF itp.) jest zaprojektowany do pracy z 10V.

Jeśli używasz tranzystora MOSFET z serii IRF, nie włączy się on w pełni po podaniu 5 V z Arduino. Mam na myśli, że MOSFET nie przeniesie prądu znamionowego. Aby dostroić te tranzystory MOSFET, potrzebujesz dodatkowego obwodu, aby zwiększyć napięcie bramki.

Polecam więc użycie MOSFET-a na poziomie logicznym, niekoniecznie IRLZ44. Możesz również użyć dowolnego innego MOSFET-u.

Krok 6: Wyświetlacz OLED

Do wyświetlania napięcia akumulatora, prądu rozładowania i pojemności użyłem wyświetlacza OLED o przekątnej 0,96 . Posiada on rozdzielczość 128x64 i wykorzystuje magistralę I2C do komunikacji z Arduino. Dwa piny SCL (A5), SDA (A4) w Arduino Uno służą do Komunikacja.

Używam biblioteki U8glib do wyświetlania parametrów. Najpierw musisz pobrać bibliotekę U8glib. Następnie ją zainstalowałem.

Jeśli chcesz zacząć korzystać z wyświetlacza OLED i Arduino, kliknij tutaj

Połączenia powinny wyglądać następująco

Arduino OLED

5V-Vcc

GND GND

A4 - SDA

A5-- SCL

Krok 7: Brzęczyk ostrzegawczy

Aby zapewnić różne ostrzeżenia lub alerty, używany jest brzęczyk piezoelektryczny. Różne alerty są

1. Niskie napięcie baterii

2. Wysokie napięcie akumulatora

3. Brak baterii

Brzęczyk ma dwa zaciski, dłuższa jest dodatnia, a krótsza ujemna. Naklejka na nowym brzęczyku ma również oznaczenie „+”, aby wskazać zacisk dodatni.

Połączenia powinny wyglądać następująco

Arduino Buzzer

D9 Zacisk dodatni

Ujemny zacisk GND

W Arduino Sketch zastosowałem osobną funkcję beep(), która wysyła sygnał PWM do brzęczyka, czeka na małe opóźnienie, potem go wyłącza, potem ma kolejne małe opóźnienie. W ten sposób wyda jeden sygnał dźwiękowy.

Krok 8: Tworzenie obwodu

W poprzednich krokach wyjaśniłem funkcję każdego z elementów w obwodzie. Przed skokiem, aby wykonać ostateczną płytkę, najpierw przetestuj obwód na płytce do chleba. Jeśli obwód działa idealnie na płytce do chleba, przejdź do lutowania komponentów na płytce prototypowej.

Użyłem płyty prototypowej 7cm X 5cm.

Montaż Nano: Najpierw wytnij dwa rzędy żeńskiego kołka nagłówka z 15 kołkami w każdym. Do wycięcia nagłówków użyłem ukośnego szczypiec. Następnie przylutuj kołki nagłówka. Upewnij się, że odległość między dwiema szynami pasuje do arduino nano.

Montaż wyświetlacza OLED: Wytnij żeński nagłówek z 4 pinami. Następnie przylutuj go, jak pokazano na rysunku.

Montaż zacisków i komponentów: przylutuj pozostałe komponenty, jak pokazano na zdjęciach!

Okablowanie: Wykonaj okablowanie zgodnie ze schematem. Użyłem kolorowych przewodów do wykonania okablowania, abym mógł je łatwo zidentyfikować.

Krok 9: Montaż wsporników

Po lutowaniu i okablowaniu zamontuj wsporniki w 4 rogach. Zapewni to wystarczający odstęp od złączy lutowniczych i przewodów od ziemi.

Krok 10: Oprogramowanie

Oprogramowanie wykonujące następujące zadania

1. Zmierz napięcia

Pobranie 100 próbek ADC, dodanie ich i uśrednienie wyniku. Ma to na celu zmniejszenie szumów.

2. Sprawdź stan baterii, aby dać ostrzeżenie lub rozpocząć cykl rozładowania

Alerty

i) Niskie V!: Jeśli napięcie akumulatora jest poniżej najniższego poziomu rozładowania (2,9 V dla Li Ion)

ii) Wysokie V!: Jeśli napięcie akumulatora przekracza stan pełnego naładowania

iii) Brak baterii!: Jeśli uchwyt baterii jest pusty

Cykl rozładowania

Jeśli napięcie akumulatora mieści się w zakresie niskiego napięcia (2,9 V) i wysokiego napięcia (4,3 V), rozpocznij cykl rozładowania. Oblicz prąd i pojemność, jak wyjaśniono wcześniej.

3. Wyświetl parametry na OLED

4. Rejestracja danych na monitorze szeregowym

Pobierz kod Arduino załączony poniżej.

Krok 11: Eksportowanie danych szeregowych i kreślenie w arkuszu Excel

Aby przetestować obwód, najpierw naładowałem dobry akumulator Samsung 18650 za pomocą mojej ładowarki IMAX. Następnie włóż baterię do mojego nowego testera. Aby przeanalizować cały proces rozładowania, eksportuję dane seryjne do arkusza kalkulacyjnego. Następnie wykreśliłem krzywą rozładowania. Wynik jest naprawdę niesamowity. Użyłem do tego oprogramowania o nazwie PLX-DAQ. Możesz go pobrać tutaj.

Możesz przejść przez ten samouczek, aby dowiedzieć się, jak korzystać z PLX-DAQ. To bardzo proste.

Uwaga: działa tylko w systemie Windows.

Krok 12: Wniosek

Po kilku testach doszedłem do wniosku, że wynik testera jest całkiem rozsądny. Wynik jest od 50 do 70 mAh od wyniku markowego testera pojemności baterii. Używając pistoletu do pomiaru temperatury na podczerwień, zmierzyłem również wzrost temperatury w rezystorze obciążenia, maksymalna wartość to 51 st. C.

W tym projekcie prąd rozładowania nie jest stały, zależy od napięcia akumulatora. Tak więc wykreślona krzywa rozładowania nie jest podobna do krzywej rozładowania podanej w arkuszu danych producenta akumulatora. Obsługuje tylko jedną baterię litowo-jonową.

Więc w mojej przyszłej wersji spróbuję rozwiązać powyższe niedociągnięcia w wersji 1.0.

Kredyt: Chciałbym wyrazić uznanie dla Adama Welcha, którego projekt na YouTube zainspirował mnie do rozpoczęcia tego projektu. Możesz obejrzeć jego film na YouTube.

Proszę zasugerować wszelkie ulepszenia. Zgłoś uwagi w przypadku jakichkolwiek błędów lub błędów.

Mam nadzieję, że mój samouczek jest pomocny. Jeśli Ci się spodoba, nie zapomnij się podzielić:)

Zapisz się na więcej projektów DIY. Dziękuję.