Tester pojemności baterii 3X18650: 6 kroków

Istnieje wiele instrukcji, jak zbudować testery pojemności oparte na arduino przez Internet. Rzecz w tym, że testowanie pojemności akumulatora to dość długi proces. Powiedzmy, że chcesz rozładować baterię 2000mAh prądem ~0,5A. Zajmie to wieczność (dokładnie: 4 godziny). Próbowałem znaleźć znacznie szybszy sposób na wskazanie pojemności wielu ogniw. Zwiększanie prądu rozładowania nie jest bezpieczną rzeczą, zwłaszcza gdy obciążeniem jest prosty rezystor. Niższa rezystancja = wyższe obciążenie = większa moc (ciepło) do rozproszenia.

Zasadniczo rozładowujemy ogniwa, aby osiągnąć dwa różne cele:

• wskazanie pojemności
• rozładowanie do ~40% całkowitej pojemności, aby zapewnić bezpieczne przechowywanie ogniw nieużywanych przez dłuższy czas

Aby spełnić powyższe, postanowiłem stworzyć stację rozładowania wielu ogniw. Dostępne są dwa tryby i proste menu, obsługiwane jednym przyciskiem. Dodatkową funkcją jest obliczanie rezystancji wewnętrznej (Rw).

Nie jestem ekspertem w tej materii, więc wszystko robisz NA WŁASNE RYZYKO. Sugestie i opinie są mile widziane.

Inspiracje i podstawy pochodzą z dwóch projektów, które znalazłem:

www.instructables.com/id/DIY-Arduino-Batte…

arduinowpraktyce.blogspot.com/2018/02/test…

Krok 1: BOM

Będziemy potrzebować:

• 1x Arduino Nano
• 3x Mosfet IRLZ44N
• 1x3 uchwyt baterii
• 3x Rezystor cementowy - m.in. 10R 10W - przeczytaj o tym w następnym rozdziale
• 3x5mm czerwona dioda LED
• Naciśnij przycisk
• LCD - w tym projekcie wykorzystałem wyświetlacz LCD 16x2 i2c
• 1x rezystor 10k
• Rezystor 9x 4k7
• 3x rezystor 1k
• 1x rezystor 100R
• 1x Zacisk śrubowy do podłączenia zasilania (7-12V) - opcjonalny, jeśli chcesz zasilić urządzenie za pomocą arduino mini USB
• Złącze żeńskie 1x 4 goldpin 2,54
• Nagłówek żeński 1x 15 Goldpin, 2,54 mm (opcjonalnie - jeśli chcesz przejść modułowo)
• 1x brzęczyk (opcjonalnie)

Krok 2: Schemat i zasada działania

Mózgiem mojego projektu jest arduino nano. Arduino steruje 3 mosfetami, które służą do otwierania/zamykania 3 obwodów akumulatorowych z odpowiednimi obciążeniami. Mierzymy (za pomocą 3 dzielników napięcia) napięcie tych obwodów, aby określić prąd płynący przez rezystory mocy - korzystając z prawa Ohma.

I = V / R

Spadek napięcia na opornikach mocy jest prawie równy napięciu mierzonemu na zaciskach akumulatora (przy założeniu dobrej jakości połączeń lutowniczych i dobrych przewodów), dlatego nie ma potrzeby mierzenia napięcia przed i za opornikami. Dzielniki napięcia służą do uniemożliwienia zasilania testowanym ogniwom naszego urządzenia.

Znając napięcie i prąd w czasie rozładowywania jesteśmy w stanie obliczyć pojemność ogniwa.

Krok 3: Wybór rezystorów mocy

Wartość rezystora zależy od prądu rozładowania, który chcemy osiągnąć. Przy założeniu max 0,5A prądu wartość rezystora powinna wynosić:

R = V (maksymalne napięcie ogniwa) / I (prąd rozładowania) = 4,2 V / 0,5 = 8,4 Ohm

Stosując rezystor 10R otrzymasz:

I = V / R = 4,2 V / 10 omów = 0,42 A

Im niższa wartość rezystora, tym wyższy prąd.

WAŻNY!! Jest dużo mocy do rozproszenia, dlatego rezystor się nagrzewa. Możemy odpowiednio określić minimalną moc rezystora:

Moc minimalna = I^2 * R = 0,42^2 * 10 = 1,76W

Używam rezystorów 3R3 17W, jednak radzę zastosować 10R (około 10W) - poradzi sobie z mocą bez przepływu, a jego temperatura pozostanie bezpieczna.

Krok 4: Kod Arduino

Musisz dostosować następujące parametry zgodnie z mierzonymi wartościami:

R1, R2, R3 - wartości rezystorów mocy [ohm]

RB1, RB2, RB3 - Rezystancja obwodu B1-B3. R1+0.1 jest wystarczająco blisko [Ohm]

X1, X2, X3 - stosunek dzielników napięcia. Jeśli nie chcesz dokładnie mierzyć, możesz wpisać tylko 2

interwał - pomiar Interwał (ms) - domyślnie 5000 ms

voltRef - Napięcie odniesienia mierzone między pinem arduino 5V a GND - domyślnie 5.03

Krok 5: PCB

Gotowe do zamówienia / trawienia:)

Krok 6: Menu

Krótkie naciśnięcie (z przerwą ~1s pomiędzy kolejnym kliknięciem) - zmiana wartości

Długie naciśnięcie - potwierdź

Pierwszy poziom menu: wybór trybu (test pojemności lub proste rozładowanie do zadanego napięcia)

Drugi poziom menu: wybór minimalnego napięcia, na którym następuje koniec pomiaru.

Po wykonaniu pomiaru konkretnego ogniwa, wyświetlany jest ekran końcowy, na którym można odczytać pojemność baterii oraz rezystancję wewnętrzną (Rw).