Uradi sam Arduino ispitivač kapaciteta baterije - V2.0: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Danas su posvuda lažne litijske i NiMH baterije koje se prodaju oglašavanjem većih kapaciteta od njihovog pravog kapaciteta. Stoga je doista teško razlikovati pravu i lažnu bateriju. Slično, teško je znati kapacitet sačuvan u spašenim baterijama za prijenosno računalo 18650. Dakle, potreban je uređaj za mjerenje stvarnog kapaciteta baterija.

Godine 2016. napisao sam Instructable o "Arduino Testeru kapaciteta - V1.0" koji je bio vrlo jednostavan i jednostavan uređaj. Ranija verzija temeljila se na Ohmskom zakonu. Baterija koja se testira prazni se kroz fiksni otpornik, struja i vrijeme trajanja mjere se pomoću Arduina, a kapacitet se izračunava množenjem oba očitanja (struja pražnjenja i vrijeme).

Nedostatak starije verzije bio je to što se tijekom ispitivanja, kako se napon akumulatora smanjuje, tako i struja smanjuje što proračune čini složenim i netočnim. Kako bih to prevladao, napravio sam V2.0 koji je dizajniran tako da struja ostane konstantna tijekom cijelog procesa pražnjenja. Napravio sam ovaj uređaj inspirirajući originalni dizajn MyVanitara

Glavne značajke Capacity Tester V2.0 su:

1. Sposoban mjeriti kapacitet AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer i Li FePO4 baterija. Pogodan je za gotovo sve vrste baterija ispod 5V.

2. Korisnici mogu namjestiti struju pražnjenja pomoću gumba.

3. OLED korisničko sučelje

4. Uređaj se može koristiti kao elektroničko opterećenje

Ažurirano 02.12.2019

Sada možete naručiti PCB i komponente zajedno u kompletu s PCBWay -a

Odricanje odgovornosti: Imajte na umu da radite s Li-Ion baterijom koja je vrlo eksplozivna i opasna. Ne mogu se smatrati odgovornim za bilo kakav gubitak imovine, štetu ili gubitak života ako do toga dođe. Ovaj vodič je napisan za one koji poznaju punjivu litij-ionsku tehnologiju. Molimo vas da to ne pokušavate ako ste početnik. Ostati siguran.

Pribor

Korištene komponente

Sada naručite PCB i sve komponente za izradu ovog projekta u kompletu s PCBWay -a

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. OLED zaslon od 0,96 : Amazon / Banggood

5. Keramički otpornik: Amazon / Banggood

6. Kondenzator 100nF: Amazon / Banggood

7. Kondenzator 220uF: Amazon / Banggood

8. Otpornici 4.7K & 1M: Amazon / Banggood

9. Pritisnite gumb: Amazon / Banggood

10. Kapa s gumbima: Aliexpress

11. Vijčani terminal: Amazon / Banggood

12. Ploča prototipa: Amazon / Banggood

13. Odlaganje PCB-a: Amazon / Banggood

14. Heatshrink cijevi: Amazon/ Banggood

15. Hladnjak: Aliexpress

Korišteni alati

1. Lemilica: Amazon / Banggood

2. Mjerač stezaljki: Amazon / Banggood

3. Multimetar: Amazon / Banggood

4. Puhač na vrući zrak: Amazon / Banggood

5. Rezač žice: Amazon / Banggood

6. Skidač žice: Amazon / Banggood

Korak 1: Shematski dijagram

Cijela shema podijeljena je na sljedeće odjeljke:

1. Krug napajanja

2. Krug konstantnog strujnog opterećenja

3. Krug za mjerenje napona baterije

4. Krug korisničkog sučelja

5. Krug zujalice

1. Krug napajanja

Krug napajanja sastoji se od istosmjerne utičnice (7-9V) i dva kondenzatora filtera C1 i C2. Izlazna snaga (Vin) spojena je na Arduino pin Vin. Ovdje koristim ugrađeni regulator napona Arduino za smanjenje napona na 5V.

2. Krug konstantnog strujnog opterećenja

Osnovna komponenta kruga je Op-amp LM358 koje sadrži dva operacijska pojačala. PWM signal s Arduino pina D10 filtrira se niskopropusnim filtrom (R2 i C6) i dovodi do drugog operacijskog pojačala. Izlaz drugog op-pojačala spojen je na prvo op-pojačalo u konfiguraciji sljedbenika napona. Napajanje LM358 filtrira se pomoću kondenzatora za odvajanje C5.

Prvi op-amp, R1 i Q1 grade krug konstantnog strujnog opterećenja. Tako sada možemo kontrolirati struju kroz otpornik opterećenja (R1) promjenom širine impulsa PWM signala.

3. Krug za mjerenje napona baterije

Napon baterije mjeri se Arduino analognim ulaznim pinom A0. Dva kondenzatora C3 i C4 koriste se za filtriranje šumova koji dolaze iz kruga opterećenja konstantne struje što može pogoršati performanse konverzije ADC -a.

4. Krug korisničkog sučelja

Krug korisničkog sučelja sastoji se od dva gumba i 0,96 I2C OLED zaslona. Gumb za gore i dolje služi za povećanje ili smanjenje širine impulsa PWM. R3 i R4 su otpornici za podizanje za pritiskanje gore i dolje -7 tipke. C7 i C8 koriste se za uklanjanje tipki. Treća tipka (RST) koristi se za resetiranje Arduina.

5. Krug zujalice

Krug zujalice koristi se za upozoravanje na početak i kraj testa. Zvučni signal od 5 V priključen je na Arduino digitalni pin D9.

Korak 2: Kako to funkcionira?

Teorija se temelji na usporedbi napona invertirajućeg (pin-2) i neinvertirajućeg (pin-3) ulaza OpAmpa, konfiguriranog kao jedinstveno pojačalo. Kad podesite napon na neinvertirajući ulaz podešavanjem PWM signala, izlaz opampa otvara vrata MOSFET-a. Dok se MOSFET uključuje, struja prolazi kroz R1, stvara pad napona, što daje negativnu povratnu informaciju OpAmpu. On upravlja MOSFET-om na takav način da su naponi na njegovim invertirajućim i neinvertirajućim ulazima jednaki. Dakle, struja kroz otpornik opterećenja proporcionalna je naponu na neinvertirajućem ulazu OpAmpa.

PWM signal iz Arduina filtrira se pomoću niskopropusnog filtarskog kruga (R2 i C1). Kako bih testirao performanse PWM signala i filtarskog kruga, spojio sam svoj DSO ch-1 na ulaz i ch-2 na izlaz kruga filtra. Izlazni valni oblik je prikazan gore.

Korak 3: Mjerenje kapaciteta

Ovdje se baterija prazni do niskog praga napona (3,2 V).

Kapacitet baterije (mAh) = Struja (I) u mA x Vrijeme (T) u satima

Iz gornje jednadžbe jasno je da za izračun kapaciteta baterije (mAh) moramo znati struju u mA i vrijeme u satima. Projektirani krug je strujni krug opterećenja pa struja pražnjenja ostaje konstantna tijekom cijelog razdoblja ispitivanja.

Struja pražnjenja može se podesiti pritiskom na tipke Gore i Dolje. Trajanje vremena mjeri se pomoću mjerača vremena u Arduino kodu.

Korak 4: Izrada kruga

U prethodnim koracima objasnio sam funkciju svake komponente u krugu. Prije nego što skočite da napravite posljednju ploču, prvo isprobajte krug na ploči. Ako krug radi savršeno na ploči, prijeđite na lemljenje komponenti na prototipnoj ploči.

Koristio sam prototipnu ploču 7cm X 5cm.

Montaža Nano: Prvo izrežite dva reda ženskog zaglavlja sa po 15 pinova. Za rezanje zaglavlja koristio sam dijagonalnu štipaljku. Zatim zalemite igle zaglavlja. Pazite da udaljenost između dvije tračnice odgovara Arduino nano.

Montaža OLED zaslona: Izrežite žensko zaglavlje s 4 igle. Zatim ga zalemite kako je prikazano na slici.

Montaža stezaljki i komponenti: Ostatke lemite kao što je prikazano na slikama.

Ožičenje: Ožičenje izvršite prema shemi. Koristio sam žice u boji za ožičenje kako bih ih lako prepoznao.

Korak 5: OLED zaslon

Za prikaz napona baterije, struje pražnjenja i kapaciteta koristio sam OLED zaslon od 0,96 . Ima rezoluciju 128x64 i koristi I2C sabirnicu za komunikaciju s Arduinom. Koriste se dva pina SCL (A5), SDA (A4) u Arduino Uno za komunikaciju.

Za prikaz parametara koristim biblioteku Adafruit_SSD1306.

Prvo morate preuzeti Adafruit_SSD1306. Zatim ga instalirao.

Veze bi trebale biti sljedeće

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Korak 6: Zvučni signal za upozorenje

Za upozorenja tijekom početka i natjecanja testa koristi se piezo zujalica. Zvučni signal ima dva priključka, dulji je pozitivan, a kraći krak negativan. Naljepnica na novom zujalici također ima oznaku " +" koja označava pozitivni terminal.

Kako prototipna ploča nema dovoljno mjesta za postavljanje zujalice, spojio sam zujalicu na glavnu ploču pomoću dvije žice. Za izolaciju gole veze upotrijebio sam termoskupljajuće cijevi.

Veze bi trebale biti sljedeće

Zvučnik Arduino

D9 Pozitivni terminal

GND Negativni terminal

Korak 7: Montiranje držača

Nakon lemljenja i ožičenja, postavite nosače na 4 ugla. Omogućit će dovoljnu udaljenost lemilica i žica od tla.

Korak 8: Dizajn PCB -a

Shemu sam nacrtao pomoću mrežnog softvera EasyEDA nakon što sam prešao na izgled PCB -a.

Sve komponente koje ste dodali u shemu trebaju biti tamo, složene jedna na drugu, spremne za postavljanje i usmjeravanje. Povucite komponente hvatajući se za jastučiće. Zatim ga postavite unutar pravokutne granice.

Rasporedite sve komponente tako da ploča zauzima minimalni prostor. Što je manja veličina ploče, to će jeftiniji biti troškovi proizvodnje PCB -a. Bit će korisno ako ova ploča ima neke rupe za montažu kako bi se mogla montirati u kućište.

Sada morate usmjeriti. Usmjeravanje je najzabavniji dio cijelog ovog procesa. To je poput rješavanja zagonetke! Pomoću alata za praćenje potrebno je spojiti sve komponente. Možete koristiti i gornji i donji sloj kako biste izbjegli preklapanje između dvije različite pjesme i skratili tragove.

Za dodavanje teksta na ploču možete koristiti sloj Svile. Također, možemo umetnuti slikovnu datoteku pa dodajem sliku logotipa svoje web stranice za ispis na ploči. Na kraju, pomoću alata za područje bakra, moramo stvoriti površinu tla PCB -a.

Možete ga naručiti s PCBWay -a.

Prijavite se na PCBWay sada da biste dobili kupon od 5 USD. To znači da je vaša prva narudžba besplatna, samo morate platiti troškove dostave.

Kada naručite, dobit ću 10% donacije od PCBWay -a za doprinos svom radu. Vaša mala pomoć može me potaknuti da ubuduće radim još sjajniji posao. Hvala na suradnji.

Korak 9: Sastavite PCB

Za lemljenje trebat će vam pristojno lemilica, lem, štipaljka i multimetar. Dobra je praksa lemiti komponente prema njihovoj visini. Prvo lemite komponente manje visine.

Za lemljenje komponenti možete slijediti sljedeće korake:

1. Gurnite nožice sastavnih dijelova kroz njihove rupe i okrenite tiskanu ploču na stražnju stranu.

2. Držite vrh lemilice na spoju jastučića i nogu komponente.

3. Umetnite lemljenje u spoj tako da teče oko olova i prekriva jastučić. Nakon što je sve teklo, odmaknite vrh.

Korak 10: Softver i knjižnice

Prvo preuzmite priloženi Arduino kod. Zatim preuzmite sljedeće biblioteke i instalirajte ih.

Knjižnice:

Preuzmite i instalirajte sljedeće biblioteke:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

U kodu morate promijeniti sljedeće dvije stvari.

1. Vrijednosti trenutnih nizova: To se može učiniti serijskim spajanjem multimetra s baterijom. Pritisnite gumb za gore i izmjerite struju, trenutne vrijednosti su elementi niza.

2. Vcc: Koristite multimetar za mjerenje napona na Arduino 5V pinu. U mom slučaju to je 4.96V.

Ažurirano 20.11.2019

Vrijednost Low_BAT_Level u kodu možete promijeniti prema kemiji baterije. Bolje je uzeti malo više od dolje navedenog graničnog napona.

Evo stopa pražnjenja i graničnih napona za različite kemikalije litij-ionskih baterija:

1. Litijev kobalt oksid: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

2. Litij-mangan-oksid: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

3. Litijev željezni fosfat: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

4. Litijev titanat: Granični napon = 1,8 V pri brzini pražnjenja 1C

5. Litij-nikal-mangan-kobalt-oksid: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

6. Litij-nikal-kobalt-aluminij-oksid: Granični napon = 3,0 V pri brzini pražnjenja 1C

Ažurirano 01.04.2020

jcgrabo, predložio je neke promjene u izvornom dizajnu radi poboljšanja preciznosti. Promjene su navedene u nastavku:

1. Dodajte referencu preciznosti (LM385BLP-1.2) i spojite je na A1. Tijekom postavljanja očitajte njegovu vrijednost za koju se zna da iznosi 1,215 volti, a zatim izračunajte Vcc čime ćete eliminirati potrebu za mjerenjem Vcc.

2. Zamijenite otpornik od 1 ohma 5% s otporom snage 1 ohm 1% čime ćete smanjiti pogreške koje ovise o vrijednosti otpora.

3. Umjesto korištenja fiksnog skupa vrijednosti PWM -a za svaki trenutni korak (u koracima od 5), stvorite niz željenih vrijednosti struje koje su se koristile za izračunavanje potrebnih vrijednosti PWM -a za postizanje tih vrijednosti što je moguće bliže. Slijedio je to izračunavanjem stvarnih trenutnih vrijednosti koje će se postići izračunatim vrijednostima PWM -a.

Razmatrajući gore navedene izmjene, revidirao je kôd i podijelio ga u odjeljku za komentare. Revidirani kodeks nalazi se u nastavku.

Hvala vam puno jcgrabo na vrijednom doprinosu mom projektu. Nadam se da će ovo poboljšanje biti korisno za mnogo više korisnika.

Korak 11: Zaključak

Da bih testirao krug, prvo sam napunio dobru bateriju Samsung 18650 koristeći ISDT C4 punjač. Zatim spojite bateriju na terminal baterije. Sada postavite struju na prema vašim zahtjevima i dugo pritisnite tipku “GORE”. Tada biste trebali čuti zvučni signal i postupak ispitivanja počinje. Tijekom testa nadzirat ćete sve parametre na OLED zaslonu. Baterija će se prazniti sve dok njezin napon ne dosegne prag niske razine (3,2 V). Proces ispitivanja završit će dva duga zvučna signala.

Napomena: Projekt je još uvijek u fazi razvoja. Možete mi se pridružiti za bilo kakva poboljšanja. Postavljajte komentare ako postoje greške ili pogreške. Dizajniram PCB za ovaj projekt. Ostanite povezani za dodatna ažuriranja projekta.

Nadam se da je moj vodič koristan. Ako vam se sviđa, ne zaboravite podijeliti:) Pretplatite se na još DIY projekata. Hvala vam.