Uradi sam Arduino ispitivač kapaciteta baterije - V1.0: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

[Reproduciraj video] Spasio sam toliko starih baterija (18650) kako bih ih ponovno upotrijebio u svojim solarnim projektima. Vrlo je teško identificirati dobre ćelije u bateriji. Ranije sam u jednom od svojih Power Bank Instructable -a rekao kako prepoznati dobre ćelije mjerenjem njihovih napona, ali ova metoda nije nimalo pouzdana. Tako da sam zaista želio način da izmjerim točan kapacitet svake ćelije umjesto njihovih napona.

Ažurirano 30.10.2019

Možete vidjeti moju novu verziju

Prije nekoliko tjedana započeo sam projekt s osnova. Ova je verzija vrlo jednostavna, a temelji se na Ohmskom zakonu. Točnost testera neće biti 100% savršena, ali daje razumne rezultate koji se mogu koristiti i u usporedbi s drugim baterijama, tako da možete lako prepoznati dobre ćelije u staroj bateriji. Tijekom svog rada shvatio sam da postoji mnogo stvari koje se mogu poboljšati. U budućnosti ću te stvari pokušati implementirati. No, zasad sam zadovoljan s njim. Nadam se da će ovaj mali tester biti od koristi, pa ga dijelim sa svima vama. Napomena: Molimo, zbrinite loše baterije ispravno. Odricanje od odgovornosti: Imajte na umu da radite s Li -Ionska baterija 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 imaju znanje o punjivoj litij-ionskoj tehnologiji. Molimo vas da to ne pokušavate ako ste početnik. Ostati siguran.

Korak 1: Potrebni dijelovi i alati:

Potrebni dijelovi: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0,96 OLED zaslon (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Otpornici (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Otpor snage (10R, 10 W) (Amazon) 6. (3 br.) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototipska ploča (Amazon / Banggood) 9. 18650 Držač baterije (Amazon)

10. Baterija 18650 (GearBest / Banggood) 11. Razmaci (Amazon / Banggood) Potrebni alati: 1. Rezač žice / skidač žice (Gear Best) 2. Lemilica (Amazon / Banggood) Korišteni instrument: IMAX punjač za ravnotežu (Gearbest / Banggood)

Infracrveni pištolj za termometar (Amazon /Gearbest)

Korak 2: Shematski prikaz i rad

Shema:

Da bih lako razumio shemu, nacrtao sam je i na perforiranoj ploči. Položaj komponenti i ožičenja slični su mojoj stvarnoj ploči. Izuzetak su samo zujalica i OLED zaslon. U stvarnoj ploči oni su unutra, ali na shemi leže vani.

Dizajn je vrlo jednostavan koji se temelji na Arduino Nano. Za prikaz parametara baterije koristi se OLED zaslon. Za spajanje baterije i otpora opterećenja koriste se 3 vijčana terminala. Zvučni signal koristi se za davanje različitih upozorenja. Dva kruga razdjelnika napona koriste se za praćenje napona na otporu opterećenja. Funkcija MOSFET -a je povezivanje ili odvajanje otpora opterećenja s baterijom.

Rad:

Arduino provjerava stanje baterije, ako je baterija dobra, dajte naredbu za uključivanje MOSFET -a. Omogućuje prolaz struje s pozitivnog priključka baterije kroz otpornik, a MOSFET tada dovršava put natrag do negativnog terminala. Time se baterija prazni kroz neko vrijeme. Arduino mjeri napon na otporniku opterećenja, a zatim ga dijeli s otporom kako bi saznao struju pražnjenja. Pomnožite to s vremenom za dobivanje vrijednosti miliamper sata (kapaciteta).

Korak 3: Mjerenje napona, struje i kapaciteta

Mjerenje napona

Moramo pronaći napon na otporniku opterećenja. Napon se mjeri pomoću dva kruga razdjelnika napona. Sastoji se od dva otpornika čija je vrijednost 10k svaki. Izlaz s razdjelnika spojen je na Arduino analogni pin A0 i A1.

Arduino analogni pin može mjeriti napon do 5V, u našem slučaju maksimalni napon je 4.2V (potpuno napunjen). Tada ćete se možda zapitati zašto nepotrebno koristim dva razdjelnika. Razlog je taj što je moj budući plan koristiti isti tester za višekemijsku bateriju. Tako se ovaj dizajn može lako prilagoditi za postizanje mog cilja.

Mjerenje struje:

Struja (I) = Napon (V) - Pad napona na MOSFET -u / Otpor (R)

Napomena: Pretpostavljam da je pad napona na MOSFET -u zanemariv.

Ovdje je V = napon na otporniku opterećenja i R = 10 ohma

Dobiveni rezultat je u amperima. Pomnožite 1000 kako biste ga pretvorili u miliampere.

Dakle maksimalna struja pražnjenja = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Mjerenje kapaciteta:

Pohranjeno punjenje (Q) = struja (I) x vrijeme (T).

Već smo izračunali struju, jedino nepoznato u gornjoj jednadžbi je vrijeme. Funkcija millis () u Arduinu može se koristiti za mjerenje proteklog vremena.

Korak 4: Odabir otpornika opterećenja

Odabir otpornika opterećenja ovisi o količini struje pražnjenja koja nam je potrebna. Pretpostavimo da želite isprazniti bateriju pri 500mA, tada je vrijednost otpornika

Otpor (R) = Maksimalni napon baterije / struja pražnjenja = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohma

Otpornik mora rasipati malo snage, pa je veličina u ovom slučaju važna.

Rashod topline = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 = 2,1 W

Zadržavajući određenu maržu možete odabrati 5W. Ako želite veću sigurnost, upotrijebite 10W.

Koristio sam 10 Ohm, 10W otpornik umjesto 8,4 Ohma jer mi je tada bio na zalihi.

Korak 5: Odabir MOSFET -a

Ovdje se MOSFET ponaša kao prekidač. Digitalni izlaz s Arduino pina D2 upravlja prekidačem. Kada se signal 5V (HIGH) dovodi na vrata MOSFET -a, on dopušta struji da prođe kroz pozitivni terminal baterije, kroz otpornik, a MOSFET tada dovršava put natrag do negativnog terminala. Time se baterija prazni kroz neko vrijeme. Stoga bi MOSFET trebao biti odabran na takav način da može podnijeti maksimalnu struju pražnjenja bez pregrijavanja.

Koristio sam n-kanalnu logičku razinu snage MOSFET-IRLZ44. L pokazuje da je to MOSFET logičke razine. MOSFET logičke razine znači da je dizajniran za potpuno uključivanje s logičke razine mikrokontrolera. Standardni MOSFET (serija IRF itd.) Dizajniran je za rad od 10V.

Ako koristite IRF seriju MOSFET -a, tada se neće potpuno UKLJUČITI primjenom 5V iz Arduina. Mislim da MOSFET neće nositi nazivnu struju. Za podešavanje ovih MOSFET -ova potreban vam je dodatni krug za povećanje napona na vratima.

Stoga ću preporučiti korištenje MOSFET-a na razini logike, ne nužno IRLZ44. Također možete koristiti bilo koji drugi MOSFET.

Korak 6: 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. Dva pina SCL (A5), SDA (A4) u Arduino Uno koriste se za komunikacija.

Koristim knjižnicu U8glib za prikaz parametara. Prvo morate preuzeti knjižnicu U8glib. Zatim je instalirati.

Ako želite započeti s OLED zaslonom i Arduinom, kliknite ovdje

Veze bi trebale biti sljedeće

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Korak 7: Zvučni signal za upozorenje

Za davanje različitog upozorenja ili upozorenja koristi se piezo zujalica. Različita upozorenja su

1. Niski napon baterije

2. Viski napon baterije

3. Nema baterije

Zvučni signal ima dva priključka, dulji je pozitivan, a kraći krak negativan. Naljepnica na novom zujalici također ima oznaku " +" koja označava pozitivni terminal.

Veze bi trebale biti sljedeće

Zvučnik Arduino

D9 Pozitivni terminal

GND Negativni terminal

U Arduino Sketchu koristio sam zasebnu funkciju beep () koja šalje PWM signal do zujalice, čeka malo kašnjenje, zatim ga isključuje, a zatim ima još jedno malo kašnjenje. Dakle, jednom se oglasi zvučnim signalom.

Korak 8: 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 za kruh. Ako krug savršeno radi na ploči za kruh, prijeđite na lemljenje komponenti na protip ploči.

Koristio sam prototipnu ploču 7cm X 5cm.

Montiranje Nanoa: Prvo izrežite dva reda ženskih klinova zaglavlja sa po 15 pinova u svakom. Upotrijebio sam dijagonalnu štipaljku za rezanje zaglavlja. Zatim lemite klinove zaglavlja. Pazite da udaljenost između dvije šine 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 napravite prema shemi. Za ožičenje sam upotrijebio žice u boji kako bih ih lako prepoznao.

Korak 9: Montiranje držača

Nakon lemljenja i ožičenja, montirajte odstojnike na 4 ugla. Omogućit će lemljenje lemnih spojeva i žica od tla.

Korak 10: Softver

Softver radi sljedeće zadatke

1. Izmjerite napone

Uzimanje 100 ADC uzoraka, njihovo dodavanje i usrednjavanje rezultata. To se radi kako bi se smanjila buka.

2. Provjerite stanje baterije radi upozorenja ili pokrenite ciklus pražnjenja

Upozorenja

i) Nisko-V!: Ako je napon baterije ispod najniže razine pražnjenja (2,9 V za Li Ion)

ii) Visoko-V!: Ako je napon baterije iznad potpuno napunjenog stanja

iii) Nema baterije!: Ako je držač baterije prazan

Ciklus pražnjenja

Ako je napon baterije unutar niskog napona (2,9 V) i visokog napona (4,3 V), pokrenite ciklus pražnjenja. Izračunajte struju i kapacitet kao što je ranije objašnjeno.

3. Prikažite parametre na OLED -u

4. Zapisivanje podataka na serijskom monitoru

U nastavku preuzmite Arduino kôd.

Korak 11: Izvoz serijskih podataka i iscrtavanje na Excel listu

Da bih testirao krug, prvo sam napunio dobru bateriju Samsung 18650 koristeći svoj IMAX punjač. Zatim umetnite bateriju u moj novi tester. Za analizu cijelog procesa pražnjenja izvozim serijske podatke u proračunsku tablicu. Zatim sam nacrtao krivulju pražnjenja. Rezultat je zaista sjajan. Za to sam koristio softver PLX-DAQ. Ovdje ga možete preuzeti.

Možete proći kroz ovaj vodič kako biste naučili kako koristiti PLX-DAQ. Vrlo je jednostavno.

Napomena: Radi samo u sustavu Windows.

Korak 12: Zaključak

Nakon nekoliko testiranja zaključujem da je rezultat testera sasvim razuman. Rezultat je udaljen 50 do 70 mAh od rezultata ispitivanja testera kapaciteta baterije. Koristeći IR pištolj za temperaturu, izmjerio sam i porast temperature u otporniku opterećenja, maksimalna vrijednost je 51 ° C

U ovom dizajnu struja pražnjenja nije konstantna, ovisi o naponu baterije. Dakle, iscrtana krivulja pražnjenja nije slična krivulji pražnjenja navedenoj u tehničkom listu proizvodnje baterija. Podržava samo jednu Li -Ion bateriju.

Stoga ću u svojoj budućoj verziji pokušati riješiti gore navedene kratke primjedbe u V1.0.

Zasluge: Želio bih odati priznanje Adamu Welchu, čiji me je projekt na YouTubeu inspirirao za početak ovog projekta. Možete pogledati njegov video na YouTubeu.

Predložite bilo kakva poboljšanja. Podignite komentare ako postoje greške ili pogreške.

Nadam se da je moj vodič koristan. Ako vam se sviđa, ne zaboravite podijeliti:)

Pretplatite se na još DIY projekata. Hvala vam.