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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

[Reproduciraj video] Spasio sam toliko starih baterija (18650) kako bih ih ponovo upotrijebio u svojim solarnim projektima. Vrlo je teško identificirati dobre ćelije u bateriji. Ranije sam u jednom od 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 tačan kapacitet svake ćelije umjesto njihovih napona.

Ažurirano 30.10.2019

Možete vidjeti moju novu verziju

Prije nekoliko sedmica započeo sam projekt s osnova. Ova verzija je zaista jednostavna, zasnovana na Ohmskom zakonu. Tačnost testera neće biti 100% savršena, ali daje razumne rezultate koji se mogu koristiti i u poređenju sa drugim baterijama, tako da možete lako identifikovati dobre ćelije u staroj bateriji. Tokom svog rada shvatio sam da postoji mnogo stvari koje se mogu poboljšati. U budućnosti ću pokušati implementirati te stvari. 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 visoko 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 punjivim litij-ionskim tehnologijama. Nemojte pokušavati ovo ako ste početnik. Ostani siguran.

Korak 1: Potrebni dijelovi i alati:

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

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

Infracrveni pištolj za termometar (Amazon /Gearbest)

Korak 2: Shema i rad

Shema:

Da bih lakše razumio shemu, nacrtao sam je i na perforiranoj ploči. Položaj komponenti i ožičenja slični su mojoj stvarnoj ploči. Jedini izuzeci su zujalica i OLED ekran. Na samoj ploči oni su unutra, ali na shemi leže vani.

Dizajn je vrlo jednostavan koji se temelji na Arduino Nano. OLED ekran se koristi za prikaz parametara baterije. 3 vijčana terminala se koriste za povezivanje baterije i otpora opterećenja. Zvučni signal se koristi za davanje različitih upozorenja. Dva kruga razdjelnika napona koriste se za praćenje napona na otporu opterećenja. Funkcija MOSFET -a je da poveže ili odvoji otpor 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. Ovo prazni bateriju u određenom vremenskom periodu. Arduino mjeri napon na otporniku opterećenja, a zatim ga dijeli s otporom kako bi saznao struju pražnjenja. Pomnožite ovo s vremenom da biste dobili vrijednost miliamper sata (kapaciteta).

Korak 3: Mjerenje napona, struje i kapaciteta

Mjerenje napona

Moramo pronaći napon na otporniku opterećenja. Napon se mjeri pomoću dva kola 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 se možete zapitati zašto nepotrebno koristim dva razdjelnika. Razlog je taj što je moj budući plan korištenje istog testera za višehemijsku 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 da biste ga pretvorili u miliampere.

Dakle maksimalna struja pražnjenja = 4.2 / 10 = 0.42A = 420mA

Mjerenje kapaciteta:

Pohranjeno punjenje (Q) = Trenutna (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 na 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 marginu, 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) dovede na vrata MOSFET -a, on dozvoljava struji da prođe sa pozitivnog terminala baterije, kroz otpornik, a MOSFET tada završava put natrag do negativnog terminala. Ovo prazni bateriju u određenom vremenskom periodu. Stoga bi MOSFET trebao biti odabran na takav način da može podnijeti maksimalnu struju pražnjenja bez pregrijavanja.

Koristio sam n-kanalni logički nivo snage MOSFET-IRLZ44. L pokazuje da je to MOSFET logičkog nivoa. MOSFET logičkog nivoa znači da je dizajniran za potpuno uključivanje sa logičkog nivoa mikrokontrolera. Standardni MOSFET (IRF serija itd.) Dizajniran je za rad od 10V.

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

Zato ću preporučiti korištenje MOSFET-a na logičkom nivou, ne nužno IRLZ44. Možete koristiti i bilo koji drugi MOSFET.

Korak 6: OLED ekran

Za prikaz napona baterije, struje pražnjenja i kapaciteta koristio sam OLED ekran 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 biblioteku U8glib za prikaz parametara. Prvo morate preuzeti biblioteku 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. Nizak napon baterije

2. Visoki napon baterije

3. Nema baterije

Zvučni signal ima dva terminala, duži je pozitivan, a kraća noga negativna. Naljepnica na novom zujalici ima i " +" označenu sa za označavanje pozitivnog terminala.

Veze bi trebale biti sljedeće

Arduino Buzzer

D9 Pozitivni terminal

GND Negativni terminal

U Arduino Sketch -u koristio sam zasebnu funkciju beep () koja šalje PWM signal do zujalice, čeka malo kašnjenje, zatim ga isključuje, a zatim ima još jedno malo kašnjenje. Tako se jednom oglasi zvučni signal.

Korak 8: Napravite krug

U prethodnim koracima objasnio sam funkciju svake komponente u krugu. Prije nego što skočite da napravite posljednju ploču, prvo testirajte 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. Upotrebio sam dijagonalnu štipaljku za rezanje zaglavlja. Zatim zalemite klinove zaglavlja. Pazite da udaljenost između dvije šine odgovara arduino nano.

Montiranje OLED ekrana: Izrežite žensko zaglavlje sa 4 igle. Zatim ga lemite kao što je prikazano na slici.

Montaža stezaljki i komponenti: Lemite preostale komponente kao što je prikazano na slikama

Ožičenje: Ožičenje napravite prema shemi. Koristio sam žice u boji za ožičenje, tako da ih mogu lako prepoznati.

Korak 9: Montiranje držača

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

Korak 10: Softver

Softver obavlja sljedeće zadatke

1. Izmjerite napone

Uzimanje 100 ADC uzoraka, njihovo dodavanje i usrednjavanje rezultata. Ovo 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 najnižeg nivoa 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. Da bih analizirao cijeli proces pražnjenja, izvozim serijske podatke u proračunsku tablicu. Zatim sam iscrtao krivulju pražnjenja. Rezultat je zaista odličan. Za to sam koristio softver PLX-DAQ. Možete ga preuzeti ovdje.

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 testiranja kapaciteta markirane baterije. Pomoću pištolja za IC temperaturu izmjerio sam i porast temperature u otporniku opterećenja, maksimalna vrijednost je 51 stepeni 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 baterije. Podržava samo jednu Li -Ion bateriju.

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

Zasluge: Želio bih odati priznanje Adamu Welchu, čiji me je projekt na YouTubeu inspirisao da započnem ovaj projekat. Možete pogledati njegov YouTube video.

Predložite bilo kakva poboljšanja. Podignite komentare ako dođe do grešaka ili grešaka.

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

Pretplatite se na još DIY projekata. Hvala ti.