Arduino Nano 4x 18650 pametni punjač / pražnjenje: 20 koraka

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

Ovo je moj Arduino Nano 4x 18650 projekt pametnog punjača / pražnjenja otvorenog koda.

Ovaj uređaj napaja 12V 5A. Može se napajati računarskim napajanjem.

Linkovi

Portal baterije:

Lista dijelova:

Šema:

PCB Gerber datoteke:

Izvorni kod:

Facebook grupa:

Forum:

Provjerite stranicu sa statistikom moje baze podataka o svim trenutno obrađenim baterijama:

Donirajte:

Historija

Htio sam napraviti pametan Arduino uređaj za punjenje, pražnjenje baterija koji može imati skener za crtični kod koji skenira bar kodove na baterijama i unosi sve podatke na portal internetske baze podataka. To bi mi omogućilo da pravilno sortiram i analiziram trendove u svim mojim obnovljenim litijumskim baterijama.

Verzija 1: Prvobitno sam počeo koristiti jednostranu PCB izbrušenu mojim CNC -om. Ova jedinica je imala samo jednu ćeliju i mogla je puniti, prazniti i testirati mili ohme.

Verzija 2.2: Prešao sam na upotrebu manjih PCB -a koji su urezani, a zatim sam imao dva ćelijska modula na Arduino UNO -u.

Verzija 3.2: Koristio sam iste manje štampane ploče, ali sam koristio Arduino Mega i sve to montirao na akrilni stalak. Prvotno sam planirao imati 16 modula, ali sam na kraju koristio samo 8 ćelijskih modula koliko je potrebno za upotrebu multipleksera analognih signala, a ožičenje je već bilo jako neuredno.

Arduino Mega 8x punjač / pražnjenje 1.1: Dizajnirao sam PCB u jednostavnoj EDA za Arduino Mega 8x punjač / pražnjenje. Ima LCD ekran veličine 20x4, rotacijski koder, čitač SD kartica (nikada se ne koristi), Ethernet, USB host za skeniranje crtičnog koda izravno u Arduino.

Arduino Mega 8x punjač / pražnjenje 1.2+: Kasnije sam napravio neke male izmjene i dodao ESP8266 adapter za WIFI komunikaciju.

Arduino Nano 4x 18650 pametni punjač / pražnjenje 1.0: Počeo sam dizajnirati 4x verziju kako bi bila mnogo jeftinija i lakša za izradu. Ova verzija nema skener bar koda, ali je komunicirala s Vortex IT baterijskim portalom za slanje i primanje podataka putem interneta.

Arduino Nano 4x 18650 pametni punjač / pražnjenje 1.1: Ovo ima neke male izmjene u odnosu na Verziju 1.0 jer je imalo malih grešaka u dizajnu i ova verzija je puštena u javnost.

Korak 1: Nabavite komponente

PCB Gerber datoteke

PCB Gerber datoteke:

Glavne komponente

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino adapter x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 serijski x1 AliExpresseBay
• Držač baterije 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• TP5100 modul x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 Modul x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 utičnica x1 AliExpresseBay
• Senzor temp. DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Taktilni prekidač 6MM x1 AliExpresseBay
• Konektor KF301-2P 5,08 mm x4 AliExpresseBay
• DC priključak 5,5 x 2,1 mm x 1 AliExpresseBay
• Otpornik Carbon Film 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Konusne gumene noge 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Izolacijske podloške 3x7x0.8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12 mm S plosnatom glavom od nehrđajućeg čelika 304 Šesterokutni vijak x20 AliExpresseBay
• M3 304 Nerđajući čelik 304 Šesterokutne matice x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18mm mesing F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35 mm mesing F-F x4 AliExpresseBay
• Žensko zaglavlje 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Zaglavlja Muški 2,54 mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Zaglavlje Ženski pod pravim kutom 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB na ESP8266 ESP-01 programator x1 AliExpresseBay
• 5V aktivni zujalica x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

Opcija komponente THT (kroz rupu)

• 10k - 1/4w otpornik THT x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/4w otpornik THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4w otpornik THT x8 AliExpresseBay
• P-kanalni MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-kanalni MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• NPN tranzistor BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Dioda IN4007 x2 AliExpresseBay

SMD (Surface Mount) komponentna opcija

• 10k - 1/8w otpornik SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/8w otpornik SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w otpornik SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• Mosfet n-kanala IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• P kanal MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• NPN tranzistor SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Dioda 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Alati

• Lemna žica 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Dijagonalna kliješta AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD stanica za lemljenje lemilica AliExpresseBay
• UNI-T UT39A Digitalni multimetar AliExpresseBay
• Strojevi za skidanje žica AliExpresseBay
• Čitač bar koda AliExpresseBay
• Štampač bar koda AliExpresseBay
• Bar kod oznake 30 mm x 20 mm x 700 AliExpresseBay
• Mehanička pasta za lemljenje AliExpresseBay
• Anti-statička pinceta AliExpresseBay
• Stalak za lemljenje iz druge ruke AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM Flux za lemljenje bez čišćenja AliExpresseBay
• Lemljenje Wick AliExpresseBay
• Precizni magnetni set odvijača AliExpresseBay

Za ažurirani popis posjetite moju web stranicu:

Korak 2: Lemljivi otpornici, tranzistori i MOSFET -ovi

Lemite SMD ili THT (ne oboje) 1K, 4.7K, 10K, P-kanal, N-kanal i NPN komponente

Korak 3: Lemite u zaglavlja i DIP utičnicu

Lemite dva 15 -pinska ženska zaglavlja Nano -a, 16x CD74HC4067 multipleksera sa 8 i 16 pinskih ženskih zaglavlja, ESP8266 adaptere 4 -pinska ženska, LCD 4 -pinska ženska i 74HC595N Shift registruje 16 -polnu DIP IC utičnicu.

Napomena: lemite sve komponente sa strane svilenog ekrana.

Korak 4: Lemljenje osnovnih komponenti

Lemite i instalirajte DC priključak od 5,5 mm, Arduino Nano 328p, multipleksor CD74HC4067 i registar pomaka 74HC595N.

Prilikom lemljenja Arduino Nano -a i multipleksera preporučujem da prvo postavite muške igle zaglavlja u ženske igle, a zatim lemite komponentu na mjesto.

Korak 5: Lemite temperaturu Dallas DS18B20

Prvo postavite dvije izolacijske podloške 3 mm x 7 mm x 0,8 mm na svaki Dallas senzor (Ovo se koristi za stvaranje prostora izvan PCB -a tako da ne mjerite temperaturu PCB -a)

Lemite 4x Dallas senzore na gornji sloj za svaki ćelijski modul plus senzor ambijenta na donji sloj.

Pazite da ne premostite lemne spojeve na lemilicama TO-92. Jednom lemljenje mjere u diodnom načinu rada na vašem višemetarskom uređaju između svake noge na bilo kojem Dallas senzoru (svi su spojeni paralelno)

Lemite 5V aktivni zujalicu na gornji sloj gdje je + (pozitivni) pin okrenut prema Arduino Nano

Korak 6: Lemljenje u diodi

Lemljenje u diodi pod multipleksorom CD74HC4067

Dobra praksa je čišćenje fluksa izopropilnim alkoholom.

Korak 7: Testirajte i podesite kontrast LCD ekrana / serijske kratkospojnike

LCD kontrast

Spojite 4 -polnu žensku ploču LCD -a na 4 -pinske muške -> ženske Dupont žice kratkospojnika. Provjerite jeste li se povezali da biste se točno povezali:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Učitajte Arduino Sketch sa github -a: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Isključite USB kabel i upotrijebite 12V kabel za napajanje u 5,5 mm DC utičnici (+ pozitivan centar / - negativni vanjski dio)

Podesite potenciometar na serijskom adapteru na stražnjoj strani LCD ekrana CC ili CW dok ne vidite prikazani tekst.

Kad budete zadovoljni kontrastom, uklonite Dupont kratkospojne žice.

Serijski džemperi

Povežite 2x kratkospojnike od 2,54 mm na pinove 1-2 za softversku serijsku komunikaciju s ESP8266

Korak 8: PWM ventilator

Komponente

Lemite sljedeće komponente:

JST 2.0 PH 2pin konektor (Napomena: svileni ekran je unazad na PCB verziji 1.11)

100uF 16V elektrolitički kondenzator

BD139 NPN tranzistor

Diode

Test

Učitajte Arduino skicu s github -a: ASCD_Nano_Test_Fan

Isključite USB kabel i upotrijebite 12V kabel za napajanje u 5,5 mm DC utičnici (+ pozitivan centar / - negativni vanjski dio)

Uključite ventilator od 30 mm

Ventilator bi trebao ubrzati, a zatim se zaustaviti

Korak 9: Testiranje MOSFET -ova

Testiranje MOSFET-ova pražnjenja otpornika N-kanala

Učitajte Arduino skicu s githuba: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Isključite USB kabel i upotrijebite 12V kabel za napajanje u 5,5 mm DC utičnici (+ pozitivan centar / - negativni vanjski dio)

Sa PCB-om okrenutim prema donjem sloju, postavite vaš multimetar u diodni / kontinuirani način rada.

Postavite negativnu sondu na GND izvor, a pozitivnu sondu na konektore otpornika opterećenja 1. modula s desne strane (kao što je prikazano na slikama).

Vaš višemetarski zvuk trebao bi zvučati 1 sekundu, a zatim ne bi trebao zvučati 1 sekundu.

Ponovite ovo za svaki modul.

Testiranje P-Channel TP5100 punjenja MOSFET-ova

Učitajte Arduino skicu s github -a: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Isto kao gore, ovu skicu možete koristiti za oba testa)

Isključite USB kabel i upotrijebite 12V kabel za napajanje u 5,5 mm DC utičnici (+ pozitivan centar / - negativni vanjski dio)

Sa tiskanom pločom okrenutom prema donjem sloju, postavite vaš multimetar u način istosmjernog napona (obično 20V raspon).

Postavite negativnu sondu na GND izvor, a pozitivnu sondu na prve module TP5100 s desne strane + pozitivni konektor (kao što je prikazano na slikama). Vaš multimetar bi trebao pokazati 12V 1 sekundu, a zatim niski napon 1 sekundu. Ponovite ovo za svaki modul.

Korak 10: Nabavite Dallas DS18B20 temperaturne senzore

Učitajte Arduino skicu s githuba: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Ostavite USB kabel. Ne priključujte ventilator ili 12V napajanje.

Otvorite serijski monitor u Arduino IDE -u brzinom prijenosa 115200.

Trebao bi otkriti / locirati 5x uređaja.

Zagrejte prvi temperaturni senzor DS18B20 sa gornjim vrhom lemilice na kratko vreme.

Napomena: Broj modula je slijeva nadesno s PCB -om uspravno usmjerenim na gornji sloj

Trebalo bi ispisati "Otkrivena baterija: 1", zatim "Senzor zagrijavanja baterije: 2"

Ovo će sekvencijalno prolaziti kroz sva 4 x modula sve dok ne kaže "Detected Ambient Sensor Completed"

Prikazat će heksadecimalne serijske brojeve svih temperaturnih senzora DS18B20 na dnu.

Kopirajte 5x serijske brojeve, a zatim ih zalijepite u "Temp_Sensor_Serials.h" unutar skice "ASCD_Nano_1-0-0". Obavezno ispustite posljednji zarez (prikazan na slici)

Napomena: Ako dobijete očitanje temperature od 99 stepeni Celzijusa, to znači da je došlo do greške pri očitanju tog senzora. Ili je serija pogrešna ili je uređaj neispravan.

Korak 11: Instalirajte i testirajte module za punjenje TP5100

Instaliraj

Nožem ili nekim dijagonalnim kliještima izrežite 20x pojedinačnih muških 2,54 mm zaglavlja.

Postavite 5 x muških zaglavlja po modulu TP5100 na donji sloj na PCB -u. Preporučujem da dugu stranu spustite kroz rupu.

Postavite modul TP5100 na svaki modul i lemite ga na mjesto. Upotrijebite pincetu za manipulaciju muških zaglavlja ako se ne poravnaju.

Na gornjem sloju PCB -a lemite konektore što je moguće ravnije sa PCB -om. (Morat ćete postaviti plastični držač baterije na vrh tako da što manje strši, to bolje)

Napomena: Priključite pin za punjenje na TP5100. To je najbliži pin pored VCC-a u GND-u iznad MOSFET-a P-kanala

Test

Učitajte Arduino skicu sa github -a: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Isto kao gore, ovu skicu možete koristiti za oba testa)

Isključite USB kabel i upotrijebite 12V kabel za napajanje u 5,5 mm DC utičnici (+ pozitivan centar / - negativni vanjski dio)

Svi moduli TP5100 trebali bi se uključiti na 1 sekundu, a isključiti na 1 sekundu.

Korak 12: Izbušite rupe za čišćenje osjetnika temperature DS18B20

Potreban alat

• Burgija ili Scribe 0.7mm
• Bušilica od 3 mm (opcionalno)
• Svrdlo 6,5 mm - 7 mm

Drill

Nabavite rezervnu praznu štampanu ploču i 4x 18650 držač baterije

Montirajte držač baterije 4x 18650 s oznakom + okrenutom prema vrhu ploče

Označite položaje rupa s burgijom od 0,7 mm ili s Scriberom preko središnje iglice na svakom od senzora temperature TO-92 DS18B20

Uklonite držač baterije 4x 18650 i izbušite rupu od 6,5 mm - 7 mm. Preporučujem da prvo upotrijebite manju burgiju.

Testirajte držač baterije 4x 18650 i provjerite ima li temperaturni osjetnik DS18B20 dovoljan zazor.

Napomena: Nemojte lemiti držač baterije 4x 18650 dok sve ostale komponente nisu lemljene.

Korak 13: Montirajte otpornike za pražnjenje

Montažne i lemne glave

Prvo montirajte zaglavlja. Možete koristiti vijčani terminal 5,08 mm ili muški zaglavlje JST 2,54 mm.

Napomena: Koristim neki blu tack za držanje zaglavlja / terminala na mjestu tijekom lemljenja.

Spajati ih unutra.

Mjerenje ohma otpornika (opcionalno)

Izmjerite, brojite i zabilježite otpor svakog otpornika.

Za to koristim svoj LCR-T4 tester. Mogli biste koristiti kvalitetan višemetar (ovo nije 100% tačno, ali je dobro bazno mjerenje)

Uredite Arduino Sketch sa github-a: ASCD_Nano_1-0-0 dodajte izmjenjene vrijednosti otpornika.

Montirajte otpornike

U ovom primjeru koristim vijčane stezaljke 5,08 mm i zateturam svaki žičani otpornik. Kasnije ću dodati korake za aluminijske otpornike na hladnjaku.

Korak 14: Lemite završne komponente

Lemljenje u držaču baterije 4x 18650.

Napomena: Možda ćete trebati odrezati neke kontakte nekim kliještima za ispiranje / dijagonalu.

Lemite dugme od 6 mm.

Korak 15: Montirajte sav hardver

Arduino ESP8266 adapter

4x Koristiti M2.5 stajališta M-F ili F-F

8x M2.5 vijci ili 4x M2.5 vijci i 4x M2.5 matice ovisno o tome koristite li M-F ili F-F stajalice

Koristite pravokutni 4pin 2,54 mm konektor za spajanje ženskog na muški konektor.

Napomena: možda ćete morati kositi konektor da biste dobili dobru vezu ako je labav.

LCD

4x M3 Standoff 18mm mesing F-F i 8x M3 x 12mm vijci za LCD

Fan

Samo 3D štampano kućište: Provijte neke vijke M3 x 18 mm. Otvori za vijke ventilatora dodaju ventilator.

Korak 16: Prenesite Arduino Nano skicu

Prije postavljanja skice provjerite 5V naponski izlaz iz Arduinovog regulatora napona. Postoje dvije dodirne tačke oko LCD ekrana.

Uredite Arduino skicu sa github-a: ASCD_Nano_1-0-0 Promijenite ovu liniju u Arduino skici na očitavanje napona

const float referenceVoltage = 5.01; // 5V izlaz Arduina

Također možete promijeniti neke druge prilagođene postavke za potrebe testiranja

const float shuntResistor [4] = {3.3, 3.3, 3.3, 3.3};

const float referenceVoltage = 5.01; // 5V izlaz Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2.8; // Napon koji pražnjenje zaustavlja const byte restTimeMinutes = 1; // Vrijeme u minutama za odmor baterije nakon punjenja. 0-59 su valid const int lowMilliamps = 1000; // Ovo je vrijednost Milli ampera koja se smatra niskom i ne puni se jer se smatra neispravnom const int highMilliOhms = 500; // Ovo je vrijednost Milli Ohma koja se smatra visokom, a baterija se smatra neispravnom const int offsetMilliOhms = 0; // Kalibracija pomaka za Milli Ohms const byte chargeTimeout = 8; // Vremensko ograničenje u satima za punjenje const bajta tempThreshold = 7; // Prag upozorenja u stupnjevima iznad početne Temperature const byte tempMaxThreshold = 20; // Maksimalni prag u stupnjevima iznad početne temperature - smatra se neispravnom const float batteryVolatgeLeak = 0,50; // Na početnom ekranu "BATTERY CHECK" promatrajte najveći napon svakog modula i postavite ovu vrijednost nešto više const byte moduleCount = 4; // Broj modula const byte screenTime = 4; // Vrijeme u sekundama (ciklusi) po aktivnom ekranu const intchargeReadInterval = 5000; // Vremenski intervali između očitanja pražnjenja. Podesi za mAh +/

Povežite Arduino Nano sa računarom i učitajte skicu ASCD_Nano_1-0-0

Možda ćete morati koristiti ATmega328P (stari boot loader) kao procesor u Arduino IDE -u

Odaberite ispravan COM port i učitajte skicu

Korak 17: Otpremite skicu ESP8266

Ako već niste registrirali svoj Vortex It - Battery Portal račun, prijeđite na sljedeći korak.

Morate instalirati dodatak ESP8266 Arduino u svoj Arduino IDE koristeći ovaj vodič:

Promijenite sljedeće u ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino skici

const char ssid = ""; -> na vaše WIFI usmjerivače

SSID const char lozinka = ""; -> na lozinku za WIFI rutere

const char userHash = ""; -> na vaš UserHash (Preuzmite ovo iz "Punjača / Pražnjenja -> Prikaz" na Vortex It Battery Portalu)

const bajt CDUnitID =; -> na vaš CDUnitID (Preuzmite ovo iz "Punjača / pražnjenja izbornika -> Pogled -> Odaberite svoj punjač / pražnjenje" na Vortex It baterijskom portalu)

Koristite USB za ESP8266 ESP-01 programator za postavljanje skice ESP8266_Wifi_Client_01.ino na ESP8266 sa prekidačem na PROG-u

Korak 18: Postavite svoj Vortex It - račun na portalu baterije

Idite na

Ako se još niste registrirali za račun.

Prijavite se sa svojim vjerodajnicama

Na izborniku kliknite "Punjač / pražnjenje" -> "Novo"

Odaberite s padajuće liste "Arduino 4x C/D"

Kliknite na "Novi punjač / pražnjenje"

Na izborniku kliknite "Punjač / pražnjenje" -> "Prikaz"

Odaberite s padajuće liste "xx - Arduino 4x C/D" (gdje je xx CDUnitID)

Nemojte praviti svoje "UserHash" i "CDUnitID"

Pritisnite "Modul prikaza uživo" da biste vidjeli punjač / pražnjenje na mreži

Korak 19: Opcionalno - Napravite 3D štampano kućište

Ako imate 3D štampač, možete odštampati kućište koje sam dizajnirao. Slobodno se odlučite za stil kućišta i podijelite ga:

Fusion 360

gallery.autodesk.com/fusion360/projects/asdc-nano-4x-arduino-charger--discharger-enclosure

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Korak 20: Počnite testirati 18650 ćelija

Umetnite neke baterije u ćelijske module i idite na skeniranje stranice "Modul prikaza uživo" u svojim bar kodovima i isključeni ste.