DIY tester kapacity batérie Arduino - V1.0: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

[Play Video] Zachránil som toľko starých batérií lap-top (18650), aby som ich znova použil vo svojich solárnych projektoch. Je veľmi ťažké identifikovať dobré články v batérii. Predtým som povedal v jednom zo svojich inštrukcií k Power Bank, ako identifikovať dobré bunky meraním ich napätia, ale táto metóda nie je vôbec spoľahlivá. Naozaj som chcel spôsob, ako zmerať presnú kapacitu každej bunky namiesto jej napätia.

Aktualizácia 30.10.2019

Môžete vidieť moju novú verziu

Pred niekoľkými týždňami som začal projekt od základov. Táto verzia je skutočne jednoduchá a vychádza z Ohmovho zákona. Presnosť testera nebude 100% dokonalá, ale poskytuje primerané výsledky, ktoré je možné použiť. a v porovnaní s inými batériami, takže môžete ľahko identifikovať dobré články v starom akumulátore. Počas svojej práce som si uvedomil, že je veľa vecí, ktoré je možné zlepšiť. V budúcnosti sa pokúsim tieto veci implementovať. Ale zatiaľ som s tým spokojný. Dúfam, že tento malý tester bude užitočný, preto sa s vami oň podelím. Poznámka: Zlé batérie zlikvidujte správne. Vylúčenie zodpovednosti: Upozorňujeme, že pracujete s Li -Iónová batéria, ktorá je veľmi výbušná a nebezpečná. Nemôžem niesť zodpovednosť za žiadne straty na majetku, škody alebo straty na životoch, pokiaľ k tomu dôjde. Tento návod bol napísaný pre tých, ktorí majú znalosti o nabíjateľnej lítium-iónovej technológii. Nepokúšajte sa o to, ak ste nováčik. Zostať v bezpečí.

Krok 1: Potrebné diely a nástroje:

Potrebné diely: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0,96 OLED displej (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Rezistory (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Výkonový odpor (10R, 10W) (Amazon) 6. Skrutkové svorky (3 nosy) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototypová rada (Amazon / Banggood) 9. Držiak batérie 18650 (Amazon)

10. Batéria 18650 (GearBest / Banggood) 11. Vyžadujú sa medzery (Amazon / Banggood): 1. Orezávač drôtu / odizolovač (Gear Best) 2. Spájkovačka (Amazon / Banggood) Použitý nástroj: IMAX Balance Charger (Gearbest / Banggood)

Infračervená teplomerová pištoľ (Amazon /Gearbest)

Krok 2: Schéma a práca

Schéma:

Aby som schéme ľahko porozumel, nakreslil som ju aj na dierovanú dosku. Polohy komponentov a zapojenia sú podobné mojej skutočnej doske. Výnimkou sú iba bzučiak a OLED displej. Na skutočnej tabuli sú vnútri, ale podľa schémy ležia vonku.

Dizajn je veľmi jednoduchý a je založený na Arduino Nano. Na zobrazenie parametrov batérie sa používa OLED displej. Na pripojenie batérie a odporu záťaže slúžia 3 skrutkové svorky. Na vydávanie rôznych upozornení sa používa bzučiak. Obvod dvoch deličov napätia sa používa na monitorovanie napätí naprieč odporom zaťaženia. Funkciou MOSFETu je pripojiť alebo odpojiť záťažový odpor s batériou.

Pracovné:

Arduino kontroluje stav batérie, ak je batéria dobrá, dajte príkaz na ZAPNUTIE MOSFETU. Umožňuje priechod prúdu z kladného pólu batérie cez odpor a MOSFET potom dokončí cestu späť na záporný pól. Po určitom čase sa batéria vybije. Arduino meria napätie na záťažovom odpore a potom ho vydelí odporom, aby zistil vybíjací prúd. Vynásobte to časom, aby ste získali hodnotu miliampérhodiny (kapacita).

Krok 3: Meranie napätia, prúdu a kapacity

Meranie napätia

Musíme nájsť napätie na záťažovom odpore. Napätia sa merajú pomocou dvoch obvodov deliča napätia. Skladá sa z dvoch rezistorov s hodnotou 10k každý. Výstup z deliča je pripojený k analógovému kolíku Arduino A0 a A1.

Analógový pin Arduino môže merať napätie až 5V, v našom prípade je maximálne napätie 4,2V (plne nabité). Potom sa môžete opýtať, prečo zbytočne používam dva oddeľovače. Dôvodom je, že môj budúci plán je použiť ten istý tester pre multichemickú batériu. Tento dizajn je teda možné ľahko prispôsobiť tak, aby dosiahol môj cieľ.

Aktuálne meranie:

Prúd (I) = napätie (V) - pokles napätia cez MOSFET / odpor (R)

Poznámka: Predpokladám, že pokles napätia na MOSFETe je zanedbateľný.

Tu V = napätie na záťažovom odpore a R = 10 ohmov

Získaný výsledok je v ampéroch. Vynásobte 1 000 a preveďte ho na miliampéry.

Takže maximálny vybíjací prúd = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Meranie kapacity:

Uložený náboj (Q) = prúd (I) x čas (T).

Prúd sme už vypočítali, jedinou neznámou vo vyššie uvedenej rovnici je čas. Na meranie uplynulého času je možné použiť funkciu millis () v Arduine.

Krok 4: Výber zaťažovacieho odporu

Výber záťažového odporu závisí od množstva potrebného vybíjacieho prúdu. Predpokladajme, že chcete vybiť batériu pri 500 mA, potom je hodnota odporu

Odpor (R) = Max. Napätie batérie / vybíjací prúd = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohm

Rezistor potrebuje trochu rozptýliť výkon, takže na veľkosti v tomto prípade záleží.

Rozptýlené teplo = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 = 2,1 wattu

Pri dodržaní určitej rezervy si môžete vybrať 5 W. Ak chcete väčšiu bezpečnosť, použite 10W.

Použil som 10 Ohm, 10W odpor namiesto 8,4 Ohm, pretože to bolo v tom čase v mojom sklade.

Krok 5: Výber MOSFETU

Tu MOSFET funguje ako prepínač. Prepínač ovláda digitálny výstup z pinu Arduino D2. Keď je signál 5V (VYSOKÝ) privádzaný do brány MOSFETu, umožňuje to prechodu prúdu z kladného pólu batérie cez odpor a MOSFET potom dokončí cestu späť na záporný pól. Po určitom čase sa batéria vybije. MOSFET by mal byť zvolený tak, aby zvládol maximálny vybíjací prúd bez prehriatia.

Použil som n-kanálový logický výkon MOSFET-IRLZ44. L ukazuje, že je to logický MOSFET. Logický stupeň MOSFET znamená, že je navrhnutý tak, aby sa úplne zapínal z logickej úrovne mikrokontroléra. Štandardný MOSFET (séria IRF atď.) Je navrhnutý tak, aby fungoval od 10V.

Ak používate MOSFET série IRF, potom sa úplne nezapne použitím 5 V od Arduina. Myslím tým, že MOSFET nebude prenášať menovitý prúd. Na vyladenie týchto MOSFETov potrebujete ďalší obvod na zvýšenie napätia brány.

Odporúčam teda použiť MOSFET na logickej úrovni, nie nevyhnutne IRLZ44. Môžete tiež použiť akýkoľvek iný MOSFET.

Krok 6: OLED displej

Na zobrazenie napätia batérie, vybíjacieho prúdu a kapacity som použil 0,96 OLED displej. Má rozlíšenie 128x64 a na komunikáciu s Arduino používa zbernicu I2C. Dva piny SCL (A5), SDA (A4) v Arduino Uno slúžia na komunikácia.

Na zobrazenie parametrov používam knižnicu U8glib. Najprv si musíte stiahnuť knižnicu U8glib. Potom ju nainštalujte.

Ak chcete začať s OLED displejom a Arduinom, kliknite sem

Pripojenia by mali byť nasledujúce

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

Krok 7: Bzučiak pre varovanie

Na poskytnutie rôznych varovaní alebo upozornení sa používa piezoelektrický bzučiak. Rôzne upozornenia sú

1. Nízke napätie batérie

2. Vysoké napätie batérie

3. Žiadna batéria

Bzučiak má dva terminály, dlhší je kladný a kratšia noha je záporný. Nálepka na novom bzučiaku má tiež znamienko „ +“, ktoré označuje kladný pól.

Pripojenia by mali byť nasledujúce

Bzučiak Arduino

D9 Pozitívny terminál

Negatívny terminál GND

V Arduino Sketch som použil samostatnú funkciu pípnutia (), ktorá vysiela signál PWM do bzučiaka, čaká na malé oneskorenie, potom ho vypne a potom má ďalšie malé oneskorenie. Preto pípne raz.

Krok 8: Vytvorenie obvodu

V predchádzajúcich krokoch som vysvetlil funkciu každého z komponentov v obvode. Pred skokom na výrobu konečnej dosky najskôr vyskúšajte obvod na doske na chlieb. Ak obvod na doske na chlieb funguje perfektne, presuňte sa na spájkovanie komponentov na doske protype.

Použil som prototypovú dosku 7 cm x 5 cm.

Inštalácia Nano: Najprv odrežte dva rady kolíkov samice s 15 kolíkmi v každom. Na rezanie hlavičiek som použil diagonálny kliešť. Potom spájkujte kolíky záhlavia. Uistite sa, že vzdialenosť medzi dvoma koľajnicami zodpovedá arduino nano.

Montáž OLED displeja: Vyrežte ženskú hlavičku so 4 kolíkmi. Potom ho spájkujte podľa obrázku.

Montáž koncoviek a komponentov: Zostávajúce súčasti spájkujte podľa obrázku

Zapojenie: Vytvorte zapojenie podľa schémy. Na zapojenie som použil farebné vodiče, aby som ich mohol ľahko identifikovať.

Krok 9: Montáž podpery

Po spájkovaní a zapojení zapojte stojany do 4 rohov. Poskytne dostatočný odstup od spájkovacích spojov a drôtov od zeme.

Krok 10: Softvér

Softvér vykonáva nasledujúce úlohy

1. Zmerajte napätie

Odobratie 100 vzoriek ADC, ich pridanie a spriemerovanie výsledku. Toto sa robí kvôli zníženiu hluku.

2. Na upozornenie alebo spustenie cyklu vybíjania skontrolujte stav batérie

Upozornenia

i) Low-V!: Ak je napätie batérie pod najnižšou úrovňou vybitia (2,9 V pre Li Ion)

ii) High-V!: Ak je napätie batérie vyššie ako plne nabitý stav

iii) Žiadna batéria!: Ak je držiak batérie prázdny

Vybíjací cyklus

Ak je napätie batérie v medziach nízkeho napätia (2,9 V) a vysokého napätia (4,3 V), spustí sa vybíjací cyklus. Vypočítajte prúd a kapacitu, ako je vysvetlené vyššie.

3. Zobrazte parametre na OLED

4. Záznam údajov na sériovom monitore

Stiahnite si nižšie uvedený kód Arduino.

Krok 11: Export sériových údajov a vykresľovanie na hárku Excel

Na testovanie obvodu som najskôr nabil dobrú batériu Samsung 18650 pomocou nabíjačky IMAX. Potom vložte batériu do môjho nového testera. Aby som analyzoval celý proces vybíjania, exportujem sériové údaje do tabuľky. Potom som nakreslil vypúšťaciu krivku. Výsledok je skutočne úžasný. Na to som použil softvér s názvom PLX-DAQ. Môžete si ho stiahnuť tu.

V tomto návode sa môžete naučiť používať PLX-DAQ. Je to veľmi jednoduché.

Poznámka: Funguje iba v systéme Windows.

Krok 12: Záver

Po niekoľkých testoch som dospel k záveru, že výsledok testera je celkom rozumný. Výsledok je vzdialený 50 až 70 mAh od výsledku testera značkovej kapacity batérie. Pomocou IR teplotnej pištole som zmeral aj nárast teploty v záťažovom odpore, maximálna hodnota je 51 stupňov Celzia

V tomto prevedení nie je vybíjací prúd konštantný, závisí to od napätia batérie. Vynesená krivka vybíjania teda nie je podobná krivke vybíjania uvedenej v dátovom liste výroby batérie. Podporuje iba jednu lítium -iónovú batériu.

Takže vo svojej budúcej verzii sa pokúsim vyriešiť vyššie uvedené krátke nedostatky vo V1.0.

Kredit: Chcel by som poďakovať Adamovi Welchovi, ktorého projekt na YouTube ma inšpiroval k spusteniu tohto projektu. Môžete si pozrieť jeho video na YouTube.

Navrhnite akékoľvek vylepšenia. V prípade akýchkoľvek chýb alebo chýb dajte vedieť.

Dúfam, že vám môj návod pomôže. Ak sa vám páči, nezabudnite zdieľať:)

Prihláste sa na odber ďalších DIY projektov. Ďakujem.