Tester de capacitate a bateriei DIY Arduino - V1.0: 12 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

[Redare video] Am recuperat atâtea baterii vechi de tip lap-top (18650) pentru a le refolosi în proiectele mele solare. Este foarte dificil să identifici celulele bune din acumulator. Mai devreme, într-unul din Power Bank Instructable, v-am spus cum să identificați celulele bune prin măsurarea tensiunilor lor, dar această metodă nu este deloc fiabilă. Așa că mi-am dorit cu adevărat o modalitate de a măsura capacitatea exactă a fiecărei celule în loc de tensiunile lor.

Actualizare la 30.10.2019

Puteți vedea noua mea versiune

În urmă cu câteva săptămâni, am început proiectul din elementele de bază. Această versiune este foarte simplă, care se bazează pe legea Ohms. Precizia testerului nu va fi 100% perfectă, dar oferă rezultate rezonabile care pot fi utilizate și în comparație cu alte baterii, astfel încât să puteți identifica cu ușurință celulele bune dintr-un acumulator vechi. În viitor, voi încerca să pun în aplicare aceste lucruri. Dar, deocamdată, sunt mulțumit de acest lucru. Sper că acest mic tester va fi util, așa că îl împărtășesc cu toți. Notă: Vă rugăm să aruncați corect bateriile defecte. -Baterie de ion care este extrem de explozivă și periculoasă. Nu pot fi tras la răspundere pentru orice pierdere de bunuri, daune sau pierderi de vieți umane, dacă este vorba despre asta. Acest tutorial a fost scris pentru cei care au cunoștințe despre tehnologia reîncărcabilă litiu-ion. Vă rugăm să nu încercați acest lucru dacă sunteți începător. Stai in siguranta.

Pasul 1: Piese și instrumente necesare:

Piese necesare: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Afișaj OLED de 0,96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Rezistențe (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Rezistor de putere (10R, 10W) (Amazon) 6. Terminale cu șurub (3 numere) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Placă prototip (Amazon / Banggood) 9. 18650 Suport baterie (Amazon)

10. Baterie 18650 (GearBest / Banggood) Instrumente necesare pentru distanțieri (Amazon / Banggood): 1. Dispozitiv de tăiere / decupare a firelor (Gear Best) 2. Instrument de sudat (Amazon / Banggood) folosit: încărcător de echilibru IMAX (Gearbest / Banggood)

Pistol termometru cu infraroșu (Amazon / Gearbest)

Pasul 2: Schematic și de lucru

Schematică:

Pentru a înțelege schema cu ușurință, am desenat-o și pe o placă perforată. Pozițiile componentelor și cablajului sunt similare cu placa mea reală. Singurele excepții sunt buzzerul și afișajul OLED. În tabla reală, ele sunt în interior, dar în schemă, sunt situate în exterior.

Designul este foarte simplu, care se bazează pe Arduino Nano. Un afișaj OLED este utilizat pentru a afișa parametrii bateriei. 3 borne cu șurub sunt utilizate pentru conectarea bateriei și a rezistenței la încărcare. Un buzzer este utilizat pentru a da alerte diferite. Se utilizează două circuite divizoare de tensiune pentru a monitoriza tensiunile de-a lungul rezistenței la sarcină. Funcția MOSFET este de a conecta sau deconecta rezistența la încărcare cu bateria.

De lucru:

Arduino verifică starea bateriei, dacă bateria este bună, dați comanda pentru a porni MOSFET-ul. Permite trecerea curentului de la terminalul pozitiv al bateriei, prin rezistor, iar MOSFET completează apoi calea înapoi la terminalul negativ. Aceasta descarcă bateria pe o perioadă de timp. Arduino măsoară tensiunea peste rezistența de sarcină și apoi împărțită la rezistență pentru a afla curentul de descărcare. Înmulțit acest lucru cu timpul pentru a obține valoarea miliamp-oră (capacitate).

Pasul 3: Măsurarea tensiunii, curentului și capacității

Măsurarea tensiunii

Trebuie să găsim tensiunea peste rezistorul de sarcină. Tensiunile sunt măsurate utilizând două circuite divizoare de tensiune. Se compune din două rezistențe cu valori de 10k fiecare. Ieșirea de la divizor este conectată la pinul analogic Arduino A0 și A1.

Pinul analogic Arduino poate măsura tensiunea de până la 5V, în cazul nostru tensiunea maximă este de 4,2V (complet încărcată). Atunci vă puteți întreba, de ce folosesc inutil două separatoare. Motivul este că viitorul meu plan este să folosesc același tester pentru bateria multi-chimică. Deci, acest design poate fi adaptat cu ușurință pentru a-mi atinge obiectivul.

Măsurare curentă:

Curent (I) = Tensiune (V) - Scădere de tensiune pe MOSFET / rezistență (R)

Notă: presupun că scăderea tensiunii de pe MOSFET este neglijabilă.

Aici, V = Tensiunea peste rezistența de sarcină și R = 10 Ohm

Rezultatul obținut este în amperi. Înmulțiți 1000 pentru a-l converti în miliamperi.

Deci curentul maxim de descărcare = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Măsurarea capacității:

Încărcare stocată (Q) = Curent (I) x Timp (T).

Am calculat deja curentul, singura necunoscută din ecuația de mai sus este timpul. Funcția millis () din Arduino poate fi utilizată pentru a măsura timpul scurs.

Pasul 4: Selectarea rezistenței de încărcare

Selectarea rezistorului de sarcină depinde de cantitatea de curent de descărcare de care avem nevoie. Să presupunem că doriți să descărcați bateria @ 500mA, atunci valoarea rezistorului este

Rezistență (R) = tensiune maximă a bateriei / curent de descărcare = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohm

Rezistența trebuie să disipeze un pic de putere, astfel încât dimensiunea contează în acest caz.

Căldură disipată = I ^ 2 x R = 0,5 ^ 2 x 8,4 = 2,1 wați

Păstrând o anumită marjă puteți alege 5W. Dacă doriți mai multă siguranță, utilizați 10W.

Am folosit rezistență de 10 Ohm, 10W în loc de 8,4 Ohm, pentru că la acea vreme era în stoc.

Pasul 5: Selectarea MOSFET-ului

Aici MOSFET acționează ca un comutator. Ieșirea digitală de la pinul Arduino D2 controlează comutatorul. Când semnalul de 5V (HIGH) este alimentat la poarta MOSFET-ului, acesta permite curentului să treacă de la terminalul pozitiv al bateriei, prin rezistor, iar MOSFET completează apoi calea înapoi la terminalul negativ. Aceasta descarcă bateria pe o perioadă de timp. Deci MOSFET-ul ar trebui să fie ales în așa fel încât să poată gestiona curentul maxim de descărcare fără supraîncălzire.

Am folosit un MOSFET-IRLZ44 de putere logică la nivel de canal n. L arată că este un MOSFET la nivel logic. Un MOSFET la nivel logic înseamnă că este proiectat să pornească complet de la nivelul logic al unui microcontroler. MOSFET-ul standard (seria IRF etc.) este proiectat să ruleze de la 10V.

Dacă utilizați un MOSFET din seria IRF, atunci acesta nu va porni complet aplicând 5V de la Arduino. Adică MOSFET nu va transporta curentul nominal. Pentru a regla pe aceste MOSFET-uri aveți nevoie de un circuit suplimentar pentru a crește tensiunea porții.

Deci, vă voi recomanda utilizarea unui MOSFET la nivel logic, nu neapărat IRLZ44. Puteți utiliza și orice alt MOSFET.

Pasul 6: Afișaj OLED

Pentru a afișa tensiunea bateriei, curentul de descărcare și capacitatea, am folosit un afișaj OLED de 0,96 . Are o rezoluție 128x64 și folosește magistrala I2C pentru a comunica cu Arduino. Sunt folosiți doi pini SCL (A5), SDA (A4) în Arduino Uno comunicare.

Folosesc biblioteca U8glib pentru a afișa parametrii. Mai întâi trebuie să descărcați biblioteca U8glib. Apoi ați instalat-o.

Dacă doriți să începeți să utilizați ecranul OLED și Arduino, faceți clic aici

Conexiunile ar trebui să fie după cum urmează

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Pasul 7: Buzzer pentru avertisment

Pentru a furniza diferite avertismente sau alerte, se utilizează un semnal sonor piezo

1. Tensiune scăzută a bateriei

2. Baterie de înaltă tensiune

3. Fără baterie

Buzzerul are două terminale, cel mai lung este pozitiv, iar piciorul mai scurt este negativ. Autocolantul de pe noul buzzer are, de asemenea, marcat „+” pentru a indica terminalul pozitiv.

Conexiunile ar trebui să fie după cum urmează

Arduino Buzzer

D9 Terminal pozitiv

GND Terminal negativ

În Arduino Sketch, am folosit o funcție separată beep () care trimite semnalul PWM către buzzer, așteaptă o mică întârziere, apoi o oprește, apoi are încă o mică întârziere. Astfel, emite o singură dată.

Pasul 8: Realizarea circuitului

În pașii anteriori, am explicat funcția fiecărei componente din circuit. Înainte de a sari pentru a face placa finală, testați mai întâi circuitul pe o placă de pâine. Dacă circuitul funcționează perfect pe placa de pâine, apoi deplasați-vă pentru a lipi componentele de pe placa de tip prototip.

Am folosit placa prototip de 7cm X 5cm.

Montarea Nano: Tăiați mai întâi două rânduri de știfturi feminine cu 15 știfturi în fiecare. Am folosit un șnec diagonal pentru tăierea antetelor. Apoi lipiți știfturile antetului. Asigurați-vă că distanța dintre cele două șine se potrivește cu nano arduino.

Montarea ecranului OLED: tăiați un antet feminin cu 4 pini. Apoi lipiți-l așa cum se arată în imagine.

Montarea terminalelor și componentelor: lipiți componentele rămase așa cum se arată în imagini

Cablare: Faceți cablajul conform schemei. Am folosit fire colorate pentru a face cablajul, astfel încât să le pot identifica cu ușurință.

Pasul 9: Montarea distanțelor

După lipire și cablare, montați distanțele la 4 colțuri, oferind suficient spațiu pentru îmbinările și firele de lipit de la sol.

Pasul 10: Software

Software-ul efectuează următoarele sarcini

1. Măsurați tensiunile

Luând 100 de probe ADC, adăugându-le și calculând media rezultatului, acest lucru se face pentru a reduce zgomotul.

2. Verificați starea bateriei pentru a alerta sau a începe ciclul de descărcare

Alerte

i) Low-V!: Dacă tensiunea bateriei este sub cel mai scăzut nivel de descărcare (2,9 V pentru Li Ion)

ii) High-V!: Dacă tensiunea bateriei este peste starea complet încărcată

iii) Fără baterie!: Dacă suportul bateriei este gol

Ciclul de descărcare

Dacă tensiunea bateriei se află în tensiunea scăzută (2,9 V) și tensiunea ridicată (4,3 V), începeți ciclul de descărcare. Calculați curentul și capacitatea așa cum s-a explicat mai devreme.

3. Afișați parametrii pe OLED

4. Înregistrarea datelor pe monitorul serial

Descărcați codul Arduino atașat mai jos.

Pasul 11: Exportul datelor seriale și trasarea pe foaia Excel

Pentru a testa circuitul, am încărcat mai întâi o baterie bună Samsung 18650 folosind încărcătorul meu IMAX. Apoi puneți bateria în noul meu tester. Pentru a analiza întregul proces de descărcare, export datele seriale într-o foaie de calcul. Apoi am trasat curba de descărcare. Rezultatul este cu adevărat minunat. Am folosit un software numit PLX-DAQ pentru ao face. O puteți descărca de aici.

Puteți parcurge acest tutorial pentru a afla cum să utilizați PLX-DAQ. Este foarte simplu.

Notă: Funcționează numai în Windows.

Pasul 12: Concluzie

După câteva testări, concluzionez că rezultatul testerului este destul de rezonabil. Rezultatul este la 50 până la 70mAh distanță de rezultatul testerului de capacitate a bateriei de marcă. Prin utilizarea unui pistol cu temperatură IR, am măsurat și creșterea temperaturii în rezistorul de sarcină, valoarea maximă este 51 grade C.

În acest design, curentul de descărcare nu este constant, depinde de tensiunea bateriei. Deci, curba de descărcare reprezentată nu este similară cu curba de descărcare dată în fișa tehnică de fabricație a bateriei. Suportă doar o singură baterie Li Ion.

Deci, în viitoarea mea versiune, voi încerca să rezolv scurtele veniri de mai sus în V1.0.

Credit: Aș dori să acord credit Adam Welch, al cărui proiect pe YouTube m-a inspirat să încep acest proiect. Puteți viziona videoclipul său de pe YouTube.

Vă rugăm să sugerați orice îmbunătățiri. Ridicați un comentariu dacă există greșeli sau erori.

Sper că tutorialul meu este util. Dacă vă place, nu uitați să distribuiți:)

Abonați-vă pentru mai multe proiecte DIY. Mulțumesc.