Încărcător / descărcător inteligent Arduino Nano 4x 18650: 20 de pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Acesta este proiectul meu open source Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger.

Această unitate este alimentată de 12V 5A. Poate fi alimentat de la o sursă de alimentare a computerului.

Link-uri

Portalul bateriei:

Lista pieselor:

Schematică:

Fișiere PCB Gerber:

Cod sursă:

Grupul Facebook:

Forum:

Verificați pagina statisticilor bazei mele de date cu toate bateriile procesate în prezent:

Donați:

Istoria

Am vrut să fac un încărcător inteligent alimentat cu Arduino, un tester de baterie care să poată avea un scaner de coduri de bare care scanează codurile de bare de pe baterii și să introducă toate datele într-un portal de baze de date online. Acest lucru mi-ar permite să sortez și să analizez corect tendințele tuturor bateriilor cu litiu recuperate.

Versiunea 1: Am început inițial folosind un PCB cu o singură față, prelucrat cu CNC-ul meu. Această unitate avea o singură celulă și putea încărca, descărca și testa mili ohmi.

Versiunea 2.2: Am trecut la utilizarea unor PCB mai mici care au fost gravate, apoi am avut două module de celule pe un Arduino UNO.

Versiunea 3.2: Am folosit aceleași PCB mai mici, dar am folosit un Arduino Mega și l-am montat pe un suport din acril. Inițial plănuisem să am 16 module, dar am ajuns să folosesc doar module cu 8 celule, deoarece aș fi nevoie să folosesc multiplexoare de semnal analogice, iar cablarea era deja foarte dezordonată.

Încărcător / descărcător Arduino Mega 8x 1.1: Am proiectat un PCB în EDA ușor pentru un încărcător / descărcător Arduino Mega 8x. Acesta are un LCD 20x4, codificator rotativ, cititor de card SD (niciodată folosit), Ethernet, USB Host pentru scanarea codului de bare direct în Arduino.

Încărcător / descărcător Arduino Mega 8x 1.2+: Mai târziu am făcut câteva mici modificări și am adăugat un adaptor ESP8266 pentru comunicare WIFI.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.0: Am început să proiectez o versiune 4x pentru a o face mult mai ieftină și mai ușor de construit. Această versiune nu are un scaner de coduri de bare, dar a comunicat cu Vortex IT Battery Portal pentru a trimite și primi date prin internet.

Încărcător / descărcător inteligent Arduino Nano 4x 18650 1.1: Acesta are câteva modificări mici de la versiunea 1.0, deoarece avea câteva bug-uri mici în design și această versiune a fost lansată publicului.

Pasul 1: obțineți componentele

Fișiere PCB Gerber

Fișiere Gerber PCB:

Componentele principale

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Adaptor Arduino x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 Serial x1 AliExpresseBay
• Suport baterie 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• Modulul TP5100 x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 Modulul x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 soclu x1 AliExpresseBay
• Senzor de temperatură DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Comutator tactil 6MM x1 AliExpresseBay
• Conector KF301-2P 5.08mm x4 AliExpresseBay
• DC Jack 5,5 x 2,1 mm x1 AliExpresseBay
• Film rezistent la carbon 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Picioare conice din cauciuc 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Șaibe izolante 3x7x0.8mm x16 AliExpresseBay
• Șurub M3 x 12mm cu cap plat din oțel inoxidabil 304 șurub hexagonal x20 AliExpresseBay
• M3 304 Oțel inoxidabil 304 Piulițe hexagonale x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18mm Alamă F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35mm alamă F-F x4 AliExpresseBay
• Antet Femei 2,54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Anteturi Tată 2.54mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Antet feminin unghi drept 2,54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Programator USB către ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• 5V Active Buzzer x1 AliExpresseBay
• Alimentator 12V 5A x1 AliExpresseBay

Opțiune componentă THT (prin gaură)

• Rezistor 10k - 1 / 4w THT x7 AliExpresseBay
• 4.7k - Rezistor 1 / 4w THT x1 AliExpresseBay
• Rezistor 1k - 1 / 4w THT x8 AliExpresseBay
• P-Channel MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• MOSFET N-Channel IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• Tranzistor NPN BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Diodă IN4007 x2 AliExpresseBay

Opțiune componentă SMD (montare pe suprafață)

• Rezistor 10k - 1 / 8w SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4.7k - Rezistor 1 / 8w SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• Rezistor 1k - 1 / 8w SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-Channel Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• Canal P MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• Tranzistor NPN SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Diodă 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Instrumente

• Sârmă de lipit 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Cleste diagonale AliExpresseBay
• Youyue 8586 Stație de prelucrare a lipitului SMD AliExpresseBay
• Multimetru digital UNI-T UT39A AliExpresseBay
• Wire Strippers AliExpresseBay
• Scanner de coduri de bare AliExpresseBay
• Imprimantă cu coduri de bare AliExpresseBay
• Etichete coduri de bare 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• MECANIC lipire lipire AliExpresseBay
• Pensete antistatice AliExpresseBay
• Stand de lipit a treia mână AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM No-Clean Solder Flux AliExpresseBay
• Solder Wick AliExpresseBay
• Set de șurubelnițe magnetice de precizie AliExpresseBay

Pentru o listă actualizată, accesați site-ul meu web:

Pasul 2: Rezistențe de lipit, tranzistoare și MOSFET-uri

Fie SMD, fie THT lipesc (nu ambele) componentele 1K, 4.7K, 10K, P-Channel, N-Channel și NPN

Pasul 3: lipiți în anteturi și în soclul DIP

Lipiți cele două anteturi femele cu 15 pini ale Nano, 16x CD74HC4067 multiplexoare cu 8 pini și 16 pini, cu adaptoare ESP8266 cu 4 pini feminin, LCD cu 4 pini mamă și 74HC595N Shift înregistrează soclul DIP IC cu 16 pini.

Notă: lipiți toate componentele de pe ecranul de mătase.

Pasul 4: Componente de bază pentru lipire

Lipiți și instalați mufa DC de 5,5 mm, Arduino Nano 328p, multiplexorul CD74HC4067 și registrul de schimbare 74HC595N.

Când lipiți Arduino Nano și multiplexorul, vă recomand să plasați mai întâi știfturile masculine în știfturile feminine, apoi să lipiți componenta în poziție.

Pasul 5: lipiți temperatura Dallas DS18B20

Plasați întâi două șaibe izolante de 3 mm x 7 mm x 0,8 mm pe fiecare senzor Dallas (Acesta este utilizat pentru a crea un spațiu de pe PCB, astfel încât să nu măsurați temperatura PCB)

Lipiți 4x senzorii Dallas de pe stratul superior pentru fiecare modul de celulă plus senzorul ambiental de pe stratul inferior.

Aveți grijă să nu legați articulațiile de lipit de pe tampoanele de lipit TO-92. Odată ce ați lipit măsurați în modul diodă pe multi-metru între fiecare picior pe orice senzor Dallas (toate sunt conectate în paralel)

Lipiți buzzerul activ de 5V pe stratul superior unde pinul + (pozitiv) este orientat către Arduino Nano

Pasul 6: lipire în diodă

Lipire în diodă sub multiplexorul CD74HC4067

Este o bună practică să curățați fluxul cu alcool izopropilic.

Pasul 7: Testați și ajustați contrastul ecranului / jumperilor de serie ai ecranului LCD

Contrast LCD

Conectați LCD Serial 4 pini mamă la un 4 pini Tată -> Femelă Dupont Jumper fire. Asigurați-vă că vă conectați, vă conectați exact:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Încărcați Arduino Sketch din github: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Deconectați cablul USB și utilizați un cablu de alimentare de 12V în mufa DC de 5,5 mm (+ centru pozitiv / - exterior negativ)

Reglați potențiometrul de pe adaptorul serial din spatele ecranului LCD CC sau CW până când vedeți textul afișat.

Odată ce sunteți mulțumit de contrast, îndepărtați firele Dupont Jumper.

Jumperi în serie

Conectați jumperi 2x 2,54 mm pe pinii 1-2 pentru comunicații seriale software cu ESP8266

Pasul 8: ventilator PWM

Componente

Lipiți următoarele componente:

Conector JST 2.0 PH 2pin (Notă: ecranul de mătase este înapoi pe versiunea PCB 1.11)

Condensator electrolitic 100uF 16V

BD139 NPN tranzistor

Diodă

Test

Încărcați Arduino Sketch din github: ASCD_Nano_Test_Fan

Deconectați cablul USB și utilizați un cablu de alimentare de 12V în mufa DC de 5,5 mm (+ centru pozitiv / - exterior negativ)

Conectați ventilatorul de 30 mm

Ventilatorul ar trebui să accelereze, apoi să se oprească

Pasul 9: Testarea MOSFET-urilor

Testarea MOSFET-urilor cu descărcare a rezistorului N-Channel

Încărcați schița Arduino de pe github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Deconectați cablul USB și utilizați un cablu de alimentare de 12V în mufa DC de 5,5 mm (+ centru pozitiv / - exterior negativ)

Cu PCB-ul orientat spre stratul inferior, setați-vă multimetrul în modul diodă / continuitate.

Plasați sonda negativă pe o sursă GND și sonda pozitivă pe conectorii rezistențelor de încărcare ale primelor module partea dreaptă (așa cum se arată în imagini).

Multimetrul dvs. ar trebui să emită un semnal sonor timp de 1 secundă, apoi să nu emită un semnal sonor timp de 1 secundă.

Repetați acest lucru pentru fiecare modul.

Testarea MOSFET-urilor de încărcare P-Channel TP5100

Încărcați schița Arduino din github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (La fel ca mai sus puteți utiliza această schiță pentru ambele teste)

Deconectați cablul USB și utilizați un cablu de alimentare de 12V în mufa DC de 5,5 mm (+ centru pozitiv / - exterior negativ)

Cu PCB-ul orientat spre stratul inferior, setați-vă multimetrul în modul de tensiune continuă (de obicei, gama 20V).

Plasați sonda negativă pe o sursă GND și sonda pozitivă pe primele module TP5100 partea dreaptă + conector pozitiv (așa cum se arată în imagini). Repetați acest lucru pentru fiecare modul.

Pasul 10: obțineți serialele senzorului de temperatură Dallas DS18B20

Încărcați schița Arduino de pe github: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Lăsați în cablul USB. Nu conectați ventilatorul sau alimentarea de 12V.

Deschideți monitorul serial în Arduino IDE la o rată de 115200 baud.

Ar trebui să detecteze / localizeze dispozitive de 5 ori.

Încălziți primul senzor de temperatură DS18B20 cu vârful superior al lipitorului pentru o perioadă scurtă de timp.

Notă: numărul modulului este de la stânga la dreapta, cu PCB-ul orientat în poziție verticală pe stratul superior

Ar trebui să se tipărească „Bateria detectată: 1”, apoi „Încălzirea senzorului bateriei: 2”

Acest lucru va parcurge secvențial fiecare modul de 4 x până când apare „Detected Ambient Sensor Completed”

Va afișa numerele de serie hexazecimale ale tuturor senzorilor de temperatură DS18B20 în partea de jos.

Copiați numerele de serie 5x și apoi lipiți-le în „Temp_Sensor_Serials.h” în schița „ASCD_Nano_1-0-0”. Asigurați-vă că emiteți ultima virgulă (afișată în imagine)

Notă: Dacă citiți temperatura de 99 grade Celsius, înseamnă că există o eroare la citirea senzorului respectiv. Fie seria este greșită, fie dispozitivul este defect.

Pasul 11: Instalați și testați modulele de încărcare TP5100

Instalare

Cu un cuțit sau cu un clește în diagonală, tăiați 20x anteturi unice pentru bărbați de 2,54 mm.

Așezați 5x anteturi masculine pentru fiecare modul TP5100 pe stratul inferior de pe PCB. Vă recomandăm să puneți partea lungă în jos prin gaură.

Așezați un modul TP5100 pe fiecare modul și lipiți-l în poziție. Folosiți câteva pensete pentru a manipula antetele masculine dacă nu se aliniază.

Pe stratul superior al lipirii PCB-urilor, conectorii pot fi la fel de bine cu PCB-ul. (Va trebui să montați suportul bateriei din plastic, deasupra, astfel încât, cu cât mai puțin să iasă, cu atât mai bine)

Notă: Asigurați-vă că conectați știftul de încărcare la TP5100. Este cel mai apropiat pin de VCC în GND deasupra MOSFET-ului P-Channel

Test

Încărcați schița Arduino din github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (La fel ca mai sus puteți utiliza această schiță pentru ambele teste)

Deconectați cablul USB și utilizați un cablu de alimentare de 12V în mufa DC de 5,5 mm (+ centru pozitiv / - exterior negativ)

Toate modulele TP5100 ar trebui să pornească timp de 1 secundă și să se oprească timp de 1 secundă.

Pasul 12: Găuriți găurile de degajare a senzorului de temperatură DS18B20

Instrumente necesare

• Burghie de 0,7 mm sau Scribe
• Burghiu de 3 mm (opțional)
• Burghiu de 6,5 mm - 7 mm

Burghiu

Obțineți un PCB gol de rezervă și un suport de baterie 4x 18650

Montați suportul pentru baterie 4x 18650 cu marcajul + orientat spre partea superioară a plăcii

Marcați pozițiile găurilor cu un burghiu de 0,7 mm sau un Scribe prin știftul central de pe fiecare senzor de temperatură TO-92 DS18B20

Scoateți suportul pentru baterie 4x 18650 și găuriți o gaură de 6,5 mm - 7 mm. Vă recomand mai întâi să folosiți un burghiu mai mic.

Testați montarea suportului pentru baterie 4x 18650 și verificați dacă senzorul de temperatură DS18B20 are suficient spațiu liber.

Notă: Nu lipiți suportul pentru baterie 4x 18650 până când nu au fost lipite toate celelalte componente.

Pasul 13: Montați rezistențele de descărcare

Anteturi de montare și lipire

Mai întâi montați antetele. Puteți folosi fie borna cu șurub de 5,08 mm, fie antetul masculin JST 2,54 mm.

Notă: Folosesc niște blu tack pentru a menține antetul / terminalul în poziție în timpul lipirii.

Lipiți-le înăuntru.

Măsurați ohmii rezistențelor (opțional)

Măsurați, numărați și înregistrați rezistența fiecărui rezistor.

Îmi folosesc testerul LCR-T4 pentru asta. Puteți utiliza un multimetru de calitate (acest lucru nu este 100% precis, dar este o bună măsurare de bază)

Editați Arduino Sketch din github: ASCD_Nano_1-0-0 adăugați valorile modificate ale rezistorului.

Montați rezistențele

În acest exemplu, folosesc terminale cu șurub de 5,08 mm și eșalonez fiecare rezistență înfășurată de sârmă. Mai târziu voi adăuga pași pentru rezistențe îmbrăcate în aluminiu pe un radiator.

Pasul 14: lipiți componentele finale

Lipiți în suportul bateriei 4x 18650.

Notă: Este posibil să trebuiască să tăiați unele contacte în jos cu niște clești de culoare / diagonală.

Lipiți butonul de 6 mm.

Pasul 15: Montați toate componentele hardware

Adaptor Arduino ESP8266

4x Utilizați stand-off-uri M2.5 M-F sau F-F

8 șuruburi M2.5 sau 4x șuruburi M2.5 și 4 piulițe M2.5, în funcție de dacă utilizați stand-off-uri M-F sau F-F

Utilizați un conector cu unghi drept de 4 pini, 2,54 mm, pentru a conecta conectorii de la mamă la mascul.

Notă: poate fi necesar să cosiți conectorul pentru a obține o conexiune bună dacă este slăbit.

LCD

4x M3 Standoff 18mm Alamă F-F și 8x Șuruburi M3 x 12mm pentru LCD

Ventilator

Numai carcasă imprimată 3D: filetați câteva șuruburi M3 x 18mm orificiile șurubului ventilatorului adăugați ventilatorul.

Pasul 16: Încărcați schița Arduino Nano

Înainte de a încărca schița, verificați ieșirea de tensiune de 5V de la regulatorul de tensiune al Arduino. Există două puncte de sondare despre ecranul LCD.

Editați Arduino Sketch din github: ASCD_Nano_1-0-0 Schimbați această linie din Arduino Sketch la tensiunea dvs.

const float referenceVoltage = 5.01; // Ieșire 5V a Arduino

De asemenea, puteți modifica alte setări personalizate pentru nevoile dvs. de testare

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

const float referenceVoltage = 5.01; // 5V ieșire Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2,8; // Tensiunea pe care descărcarea o oprește const octetul restTimeMinutes = 1; // Timpul în minute pentru a opri bateria după încărcare. 0-59 sunt valabile const int lowMilliamps = 1000; // Aceasta este valoarea Milli Amps care este considerată scăzută și nu se reîncarcă deoarece este considerată defectă const int highMilliOhms = 500; // Aceasta este valoarea Milli Ohms care este considerată ridicată și bateria este considerată defectă const int offsetMilliOhms = 0; // Calibrare offset pentru Milli Ohms constant byte chargingTimeout = 8; // Timpul de expirare în ore pentru încărcarea const octet tempThreshold = 7; // Prag de avertizare în grade peste temperatura inițială octet const tempMaxThreshold = 20; // Pragul maxim în grade peste temperatura inițială - Considerat Defect const plutitor batteryVolatgeLeak = 0,50; // Pe ecranul inițial „BATERY CHECK”, observați cea mai mare tensiune a fiecărui modul și setați această valoare puțin mai mare de octet const modulCount = 4; // Numărul de module octet ecran screenTime = 4; // Timp în secunde (cicluri) per Active Screen const int dischargeReadInterval = 5000; // Intervalele de timp dintre citirile de descărcare. Reglați pentru mAh + /

Conectați Arduino Nano la computer și încărcați schița ASCD_Nano_1-0-0

Poate fi necesar să utilizați ATmega328P (vechi încărcător de încărcare) ca procesor în Arduino IDE

Selectați portul COM corect și încărcați schița

Pasul 17: Încărcați schița ESP8266

Dacă nu v-ați înregistrat deja contul Vortex It - Battery Portal, treceți la pasul următor.

Trebuie să instalați ESP8266 Arduino Addon în ID-ul dvs. Arduino, utilizați acest ghid:

Modificați următoarele în ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino Sketch

const char ssid = ""; -> către routerele WIFI

SSID const char password = ""; -> la parola routerelor WIFI

const char userHash = ""; -> către UserHash (Obțineți acest lucru din „Meniul Încărcător / Descărcător -> Vizualizare” din portalul bateriei Vortex It)

octet const CDIDUnit =; -> la CDUnitID-ul dvs. (Obțineți acest lucru din „Meniul Încărcător / Descărcător -> Vizualizare -> Selectați Încărcătorul / Descărcătorul” din portalul bateriei Vortex It)

Utilizați programatorul USB către ESP8266 ESP-01 pentru a încărca schița ESP8266_Wifi_Client_01.ino pe ESP8266 cu comutatorul pe PROG

Pasul 18: Configurați contul Vortex It - Battery Portal

Accesați

Dacă nu v-ați înregistrat deja pentru un cont.

Conectați-vă cu acreditările dvs.

În meniu faceți clic pe „Încărcător / Descărcător” -> „Nou”

Selectați din lista derulantă „Arduino 4x C / D”

Faceți clic pe „Încărcător / Descărcător nou”

În meniu faceți clic pe „Încărcător / Descărcător” -> „Vizualizare”

Selectați din lista derulantă "xx - Arduino 4x C / D" (unde xx este CDUnitID)

Nu faceți din „UserHash” și „CDUnitID”

Faceți clic pe „Modul de vizualizare live” pentru a vă vedea încărcătorul / descărcătorul online

Pasul 19: Opțional - Realizați o carcasă imprimată 3D

Dacă aveți o imprimantă 3D puteți imprima o carcasă pe care am proiectat-o eu. Simțiți-vă liber să creați stilul dvs. de incintă și să îl împărtășiți:

Fusion 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Pasul 20: Începeți testarea celulelor 18650

Introduceți câteva baterii în modulele celulare și accesați scanarea paginii „Modul de vizualizare live” din codurile de bare și sunteți oprit.