Akumuliatoriaus talpos testeris naudojant „Arduino“[ličio-NiMH-NiCd]: 15 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Funkcijos:

• Nustatykite suklastotą ličio jonų/ličio polimerų/NiCd/NiMH akumuliatorių
• Reguliuojama pastovios srovės apkrova (taip pat gali keisti vartotojas)
• Galimybė išmatuoti beveik bet kokios rūšies akumuliatoriaus talpą (žemiau 5 V)
• Lengva lituoti, statyti ir naudoti net pradedantiesiems (visi komponentai yra „Dip“)
• LCD vartotojo sąsaja

Specifikacijos:

• Lentos maitinimas: nuo 7V iki 9V (maks.)
• Baterijos įvestis: 0-5V (maks.)-nėra atvirkštinio poliškumo Pastovus
• Dabartinė apkrova: nuo 37mA iki 540mA (maks.) - 16 žingsnių - gali keisti vartotojas

Tikras akumuliatoriaus talpos matavimas yra būtinas daugeliui scenarijų. Talpos matavimo prietaisas taip pat gali išspręsti netikrų baterijų aptikimo problemą. Šiuo metu visur yra netikrų ličio ir NiMH akumuliatorių, kurie neatitinka jų reklamuojamų pajėgumų. Kartais sunku atskirti tikrą ir netikrą akumuliatorių. Ši problema egzistuoja atsarginių baterijų rinkoje, pavyzdžiui, mobiliųjų telefonų baterijose. Be to, daugeliu atvejų labai svarbu nustatyti naudotos baterijos (pvz., Nešiojamojo kompiuterio baterijos) talpą. Šiame straipsnyje mes išmoksime sukurti akumuliatoriaus talpos matavimo grandinę naudojant garsiąją „Arduino-Nano“plokštę. Sukūriau PCB plokštę panardinamiems komponentams. Taigi net pradedantieji gali lituoti ir naudoti įrenginį.

1: grandinės analizė 1 paveiksle parodyta įrenginio schema. Grandinės šerdis yra „Arduino-Nano“plokštė.

1 žingsnis: 1 paveikslas, akumuliatoriaus talpos matavimo prietaiso schema

IC1 yra LM358 [1] mikroschema, kurioje yra du operaciniai stiprintuvai. R5 ir C7 sukuria žemo dažnio filtrą, kuris PWM impulsą paverčia nuolatine įtampa. PWM dažnis yra apie 500 Hz. Aš naudoju „Siglent SDS1104X-E“osciloskopą, kad ištirtų PWM ir filtro elgesį. Aš prijungiau CH1 prie PWM išvesties („Arduino-D10“), o CH2-prie filtro išvesties (2 pav.). Jūs netgi galite ištirti filtro dažnio atsaką ir jo išjungimo dažnį „praktiškai“pagal kodo schemą, kuri yra viena iš gražių SDS1104X-E įdiegtų funkcijų.

2 veiksmas: 2 paveikslas, PWM signalas (CH1: 2V/div) ir rezultatas po praėjimo per R5-C7 RC filtrą (CH2: 50 mV/div)

R5 yra 1M rezistorius, kuris labai riboja srovę, tačiau filtro išėjimas praeina per opampą (antrasis IC1 opampas), esant įtampos sekimo konfigūracijai. Pirmasis IC1, R7 ir Q2 opampas sukuria pastovios srovės apkrovos grandinę. Iki šiol mes sukūrėme PWM valdomą pastovią srovės apkrovą.

2*16 LCD yra naudojamas kaip vartotojo sąsaja, kuri palengvina valdymą/reguliavimą. R4 potenciometras nustato LCD kontrastą. R6 riboja apšvietimo srovę. P2 yra 2 kontaktų „Molex“jungtis, naudojama 5 V signalui prijungti. R1 ir R2 yra taktiniai jungikliai, skirti prisilietimui. C3 ir C4 naudojami mygtukams išjungti. C1 ir C1 naudojami grandinės maitinimo įtampai filtruoti. C5 ir C6 naudojami nuolatinės srovės apkrovos grandinės triukšmui filtruoti, kad nebūtų pabloginti ADC konversijos rezultatai. R7 veikia kaip apkrova Q2 MOSFET.

1-1: Kas yra pastovios srovės nuolatinė apkrova?

Pastovi srovės apkrova yra grandinė, kuri visada pritraukia pastovų srovės kiekį, net jei taikoma įėjimo įtampa kinta. Pavyzdžiui, jei mes prijungsime nuolatinę srovės apkrovą prie maitinimo šaltinio ir nustatysime 250 mA srovę, srovės stipris nesikeis, net jei įėjimo įtampa yra 5 V arba 12 V ar bet kokia. Ši nuolatinės srovės apkrovos grandinės savybė leidžia mums sukurti akumuliatoriaus talpos matavimo prietaisą. Jei akumuliatoriaus talpai matuoti naudojame paprastą rezistorių, mažėjant akumuliatoriaus įtampai, sumažėja ir srovė, todėl skaičiavimai tampa sudėtingi ir netikslūs.

2: PCB plokštė

3 paveiksle pavaizduotas suprojektuotas grandinės PCB išdėstymas. Abi plokštės pusės yra naudojamos komponentams montuoti. Kai ketinu sukurti scheminę/PCB, visada naudoju „SamacSys“komponentų bibliotekas, nes šios bibliotekos atitinka pramoninius IPC standartus ir yra nemokamos. Aš naudoju šias bibliotekas IC1 [2], Q2 [3] ir netgi galėjau rasti „Arduino-Nano“(AR1) [4] biblioteką, kuri daug sutaupė nuo projektavimo laiko. Aš naudoju „Altium Designer CAD“programinę įrangą, todėl komponentų bibliotekoms įdiegti naudoju „Altium“papildinį [5]. 4 paveiksle pavaizduoti pasirinkti komponentai.

3 žingsnis: 3 paveikslas, akumuliatoriaus talpos matavimo grandinės PCB plokštė

Kai ketinu sukurti scheminę/PCB, visada naudoju „SamacSys“komponentų bibliotekas, nes šios bibliotekos atitinka pramoninius IPC standartus ir yra nemokamos. Aš naudoju šias bibliotekas IC1 [2], Q2 [3] ir netgi galėjau rasti „Arduino-Nano“(AR1) [4] biblioteką, kuri daug sutaupė nuo projektavimo laiko. Aš naudoju „Altium Designer CAD“programinę įrangą, todėl komponentų bibliotekoms įdiegti naudoju „Altium“papildinį [5]. 4 paveiksle pavaizduoti pasirinkti komponentai.

4 žingsnis: 4 paveikslas, įdiegti komponentai iš „SamacSys Altium“papildinio

PCB plokštė yra šiek tiek didesnė nei 2*16 LCD, kad tilptų trys lytėjimo mygtukai. 5, 6 ir 7 paveiksluose rodomi 3D lentos vaizdai.

5 žingsnis: 5 pav. Surinktos PCB plokštės 3D vaizdas (viršuje), 6 pav. Surinktos PCB plokštės 3D vaizdas (šone), 7 pav. Surinktos PCB plokštės 3D vaizdas (apačioje)

3: Surinkimas ir bandymas Aš panaudojau pusiau naminę PCB plokštę, kad galėčiau sukurti greitą prototipą ir išbandyti grandinę. 8 paveiksle parodyta lentos nuotrauka. Jums nereikia sekti manęs, tiesiog užsisakykite PCB profesionaliai PCB gamybos įmonei ir sukurkite įrenginį. R4 turėtumėte naudoti stovintį potenciometrą, kuris leidžia reguliuoti LCD kontrastą iš plokštės pusės.

6 žingsnis: 8 paveikslas: pirmojo prototipo nuotrauka, pusiau naminės PCB plokštės

Lituodami komponentus ir paruošę bandymo sąlygas, esame pasirengę išbandyti savo grandinę. Nepamirškite ant MOSFET (Q2) sumontuoti didelės radiatoriaus. Aš pasirinkau R7 kaip 3 omų rezistorių. Tai leidžia mums generuoti pastovias sroves iki 750 mA, tačiau kode aš nustatiau maksimalią srovę kažkur apie 500 mA, o tai yra pakankamai mūsų tikslui. Sumažinus rezistoriaus vertę (pvz., 1,5 omų), srovės gali padidėti, tačiau turite naudoti galingesnį rezistorių ir pakeisti „Arduino“kodą. 9 paveiksle parodyta plokštė ir jos išoriniai laidai.

7 žingsnis: 9 pav. Akumuliatoriaus talpos matavimo prietaiso laidai

Paruoškite įtampą nuo 7V iki 9V į tiekimo įvestį. Aš naudoju „Arduino“plokštės reguliatorių, kad padarytų +5 V bėgelį. Todėl niekada į maitinimo šaltinį neįjunkite didesnės nei 9 V įtampos, kitaip galite sugadinti reguliatoriaus lustą. Plokštė bus įjungta ir LCD ekrane turėtumėte matyti tokį patį tekstą, kaip ir 10 paveiksle. Jei naudojate mėlyną 2*16 LCD apšvietimą, grandinė sunaudos apie 75 mA.

8 veiksmas: 10 paveikslas: teisinga grandinės įjungimo indikacija LCD ekrane

Po maždaug 3 sekundžių tekstas bus išvalytas, o kitame ekrane galite reguliuoti pastovią srovės vertę mygtukais aukštyn/žemyn (11 pav.).

9 žingsnis: 11 pav. Pastovios srovės apkrovos reguliavimas aukštyn/žemyn mygtukais

Prieš prijungdami akumuliatorių prie prietaiso ir išmatuodami jo talpą, galite patikrinti grandinę naudodami maitinimo šaltinį. Šiuo tikslu turite prijungti P3 jungtį prie maitinimo šaltinio.

Svarbu: niekada neįjunkite akumuliatoriaus įvesties įtampos, didesnės nei 5 V, arba atvirkštinio poliškumo, kitaip jūs visam laikui sugadinsite „Arduino“skaitmeninio keitiklio kaištį

Nustatykite norimą srovės ribą (pavyzdžiui, 100 mA) ir žaiskite su maitinimo įtampa (neviršykite 5 V). Kaip matote su bet kokia įėjimo įtampa, srovės srautas išlieka nepakitęs. Būtent to mes norime! (12 pav.).

10 žingsnis: 12 pav. Srovės srautas išlieka pastovus net esant įtampos svyravimams (išbandytas naudojant 4,3 V ir 2,4 V įėjimus)

Trečiasis mygtukas yra „Reset“. Tai reiškia, kad jis paprasčiausiai iš naujo paleidžia plokštę. Tai naudinga, kai planuojate iš naujo pradėti procedūrą, kad išbandytumėte kitą sviestą.

Bet kokiu atveju dabar esate tikri, kad jūsų įrenginys veikia nepriekaištingai. Galite atjungti maitinimą ir prijungti akumuliatorių prie akumuliatoriaus įvesties ir nustatyti norimą srovės ribą.

Norėdami pradėti savo bandymą, pasirinkau visiškai naują 8 800 mA ličio jonų bateriją (13 pav.). Atrodo fantastiška norma, ar ne ?! Bet aš kažkaip negaliu tuo patikėti:-), todėl išbandykime.

11 veiksmas: 13 paveikslas: 8, 800 mA ličio jonų baterija, tikra ar netikra ?

Prieš prijungdami ličio bateriją prie plokštės, turime ją įkrauti, todėl su savo maitinimo šaltiniu paruoškite fiksuotą 4,20 V (500 mA CC ribą arba žemesnę) (pvz., Naudodami kintamą perjungimo maitinimo šaltinį, pateiktą ankstesniame straipsnyje) ir įkraukite akumuliatorių, kol srovė pasiekia žemą lygį. Nekraukite nežinomos baterijos didelėmis srovėmis, nes nesame tikri dėl jos tikrosios talpos! Didelės įkrovimo srovės gali sprogti akumuliatorių! Būk atsargus. Dėl to aš atlikiau šią procedūrą ir mūsų 8, 800 mA akumuliatorius yra paruoštas talpos matavimui.

Aš prijungiau baterijos laikiklį prie plokštės. Būtinai naudokite storus ir trumpus laidus, kurie turi mažą pasipriešinimą, nes elektros laidų išsisklaidymas sukelia įtampos kritimą ir netikslumą.

Nustatykime srovę į 500 mA ir ilgai paspauskite „UP“mygtuką. Tada turėtumėte išgirsti pyptelėjimą ir procedūra prasideda (14 pav.). Išjungimo įtampą (žemą akumuliatoriaus slenkstį) nustatiau į 3,2 V. Jei norite, šį kodo slenkstį galite pakeisti.

12 žingsnis: 14 pav. Akumuliatoriaus talpos apskaičiavimo procedūra

Iš esmės turėtume apskaičiuoti akumuliatoriaus „tarnavimo laiką“, kol jo įtampa nepasiekia žemo lygio slenksčio. 15 paveiksle parodytas laikas, kai prietaisas atjungia nuolatinės srovės apkrovą nuo akumuliatoriaus (3,2 V) ir atliekami skaičiavimai. Prietaisas taip pat skleidžia du ilgus pyptelėjimus, rodančius procedūros pabaigą. Kaip matote skystųjų kristalų ekrane, tikroji akumuliatoriaus talpa yra 1,190 mAh, o tai toli gražu nėra reikalaujama talpa! Tą pačią procedūrą galite atlikti išbandydami bet kokią bateriją (žemesnę nei 5 V).

13 žingsnis: 15 pav. Tikroji apskaičiuota 8.800mA ličio jonų akumuliatoriaus talpa

16 paveiksle pavaizduotas šios grandinės medžiagų sąrašas.

14 žingsnis: 16 pav. Medžiagų sąrašas

15 žingsnis: nuorodos

Straipsnio šaltinis:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: