Pasidaryk pats „Arduino“akumuliatoriaus talpos testeris - V1.0: 12 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

[Paleisti vaizdo įrašą] Išgelbėjau tiek senų nešiojamųjų baterijų (18650), kad galėčiau jas pakartotinai panaudoti savo saulės energijos projektuose. Labai sunku nustatyti gerus akumuliatoriaus elementus. Anksčiau viename iš savo „Power Bank Instructable“pasakojau, kaip atpažinti geras ląsteles matuojant jų įtampą, tačiau šis metodas nėra visiškai patikimas. Taigi aš tikrai norėjau būdo išmatuoti tikslią kiekvienos ląstelės talpą, o ne jų įtampą.

Atnaujinta 2019.10.30

Galite pamatyti mano naują versiją

Prieš kelias savaites pradėjau projektą nuo pagrindų. Ši versija yra tikrai paprasta, pagrįsta Omo įstatymu. Testerio tikslumas nebus 100% tobulas, tačiau jis duoda pagrįstų rezultatų, kuriuos galima naudoti ir, palyginti su kitomis baterijomis, todėl jūs galite lengvai atpažinti gerus senos baterijos elementus. Dirbdamas supratau, kad yra daug dalykų, kuriuos galima patobulinti. Ateityje bandysiu tuos dalykus įgyvendinti. Bet kol kas aš tuo džiaugiuosi. Tikiuosi, kad šis mažas testeris bus naudingas, todėl dalinuosi juo su jumis visais. Pastaba: Prašome tinkamai išmesti netinkamas baterijas. Atsisakymas: atkreipkite dėmesį, kad dirbate su -Ion baterija, kuri yra labai sprogi ir pavojinga. Aš negaliu būti atsakingas už bet kokį turto praradimą, žalą ar gyvybės praradimą. Ši pamoka buvo parašyta tiems, kurie turi žinių apie įkraunamą ličio jonų technologiją. Nemėginkite to daryti, jei esate naujokas. Lik saugus.

1 veiksmas: reikalingos dalys ir įrankiai:

Reikalingos dalys: 1. „Arduino Nano“(„Gear Best“/ „Banggood“) 2. 0,96 colių OLED ekranas („Amazon“/ „Banggood“) 3. MOSFET - IRLZ44 („Amazon“) 4. Rezistoriai (4 x 10K, 1 / 4W) („Amazon“/ „Banggood“) 5. Galios rezistorius (10R, 10W) („Amazon“) 6. Sraigtiniai gnybtai (3 nr.) („Amazon“/ „Banggood“) 7. „Buzzer“(„Amazon“/ „Banggood“) 8. Prototipo lenta („Amazon“/ „Banggood“) 9. 18650 baterijų laikiklis („Amazon“)

10. 18650 baterija („GearBest“/ „Banggood“) 11. Reikalingi tarpikliai („Amazon“/ „Banggood“): 1. Vielos pjoviklis / nuėmiklis („Gear Best“) 2. Lituoklio („Amazon“/ „Banggood“) naudojama priemonė: IMAX balanso įkroviklis („Gearbest“/ „Banggood“)

Infraraudonųjų spindulių termometro pistoletas („Amazon“/„Gearbest“)

2 žingsnis: schema ir darbas

Schema:

Norėdami lengvai suprasti schemą, aš taip pat nupiešiau ją ant perforuotos lentos. Komponentų ir laidų padėtis yra panaši į faktinę mano plokštę. Vienintelės išimtys yra garsinis signalas ir OLED ekranas. Tiesą sakant, jie yra viduje, bet schemoje jie guli lauke.

Dizainas yra labai paprastas, pagrįstas „Arduino Nano“. Akumuliatoriaus parametrams rodyti naudojamas OLED ekranas. 3 varžtiniai gnybtai naudojami akumuliatoriui ir apkrovai prijungti. Signalas naudojamas skirtingiems įspėjimams duoti. Dviejų įtampos skirstytuvų grandinė naudojama įtampai visoje apkrovos varžoje stebėti. MOSFET funkcija yra prijungti arba atjungti atsparumą apkrovai su akumuliatoriumi.

Darbas:

„Arduino“tikrina akumuliatoriaus būklę, jei baterija gera, duokite komandą įjungti MOSFET. Tai leidžia srovei praeiti iš teigiamo akumuliatoriaus gnybto per rezistorių, o MOSFET užbaigia kelią atgal į neigiamą gnybtą. Taip akumuliatorius išsikrauna per tam tikrą laiką. „Arduino“matuoja įtampą per apkrovos rezistorių, tada padalijama iš varžos, kad sužinotų iškrovos srovę. Padauginkite tai iš laiko, kad gautumėte miliamp valandos (talpos) vertę.

3 žingsnis: įtampos, srovės ir talpos matavimas

Įtampos matavimas

Turime rasti įtampą per apkrovos rezistorių. Įtampos matuojamos naudojant dvi įtampos skirstytuvo grandines. Jį sudaro du rezistoriai, kurių kiekvienos vertė yra 10k. Skirstytuvo išėjimas yra prijungtas prie „Arduino“analoginio kaiščio A0 ir A1.

„Arduino“analoginis kaištis gali išmatuoti įtampą iki 5 V, mūsų atveju maksimali įtampa yra 4,2 V (visiškai įkrauta). Tada galite paklausti, kodėl aš be reikalo naudoju du skirstytuvus. Priežastis ta, kad mano ateities planas yra naudoti tą patį testerį kelių chemijų baterijoms. Taigi šį dizainą galima lengvai pritaikyti mano tikslui pasiekti.

Dabartinis matavimas:

Srovė (I) = įtampa (V) - įtampos kritimas per MOSFET / pasipriešinimas (R)

Pastaba: darau prielaidą, kad įtampos kritimas per MOSFET yra nereikšmingas.

Čia V = įtampa per apkrovos rezistorių ir R = 10 omų

Gautas rezultatas yra amperais. Padauginkite 1000, kad konvertuotumėte į miliamperus.

Taigi maksimali iškrovimo srovė = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Talpos matavimas:

Išsaugotas mokestis (Q) = srovė (I) x laikas (T).

Mes jau apskaičiavome srovę, vienintelė nežinoma aukščiau pateiktoje lygtyje yra laikas. „Arduino“funkciją „millis“() galima naudoti praėjusiam laikui matuoti.

4 žingsnis: apkrovos rezistoriaus pasirinkimas

Apkrovos rezistoriaus pasirinkimas priklauso nuo mums reikalingos išleidimo srovės kiekio. Tarkime, kad norite iškrauti akumuliatorių esant 500 mA, tada rezistoriaus vertė yra

Varža (R) = maksimali akumuliatoriaus įtampa / iškrovimo srovė = 4,2 / 0,5 = 8,4 omai

Rezistorius turi šiek tiek išsklaidyti galią, todėl dydis šiuo atveju yra svarbus.

Šiluma išsisklaidė = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 = 2,1 vatas

Laikydamiesi tam tikros ribos, galite pasirinkti 5W. Jei norite daugiau saugumo, naudokite 10W.

Vietoj 8,4 omų naudojau 10 omų, 10 vatų rezistorių, nes tuo metu jis buvo mano sandėlyje.

5 žingsnis: MOSFET pasirinkimas

Čia MOSFET veikia kaip jungiklis. Skaitmeninis išėjimas iš „Arduino“kaiščio D2 valdo jungiklį. Kai 5V (HIGH) signalas tiekiamas į MOSFET vartus, jis leidžia srovei praeiti iš teigiamo akumuliatoriaus gnybto per rezistorių, o MOSFET užbaigia kelią atgal į neigiamą gnybtą. Taip akumuliatorius išsikrauna per tam tikrą laiką. Taigi MOSFET turėtų būti pasirinktas taip, kad jis galėtų valdyti maksimalią iškrovimo srovę neperkaitęs.

Aš naudojau n kanalo loginio lygio galią MOSFET-IRLZ44. L rodo, kad tai yra loginio lygio MOSFET. Loginis lygis MOSFET reiškia, kad jis skirtas visiškai įsijungti nuo loginio mikrovaldiklio lygio. Standartinis MOSFET (IRF serija ir tt) yra skirtas veikti nuo 10 V.

Jei naudojate IRF serijos MOSFET, jis nebus visiškai įjungtas, pritaikius 5V iš „Arduino“. Turiu omenyje, kad MOSFET neveiks nominalios srovės. Norėdami įjungti šiuos MOSFET, jums reikia papildomos grandinės, kad padidintumėte vartų įtampą.

Taigi aš rekomenduosiu naudoti loginio lygio MOSFET, nebūtinai IRLZ44. Taip pat galite naudoti bet kurį kitą MOSFET.

6 veiksmas: OLED ekranas

Norėdami parodyti akumuliatoriaus įtampą, iškrovimo srovę ir talpą, naudoju 0,96 colio OLED ekraną. Jis turi 128x64 skiriamąją gebą ir naudoja I2C magistralę, kad galėtų bendrauti su „Arduino“. bendravimas.

Aš naudoju U8glib biblioteką parametrams rodyti. Pirmiausia turite atsisiųsti U8glib biblioteką. Tada ją įdiegėte.

Jei norite pradėti naudotis OLED ekranu ir „Arduino“, spustelėkite čia

Sujungimai turėtų būti tokie

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

7 veiksmas: įspėjamasis signalas

Norint pateikti skirtingus įspėjimus ar įspėjimus, naudojamas pjezo garsinis signalas. Skirtingi įspėjimai yra

1. Baterijos žema įtampa

2. Baterijos aukšta įtampa

3. Nėra baterijos

Garsinis signalas turi du gnybtus, ilgesnis yra teigiamas, o trumpesnė - neigiama. Ant naujojo garsinio signalo lipduko taip pat pažymėta „ +“, rodanti teigiamą gnybtą.

Sujungimai turėtų būti tokie

„Arduino“garsinis signalas

D9 teigiamas gnybtas

GND neigiamas terminalas

„Arduino“eskize aš panaudojau atskirą funkcinį pyptelėjimą (), kuris siunčia PWM signalą į garso signalą, laukia nedidelio delsimo, tada jį išjungia, tada vėl atsiranda nedidelis vėlavimas. Taigi, jis pypteli vieną kartą.

8 žingsnis: grandinės sukūrimas

Ankstesniuose žingsniuose aš paaiškinau kiekvieno grandinės komponento funkciją. Prieš šokdami, kad padarytumėte paskutinę plokštę, pirmiausia išbandykite grandinę ant duonos lentos. Jei grandinė puikiai veikia duonos lentoje, tada pereikite prie prototipo plokštės komponentų litavimo.

Aš naudojau 7 cm x 5 cm prototipo plokštę.

„Nano“montavimas: pirmiausia nupjaukite dvi eilutes moteriško antgalio kaiščio su 15 kaiščių kiekvienoje. Antraštėms pjauti naudoju įstrižą žnyplę. Tada lituokite antraštės kaiščius. Įsitikinkite, kad atstumas tarp dviejų bėgių tinka arduino nano.

Montavimas OLED ekranas: iškirpkite moterišką antraštę 4 kaiščiais. Tada lituokite, kaip parodyta paveikslėlyje.

Gnybtų ir komponentų montavimas: lituokite likusius komponentus, kaip parodyta paveikslėlyje

Laidai: padarykite laidus pagal schemą. Aš naudoju spalvotus laidus, kad galėčiau juos lengvai atpažinti.

9 žingsnis: atramų montavimas

Po litavimo ir laidų pritvirtinkite atramas 4 kampuose. Tai suteiks pakankamą atstumą lituoklių jungtims ir laidams nuo žemės.

10 veiksmas: programinė įranga

Programinė įranga atlieka šias užduotis

1. Išmatuokite įtampas

Paimant 100 ADC mėginių, pridedant juos ir įvertinant rezultatą. Tai daroma siekiant sumažinti triukšmą.

2. Patikrinkite akumuliatoriaus būklę, kad įspėtumėte arba pradėtumėte iškrovimo ciklą

Įspėjimai

i) Žemas-V!: Jei akumuliatoriaus įtampa yra žemesnė už žemiausią iškrovos lygį (2,9 V ličio jonams)

ii) Aukštas V!: Jei akumuliatoriaus įtampa yra didesnė nei visiškai įkrauta

iii) Nėra baterijos!: Jei akumuliatoriaus laikiklis tuščias

Iškrovimo ciklas

Jei akumuliatoriaus įtampa yra žemos įtampos (2,9 V) ir didelės įtampos (4,3 V) ribose, pradėkite iškrovimo ciklą. Apskaičiuokite srovę ir talpą, kaip paaiškinta anksčiau.

3. Rodyti parametrus OLED

4. Duomenų registravimas serijiniame monitoriuje

Atsisiųskite žemiau pateiktą „Arduino“kodą.

11 veiksmas: serijos duomenų eksportavimas ir braižymas „Excel“lape

Norėdami išbandyti grandinę, pirmiausia įkroviau gerą „Samsung 18650“akumuliatorių, naudodamas IMAX įkroviklį. Tada įdėkite bateriją į naują testerį. Norėdami išanalizuoti visą biudžeto įvykdymo patvirtinimo procesą, serijinius duomenis eksportuoju į skaičiuoklę. Tada nubraižiau iškrovos kreivę. Rezultatas tikrai nuostabus. Tam naudoju programinę įrangą, pavadintą PLX-DAQ. Ją galite atsisiųsti čia.

Galite perskaityti šią mokymo programą, kad sužinotumėte, kaip naudoti PLX-DAQ. Tai labai paprasta.

Pastaba: jis veikia tik „Windows“.

12 žingsnis: Išvada

Po kelių bandymų aš darau išvadą, kad testerio rezultatas yra gana pagrįstas. Rezultatas yra nuo 50 iki 70 mAh nuo firminio akumuliatoriaus talpos testerio rezultato. Naudodamas IR temperatūros pistoletą, aš taip pat matavau apkrovos rezistoriaus temperatūros kilimą, didžiausia vertė yra 51 laipsnių Celsijaus.

Šioje konstrukcijoje iškrovimo srovė nėra pastovi, tai priklauso nuo akumuliatoriaus įtampos. Taigi nubrėžta iškrovos kreivė nėra panaši į akumuliatoriaus gamybos duomenų lape nurodytą iškrovos kreivę. Ji palaiko tik vieną ličio jonų bateriją.

Taigi būsimoje versijoje bandysiu išspręsti aukščiau pateiktus trūkumus V1.0.

Kreditas: Norėčiau padėkoti Adamui Welchui, kurio projektas „YouTube“įkvėpė mane pradėti šį projektą. Galite žiūrėti jo „YouTube“vaizdo įrašą.

Siūlykite bet kokius patobulinimus. Pateikite komentarus, jei yra klaidų ar klaidų.

Tikiuosi, kad mano pamoka bus naudinga. Jei jums tai patinka, nepamirškite pasidalinti:)

Prenumeruokite daugiau „pasidaryk pats“projektų. Ačiū.