DIY Arduino Battery Capacity Tester - V1.0: 12 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

[Αναπαραγωγή βίντεο] Έχω σώσει τόσες πολλές παλιές μπαταρίες (18650) για να τις επαναχρησιμοποιήσω στα ηλιακά μου έργα. Είναι πολύ δύσκολο να προσδιορίσετε τις καλές κυψέλες της μπαταρίας. Νωρίτερα σε ένα από τα Power Bank Instructable που έχω πει, πώς να αναγνωρίσετε τα καλά κύτταρα μετρώντας τις τάσεις τους, αλλά αυτή η μέθοδος δεν είναι καθόλου αξιόπιστη. Έτσι ήθελα πραγματικά έναν τρόπο μέτρησης της ακριβούς χωρητικότητας κάθε κυψέλης αντί των τάσεων τους.

Ενημέρωση στις 30.10.2019

Μπορείτε να δείτε τη νέα μου έκδοση

Πριν από λίγες εβδομάδες, ξεκίνησα το έργο από τα βασικά. Αυτή η έκδοση είναι πραγματικά απλή, η οποία βασίζεται στον νόμο Ohms. Η ακρίβεια του ελεγκτή δεν θα είναι 100% τέλεια, αλλά δίνει λογικά αποτελέσματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε σύγκριση με άλλες μπαταρίες, ώστε να μπορείτε εύκολα να εντοπίσετε καλές κυψέλες σε μια παλιά μπαταρία. Κατά τη διάρκεια της εργασίας μου συνειδητοποίησα, υπάρχουν πολλά πράγματα που μπορούν να βελτιωθούν. Στο μέλλον, θα προσπαθήσω να εφαρμόσω αυτά τα πράγματα. Αλλά προς το παρόν, είμαι ευχαριστημένος με αυτό. Ελπίζω ότι αυτός ο μικρός δοκιμαστής θα είναι χρήσιμος, οπότε το μοιράζομαι με όλους εσάς. Σημείωση: Απορρίψτε τις κακές μπαταρίες σωστά. Αποποίηση: Παρακαλώ σημειώστε ότι συνεργάζεστε με τον Li -Μπαταρία ιόντων που είναι εξαιρετικά εκρηκτική και επικίνδυνη. Δεν μπορώ να θεωρηθώ υπεύθυνος για τυχόν απώλεια περιουσίας, ζημιά ή απώλεια ζωής αν πρόκειται για αυτό. Αυτό το σεμινάριο γράφτηκε για όσους έχουν γνώσεις σχετικά με την επαναφορτιζόμενη τεχνολογία ιόντων λιθίου. Μην το επιχειρήσετε αν είστε αρχάριος. Μείνε ασφαλής.

Βήμα 1: Απαιτούμενα μέρη και εργαλεία:

Απαιτούμενα μέρη: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Οθόνη OLED 0,96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Αντίσταση (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Αντίσταση ισχύος (10R, 10W) (Amazon) 6. Ακροδέκτες βίδας (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Πίνακας Πρωτότυπου (Amazon / Banggood) 9. Θήκη μπαταρίας 18650 (Amazon)

10. Μπαταρία 18650 (GearBest / Banggood) 11. Διαχωριστικά (Amazon / Banggood) Απαιτούμενα εργαλεία: 1. Wire Cutter / Stripper (Gear Best) 2. Συγκολλητικό σίδερο (Amazon / Banggood) Όργανο που χρησιμοποιείται: IMAX Balance Charger (Gearbest / Banggood)

Πιστόλι θερμόμετρου υπέρυθρης ακτινοβολίας (Amazon /Gearbest)

Βήμα 2: Σχηματικό και λειτουργικό

Σχηματική:

Για να κατανοήσω εύκολα το σχηματικό σχέδιο, το έχω σχεδιάσει και σε έναν διάτρητο πίνακα. Οι θέσεις των εξαρτημάτων και η καλωδίωση είναι παρόμοιες με την πραγματική μου πλακέτα. Οι μόνες εξαιρέσεις είναι ο βομβητής και η οθόνη OLED. Στον πραγματικό πίνακα, είναι μέσα αλλά στο σχηματικό, βρίσκονται έξω.

Ο σχεδιασμός είναι πολύ απλός και βασίζεται στο Arduino Nano. Μια οθόνη OLED χρησιμοποιείται για την εμφάνιση των παραμέτρων της μπαταρίας. 3 βιδωτοί ακροδέκτες χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση της μπαταρίας και την αντίσταση φορτίου. Ένας βομβητής χρησιμοποιείται για την παροχή διαφορετικών ειδοποιήσεων. Δύο κυκλώματα διαίρεσης τάσης χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση των τάσεων στην αντίσταση φορτίου. Η λειτουργία του MOSFET είναι να συνδέει ή να αποσυνδέει την αντίσταση φορτίου με την μπαταρία.

Εργασία:

Το Arduino ελέγχει την κατάσταση της μπαταρίας, εάν η μπαταρία είναι καλή, δώστε την εντολή να ενεργοποιήσετε το MOSFET. Επιτρέπει τη διέλευση ρεύματος από τον θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας, μέσω της αντίστασης και το MOSFET ολοκληρώνει τη διαδρομή επιστροφής στον αρνητικό ακροδέκτη. Αυτό αποφορτίζει την μπαταρία για κάποιο χρονικό διάστημα. Το Arduino μετρά την τάση στην αντίσταση φορτίου και στη συνέχεια διαιρείται με την αντίσταση για να μάθει το ρεύμα εκφόρτισης. Πολλαπλασιάστε αυτό με το χρόνο για να λάβετε την τιμή χιλιοστό-ώρα (χωρητικότητα).

Βήμα 3: Μέτρηση τάσης, ρεύματος και χωρητικότητας

Μέτρηση Τάσης

Πρέπει να βρούμε την τάση στην αντίσταση φορτίου. Οι τάσεις μετρώνται χρησιμοποιώντας δύο κυκλώματα διαίρεσης τάσης. Αποτελείται από δύο αντιστάσεις με τιμές 10k η κάθε μία. Η έξοδος από το διαχωριστικό συνδέεται με την αναλογική ακίδα Arduino A0 και A1.

Ο αναλογικός πείρος Arduino μπορεί να μετρήσει τάση έως 5V, στην περίπτωσή μας η μέγιστη τάση είναι 4,2V (πλήρως φορτισμένη). Στη συνέχεια, μπορείτε να ρωτήσετε, γιατί χρησιμοποιώ άσκοπα δύο διαχωριστικά. Ο λόγος είναι ότι το μελλοντικό μου σχέδιο είναι να χρησιμοποιήσω τον ίδιο ελεγκτή για την μπαταρία πολλαπλών χημικών. Έτσι, αυτό το σχέδιο μπορεί να προσαρμοστεί εύκολα για να επιτύχω τον στόχο μου.

Τρέχουσα μέτρηση:

Ρεύμα (I) = Τάση (V) - Πτώση τάσης στο MOSFET / Αντίσταση (R)

Σημείωση: Υποθέτω ότι η πτώση τάσης στο MOSFET είναι αμελητέα.

Εδώ, V = Τάση στην αντίσταση φορτίου και R = 10 Ohm

Το αποτέλεσμα που προκύπτει είναι σε αμπέρ. Πολλαπλασιάστε το 1000 για να το μετατρέψετε σε milliamperes.

Άρα μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης = 4,2 / 10 = 0,42Α = 420mA

Μέτρηση Ικανότητας:

Αποθηκευμένη χρέωση (Q) = Ρεύμα (I) x Χρόνος (T).

Έχουμε ήδη υπολογίσει το ρεύμα, το μόνο άγνωστο στην παραπάνω εξίσωση είναι ο χρόνος. Η συνάρτηση millis () στο Arduino μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του χρόνου που έχει παρέλθει.

Βήμα 4: Επιλογή αντίστασης φορτίου

Η επιλογή της αντίστασης φορτίου εξαρτάται από την ποσότητα ρεύματος εκκένωσης που χρειαζόμαστε. Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να αποφορτίσετε την μπαταρία @ 500mA, τότε η τιμή της αντίστασης είναι

Αντίσταση (R) = Μέγιστη τάση μπαταρίας / ρεύμα εκφόρτισης = 4.2 /0.5 = 8.4 Ohm

Η αντίσταση πρέπει να διανείμει λίγη ισχύ, οπότε το μέγεθος έχει σημασία σε αυτή την περίπτωση.

Η θερμότητα διαχέεται = I^2 x R = 0.5^2 x 8.4 = 2.1 Watt

Διατηρώντας κάποιο περιθώριο, μπορείτε να επιλέξετε 5W. Αν θέλετε περισσότερη ασφάλεια χρησιμοποιήστε 10W.

Χρησιμοποίησα αντίσταση 10 Ohm, 10W αντί 8,4 Ohm επειδή ήταν στο απόθεμά μου εκείνη τη στιγμή.

Βήμα 5: Επιλογή του MOSFET

Εδώ το MOSFET λειτουργεί σαν διακόπτης. Η ψηφιακή έξοδος από την ακίδα Arduino D2 ελέγχει το διακόπτη. Όταν το σήμα 5V (Υ HIGHΗΛΟ) τροφοδοτείται στην πύλη του MOSFET, επιτρέπει τη διέλευση ρεύματος από τον θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας, μέσω της αντίστασης και το MOSFET ολοκληρώνει τη διαδρομή προς τον αρνητικό ακροδέκτη. Αυτό αποφορτίζει την μπαταρία για κάποιο χρονικό διάστημα. Επομένως, το MOSFET πρέπει να επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να χειριστεί το μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης χωρίς υπερθέρμανση.

Χρησιμοποίησα μια ισχύς λογικού επιπέδου n-channel MOSFET-IRLZ44. Το L δείχνει ότι είναι ένα λογικό επίπεδο MOSFET. Ένα λογικό επίπεδο MOSFET σημαίνει ότι έχει σχεδιαστεί για να ενεργοποιείται πλήρως από το λογικό επίπεδο ενός μικροελεγκτή. Το τυπικό MOSFET (σειρά IRF κλπ) έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί από 10V.

Εάν χρησιμοποιείτε MOSFET σειράς IRF, τότε δεν θα ενεργοποιηθεί πλήρως εφαρμόζοντας 5V από το Arduino. Εννοώ ότι το MOSFET δεν θα μεταφέρει το ονομαστικό ρεύμα. Για να συντονιστείτε σε αυτά τα MOSFET χρειάζεστε ένα επιπλέον κύκλωμα για να αυξήσετε την τάση της πύλης.

Θα σας προτείνω λοιπόν να χρησιμοποιήσετε ένα λογικό επίπεδο MOSFET, όχι απαραίτητα IRLZ44. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε άλλο MOSFET.

Βήμα 6: Οθόνη OLED

Για να εμφανίσω την τάση της μπαταρίας, το ρεύμα εκφόρτισης και τη χωρητικότητα, χρησιμοποίησα μια οθόνη OLED 0,96 . Έχει ανάλυση 128x64 και χρησιμοποιεί δίαυλο I2C για επικοινωνία με το Arduino. Χρησιμοποιούνται δύο ακίδες SCL (A5), SDA (A4) στο Arduino Uno για επικοινωνία.

Χρησιμοποιώ τη βιβλιοθήκη U8glib για να εμφανίσω τις παραμέτρους. Πρώτα πρέπει να κατεβάσετε τη βιβλιοθήκη U8glib. Στη συνέχεια, εγκαταστήστε την.

Αν θέλετε να ξεκινήσετε με την οθόνη OLED και το Arduino, κάντε κλικ εδώ

Οι συνδέσεις πρέπει να είναι οι εξής

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Βήμα 7: Βομβητής για προειδοποίηση

Για την παροχή διαφορετικής προειδοποίησης ή προειδοποίησης, χρησιμοποιείται ένας πιεζοηχητικός βομβητής. Οι διαφορετικές ειδοποιήσεις είναι

1. Χαμηλή τάση μπαταρίας

2. Υψηλή τάση μπαταρίας

3. Χωρίς μπαταρία

Ο βομβητής έχει δύο ακροδέκτες, ο μεγαλύτερος είναι θετικός και το μικρότερο πόδι αρνητικό. Το αυτοκόλλητο στο νέο βομβητή έχει επίσης " +" για να υποδείξει το θετικό τερματικό.

Οι συνδέσεις πρέπει να είναι οι εξής

Arduino Buzzer

D9 Θετικό τερματικό

GND Αρνητικό τερματικό

Στο Arduino Sketch, έχω χρησιμοποιήσει ένα ξεχωριστό μπιπ λειτουργίας () που στέλνει το σήμα PWM στον βομβητή, περιμένει μια μικρή καθυστέρηση, μετά το απενεργοποιεί και μετά έχει άλλη μια μικρή καθυστέρηση. Έτσι, ηχεί μιά φορά.

Βήμα 8: Κάνοντας το κύκλωμα

Στα προηγούμενα βήματα, εξήγησα τη λειτουργία καθενός από τα εξαρτήματα του κυκλώματος. Πριν από το άλμα για να φτιάξετε τον τελευταίο πίνακα, δοκιμάστε πρώτα το κύκλωμα σε μια σανίδα ψωμιού. Εάν το κύκλωμα λειτουργεί τέλεια στην σανίδα ψωμιού, τότε μετακινηθείτε για να κολλήσετε τα εξαρτήματα στον πίνακα πρωτοτύπων.

Χρησιμοποίησα πρωτότυπο πίνακα 7cm X 5cm.

Τοποθέτηση του Nano: Πρώτα κόψτε δύο σειρές θηλυκού πείρου κεφαλίδας με 15 ακίδες σε κάθε μία. Χρησιμοποίησα μια διαγώνια περικοπή για να κόψω τις κεφαλίδες. Στη συνέχεια συγκολλήστε τις καρφίτσες της κεφαλίδας. Βεβαιωθείτε ότι η απόσταση μεταξύ των δύο ράγες ταιριάζει με το arduino nano.

Τοποθέτηση οθόνης OLED: Κόψτε μια γυναικεία κεφαλίδα με 4 ακίδες. Στη συνέχεια κολλήστε το όπως φαίνεται στην εικόνα.

Τοποθέτηση ακροδεκτών και εξαρτημάτων: Συγκολλήστε τα υπόλοιπα εξαρτήματα όπως φαίνεται στις εικόνες

Καλωδίωση: Κάντε την καλωδίωση σύμφωνα με το σχηματικό. Χρησιμοποίησα χρωματιστά σύρματα για να κάνω την καλωδίωση, ώστε να μπορώ να τα αναγνωρίσω εύκολα.

Βήμα 9: Τοποθέτηση των αναμονών

Μετά τη συγκόλληση και την καλωδίωση, τοποθετήστε τις προεξοχές σε 4 γωνίες. Θα παρέχει επαρκή απόσταση στις αρθρώσεις συγκόλλησης και τα καλώδια από το έδαφος.

Βήμα 10: Λογισμικό

Το λογισμικό εκτελεί τις ακόλουθες εργασίες

1. Μετρήστε τάσεις

Λήψη 100 δειγμάτων ADC, προσθήκη τους και μέσος όρος του αποτελέσματος. Αυτό γίνεται για να μειωθεί ο θόρυβος.

2. Ελέγξτε την κατάσταση της μπαταρίας για να ειδοποιήσετε ή να ξεκινήσετε τον κύκλο εκφόρτισης

Ειδοποιήσεις

θ) Χαμηλό-V!: Εάν η τάση της μπαταρίας είναι κάτω από το χαμηλότερο επίπεδο εκφόρτισης (2,9V για ιόντα λιθίου)

ii) Υψηλή-V!: Εάν η τάση της μπαταρίας είναι πάνω από την πλήρως φορτισμένη κατάσταση

iii) Χωρίς μπαταρία!: Εάν η θήκη της μπαταρίας είναι άδεια

Κύκλος Απαλλαγής

Εάν η τάση της μπαταρίας είναι εντός της χαμηλής τάσης (2,9V) και της υψηλής τάσης (4,3V), ξεκινήστε τον κύκλο εκφόρτισης. Υπολογίστε το ρεύμα και τη χωρητικότητα όπως εξηγήθηκε νωρίτερα.

3. Εμφανίστε τις παραμέτρους στο OLED

4. Καταγραφή δεδομένων σε σειριακή οθόνη

Κατεβάστε τον κώδικα Arduino που επισυνάπτεται παρακάτω.

Βήμα 11: Εξαγωγή σειριακών δεδομένων και σχεδίαση σε φύλλο Excel

Για να δοκιμάσω το κύκλωμα, πρώτα φόρτισα μια καλή μπαταρία Samsung 18650 χρησιμοποιώντας τον φορτιστή IMAX. Στη συνέχεια, βάλτε την μπαταρία στον νέο μου ελεγκτή. Για να αναλύσω ολόκληρη τη διαδικασία απαλλαγής, εξάγω τα σειριακά δεδομένα σε ένα υπολογιστικό φύλλο. Στη συνέχεια, σχεδίασα την καμπύλη εκφόρτισης. Το αποτέλεσμα είναι πραγματικά φοβερό. Χρησιμοποίησα ένα λογισμικό με το όνομα PLX-DAQ για να το κάνω. Μπορείτε να το κατεβάσετε εδώ.

Μπορείτε να περάσετε από αυτό το σεμινάριο για να μάθετε πώς να χρησιμοποιείτε το PLX-DAQ. Είναι πολύ απλό.

Σημείωση: Λειτουργεί μόνο στα Windows.

Βήμα 12: Συμπέρασμα

Μετά από λίγες δοκιμές, καταλήγω στο συμπέρασμα ότι το αποτέλεσμα του ελεγκτή είναι αρκετά λογικό. Το αποτέλεσμα απέχει 50 έως 70mAh από ένα επώνυμο αποτέλεσμα δοκιμής χωρητικότητας μπαταρίας. Χρησιμοποιώντας πιστόλι θερμοκρασίας IR, μέτρησα επίσης την αύξηση της θερμοκρασίας στην αντίσταση φορτίου, η μέγιστη τιμή είναι 51 βαθμοί Κελσίου

Σε αυτό το σχέδιο, το ρεύμα εκφόρτισης δεν είναι σταθερό, εξαρτάται από την τάση της μπαταρίας. Έτσι, η καμπύλη εκφόρτισης που σχεδιάζεται δεν είναι παρόμοια με την καμπύλη εκφόρτισης που αναφέρεται στο φύλλο δεδομένων κατασκευής μπαταριών. Υποστηρίζει μόνο μία μπαταρία ιόντων λιθίου.

Έτσι, στη μελλοντική μου έκδοση θα προσπαθήσω να λύσω τις παραπάνω σύντομες εκδόσεις στο V1.0.

Πίστωση: Θα ήθελα να δώσω πίστωση στον Adam Welch, του οποίου το έργο στο YouTube με ενέπνευσε να ξεκινήσω αυτό το έργο. Μπορείτε να παρακολουθήσετε το βίντεο του στο YouTube.

Προτείνετε οποιεσδήποτε βελτιώσεις. Στείλτε ένα σχόλιο εάν υπάρχουν λάθη ή λάθη.

Ελπίζω το σεμινάριό μου να είναι χρήσιμο. Αν σας αρέσει, μην ξεχάσετε να το μοιραστείτε:)

Εγγραφείτε για περισσότερα DIY έργα. Σας ευχαριστώ.