Тестер емкости аккумулятора Arduino своими руками - V1.0: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

[Воспроизвести видео] Я собрал очень много старых аккумуляторов для ноутбуков (18650), чтобы использовать их в своих солнечных проектах. Определить исправные элементы в аккумуляторной батарее очень сложно. Ранее в одной из моих инструкций по Power Bank я рассказывал, как определять хорошие элементы, измеряя их напряжение, но этот метод совсем ненадежен. Поэтому мне действительно нужен был способ измерить точную емкость каждой ячейки, а не их напряжение.

Обновление от 30.10.2019

Вы можете увидеть мою новую версию

Несколько недель назад я начал проект с основ. Это действительно простая версия, основанная на законе Ома. Точность тестера не будет на 100% идеальной, но она дает разумные результаты, которые можно использовать. и по сравнению с другими батареями, так что вы можете легко определить хорошие элементы в старом батарейном блоке. В ходе моей работы я понял, что есть много вещей, которые можно улучшить. В будущем я постараюсь реализовать эти вещи. Но пока я доволен этим. Надеюсь, этот маленький тестер будет полезен, поэтому я делюсь им со всеми вами. Примечание: утилизируйте неисправные батареи должным образом. Отказ от ответственности: обратите внимание, что вы работаете с Ли. -Ионный аккумулятор, который очень взрывоопасен. Я не могу нести ответственность за потерю имущества, повреждение или гибель людей, если это дойдет до этого. Это руководство было написано для тех, кто разбирается в технологии перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов. Не пытайтесь это сделать, если вы новичок. Оставайтесь в безопасности.

Шаг 1: Необходимые детали и инструменты:

Требуемые детали: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0,96-дюймовый OLED-дисплей (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Резисторы (4 x 10K, 1/4 Вт) (Amazon / Banggood) 5. Резистор питания (10R, 10 Вт) (Amazon) 6. Винтовые клеммы (3 шт.) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Плата для прототипа (Amazon / Banggood) 9. Держатель батареи 18650 (Amazon)

10. Аккумулятор 18650 (GearBest / Banggood) 11. Прокладки (Amazon / Banggood) Необходимые инструменты: 1. Кусачки / стрипперы (Gear Best) 2. Паяльник (Amazon / Banggood) Используемый инструмент: зарядное устройство IMAX Balance (Gearbest / Banggood)

Инфракрасный термометр (Amazon / Gearbest)

Шаг 2: Схема и работа

Схема:

Чтобы легче понять схему, я также нарисовал ее на перфорированной доске. Расположение компонентов и проводки аналогично моей реальной плате. Единственное исключение - зуммер и OLED-дисплей. На реальной плате они находятся внутри, но на схеме они лежат снаружи.

Дизайн очень простой, он основан на Arduino Nano. OLED-дисплей используется для отображения параметров батареи. 3 винтовые клеммы используются для подключения батареи и сопротивления нагрузки. Зуммер используется для подачи различных предупреждений. Схема с двумя делителями напряжения используется для контроля напряжений на сопротивлении нагрузки. Функция полевого МОП-транзистора заключается в подключении или отключении сопротивления нагрузки от батареи.

Работающий:

Arduino проверяет состояние батареи, если батарея в порядке, подайте команду на включение полевого МОП-транзистора. Он позволяет току проходить от положительной клеммы батареи через резистор, а затем полевой МОП-транзистор завершает путь обратно к отрицательной клемме. Это разряжает аккумулятор в течение определенного периода времени. Arduino измеряет напряжение на нагрузочном резисторе, а затем делит его на сопротивление, чтобы определить ток разряда. Умножьте это на время, чтобы получить значение в миллиампер-часах (мощности).

Шаг 3: измерение напряжения, тока и емкости

Измерение напряжения

Нам нужно найти напряжение на нагрузочном резисторе. Напряжения измеряются с помощью двух схем делителя напряжения. Он состоит из двух резисторов номиналом 10 кОм каждый. Выход делителя подключен к аналоговым выводам A0 и A1 Arduino.

Аналоговый вывод Arduino может измерять напряжение до 5 В, в нашем случае максимальное напряжение составляет 4,2 В (полностью заряжено). Тогда вы можете спросить, зачем я использую два делителя без надобности. Причина в том, что я планирую использовать тот же тестер для мультихимической батареи. Так что этот дизайн можно легко адаптировать для достижения моей цели.

Текущее измерение:

Ток (I) = Напряжение (В) - Падение напряжения на МОП-транзисторе / сопротивление (R)

Примечание: я предполагаю, что падение напряжения на MOSFET незначительно.

Здесь V = напряжение на нагрузочном резисторе, а R = 10 Ом.

Полученный результат выражается в амперах. Умножьте 1000, чтобы преобразовать его в миллиамперы.

Таким образом, максимальный ток разряда = 4,2 / 10 = 0,42 А = 420 мА

Измерение емкости:

Накопленный заряд (Q) = ток (I) x время (T).

Мы уже рассчитали ток, единственное, что неизвестно в приведенном выше уравнении, - это время. Функция millis () в Arduino может использоваться для измерения прошедшего времени.

Шаг 4: Выбор резистора нагрузки

Выбор нагрузочного резистора зависит от величины тока разряда, который нам нужен. Предположим, вы хотите разрядить аккумулятор при токе 500 мА, тогда номинал резистора равен

Сопротивление (R) = максимальное напряжение аккумулятора / ток разряда = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ом

Резистор должен рассеивать немного энергии, поэтому в этом случае размер имеет значение.

Теплоотдача = I ^ 2 x R = 0,5 ^ 2 x 8,4 = 2,1 Вт

Сохраняя некоторый запас, вы можете выбрать 5 Вт. Если вы хотите большей безопасности, используйте 10 Вт.

Я использовал резистор 10 Ом, 10 Вт вместо 8,4 Ом, потому что он был у меня в запасе на тот момент.

Шаг 5: выбор полевого МОП-транзистора

Здесь MOSFET действует как переключатель. Цифровой выход с пина D2 Arduino управляет переключателем. Когда сигнал 5 В (HIGH) подается на затвор полевого МОП-транзистора, он позволяет току проходить от положительной клеммы батареи через резистор, а затем МОП-транзистор завершает путь обратно к отрицательной клемме. Это разряжает аккумулятор в течение определенного периода времени. Таким образом, полевой МОП-транзистор следует выбирать таким образом, чтобы он мог выдерживать максимальный ток разряда без перегрева.

Я использовал n-канальный логический уровень мощности MOSFET-IRLZ44. Буква L показывает, что это полевой МОП-транзистор логического уровня. MOSFET логического уровня означает, что он предназначен для полного включения с логического уровня микроконтроллера. Стандартный полевой МОП-транзистор (серия IRF и т. Д.) Рассчитан на работу от 10 В.

Если вы используете МОП-транзистор серии IRF, он не будет полностью включаться при подаче напряжения 5 В от Arduino. Я имею в виду, что полевой МОП-транзистор не будет пропускать номинальный ток. Чтобы настроить эти полевые МОП-транзисторы, вам понадобится дополнительная схема для повышения напряжения затвора.

Поэтому я рекомендую использовать полевой МОП-транзистор логического уровня, не обязательно IRLZ44. Вы также можете использовать любой другой MOSFET.

Шаг 6: OLED-дисплей

Для отображения напряжения батареи, тока разряда и емкости я использовал 0,96-дюймовый OLED-дисплей. Он имеет разрешение 128x64 и использует шину I2C для связи с Arduino. Два контакта SCL (A5), SDA (A4) в Arduino Uno используются для коммуникация.

Я использую библиотеку U8glib для отображения параметров. Сначала вам нужно загрузить библиотеку U8glib, а затем установить ее.

Если вы хотите начать работу с OLED-дисплеем и Arduino, нажмите здесь

Подключения должны быть следующими

Arduino OLED

5 В -Vcc

GND GND

A4 - ПДД

A5 - SCL

Шаг 7: зуммер для предупреждения

Для подачи различных предупреждений или предупреждений используется пьезозуммер.

1. Низкое напряжение аккумулятора.

2. высокое напряжение аккумулятора

3. Нет батареи

У зуммера есть две клеммы, более длинная - положительная, а короткая - отрицательная. На наклейке на новом зуммере также есть отметка «+», указывающая на положительную клемму.

Подключения должны быть следующими

Зуммер Arduino

D9 Положительный вывод

GND отрицательный терминал

В Arduino Sketch я использовал отдельную функцию beep (), которая отправляет сигнал ШИМ на зуммер, ожидает небольшой задержки, затем выключает его, а затем имеет еще одну небольшую задержку. Таким образом, он пищит один раз.

Шаг 8: создание схемы

В предыдущих шагах я объяснил функцию каждого из компонентов схемы. Прежде чем приступить к изготовлению последней платы, сначала проверьте схему на макетной плате. Если схема на макетной плате работает нормально, переходите к пайке компонентов на макетной плате.

Я использовал макетную плату размером 7 см на 5 см.

Установка Nano: сначала вырежьте два ряда штифтов с внутренней резьбой по 15 контактов в каждом. Я использовал диагональный кусачок, чтобы разрезать разъемы. Затем припаяйте контакты разъема. Убедитесь, что расстояние между двумя направляющими соответствует размеру Arduino nano.

Монтаж OLED-дисплея: вырежьте гнездовой разъем с 4 контактами. Затем припаяйте его, как показано на картинке.

Установка клемм и компонентов: припаяйте остальные компоненты, как показано на рисунках.

Электропроводка: Сделайте электропроводку согласно схеме. Я использовал цветные провода, чтобы сделать электропроводку, чтобы я мог легко их идентифицировать.

Шаг 9: Установка стоек

После пайки и разводки установите стойки в 4-х углах, чтобы обеспечить достаточный зазор между паяльными соединениями и проводами от земли.

Шаг 10: Программное обеспечение

Программное обеспечение выполняет следующие задачи

1. Измерьте напряжение.

Взять 100 отсчетов АЦП, сложить их и усреднить результат, чтобы уменьшить шум.

2. Проверьте состояние батареи, чтобы подать сигнал тревоги или начать цикл разряда.

Оповещения

i) Low-V!: Если напряжение аккумулятора ниже минимального уровня разряда (2,9 В для Li Ion)

ii) High-V!: Если напряжение аккумулятора выше полностью заряженного

iii) Нет батареи!: Если батарейный отсек пуст

Цикл разряда

Если напряжение батареи находится в пределах низкого напряжения (2,9 В) и высокого напряжения (4,3 В), начинается цикл разряда. Рассчитайте ток и емкость, как объяснялось ранее.

3. Отобразите параметры на OLED-экране.

4. Регистрация данных на последовательном мониторе

Загрузите код Arduino, прилагаемый ниже.

Шаг 11: экспорт серийных данных и построение графика на листе Excel

Чтобы проверить схему, я сначала зарядил хороший аккумулятор Samsung 18650 с помощью зарядного устройства IMAX. Потом вставил аккумулятор в мой новый тестер. Чтобы проанализировать весь процесс разгрузки, я экспортирую серийные данные в электронную таблицу. Затем я построил кривую расхода. Результат действительно потрясающий. Для этого я использовал программу под названием PLX-DAQ. Вы можете скачать это здесь.

Вы можете пройти через это руководство, чтобы узнать, как использовать PLX-DAQ. Все очень просто.

Примечание: работает только в Windows.

Шаг 12: Заключение

После нескольких тестов я пришел к выводу, что результат теста вполне разумный. Результат составляет от 50 до 70 мАч от результата фирменного тестера емкости аккумулятора. С помощью ИК-термометра я также измерил повышение температуры в нагрузочном резисторе, максимальное значение составляет 51 градус Цельсия.

В этой конструкции ток разряда непостоянен, он зависит от напряжения батареи. Таким образом, построенная кривая разряда не похожа на кривую разряда, приведенную в паспорте производителя батареи. Он поддерживает только одну ионно-литиевую батарею.

Так что в моей будущей версии я постараюсь исправить указанные выше недостатки в версии 1.0.

Кредит: Я хотел бы воздать должное Адаму Уэлчу, чей проект на YouTube вдохновил меня на создание этого проекта. Вы можете посмотреть его видео на YouTube.

Пожалуйста, предлагайте какие-либо улучшения. Оставляйте комментарии, если есть ошибки или неточности.

Надеюсь, мой урок будет вам полезен. Если он вам нравится, не забудьте поделиться:)

Подпишитесь на другие проекты DIY. Спасибо.