Tester ng Kapasidad sa Baterya Gamit ang Arduino [Lithium-NiMH-NiCd]: 15 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Mga Tampok:

• Kilalanin ang isang pekeng baterya ng Lithium-Ion / Lithium-Polymer / NiCd / NiMH
• Naaayos na pare-parehong kasalukuyang pag-load (maaari ding mabago ng gumagamit)
• May kakayahang sukatin ang kapasidad ng halos anumang uri ng baterya (sa ibaba 5V)
• Madaling maghinang, bumuo, at magamit, kahit para sa mga nagsisimula (lahat ng mga sangkap ay Dip)
• Isang interface ng gumagamit ng LCD

Mga pagtutukoy:

• Suplay ng Lupon: 7V hanggang 9V (Max)
• Input ng Baterya: 0-5V (max) - walang pabalik na polarity Constant
• Kasalukuyang Pag-load: 37mA hanggang 540mA (max) - 16 Mga Hakbang - maaaring mabago ng gumagamit

Ang totoong pagsukat ng kakayahan ng baterya ay mahalaga para sa maraming mga sitwasyon. Ang isang aparato ng pagsukat ng kapasidad ay maaaring malutas ang problema ng pagtuklas din ng mga pekeng baterya. Sa ngayon ang mga pekeng baterya ng Lithium at NiMH ay nasa lahat ng dako na hindi hawakan ang kanilang mga na-advertise na kakayahan. Minsan mahirap makilala ang pagitan ng isang tunay at isang pekeng baterya. Ang problemang ito ay umiiral sa ekstrang merkado ng mga baterya, tulad ng mga baterya ng cell phone. Bukod dito, sa maraming mga sitwasyon, mahalaga na matukoy ang kapasidad ng isang pangalawang-kamay na baterya (halimbawa ng isang baterya ng laptop). Sa artikulong ito, matututunan nating bumuo ng isang circuit ng pagsukat ng kapasidad ng baterya gamit ang sikat na Arduino-Nano board. Dinisenyo ko ang PCB board para sa mga sangkap ng paglubog. Kaya't kahit na ang mga nagsisimula ay maaaring maghinang at magamit ang aparato.

1: Pagsusuri sa CircuitAng Larawan 1 ay nagpapakita ng diagram na eskematiko ng aparato. Ang core ng circuit ay isang Arduino-Nano board.

Hakbang 1: Larawan 1, Diagram ng Skematika ng Device sa Pagsukat ng Kapasidad ng Baterya

Ang IC1 ay isang LM358 [1] chip na naglalaman ng dalawang pagpapatakbo ng amplifier. Ang R5 at C7 ay nagtatayo ng isang mababang pass filter na nagko-convert sa pulso ng PWM sa isang boltahe ng DC. Ang dalas ng PWM ay nasa paligid ng 500Hz. Gumamit ako ng isang Siglent SDS1104X-E oscilloscope upang suriin ang pag-uugali ng PWM at filter. Ikinonekta ko ang CH1 sa output ng PWM (Arduino-D10) at CH2 sa output ng filter (Larawan 2). Maaari mo ring suriin ang tugon sa dalas ng filter at ang cut-off na dalas na "sa pagsasanay" ng bode plot, na kung saan ay isa sa magandang ipinakilala na mga tampok ng SDS1104X-E.

Hakbang 2: Larawan 2, ang PWM Signal (CH1: 2V / div) at ang Resulta Pagkatapos dumaan sa R5-C7 RC Filter (CH2: 50mV / div)

Ang R5 ay isang 1M risistor na labis na naglilimita sa kasalukuyang, gayunpaman, ang output ng filter ay dumadaan sa isang opamp (ang pangalawang opamp ng IC1), sa isang pagsasaayos ng tagasunod ng boltahe. Ang unang opamp ng IC1, R7, at Q2 ay bumuo ng isang pare-pareho na kasalukuyang circuit ng pag-load. Sa ngayon, nakabuo kami ng isang nakakontrol na PWM na pare-pareho ang kasalukuyang pag-load.

Ang isang 2 * 16 LCD ay ginagamit bilang isang interface ng gumagamit na ginagawang madali ang pagkontrol / pagsasaayos. Itinatakda ng R4 potentiometer ang kaibahan ng LCD. Nililimitahan ng R6 ang kasalukuyang backlight. Ang P2 ay isang 2 pin na Molex konektor na ginagamit upang ikonekta ang isang 5V buzzer. Ang R1 at R2 ay mga pull-up resistor para sa mga tactile switch. Ginagamit ang C3 at C4 upang madaig ang mga push-button. Ginagamit ang C1 at C1 upang salain ang boltahe ng supply ng circuit. Ginagamit ang C5 at C6 upang ma-filter ang pare-pareho ang mga kasalukuyang ingay ng circuit ng pag-load upang hindi mapasama ang pagganap ng conversion ng ADC. Ang R7 ay gumaganap bilang isang pagkarga para sa Q2 MOSFET.

1-1: Ano ang isang pare-pareho kasalukuyang karga sa DC?

Ang isang pare-pareho na kasalukuyang pag-load ay isang circuit na laging kumukuha ng isang pare-pareho na halaga ng kasalukuyang, kahit na nag-iiba ang inilapat na boltahe ng pag-input. Halimbawa Ang tampok na ito ng patuloy na kasalukuyang circuit ng pag-load ay nagpapahintulot sa amin na buuin ang aparato ng pagsukat ng kapasidad ng baterya. Kung gumagamit kami ng isang simpleng risistor bilang isang pagkarga upang sukatin ang kapasidad ng baterya, habang bumababa ang boltahe ng baterya, bumababa rin ang kasalukuyang ginagawang kumplikado at hindi tumpak ang mga kalkulasyon.

2: Lupon ng PCB

Ipinapakita ng Larawan 3 ang naka-disenyo na layout ng PCB ng circuit. Ang magkabilang panig ng board ay ginagamit upang mai-mount ang mga bahagi. Kapag nilalayon ko na magdisenyo ng isang Skematika / PCB, palagi kong ginagamit ang mga sangkap na bahagi ng SamacSys, dahil ang mga libraryong ito ay sumusunod sa mga pamantayang pang-industriya na IPC at lahat ay libre. Ginamit ko ang mga silid-aklatan na ito para sa IC1 [2], Q2 [3], at kahit na mahahanap ko ang Arduino-Nano (AR1) [4] library na nag-save ng marami mula sa oras ng pagdidisenyo. Gumagamit ako ng Altium Designer CAD software, kaya ginamit ko ang Altium plugin upang mai-install ang mga bahagi ng aklatan [5]. Ipinapakita ng Larawan 4 ang mga napiling sangkap.

Hakbang 3: Larawan 3, ang Lupon ng Pagsukat ng Kapasidad ng Baterya ng PCB

Kapag nilalayon ko na magdisenyo ng isang Schematic / PCB, palagi kong ginagamit ang mga sangkap na bahagi ng SamacSys, dahil ang mga libraryong ito ay sumusunod sa mga pamantayang IPC ng industriya at lahat ay libre. Ginamit ko ang mga silid-aklatan na ito para sa IC1 [2], Q2 [3], at kahit na mahahanap ko ang Arduino-Nano (AR1) [4] library na nag-save ng marami mula sa oras ng pagdidisenyo. Gumagamit ako ng Altium Designer CAD software, kaya ginamit ko ang Altium plugin upang mai-install ang mga bahagi ng aklatan [5]. Ipinapakita ng Larawan 4 ang mga napiling sangkap.

Hakbang 4: Larawan 4, Naka-install na Mga Bahagi Mula sa SamacSys Altium Plugin

Ang board ng PCB ay bahagyang mas malaki kaysa sa isang 2 * 16 LCD upang magkasya ang tatlong mga tactile push-button. Ang mga numero 5, 6, at 7 ay nagpapakita ng mga 3D view ng board.

Hakbang 5: Larawan 5: isang 3D View ng Assembled PCB Board (TOP), Larawan 6: isang 3D View ng Assembled PCB Board (Side), Larawan 7: isang 3D View ng Assembled PCB Board (Ibabang)

3: Assembly at Test Gumamit ako ng isang semi-homemade PCB board upang bumuo ng isang mabilis na prototype at subukan ang circuit. Ipinapakita ng Larawan 8 ang isang larawan ng pisara. Hindi mo kailangang sundin ako, mag-order lamang ng PCB sa isang propesyonal na kumpanya ng paggawa ng PCB at buuin ang aparato. Dapat kang gumamit ng isang nakatayo na uri ng potensyomiter para sa R4 na nagbibigay-daan sa iyo upang ayusin ang kaibahan ng LCD mula sa gilid ng pisara.

Hakbang 6: Larawan 8: isang Larawan ng Unang Prototype, sa isang Semi-homemade PCB Board

Matapos ang paghihinang ng mga sangkap at paghahanda ng mga kundisyon sa pagsubok, handa na kaming subukan ang aming circuit. Huwag kalimutang i-mount ang isang malaking heatsink sa MOSFET (Q2). Pinili ko ang R7 upang maging isang 3-ohm risistor. Pinapayagan kaming lumikha ng pare-pareho na mga alon hanggang sa 750mA, ngunit sa code, itinakda ko ang maximum na kasalukuyang sa isang lugar sa paligid ng 500mA na sapat para sa aming hangarin. Ang pagbaba ng halaga ng risistor (upang halimbawa 1.5-ohm) ay maaaring gumawa ng mas mataas na mga alon, subalit, kailangan mong gumamit ng isang mas malakas na risistor at baguhin ang Arduino code. Ipinapakita ng Larawan 9 ang board at ang mga panlabas na wirings.

Hakbang 7: Larawan 9: Mga kable ng Device sa Pagsukat ng Kapasidad ng baterya

Maghanda ng boltahe ng isang bagay sa paligid ng 7V hanggang 9V sa input ng supply. Ginamit ko ang regulator ng Arduino board upang gawin ang riles na + 5V. Samakatuwid, huwag maglagay ng boltahe na mas mataas sa 9V sa input ng supply, kung hindi man, maaari mong mapinsala ang chip ng regulator. Ang board ay pinalakas at dapat mong makita ang isang teksto sa LCD, kapareho ng figure 10. Kung gumagamit ka ng isang asul na backlight 2 * 16 LCD, ang circuit ay ubusin sa paligid ng 75mA.

Hakbang 8: Larawan 10: Tamang Circuit Power-up na Indikasyon sa LCD

Pagkatapos ng halos 3 segundo, ang teksto ay malilinis up at sa susunod na screen, maaari mong ayusin ang patuloy na kasalukuyang halaga sa pamamagitan ng pataas / pababa na mga pindutan ng itulak (Larawan 11).

Hakbang 9: Larawan 11: ang Patuloy na Kasalukuyang Pagsasaayos ng Pag-load ng Up / Down na mga pindutan ng Push

Bago ikonekta ang isang baterya sa aparato at sukatin ang kapasidad nito, maaari mong suriin ang circuit gamit ang isang supply ng kuryente. Para sa hangaring ito, dapat mong ikonekta ang konektor ng P3 sa suplay ng kuryente.

Mahalaga: Huwag kailanman maglapat ng anumang boltahe na mas mataas sa 5V, o sa reverse polarity, sa pag-input ng baterya, kung hindi man permanenteng mapinsala mo ang digital ng Arduino sa converter pin

Itakda ang iyong ninanais na kasalukuyang limitasyon (halimbawa 100mA) at i-play ang iyong boltahe ng suplay ng kuryente (manatili sa ibaba 5V). Tulad ng nakikita mo sa anumang boltahe ng pag-input, ang kasalukuyang daloy ay mananatiling buo. Iyon mismo ang gusto namin! (Larawan 12).

Hakbang 10: Larawan 12: ang Kasalukuyang Daloy ay Nanatiling Patuloy Kahit sa Harap ng Mga Pagkakaiba-iba ng Boltahe (nasubukan Sa 4.3V at 2.4V Input)

Ang pangatlong push-button ay I-reset. Nangangahulugan itong simpleng i-restart ang board. Ito ay kapaki-pakinabang kapag plano mong muling simulan ang pamamaraan upang masubukan ang isang iba't ibang mga buttery.

Gayunpaman, sigurado ka na na ang iyong aparato ay gumagana nang walang kamali-mali. Maaari mong idiskonekta ang suplay ng kuryente at ikonekta ang iyong baterya sa input ng baterya at itakda ang iyong ninanais na kasalukuyang limitasyon.

Upang simulan ang aking sariling pagsubok, pumili ako ng isang bagong-bagong 8, 800mA na na-rate na baterya ng lithium-ion (Larawan 13). Mukhang isang kamangha-manghang rate, hindi ba ?! Ngunit hindi ako makapaniwala kahit papaano:-), kaya subukin natin ito.

Hakbang 11: Larawan 13: isang 8, 800mA Rated Lithium-ion Battery, Real o Fake ?

Bago ikonekta ang baterya ng lithium sa board, kailangan namin itong singilin, kaya't mangyaring maghanda ng isang nakapirming 4.20V (500mA CC na limitasyon o mas mababa) sa iyong supply ng kuryente (Halimbawa, sa pamamagitan ng paggamit ng variable na paglipat ng suplay ng kuryente sa nakaraang artikulo) at singilin ang baterya hanggang sa kasalukuyang daloy umabot sa isang mababang antas. Huwag singilin ang isang hindi kilalang baterya na may mataas na alon, dahil hindi kami sigurado tungkol sa tunay na kapasidad nito! Maaaring sumabog ang baterya ng mataas na singil sa baterya! Mag-ingat ka. Bilang isang resulta, sinunod ko ang pamamaraang ito at ang aming 8, 800mA na baterya ay handa na para sa pagsukat ng kapasidad.

Gumamit ako ng isang may hawak ng baterya upang ikonekta ang baterya sa board. Siguraduhing gumamit ng makapal at maikling mga wire na nagpapakilala ng mababang paglaban sapagkat ang pagwawaldas ng kuryente sa mga wire ay sanhi ng pagbagsak ng boltahe at kawastuhan.

Itakda natin ang kasalukuyang sa 500mA at matagal na pinindot ang pindutang "UP". Pagkatapos ay dapat mong marinig ang isang beep at magsisimula ang pamamaraan (Larawan 14). Itinakda ko ang cut-off voltage (mababang threshold ng baterya) sa 3.2V. Maaari mong baguhin ang threshold na ito sa code kung nais mo.

Hakbang 12: Larawan 14: Pamamaraan sa Pagkalkula ng Kapasidad ng Baterya

Talaga, dapat nating kalkulahin ang "oras ng buhay" ng baterya bago maabot ang boltahe nito sa mababang antas ng threshold. Ipinapakita ng Larawan 15 ang oras kung saan ididiskonekta ng aparato ang pag-load ng DC mula sa baterya (3.2V) at ang mga pagkalkula ay ginawa. Bumubuo rin ang aparato ng dalawang mahahabang beep upang ipahiwatig ang pagtatapos ng pamamaraan. Tulad ng nakikita mo sa LCD screen, ang totoong kapasidad ng baterya ay 1, 190mAh na malayo sa inaangkin na kapasidad! Maaari mong sundin ang parehong pamamaraan upang subukan ang anumang baterya (mas mababa sa 5V).

Hakbang 13: Larawan 15: ang Tunay na Nakalkulang Kapasidad ng 8.800mA Rated Lithium-ion Battery

Ipinapakita ng Figure 16 ang singil ng mga materyales para sa circuit na ito.

Hakbang 14: Larawan 16: Bill ng Mga Materyales

Hakbang 15: Mga Sanggunian

Pinagmulan ng Artikulo:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: