DIY Arduino Battery Capacity Tester - V1.0: 12 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

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

[Mag-play ng Video] Nakakuha ako ng napakaraming lumang lap-top na baterya (18650) upang magamit muli ang mga ito sa aking solar na proyekto. Napakahirap makilala ang mga magagandang cell sa pack ng baterya. Mas maaga sa isa sa aking Power Bank Instructable na sinabi ko, kung paano makilala ang magagandang mga cell sa pamamagitan ng pagsukat ng kanilang mga voltages, ngunit ang pamamaraang ito ay hindi talaga maaasahan. Kaya't talagang ginusto ko ang isang paraan upang masukat ang eksaktong kapasidad ng bawat cell sa halip na ang kanilang mga voltages.

I-update sa 30.10.2019

Maaari mong makita ang aking bagong bersyon

Ilang linggo na ang nakakalipas, sinimulan ko ang proyekto mula sa pangunahing kaalaman. Ang bersyon na ito ay talagang isang simple, na batay sa Batas ng Ohms. Ang katumpakan ng tester ay hindi magiging 100% perpekto, ngunit nagbibigay ito ng makatuwirang mga resulta na maaaring magamit at ihinahambing sa iba pang baterya, upang madali mong makilala ang mga magagandang cell sa isang lumang pack ng baterya. Sa aking trabaho ay napagtanto ko, maraming mga bagay na maaaring mapabuti. Sa hinaharap, susubukan kong ipatupad ang mga bagay na iyon. Ngunit sa ngayon, masaya ako kasama nito. Inaasahan kong ang maliit na tester na ito ay magiging kapaki-pakinabang, kaya't ibinabahagi ko ito sa inyong lahat. Tandaan: Mangyaring itapon nang maayos ang mga hindi magagandang baterya. Tanggalin: Mangyaring tandaan na nakikipagtulungan ka kay Li -Ion baterya na kung saan ay lubos na paputok at mapanganib. Hindi ako mananagot para sa anumang pagkawala ng pag-aari, pinsala, o pagkawala ng buhay kung tungkol ito. Ang tutorial na ito ay isinulat para sa mga may kaalaman sa rechargeable lithium-ion na teknolohiya. Mangyaring huwag subukang ito kung ikaw ay baguhan. Manatiling ligtas.

Hakbang 1: Kinakailangan ang Mga Bahagi at Mga Tool:

Mga Kinakailangan na Bahagi: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0.96 OLED Display (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Mga Resistor (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Power Resistor (10R, 10W) (Amazon) 6. Mga Screw Terminal (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototype Board (Amazon / Banggood) 9. 18650 Battery Holder (Amazon)

10. 18650 Baterya (GearBest / Banggood) 11. Kinakailangan ang Mga Tool ng Spacer (Amazon / Banggood): 1. Wire Cutter / Stripper (Gear Best) 2. Sowering Iron (Amazon / Banggood) Instrument na Ginamit: IMAX Balance Charger (Gearbest / Banggood)

Infrared Thermometer Gun (Amazon / Gearbest)

Hakbang 2: Skematika at Paggawa

Skematika:

Upang madaling maunawaan ang eskematiko, iginuhit ko din ito sa isang butas na lupon din. Ang mga posisyon ng mga bahagi at mga kable ay pareho sa aking aktwal na board. Ang tanging pagbubukod ay ang buzzer at OLED display. Sa aktwal na board, nasa loob sila ngunit sa eskematiko, nakahiga sila sa labas.

Napakadali ng disenyo na batay sa Arduino Nano. Ginagamit ang isang OLED display upang maipakita ang mga parameter ng baterya. Ginagamit ang mga terminal ng tornilyo para sa pagkonekta ng baterya at paglaban sa pag-load. Ginagamit ang isang buzzer para sa pagbibigay ng iba't ibang mga alerto. Ginagamit ang dalawang voltage divider circuit upang subaybayan ang mga voltages sa paglaban ng pagkarga. Ang pagpapaandar ng MOSFET ay upang ikonekta o idiskonekta ang paglaban sa pag-load sa baterya.

Nagtatrabaho:

Sinusuri ng Arduino ang kundisyon ng baterya, kung ang baterya ay mabuti, bigyan ang utos na lumipat SA MOSFET. Pinapayagan nitong dumaan ang kasalukuyang mula sa positibong terminal ng baterya, sa pamamagitan ng risistor, at pagkatapos ay makumpleto ng MOSFET ang landas pabalik sa negatibong terminal. Pinapalabas nito ang baterya sa loob ng isang panahon. Sinusukat ng Arduino ang boltahe sa kabuuan ng resistor ng pag-load at pagkatapos ay hinati sa pamamagitan ng paglaban upang malaman ang kasalukuyang paglabas. Na-multiply ito sa oras upang makuha ang halaga ng milliamp-hour (kapasidad).

Hakbang 3: Pagsukat ng Boltahe, Kasalukuyan at Kapasidad

Pagsukat ng Boltahe

Kailangan nating hanapin ang boltahe sa kabuuan ng resistor ng pag-load. Ang mga voltages ay sinusukat sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang boltahe na divider circuit. Binubuo ito ng dalawang resistors na may halagang 10k bawat isa. Ang output mula sa divider ay konektado sa Arduino analog pin A0 at A1.

Maaaring sukatin ng Arduino analog pin ang boltahe hanggang sa 5V, sa aming kaso ang maximum na boltahe ay 4.2V (ganap na sisingilin). Pagkatapos ay maaari mong tanungin, kung bakit gumagamit ako ng dalawang divider nang hindi kinakailangan. Ang dahilan ay ang aking plano sa hinaharap na gamitin ang parehong tester para sa bateryang multi-chemistry. Kaya't ang disenyo na ito ay maaaring madaling iakma upang makamit ang aking layunin.

Kasalukuyang Pagsukat:

Kasalukuyang (I) = Boltahe (V) - Pag-drop ng boltahe sa MOSFET / Paglaban (R)

Tandaan: Ipinapalagay ko na ang pagbagsak ng boltahe sa MOSFET ay bale-wala.

Dito, V = Boltahe sa buong resistor ng pag-load at R = 10 Ohm

Ang resulta na nakuha ay nasa amperes. I-multiply ang 1000 upang i-convert ito sa milliamperes.

Kaya't ang maximum na kasalukuyang paglabas = 4.2 / 10 = 0.42A = 420mA

Pagsukat sa Kapasidad:

Nakaimbak na Bayad (Q) = Kasalukuyang (I) x Oras (T).

Nakalkula na namin ang kasalukuyang, ang tanging hindi alam sa equation sa itaas ay oras. Ang millis () na pagpapaandar sa Arduino ay maaaring magamit upang sukatin ang lumipas na oras.

Hakbang 4: Ang pagpili ng Load Resistor

Ang pagpili ng resistor ng pag-load ay nakasalalay sa dami ng kasalukuyang paglabas na kailangan namin. Ipagpalagay na nais mong maalis ang baterya @ 500mA, pagkatapos ang halaga ng risistor ay

Paglaban (R) = Max Battery Voltage / Discharge Kasalukuyan = 4.2 /0.5 = 8.4 Ohm

Ang risistor ay kailangang maalis ang kaunting lakas, kaya't ang sukat ay mahalaga sa kasong ito.

Napawi ang init = I ^ 2 x R = 0.5 ^ 2 x 8.4 = 2.1 Watt

Sa pamamagitan ng pagpapanatili ng ilang margin maaari kang pumili ng 5W. Kung nais mo ng higit pang kaligtasan gamitin ang 10W.

Gumamit ako ng 10 Ohm, 10W resistor sa halip na 8.4 Ohm dahil nasa stock ko ito sa oras na iyon.

Hakbang 5: Ang pagpili ng MOSFET

Narito ang MOSFET kumikilos tulad ng isang switch. Kinokontrol ng digital na output mula sa Arduino pin D2 ang switch. Kapag ang signal ng 5V (TAAS) ay pinakain sa gate ng MOSFET, pinapayagan nitong dumaan ang kasalukuyang mula sa positibong terminal ng baterya, sa pamamagitan ng risistor, at pagkatapos makumpleto ng MOSFET ang landas pabalik sa negatibong terminal. Pinapalabas nito ang baterya sa loob ng isang panahon. Kaya't ang MOSFET ay dapat mapili sa paraang makakaya nito ang maximum na kasalukuyang paglabas nang hindi nag-o-overheat.

Gumamit ako ng isang n-channel na antas ng lohika na kapangyarihan MOSFET-IRLZ44. Ipinapakita ng L na ito ay isang antas ng lohika na MOSFET. Ang isang antas ng lohika na MOSFET ay nangangahulugang ito ay dinisenyo upang ganap na i-on mula sa antas ng lohika ng isang microcontroller. Ang karaniwang MOSFET (serye ng IRF atbp) ay idinisenyo upang tumakbo mula sa 10V.

Kung gumagamit ka ng isang serye ng IRF na MOSFET, kung gayon hindi ito ganap na MAG-ON sa pamamagitan ng paglalapat ng 5V mula sa Arduino. Ibig kong sabihin ay hindi dadalhin ng MOSFET ang kasalukuyang rate. Upang i-tugma SA mga MOSFET na ito kailangan mo ng isang karagdagang circuit upang mapalakas ang boltahe ng gate.

Kaya inirerekumenda ko ang paggamit ng isang antas ng lohika na MOSFET, hindi kinakailangan IRLZ44. Maaari mong gamitin ang anumang iba pang MOSFET din.

Hakbang 6: OLED Display

Upang maipakita ang Boltahe ng Baterya, kasalukuyang paglabas at kapasidad, gumamit ako ng 0.96 OLED display. Mayroon itong resolusyon na 128x64 at gumagamit ng I2C bus upang makipag-usap sa Arduino. Dalawang mga pin na SCL (A5), ang SDA (A4) sa Arduino Uno ay ginagamit para sa komunikasyon

Gumagamit ako ng U8glib library upang maipakita ang mga parameter. Una kailangan mong i-download ang U8glib library. Pagkatapos ay na-install ito.

Kung nais mong makapagsimula sa OLED display at Arduino, mag-click dito

Ang mga koneksyon ay dapat na tulad ng mga sumusunod

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Hakbang 7: Buzzer para sa Babala

Upang magbigay ng iba't ibang babala o alerto, ginagamit ang isang piezo buzzer. Ang iba't ibang mga alerto ay

1. Mababang Boltahe ng Baterya

2. Mataas na Boltahe ng Baterya

3. Walang Baterya

Ang buzzer ay may dalawang mga terminal, ang mas mahaba ay positibo at ang mas maikling paa ay negatibo. Ang sticker sa bagong buzzer ay may markang "+" din upang ipahiwatig ang positibong terminal.

Ang mga koneksyon ay dapat na tulad ng mga sumusunod

Arduino Buzzer

D9 Positibong terminal

Negatibong terminal ng GND

Sa Arduino Sketch, gumamit ako ng isang hiwalay na function beep () na nagpapadala ng signal ng PWM sa buzzer, naghihintay para sa isang maliit na pagkaantala, pagkatapos ay patayin ito, pagkatapos ay may isa pang maliit na pagkaantala. Sa gayon, umiikot ito ng isang beses.

Hakbang 8: Paggawa ng Circuit

Sa mga nakaraang hakbang, ipinaliwanag ko ang pagpapaandar ng bawat isa sa mga bahagi sa circuit. Bago tumalon upang gawin ang panghuling board, subukan muna ang circuit sa isang board ng tinapay. Kung perpektong gumagana ang circuit sa bread board, pagkatapos ay lumipat upang maghinang ng mga sangkap sa protype board.

Gumamit ako ng 7cm X 5cm prototype board.

Pag-mount sa Nano: Una gupitin ang dalawang hilera ng babaeng pin ng header na may bawat 15 pin. Gumamit ako ng diagonal nipper upang i-cut ang mga header. Pagkatapos ay hinangin ang mga pin ng header. Siguraduhin na ang distansya sa pagitan ng dalawang daang-bakal ay umaangkop sa arduino nano.

Pag-mount OLED Display: Gupitin ang isang babaeng header na may 4pins. Pagkatapos maghinang ito tulad ng ipinakita sa larawan.

Pag-mount sa mga terminal at sangkap: Paghinang ng natitirang mga sangkap tulad ng ipinakita sa mga larawan

Mga kable: Gawin ang mga kable ayon sa bawat eskematiko. Gumamit ako ng mga may kulay na mga wire upang gawin ang mga kable, upang madali ko silang makilala.

Hakbang 9: Pag-mount ng Standoffs

Pagkatapos ng paghihinang at mga kable, i-mount ang mga standoff sa 4 na sulok. Magbibigay ito ng sapat na clearance sa mga soldering joint at wires mula sa lupa.

Hakbang 10: Software

Ang software na ginagawa ang mga sumusunod na gawain

1. Sukatin ang mga voltages

Pagkuha ng 100 mga sample ng ADC, pagdaragdag ng mga ito at pag-average ng resulta. Ginagawa ito upang mabawasan ang ingay.

2. Suriin ang kondisyon ng baterya upang magbigay alerto o simulan ang siklo ng paglabas

Mga Alerto

i) Mababang-V!: Kung ang boltahe ng baterya ay mas mababa sa pinakamababang antas ng paglabas (2.9V para sa Li Ion)

ii) Mataas-V!: Kung ang boltahe ng baterya ay nasa itaas ng ganap na sisingilin na kundisyon

iii) Walang Baterya!: Kung ang may hawak ng baterya ay walang laman

Pag-ikot ng Paikot

Kung ang boltahe ng baterya ay nasa loob ng mababang boltahe (2.9V) at mataas na voltag (4.3V), magsimula ang paglabas ng ikot. Kalkulahin ang kasalukuyang at kapasidad tulad ng ipinaliwanag nang mas maaga.

3. Ipakita ang mga parameter sa OLED

4. Pag-log ng data sa serial monitor

I-download ang Arduino Code na nakakabit sa ibaba.

Hakbang 11: Pag-export ng Serial Data at Plotting sa Excel Sheet

Upang subukan ang circuit, nag-charge muna ako ng isang mahusay na Samsung 18650battery gamit ang aking IMAX Charger. Pagkatapos ay ilagay ang baterya sa aking bagong tester. Upang pag-aralan ang buong proseso ng paglabas, ini-export ko ang serial data sa isang spreadsheet. Pagkatapos ay nagplano ako ng curve ng paglabas. Ang resulta ay talagang kahanga-hanga. Gumamit ako ng isang software na nagngangalang PLX-DAQ upang gawin ito. Maaari mo itong i-download dito.

Maaari kang dumaan sa tutorial na ito upang malaman kung paano gamitin ang PLX-DAQ. Ito ay napaka-simple.

Tandaan: Gumagana lamang ito sa Windows.

Hakbang 12: Konklusyon

Pagkatapos ng ilang pagsubok natapos ko na ang resulta ng tester ay makatwiran. Ang resulta ay 50 hanggang 70mAh ang layo mula sa isang resulta ng tester na may kapasidad na baterya. Sa pamamagitan ng paggamit ng IR temperatura na Gun, sinukat ko rin ang pagtaas ng temperatura sa resistor ng pag-load, ang maximum na halaga ay 51 deg C.

Sa disenyo na ito, ang kasalukuyang paglabas ay hindi pare-pareho, depende ito sa boltahe ng baterya. Kaya't ang curve ng paglabas na naka-plot ay hindi katulad sa paglabas ng curve na ibinigay sa sheet ng data ng paggawa ng baterya. Sinusuportahan lamang nito ang isang solong baterya ng Li Ion.

Kaya't sa aking hinaharap na bersyon susubukan kong malutas ang mga maikling pagpunta sa itaas sa V1.0.

Kredito: Gusto kong bigyan ng kredito si Adam Welch, na ang proyekto sa YouTube ay nagbigay inspirasyon sa akin upang simulan ang proyektong ito. Maaari mong panoorin ang kanyang video sa YouTube.

Mangyaring magmungkahi ng anumang mga pagpapabuti. Taasan ang isang komento kung mayroong anumang mga pagkakamali o error.

Sana maging kapaki-pakinabang ang aking tutorial. Kung nais mo ito, huwag kalimutang ibahagi:)

Mag-subscribe para sa higit pang mga proyekto sa DIY. Salamat.