DIY Arduino test kapacity baterie - V1.0: 12 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

[Přehrát video] Zachránil jsem tolik starých baterií lap-top (18650), abych je znovu použil ve svých solárních projektech. Je velmi obtížné identifikovat dobré články v bateriovém bloku. Dříve jsem v jedné ze svých instrukcí Power Bank řekl, jak identifikovat dobré články měřením jejich napětí, ale tato metoda není vůbec spolehlivá. Takže jsem opravdu chtěl způsob, jak změřit přesnou kapacitu každé buňky místo jejího napětí.

Aktualizace 30.10.2019

Můžete vidět moji novou verzi

Před několika týdny jsem zahájil projekt od základů. Tato verze je opravdu jednoduchá, která vychází z Ohmova zákona. Přesnost testeru nebude stoprocentně dokonalá, ale poskytuje rozumné výsledky, které lze použít. a ve srovnání s jinými bateriemi, takže můžete snadno identifikovat dobré články ve staré baterii. Během své práce jsem si uvědomil, že je spousta věcí, které lze zlepšit. V budoucnu se pokusím tyto věci implementovat. Ale prozatím jsem s tím spokojený. Doufám, že tento malý tester bude užitečný, a proto se o něj s vámi všemi podělím. Poznámka: Prosím, zlikvidujte špatné baterie správně. Prohlášení: Vezměte prosím na vědomí, že pracujete s Li -Ionová baterie, která je vysoce výbušná a nebezpečná. Nemohu nést odpovědnost za ztráty na majetku, škody nebo ztráty na životech, pokud k tomu dojde. Tento tutoriál byl napsán pro ty, kteří mají znalosti o dobíjecí lithium-iontové technologii. Nepokoušejte se o to, pokud jste nováček. Zůstat v bezpečí.

Krok 1: Požadované součásti a nástroje:

Potřebné díly: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0,96 OLED displej (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Rezistory (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Výkonový odpor (10R, 10W) (Amazon) 6. Šroubové svorky (3 nosy) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototypová deska (Amazon / Banggood) 9. Držák baterie 18650 (Amazon)

10. Baterie 18650 (GearBest / Banggood) 11. Vyžadují se vložky (Amazon / Banggood): 1. Odřezávač / odizolovač drátu (Gear Best) 2. Páječka (Amazon / Banggood) Použitý nástroj: IMAX Balance Charger (Gearbest / Banggood)

Infračervená teploměrová pistole (Amazon /Gearbest)

Krok 2: Schéma a práce

Schéma:

Abych snadno porozuměl schématu, nakreslil jsem ho také na děrovanou desku. Polohy součástí a kabeláže jsou podobné jako u mé skutečné desky. Výjimkou jsou pouze bzučák a OLED displej. Ve skutečné desce jsou uvnitř, ale ve schématu leží venku.

Design je velmi jednoduchý a vychází z Arduino Nano. K zobrazení parametrů baterie slouží OLED displej. 3 šroubové svorky slouží k připojení baterie a odporu zátěže. Pro vydávání různých výstrah se používá bzučák. Obvod dvou děličů napětí se používá ke sledování napětí napříč odporem zátěže. Funkcí MOSFETu je připojení nebo odpojení zátěžového odporu s baterií.

Pracovní:

Arduino kontroluje stav baterie, pokud je baterie dobrá, zadejte příkaz k zapnutí MOSFETU. Umožňuje průchod proudu z kladného pólu baterie přes odpor a MOSFET pak dokončí cestu zpět na záporný pól. Tím se baterie po určitou dobu vybije. Arduino měří napětí na zatěžovacím odporu a poté je dělí odporem, aby zjistil vybíjecí proud. Vynásobte to časem, abyste získali hodnotu miliampérhodiny (kapacity).

Krok 3: Měření napětí, proudu a kapacity

Měření napětí

Musíme najít napětí na zatěžovacím odporu. Napětí se měří pomocí dvou obvodů děliče napětí. Skládá se ze dvou rezistorů s hodnotami 10k každý. Výstup z děliče je připojen k analogovému pinu A0 a A1 Arduino.

Analogový pin Arduino může měřit napětí až 5V, v našem případě je maximální napětí 4,2V (plně nabité). Pak se můžete ptát, proč zbytečně používám dva děliče. Důvodem je, že můj budoucí plán je použít stejný tester pro multichemickou baterii. Tento design lze tedy snadno přizpůsobit tak, abych dosáhl svého cíle.

Aktuální měření:

Proud (I) = Napětí (V) - Pokles napětí přes MOSFET / odpor (R)

Poznámka: Předpokládám, že úbytek napětí na MOSFETu je zanedbatelný.

Zde V = napětí na zatěžovacím odporu a R = 10 Ohm

Získaný výsledek je v ampérech. Vynásobením 1000 převedeš na miliampéry.

Takže maximální vybíjecí proud = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Měření kapacity:

Stored Charge (Q) = Current (I) x Time (T).

Proud jsme již vypočítali, jedinou neznámou ve výše uvedené rovnici je čas. Funkci millis () v Arduinu lze použít k měření uplynulého času.

Krok 4: Výběr zatěžovacího odporu

Výběr zatěžovacího odporu závisí na množství potřebného vybíjecího proudu. Předpokládejme, že chcete vybít baterii při 500mA, pak je hodnota odporu

Odpor (R) = Max. Napětí baterie / vybíjecí proud = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohm

Rezistor potřebuje trochu rozptýlit energii, takže na velikosti v tomto případě záleží.

Rozptýlené teplo = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 = 2,1 Watt

Při zachování určité rezervy můžete zvolit 5W. Pokud chcete větší bezpečnost, použijte 10W.

Použil jsem 10 Ohm, 10W odpor místo 8,4 Ohm, protože to bylo v té době v mých zásobách.

Krok 5: Výběr MOSFETU

Zde MOSFET funguje jako přepínač. Přepínač ovládá digitální výstup z pinu Arduino D2. Když je signál 5V (VYSOKÝ) přiváděn do brány MOSFET, umožňuje průchod proudu z kladného pólu baterie přes odpor a MOSFET pak dokončí cestu zpět na záporný pól. Tím se baterie po určitou dobu vybije. MOSFET by tedy měl být zvolen tak, aby zvládl maximální vybíjecí proud bez přehřívání.

Použil jsem n-kanálový logický výkon MOSFET-IRLZ44. L ukazuje, že se jedná o logický MOSFET. Logický stupeň MOSFET znamená, že je navržen tak, aby se plně zapnul z logické úrovně mikrokontroléru. Standardní MOSFET (řada IRF atd.) Je navržen tak, aby fungoval od 10V.

Pokud používáte MOSFET řady IRF, pak se plně nezapne použitím 5V od Arduina. Myslím tím, že MOSFET nebude přenášet jmenovitý proud. Chcete -li naladit tyto MOSFETy, potřebujete další obvod pro zvýšení napětí brány.

Doporučím tedy použít MOSFET na logické úrovni, ne nutně IRLZ44. Můžete také použít jakýkoli jiný MOSFET.

Krok 6: OLED displej

K zobrazení napětí baterie, vybíjecího proudu a kapacity jsem použil 0,96 OLED displej. Má rozlišení 128x64 a ke komunikaci s Arduinem používá sběrnici I2C. Dva piny SCL (A5), SDA (A4) v Arduino Uno slouží k sdělení.

K zobrazení parametrů používám knihovnu U8glib. Nejprve si musíte stáhnout knihovnu U8glib. Poté ji nainstalujte.

Pokud chcete začít používat OLED displej a Arduino, klikněte sem

Připojení by mělo být následující

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4- SDA

A5-- SCL

Krok 7: Bzučák pro varování

K poskytování různých varování nebo výstrah se používá piezo bzučák. Různá upozornění jsou

1. Nízké napětí baterie

2. Vysoké napětí baterie

3. Žádná baterie

Bzučák má dva vývody, delší je kladný a kratší noha je záporná. Nálepka na novém bzučáku má také označeno „ +“pro označení kladného vývodu.

Připojení by mělo být následující

Arduino bzučák

D9 Pozitivní terminál

Negativní terminál GND

V Arduino Sketch jsem použil samostatnou funkci pípnutí (), která vysílá signál PWM do bzučáku, čeká na malé zpoždění, poté jej vypne, pak má další malé zpoždění. Pípne tedy jednou.

Krok 8: Vytvoření obvodu

V předchozích krocích jsem vysvětlil funkci každé z komponent v obvodu. Než skočíte na finální desku, nejprve vyzkoušejte obvod na desce chleba. Pokud obvod funguje perfektně na desce chleba, pak přejděte na pájení součástek na desce protype.

Použil jsem prototypovou desku 7 cm x 5 cm.

Montáž Nano: Nejprve odřízněte dvě řady samičích kolíků záhlaví s 15 kolíky v každém. Na řezání záhlaví jsem použil diagonální kleště. Poté pájejte kolíky záhlaví. Ujistěte se, že vzdálenost mezi dvěma kolejnicemi odpovídá arduino nano.

Montáž OLED displeje: Vyřízněte zásuvku se 4 piny. Poté jej pájejte podle obrázku.

Montáž svorek a součástí: Zbývající součásti pájejte podle obrázku

Zapojení: Proveďte zapojení podle schématu. K zapojení jsem použil barevné vodiče, abych je mohl snadno identifikovat.

Krok 9: Montáž distančních sloupků

Po pájení a zapojení namontujte distanční sloupky ve 4 rozích. Zajistí dostatečný prostor pro pájecí spoje a vodiče od země.

Krok 10: Software

Software, který provádí následující úkoly

1. Změřte napětí

Odebrání 100 vzorků ADC, jejich přidání a zprůměrování výsledku. To se provádí za účelem snížení hluku.

2. Zkontrolujte stav baterie, abyste dali výstrahu nebo zahájili cyklus vybíjení

Upozornění

i) Low-V!: Pokud je napětí baterie nižší než nejnižší úroveň vybití (2,9 V pro Li Ion)

ii) High-V!: Pokud je napětí baterie vyšší než plně nabitý stav

iii) Žádná baterie!: Pokud je držák baterie prázdný

Vybíjecí cyklus

Pokud je napětí baterie v rozmezí nízkého napětí (2,9 V) a vysokého napětí (4,3 V), spustí se vybíjecí cyklus. Vypočítejte proud a kapacitu, jak bylo vysvětleno dříve.

3. Zobrazte parametry na OLED

4. Protokolování dat na sériovém monitoru

Stáhněte si níže uvedený kód Arduino.

Krok 11: Export sériových dat a vykreslování na listu aplikace Excel

Abych otestoval obvod, nejprve jsem pomocí nabíječky IMAX nabil dobrou baterii Samsung 18650. Poté vložte baterii do mého nového testeru. Abych analyzoval celý proces vypouštění, exportuji sériová data do tabulky. Pak jsem nakreslil křivku výboje. Výsledek je opravdu úžasný. K tomu jsem použil software s názvem PLX-DAQ. Můžete si jej stáhnout zde.

V tomto kurzu se můžete naučit používat PLX-DAQ. Je to velmi jednoduché.

Poznámka: Funguje pouze ve Windows.

Krok 12: Závěr

Po několika testech jsem dospěl k závěru, že výsledek testeru je celkem rozumný. Výsledek je vzdálen 50 až 70 mAh od výsledku testeru značkové kapacity baterie. Pomocí IR teplotní pistole jsem změřil také nárůst teploty v zatěžovacím odporu, maximální hodnota je 51 stupňů Celsia

V tomto provedení není vybíjecí proud konstantní, závisí na napětí baterie. Vynesená křivka vybití tedy není podobná křivce vybíjení uvedené v datovém listu výroby baterie. Podporuje pouze jednu Li Ion baterii.

Takže ve své budoucí verzi se pokusím vyřešit výše uvedené krátké nedostatky ve verzi V1.0.

Kredit: Rád bych poděkoval Adamu Welchovi, jehož projekt na YouTube mě inspiroval k zahájení tohoto projektu. Můžete se podívat na jeho video z YouTube.

Navrhněte prosím nějaká vylepšení. V případě jakýchkoli chyb nebo chyb vzneste komentář.

Doufám, že vám můj návod pomůže. Pokud se vám líbí, nezapomeňte sdílet:)

Přihlaste se k odběru dalších DIY projektů. Děkuji.