Penguji Kapasiti Bateri Menggunakan Arduino [Lithium-NiMH-NiCd]: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Ciri-ciri:

• Kenal pasti bateri Lithium-Ion / Lithium-Polymer / NiCd / NiMH palsu
• Beban arus tetap yang boleh disesuaikan (juga dapat diubah suai oleh pengguna)
• Mampu mengukur kapasiti hampir semua jenis bateri (di bawah 5V)
• Mudah disolder, dibina, dan digunakan, walaupun untuk pemula (semua komponen Dip)
• Antara muka pengguna LCD

Spesifikasi:

• Bekalan Papan: 7V hingga 9V (Maksimum)
• Input Bateri: 0-5V (maksimum) - tiada Pemalar polaritas terbalik
• Beban Semasa: 37mA hingga 540mA (maksimum) - 16 Langkah - boleh diubah suai oleh pengguna

Pengukuran sebenar kapasiti bateri sangat penting untuk banyak senario. Peranti pengukuran kapasiti dapat menyelesaikan masalah mengesan bateri palsu juga. Pada masa ini bateri Lithium dan NiMH palsu ada di mana-mana yang tidak memenuhi kapasiti iklan mereka. Kadang-kadang sukar untuk membezakan antara bateri sebenar dan palsu. Masalah ini wujud di pasaran bateri ganti, seperti bateri telefon bimbit. Selanjutnya, dalam banyak senario, adalah mustahak untuk menentukan kapasiti bateri terpakai (misalnya bateri komputer riba). Dalam artikel ini, kita akan belajar membina litar pengukuran kapasiti bateri menggunakan papan Arduino-Nano yang terkenal. Saya telah merancang papan PCB untuk komponen dip. Sehingga pemula juga boleh menyolder dan menggunakan peranti tersebut.

1: Analisis Litar Gambar 1 menunjukkan gambarajah skematik peranti. Inti litar adalah papan Arduino-Nano.

Langkah 1: Gambar 1, Diagram Skematik Peranti Pengukuran Kapasiti Bateri

IC1 adalah cip LM358 [1] yang mengandungi dua penguat operasi. R5 dan C7 membina penapis lulus rendah yang menukar nadi PWM menjadi voltan DC. Kekerapan PWM adalah sekitar 500Hz. Saya menggunakan osiloskop Siglent SDS1104X-E untuk memeriksa tingkah laku PWM dan penapis. Saya menyambungkan CH1 ke output PWM (Arduino-D10) dan CH2 ke output penapis (Gambar 2). Anda bahkan dapat memeriksa tindak balas frekuensi penapis dan frekuensi pemotongannya "dalam praktiknya" oleh plot bode, yang merupakan salah satu ciri baik yang diperkenalkan dari SDS1104X-E.

Langkah 2: Gambar 2, Isyarat PWM (CH1: 2V / div) dan Hasilnya Setelah Melewati Penapis RC R5-C7 (CH2: 50mV / div)

R5 adalah perintang 1M yang sangat membatasi arus, namun, output penapis melewati opamp (opamp kedua IC1), dalam konfigurasi pengikut voltan. Opamp pertama IC1, R7, dan Q2 membina litar beban arus tetap. Setakat ini, kami telah membina beban arus tetap PWM yang dapat dikawal.

LCD 2 * 16 digunakan sebagai antara muka pengguna yang memudahkan pengendalian / penyesuaian. Potensiometer R4 menetapkan kontras LCD. R6 menghadkan arus lampu latar. P2 adalah penyambung Molex 2 pin yang digunakan untuk menyambungkan buzzer 5V. R1 dan R2 adalah perintang tarik untuk suis taktil. C3 dan C4 digunakan untuk melepaskan butang tekan. C1 dan C1 digunakan untuk menyaring voltan bekalan litar. C5 dan C6 digunakan untuk menyaring bunyi litar beban arus tetap agar tidak menurunkan prestasi penukaran ADC. R7 bertindak sebagai beban untuk Q2 MOSFET.

1-1: Apakah beban DC arus tetap?

Beban arus tetap adalah litar yang selalu menarik jumlah arus yang tetap, walaupun voltan masukan yang digunakan berbeza-beza. Sebagai contoh, jika kita menyambungkan beban arus tetap ke bekalan kuasa dan menetapkan arus pada 250mA, cabutan arus tidak akan berubah walaupun voltan input 5V atau 12V atau apa sahaja. Ciri litar beban arus tetap ini membolehkan kita membina peranti pengukuran kapasiti bateri. Sekiranya kita menggunakan perintang sederhana sebagai beban untuk mengukur kapasiti bateri, kerana voltan bateri menurun, arus juga menurun yang menjadikan pengiraannya rumit dan tidak tepat.

2: Papan PCB

Rajah 3 menunjukkan susunan litar PCB yang dirancang. Kedua-dua sisi papan digunakan untuk memasang komponen. Ketika saya berhasrat untuk merancang Skema / PCB, saya selalu menggunakan perpustakaan komponen SamacSys, kerana perpustakaan ini mengikuti standard IPC industri dan semuanya percuma. Saya menggunakan perpustakaan ini untuk IC1 [2], Q2 [3], dan bahkan saya dapat menemui perpustakaan Arduino-Nano (AR1) [4] yang banyak menjimatkan masa merancang. Saya menggunakan perisian CAD Altium Designer, jadi saya menggunakan plugin Altium untuk memasang perpustakaan komponen [5]. Rajah 4 menunjukkan komponen yang dipilih.

Langkah 3: Rajah 3, Papan PCB Litar Pengukuran Kapasiti Bateri

Ketika saya berhasrat untuk merancang Skema / PCB, saya selalu menggunakan perpustakaan komponen SamacSys, kerana perpustakaan ini mengikuti standard IPC industri dan semuanya percuma. Saya menggunakan perpustakaan ini untuk IC1 [2], Q2 [3], dan bahkan saya dapat menemui perpustakaan Arduino-Nano (AR1) [4] yang banyak menjimatkan masa merancang. Saya menggunakan perisian CAD Altium Designer, jadi saya menggunakan plugin Altium untuk memasang perpustakaan komponen [5]. Rajah 4 menunjukkan komponen yang dipilih.

Langkah 4: Rajah 4, Komponen Yang Dipasang Dari Plugin SamacSys Altium

Papan PCB sedikit lebih besar daripada LCD 2 * 16 untuk memuatkan tiga butang tekan. Gambar 5, 6, dan 7 menunjukkan paparan 3D papan.

Langkah 5: Gambar 5: Paparan 3D Papan PCB Berkumpul (ATAS), Gambar 6: Paparan 3D Papan PCB Berkumpul (Sisi), Gambar 7: Paparan 3D Papan PCB Berkumpul (Bawah)

3: Pemasangan dan TestI menggunakan papan PCB separa buatan sendiri untuk membina prototaip pantas dan menguji litar. Gambar 8 menunjukkan gambar papan. Anda tidak perlu mengikut saya, cukup pesan PCB kepada syarikat fabrikasi PCB profesional dan bina peranti tersebut. Anda harus menggunakan jenis potensiometer berdiri untuk R4 yang membolehkan anda menyesuaikan kontras LCD dari sisi papan.

Langkah 6: Gambar 8: Gambar Prototaip Pertama, di Papan PCB Separa Buatan Sendiri

Setelah menyolder komponen dan menyiapkan keadaan ujian, kami bersedia untuk menguji litar kami. Jangan lupa memasang heatsink besar di MOSFET (Q2). Saya memilih R7 untuk menjadi perintang 3 ohm. Ini membolehkan kita menghasilkan arus berterusan hingga 750mA, tetapi dalam kodnya, saya menetapkan arus maksimum ke suatu tempat sekitar 500mA yang cukup untuk tujuan kita. Menurunkan nilai perintang (misalnya 1.5-ohm) dapat menghasilkan arus yang lebih tinggi, namun, anda harus menggunakan perintang yang lebih kuat dan mengubah kod Arduino. Rajah 9 menunjukkan papan dan pendawaian luarannya.

Langkah 7: Gambar 9: Pendawaian Peranti Pengukuran Kapasiti Bateri

Sediakan voltan sesuatu sekitar 7V hingga 9V ke input bekalan. Saya telah menggunakan pengatur papan Arduino untuk membuat rel + 5V. Oleh itu, jangan sekali-kali menerapkan voltan yang lebih tinggi daripada 9V pada input bekalan, jika tidak, anda mungkin merosakkan cip pengatur. Papan akan dihidupkan dan anda akan melihat teks pada LCD, sama seperti gambar 10. Sekiranya anda menggunakan LCD 2 * 16 lampu latar biru, litar akan memakan masa sekitar 75mA.

Langkah 8: Rajah 10: Petunjuk Peningkatan Litar yang Betul pada LCD

Setelah sekitar 3 saat, teks akan dihapus dan di skrin seterusnya, anda dapat menyesuaikan nilai arus tetap dengan butang tekan atas / bawah (Gambar 11).

Langkah 9: Rajah 11: Penyesuaian Beban Arus Tetap dengan butang Tekan Atas / Bawah

Sebelum menyambungkan bateri ke peranti dan mengukur kapasitinya, anda boleh memeriksa litar menggunakan bekalan kuasa. Untuk tujuan ini, anda harus menyambungkan penyambung P3 ke bekalan kuasa.

Penting: Jangan sekali-kali menerapkan voltan yang lebih tinggi daripada 5V, atau dalam kekutuban terbalik, ke input bateri, jika tidak, anda akan merosakkan pin penukar digital ke penukar Arduino secara kekal

Tetapkan had semasa yang anda mahukan (misalnya 100mA) dan mainkan dengan voltan bekalan kuasa anda (tinggal di bawah 5V). Seperti yang anda lihat dengan voltan input apa pun, aliran arus tetap utuh. Itulah yang kami mahukan! (Gambar 12).

Langkah 10: Rajah 12: Aliran Semasa Tetap Tetap Bahkan di Depan Variasi Voltan (diuji Dengan Input 4.3V dan 2.4V)

Butang tekan ketiga ialah Tetapkan Semula. Ia bermaksud hanya memulakan semula papan. Ia berguna ketika anda merancang untuk memulakan semula prosedur untuk menguji butter yang berbeza.

Bagaimanapun, sekarang anda pasti bahawa peranti anda berfungsi dengan sempurna. Anda boleh memutuskan bekalan kuasa dan menyambungkan bateri ke input bateri dan menetapkan had semasa yang anda mahukan.

Untuk memulakan ujian saya sendiri, saya memilih bateri lithium-ion 8, 800mA yang baru (Rajah 13). Nampaknya kadar hebat, bukan ?! Tetapi saya tidak dapat mempercayainya:-), jadi mari kita mengujinya.

Langkah 11: Rajah 13: Bateri Lithium-ion Berkadar 8, 800mA, Nyata atau Palsu ?

Sebelum menyambungkan bateri litium ke papan, kita mesti mengecasnya, jadi sila sediakan 4.20V tetap (had 500mA CC atau lebih rendah) dengan bekalan kuasa anda (Contohnya, dengan menggunakan pemboleh ubah beralih kuasa pada artikel sebelumnya) dan isi bateri sehingga arus mengalir ke tahap rendah. Jangan mengecas bateri yang tidak dikenali dengan arus tinggi, kerana kami tidak pasti mengenai kapasiti sebenarnya! Arus pengecasan tinggi mungkin meletup bateri! Berhati-hati. Hasilnya, saya mengikuti prosedur ini dan bateri 8, 800mA kami siap untuk pengukuran kapasiti.

Saya menggunakan pemegang bateri untuk menyambungkan bateri ke papan. Pastikan menggunakan wayar tebal dan pendek yang memperkenalkan rintangan rendah kerana pelesapan kuasa pada wayar menyebabkan penurunan voltan dan tidak tepat.

Mari tetapkan arus ke 500mA dan tekan lama butang "UP". Maka anda harus mendengar bunyi bip dan prosedurnya bermula (Gambar 14). Saya telah menetapkan voltan pemotongan (ambang bateri rendah) ke 3.2V. Anda boleh mengubah ambang ini dalam kod jika anda mahu.

Langkah 12: Rajah 14: Prosedur Pengiraan Kapasiti Bateri

Pada asasnya, kita harus mengira "masa hidup" bateri sebelum voltannya mencapai ambang tahap rendah. Rajah 15 menunjukkan masa apabila peranti memutuskan beban DC dari bateri (3.2V) dan pengiraan dibuat. Peranti ini juga menghasilkan dua bunyi bip panjang untuk menunjukkan akhir prosedur. Seperti yang anda lihat di layar LCD, kapasiti bateri sebenarnya adalah 1, 190mAh yang jauh dari kapasiti yang dituntut! Anda boleh mengikuti prosedur yang sama untuk menguji bateri (lebih rendah daripada 5V).

Langkah 13: Rajah 15: Kapasiti Pengiraan Sebenar Bateri Lithium-ion Berkadar 8.800mA

Rajah 16 menunjukkan bil bahan untuk litar ini.

Langkah 14: Rajah 16: Bil Bahan

Langkah 15: Rujukan

Sumber Artikel:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: