Penguji Kapasiti Bateri Arduino DIY - Langkah V1.0: 12 (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

[Mainkan Video] Saya telah menyelamatkan begitu banyak bateri lap-top lama (18650) untuk menggunakannya semula dalam projek solar saya. Sangat sukar untuk mengenal pasti sel yang baik dalam pek bateri. Sebelumnya di salah satu Power Bank Instructable saya telah memberitahu, bagaimana mengenal pasti sel yang baik dengan mengukur voltan mereka, tetapi kaedah ini sama sekali tidak boleh dipercayai. Oleh itu, saya sangat mahukan kaedah untuk mengukur kapasiti tepat setiap sel dan bukannya voltan mereka.

Kemas kini pada 30.10.2019

Anda boleh melihat versi baru saya

Beberapa minggu yang lalu, saya telah memulakan projek dari asas. Versi ini sangat mudah, berdasarkan Ohms Law. Ketepatan penguji tidak akan 100% sempurna, tetapi memberikan hasil yang munasabah yang dapat digunakan dan dibandingkan dengan bateri lain, sehingga anda dapat mengenal pasti sel yang baik dalam pek bateri lama. Semasa bekerja, saya sedar, terdapat banyak perkara yang boleh diperbaiki. Pada masa akan datang, saya akan berusaha melaksanakan perkara-perkara tersebut. Tetapi buat masa ini, saya berpuas hati dengannya. Saya harap penguji kecil ini berguna, jadi saya kongsikan kepada anda semua. Catatan: Tolong buang bateri yang tidak betul. Penafian: Harap maklum bahawa anda bekerjasama dengan Li -Bateri ion yang sangat mudah meletup dan berbahaya. Saya tidak akan bertanggung jawab atas kehilangan harta benda, kerosakan, atau kehilangan nyawa jika berlaku. Tutorial ini ditulis untuk mereka yang mempunyai pengetahuan mengenai teknologi lithium-ion yang boleh dicas semula. Jangan mencuba ini jika anda seorang pemula. Kekal selamat.

Langkah 1: Bahagian dan Alat Diperlukan:

Bahagian yang Diperlukan: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Paparan OLED 0.96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Resistor (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Perintang Daya (10R, 10W) (Amazon) 6. Terminal Skru (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Papan Prototaip (Amazon / Banggood) 9. 18650 Pemegang Bateri (Amazon)

10. 18650 Bateri (GearBest / Banggood) 11. Alat Spacer (Amazon / Banggood) Diperlukan: 1. Wire Cutter / Stripper (Gear Best) 2. Instrumen Soldering Iron (Amazon / Banggood) Digunakan: IMAX Balance Charger (Gearbest / Banggood)

Pistol Termometer Inframerah (Amazon / Gearbest)

Langkah 2: Skematik dan Berfungsi

Skematik:

Untuk memahami skema dengan mudah, saya telah melukisnya di papan berlubang juga. Kedudukan komponen dan pendawaian serupa dengan papan sebenar saya. Satu-satunya pengecualian adalah paparan buzzer dan OLED. Di papan sebenarnya, mereka berada di dalam tetapi dalam skema, mereka terbaring di luar.

Reka bentuknya sangat ringkas yang berdasarkan Arduino Nano. Paparan OLED digunakan untuk menampilkan parameter bateri. 3 terminal skru digunakan untuk menyambungkan bateri dan tahan beban. Buzzer digunakan untuk memberi amaran berbeza. Litar pembahagi dua voltan digunakan untuk memantau voltan merintangi rintangan beban. Fungsi MOSFET adalah untuk menghubungkan atau memutuskan rintangan beban dengan bateri.

Bekerja:

Arduino memeriksa keadaan bateri, jika baterinya baik, berikan arahan untuk menghidupkan MOSFET. Ia membenarkan arus keluar dari terminal positif bateri, melalui perintang, dan MOSFET kemudian melengkapkan jalan kembali ke terminal negatif. Ini akan menghabiskan bateri dalam jangka masa tertentu. Arduino mengukur voltan melintasi perintang beban dan kemudian dibahagikan dengan rintangan untuk mengetahui arus pelepasan. Gandakan ini dengan masa untuk memperoleh nilai miliamp-jam (kapasiti).

Langkah 3: Pengukuran Voltan, Arus dan Kapasiti

Pengukuran Voltan

Kita mesti mencari voltan melintasi perintang beban. Voltan diukur dengan menggunakan dua rangkaian pembahagi voltan. Ia terdiri daripada dua perintang dengan nilai 10k setiap satu. Keluaran dari pembahagi disambungkan ke pin analog Arduino A0 dan A1.

Pin analog Arduino dapat mengukur voltan hingga 5V, dalam kes kami voltan maksimum ialah 4.2V (dicas sepenuhnya). Maka anda mungkin bertanya, mengapa saya tidak menggunakan dua pembahagi. Sebabnya ialah rancangan masa depan saya adalah menggunakan penguji yang sama untuk bateri pelbagai kimia. Jadi reka bentuk ini dapat disesuaikan dengan mudah untuk mencapai tujuan saya.

Pengukuran Semasa:

Arus (I) = Voltan (V) - Penurunan voltan merentasi MOSFET / Rintangan (R)

Catatan: Saya menganggap penurunan voltan di MOSFET diabaikan.

Di sini, V = Voltan merentasi perintang beban dan R = 10 Ohm

Hasil yang diperoleh adalah dalam ampere. Gandakan 1000 untuk menukarnya menjadi miliamper.

Jadi arus pelepasan maksimum = 4.2 / 10 = 0.42A = 420mA

Pengukuran Kapasiti:

Caj Tersimpan (Q) = Semasa (I) x Masa (T).

Kami telah mengira arus, satu-satunya yang tidak diketahui dalam persamaan di atas adalah masa. Fungsi millis () di Arduino dapat digunakan untuk mengukur masa yang berlalu.

Langkah 4: Memilih Load Resistor

Pemilihan perintang beban bergantung pada jumlah arus pelepasan yang kita perlukan. Katakan anda ingin melepaskan bateri @ 500mA, maka nilai perintangnya adalah

Rintangan (R) = Voltan Bateri Maksimum / Arus Pelepasan = 4.2 /0.5 = 8.4 Ohm

Perintang perlu menghilangkan sedikit kuasa, jadi ukuran penting dalam kes ini.

Haba hilang = I ^ 2 x R = 0.5 ^ 2 x 8.4 = 2.1 Watt

Dengan menjaga sedikit margin anda boleh memilih 5W. Sekiranya anda mahukan keselamatan lebih banyak gunakan 10W.

Saya menggunakan perintang 10 Ohm, 10W dan bukannya 8.4 Ohm kerana ia ada dalam stok saya pada masa itu.

Langkah 5: Memilih MOSFET

Di sini MOSFET bertindak seperti suis. Output digital dari pin Arduino D2 mengawal suis. Apabila isyarat 5V (TINGGI) dimasukkan ke pintu MOSFET, ia membolehkan arus melewati terminal positif bateri, melalui perintang, dan MOSFET kemudian melengkapkan jalan kembali ke terminal negatif. Ini akan menghabiskan bateri dalam jangka masa tertentu. Jadi MOSFET harus dipilih sedemikian rupa sehingga dapat menangani arus pelepasan maksimum tanpa terlalu panas.

Saya menggunakan kuasa tahap logik n-channel MOSFET-IRLZ44. L menunjukkan bahawa ia adalah MOSFET tahap logik. MOSFET tahap logik bermaksud bahawa ia dirancang untuk menghidupkan sepenuhnya dari tahap logik mikrokontroler. MOSFET standard (siri IRF dll) direka untuk berjalan dari 10V.

Sekiranya anda menggunakan siri IRF MOSFET, maka ia tidak akan AKTIF sepenuhnya dengan menggunakan 5V dari Arduino. Maksud saya MOSFET tidak akan membawa arus undian. Untuk mengetahui MOSFET ini, anda memerlukan litar tambahan untuk meningkatkan voltan pintu.

Oleh itu, saya akan mengesyorkan menggunakan MOSFET tahap logik, tidak semestinya IRLZ44. Anda juga boleh menggunakan MOSFET lain.

Langkah 6: Paparan OLED

Untuk menampilkan Voltan Bateri, arus dan kapasiti pelepasan, saya menggunakan paparan OLED 0.96 . Ia mempunyai resolusi 128x64 dan menggunakan bas I2C untuk berkomunikasi dengan Arduino. Dua pin SCL (A5), SDA (A4) di Arduino Uno digunakan untuk komunikasi.

Saya menggunakan perpustakaan U8glib untuk memaparkan parameternya. Pertama anda harus memuat turun perpustakaan U8glib. Kemudian memasangnya.

Sekiranya anda ingin memulakan paparan OLED dan Arduino, klik di sini

Sambungannya hendaklah seperti berikut

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Langkah 7: Buzzer untuk Amaran

Untuk memberikan amaran atau amaran yang berbeza, buzzer piezo digunakan. Amaran berbeza adalah

1. Voltan Rendah Bateri

2. Voltan Tinggi Bateri

3. Tanpa Bateri

Buzzer mempunyai dua terminal, yang lebih panjang positif dan kaki yang lebih pendek adalah negatif. Pelekat pada bel baru juga ditandai "+" untuk menunjukkan terminal positif.

Sambungannya hendaklah seperti berikut

Arduino Buzzer

D9 Terminal positif

Terminal negatif GND

Dalam Sketsa Arduino, saya telah menggunakan bip fungsi yang terpisah () yang mengirimkan isyarat PWM ke bel, menunggu kelewatan kecil, kemudian mematikannya, kemudian mempunyai kelewatan kecil yang lain. Oleh itu, ia berbunyi bip sekali.

Langkah 8: Membuat Litar

Pada langkah sebelumnya, saya telah menerangkan fungsi setiap komponen dalam litar. Sebelum melompat untuk membuat papan akhir, uji litar pada papan roti terlebih dahulu. Sekiranya litar berfungsi dengan sempurna di papan roti, kemudian bergerak untuk menyolder komponen pada papan protype.

Saya menggunakan papan prototaip 7cm X 5cm.

Memasang Nano: Potong pertama dua baris pin header wanita dengan masing-masing 15 pin. Saya menggunakan puting pepenjuru untuk memotong kepala. Kemudian pasangkan pin header. Pastikan jarak antara dua rel sesuai dengan arduino nano.

Pemasangan Paparan OLED: Potong kepala wanita dengan 4 pin. Kemudian pateri seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Memasang terminal dan komponen: Memateri komponen yang tinggal seperti yang ditunjukkan dalam gambar

Pendawaian: Buat pendawaian mengikut skema. Saya menggunakan wayar berwarna untuk membuat pendawaian, supaya saya dapat mengenalinya dengan mudah.

Langkah 9: Memasang Kebuntuan

Selepas pematerian dan pendawaian, pasangkan penyangga pada 4 sudut. Ia akan memberikan jarak yang cukup pada sendi dan kabel pematerian dari tanah.

Langkah 10: Perisian

Perisian melakukan tugas berikut

1. Ukur voltan

Mengambil 100 sampel ADC, menambahkannya dan rata-rata hasilnya. Ini dilakukan untuk mengurangkan kebisingan.

2. Periksa keadaan bateri untuk memberi amaran atau memulakan kitaran pengosongan

Makluman

i) Rendah-V!: Sekiranya voltan bateri berada di bawah tahap pelepasan terendah (2.9V untuk Li Ion)

ii) Tinggi-V!: Sekiranya voltan bateri berada di atas keadaan terisi penuh

iii) Tanpa Bateri!: Sekiranya pemegang bateri kosong

Kitaran Pelepasan

Sekiranya voltan bateri berada dalam voltan rendah (2.9V) dan voltag tinggi (4.3V), kitaran pelepasan dimulakan. Hitung arus dan kapasiti seperti yang dijelaskan sebelumnya.

3. Paparkan parameter pada OLED

4. Log data pada monitor bersiri

Muat turun Kod Arduino yang dilampirkan di bawah.

Langkah 11: Mengeksport Data Bersiri dan Memetakan pada Helaian Excel

Untuk menguji litar, pertama saya mengecas bateri Samsung 18650 yang baik menggunakan Pengecas IMAX saya. Kemudian masukkan bateri ke penguji baru saya. Untuk menganalisis keseluruhan proses pelepasan, saya mengeksport data bersiri ke spreadsheet. Kemudian saya merancang keluk pelepasan. Hasilnya sungguh mengagumkan. Saya menggunakan perisian bernama PLX-DAQ untuk melakukannya. Anda boleh memuat turunnya di sini.

Anda boleh melalui tutorial ini untuk mengetahui cara menggunakan PLX-DAQ. Ia sangat ringkas.

Nota: Ia hanya berfungsi di Windows.

Langkah 12: Kesimpulannya

Selepas beberapa ujian, saya menyimpulkan bahawa hasil penguji cukup masuk akal. Hasilnya adalah 50 hingga 70mAh dari hasil penguji kapasiti bateri berjenama. Dengan menggunakan Gun suhu IR, saya mengukur kenaikan suhu pada perintang beban juga, nilai maksimumnya adalah 51 darjah C

Dalam reka bentuk ini, arus pelepasan tidak berterusan, ia bergantung pada voltan bateri. Oleh itu, keluk pelepasan yang dicantumkan tidak serupa dengan lengkung pelepasan yang diberikan dalam lembaran data pembuatan bateri. Ia hanya menyokong bateri Li Ion tunggal.

Oleh itu, dalam versi masa depan saya, saya akan cuba menyelesaikan kedatangan pendek di atas di V1.0.

Kredit: Saya ingin memberi penghargaan kepada Adam Welch, yang projeknya di YouTube memberi inspirasi kepada saya untuk memulakan projek ini. Anda boleh menonton video YouTube-nya.

Sila cadangkan penambahbaikan. Nyatakan komen sekiranya terdapat kesilapan atau kesalahan.

Semoga tutorial saya berguna. Sekiranya anda suka, jangan lupa berkongsi:)

Langgan lebih banyak projek DIY. Terima kasih.