Provador de capacitat de la bateria Arduino de bricolatge - V2.0: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Avui dia hi ha bateries falses de liti i de NiMH a tot arreu, que es venen publicitat amb capacitats superiors a la seva capacitat real. Per tant, és realment difícil distingir entre una bateria real i una falsa. De la mateixa manera, és difícil conèixer la capacitat conservada en les bateries de portàtils 18650 recuperades. Per tant, cal un dispositiu per mesurar la capacitat real de les bateries.

L'any 2016, he escrit un manual instructiu sobre "Arduino Capacity Tester - V1.0", que era un dispositiu senzill i senzill. La versió anterior es basava en Ohms Law. La bateria que es vol provar es descarrega mitjançant una resistència fixa, la durada del corrent i del temps es mesura per Arduino i la capacitat es calcula multiplicant les dues lectures (corrent i temps de descàrrega).

L’inconvenient de la versió anterior era que durant les proves, a mesura que disminueix el voltatge de la bateria, també disminueix el corrent, cosa que fa que els càlculs siguin complexos i imprecisos. Per superar-ho, he creat el V2.0, dissenyat de manera que el corrent es mantingui constant durant tot el procés de descàrrega. He creat aquest dispositiu inspirant el disseny original de MyVanitar

Les principals característiques del Capacity Tester V2.0 són:

1. Capaç de mesurar la capacitat de la bateria AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer i Li FePO4. És adequat per a gairebé qualsevol tipus de bateria de menys de 5V.

2. Els usuaris poden configurar el corrent de descàrrega mitjançant els polsadors.

3. Interfície d'usuari OLED

4. El dispositiu es pot utilitzar com a càrrega electrònica

Actualització el 02.12.2019

Ara podeu demanar el PCB i els components junts en un kit de PCBWay

Exempció de responsabilitat: tingueu en compte que esteu treballant amb bateries de ions de li que són altament explosives i perilloses. No puc ser responsable de cap pèrdua de béns, danys o pèrdues de vides si es tracta d’això. Aquest tutorial va ser escrit per a aquells que tinguin coneixement de la tecnologia de ions de liti recarregable. No intenteu això si sou principiants. Cuidat.

Subministraments

Components utilitzats

Ara demaneu PCB i tots els components per construir aquest projecte en un kit de PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. Pantalla OLED de 0,96 : Amazon / Banggood

5. Resistència de ceràmica: Amazon / Banggood

6. Condensador 100nF: Amazon / Banggood

7. Condensador 220uF: Amazon / Banggood

8. Resistències 4.7K i 1M: Amazon / Banggood

9. Polsador: Amazon / Banggood

10. Tap de botons: Aliexpress

11. Terminal de cargol: Amazon / Banggood

12. Tauler prototip: Amazon / Banggood

13. Stand-off de PCB: Amazon / Banggood

14. Tubs termoretràctils: Amazon / Banggood

15. Dissipador de calor: Aliexpress

Eines utilitzades

1. Soldador: Amazon / Banggood

2. Clamp Meter: Amazon / Banggood

3. Multímetre: Amazon / Banggood

4. Ventilador d’aire calent: Amazon / Banggood

5. Tallador de filferro: Amazon / Banggood

6. Filferro: Amazon / Banggood

Pas 1: Diagrama esquemàtic

Tot l'esquema es divideix en seccions següents:

1. Circuit d'alimentació

2. Circuit de càrrega de corrent constant

3. Circuit de mesura del voltatge de la bateria

4. Circuit d'interfície d'usuari

5. Circuit de timbre

1. Circuit d'alimentació

El circuit d'alimentació està format per una presa de corrent continu (7-9 V) i dos condensadors de filtre C1 i C2. La potència de sortida (Vin) està connectada al pin Arduino Vin. Aquí estic fent servir el regulador de tensió integrat Arduino per reduir el voltatge a 5V.

2. Circuit de càrrega de corrent constant

El component principal del circuit és l’ampli operatiu LM358 que conté dos amplificadors operatius. El senyal PWM del pin Arduino D10 es filtra mitjançant un filtre de pas baix (R2 i C6) i s’alimenta al segon amplificador operatiu. La sortida del segon amplificador operatiu està connectada al primer amplificador operatiu en configuració de seguidor de tensió. La font d'alimentació a LM358 es filtra mitjançant un condensador de desacoblament C5.

El primer amplificador operacional, R1 i Q1 construeixen un circuit de càrrega de corrent constant. Ara podem controlar el corrent a través de la resistència de càrrega (R1) canviant l’amplada del pols del senyal PWM.

3. Circuit de mesura del voltatge de la bateria

La tensió de la bateria es mesura mitjançant el pin d’entrada analògic Arduino A0. S'utilitzen dos condensadors C3 i C4 per filtrar els sorolls del circuit de càrrega de corrent constant que poden degradar el rendiment de la conversió ADC.

4. Circuit d'interfície d'usuari

El circuit de la interfície d'usuari consta de dos polsadors i una pantalla OLED de 0,96 . Els polsadors Amunt i Avall permeten augmentar o disminuir l'amplada del pols PWM. R3 i R4 són resistències de pujada per a l'empenta amunt i avall. -Butons. C7 i C8 s’utilitzen per rebutjar els botons policials. El tercer polsador (RST) s’utilitza per restablir l’Arduino.

5. Circuit zumbador

El circuit del brunzidor s’utilitza per alertar l’inici i el final de la prova. Un brunzidor de 5V està connectat al pin digital Arduino D9.

Pas 2: Com funciona?

La teoria es basa en la comparació de tensió de les entrades inversores (pin-2) i les entrades no inversores (pin-3) de l'OpAmp, configurades com a amplificador d'unitat. Quan configureu la tensió aplicada a l'entrada no inversora ajustant el senyal PWM, la sortida de l'opamp obre la porta del MOSFET. En activar el MOSFET, el corrent passa per R1, crea una caiguda de tensió, que proporciona retroalimentació negativa a OpAmp. Controla el MOSFET de manera que les tensions de les seves entrades inversores i no inversores siguin iguals. Per tant, el corrent a través de la resistència de càrrega és proporcional al voltatge de l’entrada no inversora de l’AmpAp.

El senyal PWM de l’Arduino es filtra mitjançant un circuit de filtre de pas baix (R2 i C1). Per provar el rendiment del circuit del senyal PWM i del filtre, he connectat el DSO ch-1 a l’entrada i el ch-2 a la sortida del circuit del filtre. La forma d'ona de sortida es mostra a la part superior.

Pas 3: mesurament de la capacitat

Aquí la bateria es descarrega fins a la seva tensió llindar de baix nivell (3,2 V).

Capacitat de la bateria (mAh) = Corrent (I) en mA x Temps (T) en hores

A partir de l’equació anterior queda clar que per calcular la capacitat de la bateria (mAh) hem de conèixer el corrent en mA i el temps en Hora. El circuit dissenyat és un circuit de càrrega de corrent constant, de manera que el corrent de descàrrega es manté constant durant tot el període de proves.

El corrent de descàrrega es pot ajustar prement els botons amunt i avall. La durada del temps es mesura mitjançant un temporitzador al codi Arduino.

Pas 4: Creació del circuit

En els passos anteriors, he explicat la funció de cadascun dels components del circuit. Abans de saltar per fer el tauler final, proveu primer el circuit en una taula de proves. Si el circuit funciona perfectament a la placa de configuració, desplaceu-vos per soldar els components de la placa prototip.

He utilitzat el tauler prototip de 7 cm X 5 cm.

Muntatge del Nano: primer talleu dues files de passador de capçal femení amb 15 passadors a cadascuna. Per tallar les capçaleres he utilitzat un punxador diagonal. A continuació, soldeu els passadors de capçalera. Assegureu-vos que la distància entre els dos rails s’adapti a l’Arduino nano.

Muntatge de la pantalla OLED: talla una capçalera femenina amb 4 pines. Després, soldeu-lo com es mostra a la imatge.

Muntatge dels terminals i components: soldeu els components restants tal com es mostra a les imatges.

Cablejat: feu el cablejat segons l'esquema. Vaig utilitzar cables de colors per fer el cablejat per poder identificar-los fàcilment.

Pas 5: pantalla OLED

Per mostrar el voltatge de la bateria, el corrent de descàrrega i la capacitat, he utilitzat una pantalla OLED de 0,96 . Té una resolució de 128x64 i utilitza un bus I2C per comunicar-se amb l'Arduino. S'utilitzen dos pins SCL (A5), SDA (A4) a Arduino Uno per a la comunicació.

Estic fent servir la biblioteca Adafruit_SSD1306 per mostrar els paràmetres.

En primer lloc, heu de descarregar l’Adafruit_SSD1306. A continuació, instal·leu-lo.

Les connexions han de ser les següents

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Pas 6: buzzer per advertir

Per proporcionar alertes durant l’inici i la competició de la prova, s’utilitza un brunzidor piezoelèctric. El timbre té dos terminals, el més llarg és positiu i el peu més curt és negatiu. L'adhesiu del nou brunzidor també ha marcat "+" per indicar el terminal positiu.

Com que la placa prototip no té prou espai per col·locar el brunzidor, he connectat el brunzidor a la placa principal mitjançant dos cables. Per aïllar la connexió nua, he utilitzat tubs termorretractables.

Les connexions han de ser les següents

Arduino Buzzer

D9 Terminal positiu

Terminal negatiu de GND

Pas 7: muntatge dels separadors

Després de soldar i cablejar, munteu els separadors a 4 cantonades. Proporcionarà un joc suficient per a les juntes de soldadura i els cables des del terra.

Pas 8: disseny de PCB

He dibuixat l'esquema utilitzant el programari en línia EasyEDA després que he canviat al disseny de PCB.

Tots els components que heu afegit a l’esquema han d’estar allà, apilats els uns sobre els altres, a punt per col·locar-los i encaminar-los. Arrossegueu els components agafant els coixinets. A continuació, col·loqueu-lo dins del límit rectangular.

Organitzeu tots els components de manera que el tauler ocupi un espai mínim. Com més petita sigui la mida de la placa, més barat serà el cost de fabricació del PCB. Serà útil si aquest tauler té alguns forats de muntatge perquè es pugui muntar en un recinte.

Ara cal fer una ruta. L’encaminament és la part més divertida de tot aquest procés. És com resoldre un trencaclosques! Mitjançant l’eina de seguiment necessitem connectar tots els components. Podeu utilitzar tant la capa superior com la inferior per evitar la superposició entre dues pistes diferents i fer-les més curtes.

Podeu utilitzar la capa Silk per afegir text al tauler. A més, podem inserir un fitxer d'imatge, de manera que afegeixo una imatge del logotip del meu lloc web per imprimir-la al tauler. Al final, mitjançant l’eina d’àrea de coure, hem de crear l’àrea de terra del PCB.

Podeu demanar-lo a PCBWay.

Registreu-vos ara a PCBWay per obtenir un cupó de 5 dòlars EUA. Això vol dir que la vostra primera comanda és gratuïta i només heu de pagar les despeses d'enviament.

Quan feu una comanda, rebré un 10% de donació de PCBWay per contribuir al meu treball. La vostra petita ajuda em pot animar a fer un treball més increïble en el futur. Gracies per la teva cooperació.

Pas 9: munteu el PCB

Per soldar, necessitareu un soldador, un soldador, un pinzell i un multímetre adequats. És una bona pràctica soldar els components segons la seva alçada. Soldeu primer els components de menor alçada.

Podeu seguir els passos següents per soldar els components:

1. Premeu les potes dels components pels seus forats i gireu el PCB per la part posterior.

2. Mantingueu la punta del soldador a la unió del coixinet i la pota del component.

3. Introduïu la soldadura a la junta de manera que flueixi al voltant del plom i cobreixi el coixinet. Un cop hagi fluït tot, allunyeu la punta.

Pas 10: programari i biblioteques

Primer, descarregueu el codi Arduino adjunt. A continuació, descarregueu les biblioteques següents i instal·leu-les.

Biblioteques:

Descarregueu i instal·leu les biblioteques següents:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

Al codi, heu de canviar les dues coses següents.

1. Valors de matrius actuals: es pot fer connectant un multímetre en sèrie amb la bateria. Premeu el botó amunt i mesureu el corrent, els valors actuals són els elements de la matriu.

2. Vcc: utilitzeu un multímetre per mesurar la tensió al pin Arduino de 5V. En el meu cas és de 4.96V.

Actualitzat el 20.11.2019

Podeu canviar el valor Low_BAT_Level al codi segons la química de la bateria. És millor agafar un petit marge sobre la tensió de tall que s’indica a continuació.

A continuació, es mostren les taxes de descàrrega i les tensions de tall per a diverses químiques de bateries de ions de liti:

1. idexid de liti i cobalt: tensió de tall = 2,5 V a una velocitat de descàrrega de 1C

2. idexid de manganès de liti: Voltatge de tall = 2,5 V a velocitat de descàrrega de 1C

3. Fosfat de ferro de liti: tensió de tall = 2,5 V a una velocitat de descàrrega de 1C

4. Titanat de liti: Voltatge de tall = 1,8 V a una velocitat de descàrrega de 1C

5. Níquel de liti i manganès òxid de cobalt: tensió de tall = 2,5 V a una velocitat de descàrrega de 1C

6. idexid d'alumini de níquel i cobalt de liti: tensió de tall = 3,0 V a una velocitat de descàrrega de 1C

Actualitzat el 01.04.2020

jcgrabo, va suggerir alguns canvis al disseny original per millorar la precisió. Els canvis s’enumeren a continuació:

1. Afegiu una referència de precisió (LM385BLP-1.2) i connecteu-la a A1. Durant la configuració, llegiu el seu valor que se sap que és de 1.215 volts i, a continuació, calculeu Vcc, eliminant així la necessitat de mesurar Vcc.

2. Substituïu la resistència d'1 ohm 5% per una resistència de potència d'1 ohm 1%, reduint així els errors que depenen del valor de la resistència.

3. En lloc d'utilitzar un conjunt fix de valors PWM per a cada pas actual (en increments de 5), creeu una matriu de valors actuals desitjats que s'utilitzen per calcular els valors PWM necessaris per aconseguir aquests valors actuals el més a prop possible. Va seguir això calculant els valors actuals reals que s’aconseguiran amb els valors PWM calculats.

En considerar els canvis anteriors, va revisar el codi i el va compartir a la secció de comentaris. A continuació s’adjunta el codi revisat.

Moltes gràcies jcgrabo per la vostra valuosa contribució al meu projecte. Espero que aquesta millora sigui útil per a molts més usuaris.

Pas 11: Conclusió

Per provar el circuit, primer he carregat una bona bateria Samsung 18650 amb el carregador ISDT C4. A continuació, connecteu la bateria al terminal de la bateria. Ara configureu el corrent segons el vostre requisit i mantingueu premut el botó "AMUNT". Aleshores hauríeu d’escoltar un pit i començarà el procediment de prova. Durant la prova, supervisareu tots els paràmetres de la pantalla OLED. La bateria es descarregarà fins que el voltatge arribi al seu llindar de baix nivell (3,2 V). El procés de prova finalitzarà amb dos llargs sons.

Nota: el projecte encara està en fase de desenvolupament. Podeu acompanyar-me per obtenir millores. Plantejar comentaris si hi ha errors o errors. Estic dissenyant un PCB per a aquest projecte. Estigueu connectat per obtenir més actualitzacions del projecte.

Espero que el meu tutorial sigui útil. Si us agrada, no us oblideu de compartir:) Subscriviu-vos a més projectes de bricolatge. Gràcies.