Provador de capacitat de la bateria Arduino de bricolatge - V1.0: 12 passos (amb imatges)

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

[Reprodueix el vídeo] He recuperat tantes bateries antigues (18650) per tornar-les a utilitzar en els meus projectes solars. És molt difícil identificar les bones cèl·lules del paquet de bateries. Anteriorment, en un dels meus Power Bank Instructible, he explicat com identificar bones cèl·lules mesurant les seves tensions, però aquest mètode no és gens fiable. Així que realment volia una manera de mesurar la capacitat exacta de cada cèl·lula en lloc de les seves tensions.

Actualització el 30.10.2019

Podeu veure la meva nova versió

Fa poques setmanes, vaig començar el projecte des dels conceptes bàsics. Aquesta versió és molt senzilla, basada en la llei d’Ohms. La precisió del comprovador no serà perfecta al 100%, però dóna resultats raonables que es poden utilitzar i en comparació amb altres bateries, de manera que pugueu identificar fàcilment les bones cel·les d’un paquet de bateries vell. Durant el meu treball em vaig adonar que hi ha moltes coses que es poden millorar. En el futur, intentaré implementar aquestes coses. Però, de moment, n’estic satisfet. Espero que aquest petit provador us sigui útil, així que el comparteixo amb tots vosaltres. -Bateria d’ions molt explosiva i perillosa. No puc ser responsable de cap pèrdua de béns, danys o pèrdues de vides si es tracta d’això. Aquest tutorial ha estat escrit per a aquells que tenen coneixements sobre tecnologia recarregable d’ions de liti. No ho intenteu si sou principiants. Cuidat.

Pas 1: es requereixen components i eines:

Parts necessàries: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Pantalla OLED de 0,96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Resistors (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Resistència de potència (10R, 10W) (Amazon) 6. Terminals de cargol (3 números) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Tauler de prototips (Amazon / Banggood) 9. 18650 Suport de bateria (Amazon)

10. Bateria 18650 (GearBest / Banggood) 11. Eines necessàries per separadors (Amazon / Banggood): 1. Tallador de fil / Stripper (Gear Best) 2. Soldador (Amazon / Banggood) Instrument utilitzat: carregador de balanç IMAX (Gearbest / Banggood)

Pistola de termòmetre per infrarojos (Amazon / Gearbest)

Pas 2: Esquema i funcionament

Esquema:

Per entendre l’esquema fàcilment, també l’he dibuixat sobre un tauler perforat. Les posicions dels components i el cablejat són similars a la meva placa real. Les úniques excepcions són el brunzidor i la pantalla OLED. Al tauler real, estan dins, però a l'esquema, es troben fora.

El disseny és molt senzill, basat en Arduino Nano. S’utilitza una pantalla OLED per mostrar els paràmetres de la bateria. 3 terminals de cargol s’utilitzen per connectar la bateria i la resistència a la càrrega. S'utilitza un timbre per donar diferents alertes. S'utilitzen dos circuits divisors de tensió per controlar les tensions a través de la resistència de càrrega. La funció del MOSFET és connectar o desconnectar la resistència de càrrega amb la bateria.

Treball:

Arduino comprova l’estat de la bateria, si la bateria és bona, doneu l’ordre d’encendre el MOSFET. Permet passar corrent des del terminal positiu de la bateria, a través de la resistència, i el MOSFET completa el camí de tornada al terminal negatiu. Això descarrega la bateria durant un període de temps. Arduino mesura la tensió a través de la resistència de càrrega i després es divideix per la resistència per esbrinar el corrent de descàrrega. Multiplicat per el temps per obtenir el valor de milliamp-hora (capacitat).

Pas 3: Mesura de la tensió, el corrent i la capacitat

Mesura de la tensió

Hem de trobar el voltatge a través de la resistència de càrrega. Les tensions es mesuren mitjançant dos circuits divisors de tensió. Consta de dues resistències amb valors de 10 k cadascuna. La sortida del divisor està connectada als pins analògics A0 i A1 d’Arduino.

El pin analògic Arduino pot mesurar tensions de fins a 5V, en el nostre cas la tensió màxima és de 4,2V (totalment carregada). A continuació, podeu preguntar-vos per què faig servir dos separadors innecessàriament. La raó és que el meu pla futur és utilitzar el mateix provador per a la bateria multi-química. Per tant, aquest disseny es pot adaptar fàcilment per assolir el meu objectiu.

Mesura actual:

Corrent (I) = Voltatge (V) - Caiguda de tensió a través del MOSFET / Resistència (R)

Nota: Suposo que la caiguda de tensió del MOSFET és insignificant.

Aquí, V = Voltatge a través de la resistència de càrrega i R = 10 Ohm

El resultat obtingut és en amperes. Multipliqueu 1000 per convertir-lo en miliamperis.

Per tant, el corrent màxim de descàrrega = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Mesura de la capacitat:

Càrrega emmagatzemada (Q) = Actual (I) x Temps (T).

Ja hem calculat el corrent, l’única incògnita de l’equació anterior és el temps. La funció millis () a Arduino es pot utilitzar per mesurar el temps transcorregut.

Pas 4: Selecció de la resistència de càrrega

La selecció de la resistència de càrrega depèn de la quantitat de corrent de descàrrega que necessitem. Suposem que voleu descarregar la bateria a 500 mA, llavors el valor de la resistència és

Resistència (R) = tensió màxima de la bateria / corrent de descàrrega = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohm

La resistència ha de dissipar una mica de potència, de manera que la mida és important en aquest cas.

Calor dissipada = I ^ 2 x R = 0,5 ^ 2 x 8,4 = 2,1 watts

Si manteniu un marge, podeu triar 5W. Si voleu més seguretat, utilitzeu 10W.

Vaig utilitzar una resistència de 10 ohms i 10 W en lloc de 8,4 ohms, perquè en aquell moment estava en el meu estoc.

Pas 5: Selecció del MOSFET

Aquí el MOSFET actua com un interruptor. La sortida digital del pin Arduino D2 controla el commutador. Quan el senyal de 5 V (ALTA) s’alimenta a la porta del MOSFET, permet passar corrent des del terminal positiu de la bateria, a través de la resistència, i el MOSFET completa el camí de tornada al terminal negatiu. Això descarrega la bateria durant un període de temps. Per tant, el MOSFET s’ha d’escollir de manera que pugui gestionar el màxim corrent de descàrrega sense escalfar-se.

He utilitzat una potència de nivell lògic de canal n MOSFET-IRLZ44. La L mostra que és un MOSFET de nivell lògic. Un MOSFET de nivell lògic significa que està dissenyat per activar-se completament des del nivell lògic d'un microcontrolador. El MOSFET estàndard (sèrie IRF, etc.) està dissenyat per funcionar a partir de 10V.

Si utilitzeu un MOSFET de la sèrie IRF, no s’encendrà completament aplicant 5V d’Arduino. Vull dir que el MOSFET no portarà el corrent nominal. Per sintonitzar aquests MOSFET necessiteu un circuit addicional per augmentar el voltatge de la porta.

Així doncs, recomanaré utilitzar un MOSFET de nivell lògic, no necessàriament IRLZ44. També podeu utilitzar qualsevol altre MOSFET.

Pas 6: 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 bus I2C per comunicar-se amb l'Arduino. S'utilitzen dos pins SCL (A5), SDA (A4) a Arduino Uno per comunicació.

Estic fent servir la biblioteca U8glib per mostrar els paràmetres. Primer heu de descarregar la biblioteca U8glib. Després, instal·leu-la.

Si voleu iniciar-vos en la pantalla OLED i Arduino, feu clic aquí

Les connexions han de ser les següents

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Pas 7: buzzer per advertir

Per proporcionar diferents avisos o alertes, s’utilitza un brunzidor piezoelèctric

1. Baixa tensió de la bateria

2. Alta tensió de la bateria

3. Sense bateria

El timbre té dos terminals, el més llarg és positiu i el peu més curt és negatiu. L'adhesiu del nou timbre també ha marcat "+" per indicar el terminal positiu.

Les connexions han de ser les següents

Arduino Buzzer

D9 Terminal positiu

Terminal negatiu de GND

A Arduino Sketch, he utilitzat una funció beep separada () que envia el senyal PWM al brunzidor, espera un petit retard, el desactiva i, a continuació, presenta un altre petit retard. Per tant, emet un so.

Pas 8: Creació del circuit

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

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

Muntatge del Nano: primer heu tallat dues files de passador de capçalera femení amb 15 passadors cadascun. Vaig fer servir un pinzador diagonal per tallar els capçals. Després 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. He utilitzat cables de colors per fer el cablejat, de manera que pugui identificar-los fàcilment.

Pas 9: muntatge dels separadors

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

Pas 10: programari

El programari realitza les tasques següents

1. Mesureu tensions

Prenent 100 mostres ADC, afegint-les i fent una mitjana del resultat. Això es fa per reduir el soroll.

2. Comproveu l'estat de la bateria per avisar o iniciar el cicle de descàrrega

Alertes

i) Baixa V!: Si la tensió de la bateria és inferior al nivell de descàrrega més baix (2,9 V per a Li Ion)

ii) High-V!: Si la tensió de la bateria és superior a la condició totalment carregada

iii) Sense bateria.: Si el suport de la bateria està buit

Cicle de descàrrega

Si la tensió de la bateria es troba dins de la baixa tensió (2,9 V) i l’alta tensió (4,3 V), inicieu el cicle de descàrrega. Calculeu el corrent i la capacitat tal com s’ha explicat anteriorment.

3. Mostra els paràmetres a l'OLED

4. Registre de dades al monitor sèrie

Baixeu-vos el codi Arduino adjunt a continuació.

Pas 11: exportació de dades de sèrie i traçat al full d'Excel

Per provar el circuit, primer he carregat una bona bateria Samsung 18650 mitjançant el carregador IMAX. A continuació, poseu la bateria al meu nou provador. Per analitzar tot el procés de descàrrega, exporto les dades de sèrie a un full de càlcul. Després vaig representar la corba de descàrrega. El resultat és realment impressionant. Vaig fer servir un programari anomenat PLX-DAQ. Podeu descarregar-lo aquí.

Podeu seguir aquest tutorial per aprendre a utilitzar PLX-DAQ. És molt senzill.

Nota: només funciona a Windows.

Pas 12: Conclusió

Després d’unes poques proves, arribo a la conclusió que el resultat del provador és bastant raonable. El resultat es troba a 50 a 70 mAh d’un resultat del provador de capacitat de la bateria de marca. Mitjançant l’ús d’una pistola de temperatura IR, també he mesurat l’augment de temperatura a la resistència de càrrega, el valor màxim és 51 graus C.

En aquest disseny, el corrent de descàrrega no és constant, depèn de la tensió de la bateria, de manera que la corba de descàrrega representada no és similar a la descrita a la fitxa tècnica de fabricació de bateries. Només admet una sola bateria de ions de Li.

Així que, en la meva futura versió, intentaré resoldre les mancances anteriors a la V1.0.

Crèdit: M'agradaria donar crèdit a Adam Welch, el projecte del qual a YouTube m'ha inspirat per iniciar aquest projecte. Podeu veure el seu vídeo de YouTube.

Suggeriu qualsevol millora. Envieu un comentari si hi ha algun error o error.

Espero que el meu tutorial sigui útil. Si us agrada, no us oblideu de compartir:)

Subscriviu-vos per obtenir més projectes de bricolatge. Gràcies.