Carregador / descarregador intel·ligent Arduino Nano 4x 18650: 20 passos

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

Aquest és el meu projecte de codi obert Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger.

Aquesta unitat funciona amb 12V 5A. Pot alimentar-se mitjançant una font d'alimentació per ordinador.

Enllaços

Portal de la bateria:

Llista de peces:

Esquema:

Fitxers Gerber de PCB:

Codi font:

Grup de Facebook: …

Fòrum:

Consulteu la pàgina d'estadístiques de la meva base de dades de totes les bateries processades actualment:

Feu una donació:

La història

Volia fer un carregador intel·ligent, provador de bateria de descàrrega que pogués tenir un escàner de codis de barres que analitzés codis de barres de les bateries i introduís totes les dades en un portal de bases de dades en línia. Això em permetria ordenar i analitzar correctament les tendències de totes les meves bateries de liti recuperades.

Versió 1: originalment vaig començar fent servir un PCB d’una cara fresat amb el meu CNC. Aquesta unitat només tenia una cel·la i podia carregar, descarregar i provar milli ohms.

Versió 2.2: Vaig passar a utilitzar PCB més petits que es van gravar i llavors tenia dos mòduls de cèl·lules en un Arduino UNO.

Versió 3.2: He utilitzat els mateixos PCB més petits, però he fet servir un Arduino Mega i ho he muntat tot en un suport d’acrílic. Originalment tenia previst tenir 16 mòduls, però només vaig fer servir mòduls de vuit cel·les, ja que seria necessari utilitzar multiplexors de senyal analògics i el cablejat ja estava molt desordenat.

Carregador / descarregador Arduino Mega 8x 1.1: Vaig dissenyar un PCB en EDA fàcil per a un carregador / descarregador Arduino Mega 8x. Té un LCD 20x4, codificador rotatiu, lector de targetes SD (mai utilitzat), Ethernet, host USB per escanejar codis de barres directament a l'Arduino.

Carregador / descarregador Arduino Mega 8x 1.2+: Més tard vaig fer alguns petits canvis i vaig afegir un adaptador ESP8266 per a la comunicació WIFI.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.0: Vaig començar a dissenyar una versió 4x per fer-la molt més barata i fàcil de construir. Aquesta versió no disposa d’un escàner de codis de barres, però es va comunicar amb el portal de bateries Vortex IT per enviar i rebre dades a través d’Internet.

Carregador / descarregador intel·ligent Arduino Nano 4x 18650 1.1: té algunes petites modificacions de la versió 1.0, ja que tenia alguns petits errors al disseny i aquesta versió es va publicar al públic.

Pas 1: Obteniu els components

PCB Gerber Files

Fitxers Gerber de PCB:

Components principals

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Adaptador Arduino x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 sèrie x1 AliExpresseBay
• Suport de bateria 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• Mòdul TP5100 x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 Mòdul x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• Socket DIP16 x1 AliExpresseBay
• Sensor de temperatura DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Commutador tàctil 6 mm x1 AliExpresseBay
• Connector KF301-2P 5,08 mm x4 AliExpresseBay
• Connector DC 5,5 x 2,1 mm x1 AliExpresseBay
• Pel·lícula de carboni de resistència 3,3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Peus de goma cònica 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Rentadores aïllants 3x7x0,8mm x16 AliExpresseBay
• Cargol de rosca hexagonal 304 de capçal pla M3 x 12 mm x4 AliExpresseBay
• M3 304 d'acer inoxidable 304 femelles hexagonals x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18 mm llautó F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35mm llautó F-F x4 AliExpresseBay
• Capçalera femella 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Capçaleres masculí 2,54 mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Capçal femení angle recte 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Programador USB a ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• 5V Active Buzzer x1 AliExpresseBay
• Alimentació 12V 5A x1 AliExpresseBay

Opció de component THT (a través del forat)

• Resistència 10k - 1 / 4w THT x7 AliExpresseBay
• Resistència 4,7k - 1 / 4w THT x1 AliExpresseBay
• Resistència 1k - 1 / 4w THT x8 AliExpresseBay
• MOSFET de canal P FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• MOSFET de canal N IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• Transistor NPN BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Diode IN4007 x2 AliExpresseBay

Opció de component SMD (muntatge superficial)

• Resistència 10k - 1 / 8w SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• Resistència 4,7k - 1 / 8w SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• Resistència 1k - 1 / 8w SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-Channel Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• Canal P MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• Transistor NPN SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Diode 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Eines

• Solder Wire 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Alicates diagonals AliExpresseBay
• Estació de reelaboració de soldadura SMD Youyue 8586 AliExpresseBay
• Multímetre digital UNI-T UT39A AliExpresseBay
• Filferro AliExpresseBay
• Escàner de codis de barres AliExpresseBay
• Impressora de codis de barres AliExpresseBay
• Etiquetes de codis de barres 30 mm x 20 mm x 700 AliExpresseBay
• Pegat de soldadura MECÀNIC AliExpresseBay
• Pinces antiestàtiques AliExpresseBay
• Suport de soldadura de tercera mà AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM Flux de soldadura sense neteja AliExpresseBay
• Solder Wick AliExpresseBay
• Conjunt de tornavís magnètic de precisió AliExpresseBay

Per obtenir una llista actualitzada, aneu al meu lloc web:

Pas 2: resistències de soldadura, transistors i MOSFET

Soldeu SMD o THT (no tots dos) els components 1K, 4,7K, 10K, canal P, canal N i NPN

Pas 3: soldar a les capçaleres i al sòcol DIP

Soldeu les dues capçaleres femelles de 15 pins de Nano, els multiplexors CD74HC4067 de 16 capçals femella de 8 i 16 pins, els adaptadors ESP8266 de 4 pins femella, el LCD de 4 pins femella i el 74HC595N Shift registra el sòcol IC DIP de 16 pins.

Nota: soldeu tots els components del costat de la pantalla de seda.

Pas 4: components bàsics de soldadura

Soldeu i instal·leu el connector DC de 5,5 mm, el Arduino Nano 328p, el multiplexor CD74HC4067 i el registre de desplaçament 74HC595N.

En soldar l'Arduino Nano i el Multiplexer, recomano col·locar primer els passadors de capçalera masculins als passadors de capçalera femenins i després soldar el component al seu lloc.

Pas 5: soldeu la temperatura de Dallas DS18B20

En primer lloc, col·loqueu dues rentadores aïllants de 3 mm x 7 mm x 0,8 mm a cada sensor Dallas (s’utilitza per crear un espai fora del PCB perquè no mesureu la temperatura del PCB)

Soldeu els 4x sensors Dallas de la capa superior per a cada mòdul de cel·la més el sensor ambient de la capa inferior.

Aneu amb compte de no unir les juntes de soldadura de les pastilles de soldadura TO-92. Un cop soldat, mida el mode diode al vostre multímetre entre cada pota de qualsevol sensor Dallas (tots estan connectats en paral·lel)

Soldeu el buzzer actiu de 5 V a la capa superior on el pin + (positiu) està cap a l’Arduino Nano

Pas 6: Soldar al díode

Soldadura al díode sota el multiplexor CD74HC4067

És una bona pràctica netejar el flux amb alcohol isopropílic.

Pas 7: proveu i ajusteu els ponts de sèrie / contrast de pantalla LCD

Contrast LCD

Connecteu el LCD sèrie de 4 pins femella a un cable macho de 4 pins macho -> femella Dupont. Assegureu-vos de connectar-vos i connecteu-vos exactament:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Carregueu l'Arduino Sketch des de github: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Desconnecteu el cable USB i utilitzeu un cable d’alimentació de 12V a la presa de corrent continu de 5,5 mm (+ centre positiu / - exterior negatiu)

Ajusteu el potenciòmetre de l'adaptador sèrie a la part posterior de la pantalla LCD CC o CW fins que vegeu el text.

Quan estigueu satisfet amb el contrast, traieu els cables de Dupont Jumper.

Saltadors en sèrie

Connecteu ponts de 2x 2,54 mm als pins 1-2 per a la comunicació en sèrie del programari amb l’ESP8266

Pas 8: ventilador de PWM

Components

Soldeu els components següents:

Connector JST 2.0 PH 2pin (Nota: la pantalla de seda es troba cap enrere a la versió 1.11 del PCB)

Condensador electrolític 100uF 16V

Transistor BD139 NPN

Diodo

Prova

Carregueu l'Arduino Sketch des de github: ASCD_Nano_Test_Fan

Desconnecteu el cable USB i utilitzeu un cable d’alimentació de 12V a la presa de corrent continu de 5,5 mm (+ centre positiu / - exterior negatiu)

Connecteu el ventilador de 30 mm

El ventilador s’ha d’accelerar i després s’ha d’aturar

Pas 9: provar els MOSFET

Provant MOSFET de descàrrega de resistència de canal N

Carregueu l'Arduino Sketch des de github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Desconnecteu el cable USB i utilitzeu un cable d’alimentació de 12V a la presa de corrent continu de 5,5 mm (+ centre positiu / - exterior negatiu)

Amb el PCB cap a la capa inferior, configureu el vostre multímetre en mode de díode / continuïtat.

Col·loqueu la sonda negativa en una font GND i la sonda positiva en els connectors dels resistors de càrrega dels primers mòduls, al costat dret (tal com es mostra a les imatges).

El vostre multímetre ha de sonar durant 1 segon i després no ha de sonar durant 1 segon.

Repetiu-ho per a cada mòdul.

Provant els MOSFET de càrrega del canal P TP5100

Carregueu l'Arduino Sketch des de github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Igual que l'anterior, podeu utilitzar aquest esbós per a les dues proves)

Desconnecteu el cable USB i utilitzeu un cable d’alimentació de 12V a la presa de corrent continu de 5,5 mm (+ centre positiu / - exterior negatiu)

Amb el PCB cap a la capa inferior, configureu el vostre multímetre en mode de voltatge continu (normalment 20V).

Col·loqueu la sonda negativa en una font GND i la sonda positiva en els primers mòduls TP5100 costat dret + connector positiu (tal com es mostra a les imatges). El vostre multímetre hauria de mostrar 12V durant 1 segon i una tensió baixa durant 1 segon. Repetiu-ho per a cada mòdul.

Pas 10: Obteniu les sèries del sensor de temperatura Dallas DS18B20

Carregueu l'Arduino Sketch des de github: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Deixeu-lo al cable USB. No connecteu el ventilador ni l'alimentació de 12 V.

Obriu el monitor de sèrie a Arduino IDE a una velocitat de 115200 baudios.

Hauria de detectar / localitzar dispositius 5x.

Escalfeu el primer sensor de temperatura DS18B20 amb la punta superior del soldador durant un curt període de temps.

Nota: el número del mòdul és d’esquerra a dreta amb el PCB cap amunt a la capa superior

S'ha d'imprimir "Bateria detectada: 1" i "Sensor de bateria d'escalfament: 2"

Això passarà de manera seqüencial per cada mòdul de 4 x fins que es digui "Sensor ambient detectat completat"

Es mostrarà el número de sèrie hexadecimal de tots els sensors de temperatura DS18B20 a la part inferior.

Copieu els números de sèrie 5x i enganxeu-los a "Temp_Sensor_Serials.h" a l'esbós "ASCD_Nano_1-0-0". Assegureu-vos que emeteu l'última coma (es mostra a la imatge)

Nota: si obteniu una lectura de temperatura de 99 graus centígrads, significa que hi ha un error en llegir el sensor. La sèrie no és correcta o el dispositiu està defectuós.

Pas 11: instal·leu i proveu els mòduls de càrrega TP5100

Instal·la

Amb un ganivet o unes alicates diagonals, talleu 20x capçals individuals de 2,54 mm masculins.

Col·loqueu capçaleres masculines 5x per mòdul TP5100 a la capa inferior del PCB. Recomano posar el costat llarg cap avall pel forat.

Col·loqueu un mòdul TP5100 a cada mòdul i soldeu-lo al lloc. Utilitzeu unes pinces per manipular les capçaleres masculines si no s’alineen.

A la capa superior de la soldadura del PCB, els connectors estan tan a ras com poden. (Haureu d’instal·lar el suport de la bateria de plàstic a la part superior, de manera que com menys en surti millor)

Nota: assegureu-vos de connectar el pin de càrrega al TP5100. És el passador més proper al costat del VCC a GND per sobre del MOSFET del canal P

Prova

Carregueu l'Arduino Sketch des de github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Igual que l'anterior, podeu utilitzar aquest esbós per a les dues proves)

Desconnecteu el cable USB i utilitzeu un cable d’alimentació de 12V a la presa de corrent continu de 5,5 mm (+ centre positiu / - exterior negatiu)

Tots els mòduls TP5100 s’han d’encendre durant 1 segon i apagar-se durant 1 segon.

Pas 12: Traieu els forats del buit del sensor de temperatura DS18B20

Eines necessàries

• Broca de 0,7 mm o Scribe
• Broca de 3 mm (opcional)
• Broca de 6,5 mm a 7 mm

Trepant

Obteniu un PCB en blanc de recanvi i un suport de bateria 4x 18650

Munteu el suport de la bateria 4x 18650 amb el marcatge + cap a la part superior del tauler

Marqueu les posicions del forat amb una broca de 0,7 mm o un Scribe mitjançant el passador central de cadascun dels sensors de temperatura TO-92 DS18B20

Traieu el suport de la bateria 4x 18650 i practiqueu un forat de 6,5 mm a 7 mm. Recomano utilitzar primer una broca més petita.

Feu la prova per ajustar el suport de la bateria 4x 18650 i comproveu si el sensor de temperatura DS18B20 té suficient espai lliure.

Nota: No soldeu el suport de la bateria 4x 18650 fins que no s'hagin soldat tots els altres components.

Pas 13: Munteu els resistors de descàrrega

Capçaleres de muntatge i soldadura

Primer munteu les capçaleres. Podeu utilitzar el terminal de cargol de 5,08 mm o la capçalera masculina JST de 2,54 mm.

Nota: faig servir una mica de bluetooth per mantenir la capçalera / terminal al seu lloc durant la soldadura.

Soldeu-los.

Mesura d’ohms de resistències (opcional)

Mesureu, numereu i registreu la resistència de cada resistència.

Utilitzo el meu LCR-T4 Tester per a això. Podeu utilitzar un multímetre de qualitat (això no és 100% precís, però és una bona mesura base)

Editeu l'Arduino Sketch des de github: afegiu ASCD_Nano_1-0-0 als valors de la resistència modificats.

Muntar les resistències

En aquest exemple estic fent servir els terminals de cargol de 5,08 mm i estic escalonant cada resistència de bobinatge de filferro. Més endavant afegiré passos per a resistències revestides d'alumini en un dissipador de calor.

Pas 14: soldeu els components finals

Soldadura al porta-bateries 4x 18650.

Nota: és possible que hagueu de retallar alguns contactes cap avall amb unes alicates a ras / diagonal.

Soldeu el polsador de 6 mm.

Pas 15: muntar tot el maquinari

Adaptador Arduino ESP8266

4x Utilitzeu els separadors M2.5 M-F o F-F

8x cargols M2.5 o 4x cargols M2.5 i 4x femelles M2.5 segons si utilitzeu separadors M-F o F-F

Utilitzeu un connector de 2,54 mm d’angle recte per connectar els connectors femella a mascle.

Nota: és possible que hagueu d’estanyar el connector per obtenir una bona connexió si està fluix.

LCD

4x M3 Standoff 18mm Llautó F-F i 8x M3 x 12mm Cargols per a la pantalla LCD

Ventilador

Només estoig imprès en 3D: enfileu uns cargols M3 x 18 mm als forats del cargol del ventilador i afegiu-hi el ventilador.

Pas 16: pengeu l'Arduino Nano Sketch

Abans de penjar l'esbós, comproveu la sortida de tensió de 5V del regulador de voltatge d'Arduino. Hi ha dos punts de sonda sobre la pantalla LCD.

Editeu l'Arduino Sketch des de github: ASCD_Nano_1-0-0 Canvieu aquesta línia a l'Arduino Sketch per la vostra lectura de voltatge

const float referenceVoltage = 5.01; // Sortida 5V d'Arduino

També podeu canviar una altra configuració personalitzada per a les vostres necessitats de proves

const float shuntResistor [4] = {3.3, 3.3, 3.3, 3.3};

const float referenceVoltage = 5.01; // Sortida 5V d'Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2,8; // Voltatge que atura la descàrrega del byte const restTimeMinutes = 1; // El temps en minuts per reposar la bateria després de la càrrega. 0-59 són vàlids const int lowMilliamps = 1000; // Aquest és el valor de Milli Amps que es considera baix i que no es recarrega perquè es considera const defectuós int alt MilliOhms = 500; // Aquest és el valor de Milli Ohms que es considera alt i la bateria es considera defectuosa int int offsetMilliOhms = 0; // Calibratge de compensació de Milli Ohms constant byte chargingTimeout = 8; // El temps d'espera en hores per a la càrrega del byte const tempThreshold = 7; // Llindar d’advertència en graus superiors a la temperatura inicial byte const tempMaxThreshold = 20; // Llindar màxim en graus per sobre de la temperatura inicial: considerat Defectuós flotador constant BatteryVolatgeLeak = 0,50; // A la pantalla inicial "BATTERY CHECK", observeu la tensió més alta de cada mòdul i configureu aquest valor lleugerament superior de byte const. ModuleCount = 4; // Nombre de mòduls const byte screenTime = 4; // Temps en segons (cicles) per pantalla activa const int dischargeReadInterval = 5000; // Intervals de temps entre les lectures de descàrrega. Ajust per mAh + /

Connecteu l'Arduino Nano a l'ordinador i carregueu l'esbós ASCD_Nano_1-0-0

Pot ser que hàgiu d’utilitzar ATmega328P (carregador d’arrencada antic) com a processador a l’IDE Arduino

Seleccioneu el port COM correcte i pengeu l'esbós

Pas 17: pengeu l'esbós ESP8266

Si encara no heu registrat el vostre compte Vortex It - Battery Portal, aneu al pas següent.

Heu d’instal·lar el complement Arduino ESP8266 al vostre IDE Arduino. Utilitzeu aquesta guia:

Canvieu el següent a ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino Sketch

const char ssid = ""; -> als vostres encaminadors WIFI

SSID const char password = ""; -> a la contrasenya dels vostres encaminadors WIFI

const char userHash = ""; -> al vostre UserHash (Obteniu-ho des del menú "Carregador / descarregador -> Veure" al portal de bateries Vortex It)

byte const CDID =; -> al vostre CDUnitID (Obteniu-lo des del menú "Carregador / descarregador -> Visualitza -> Seleccioneu el carregador / descarregador" al portal de bateries Vortex It)

Utilitzeu el programador USB-ESP8266 ESP-01 per penjar l'esbós ESP8266_Wifi_Client_01.ino a l'ESP8266 amb l'interruptor PROG

Pas 18: configureu el compte Vortex It - Battery Portal

Aneu a

Si encara no us heu registrat a un compte.

Inicieu la sessió amb les vostres credencials

Al menú, feu clic a "Carregador / Descarregador" -> "Nou"

Seleccioneu a la llista desplegable "Arduino 4x C / D"

Feu clic a "Carregador / descarregador nou"

Al menú, feu clic a "Carregador / Descarregador" -> "Veure"

Seleccioneu a la llista desplegable "xx - Arduino 4x C / D" (on xx és el CDUnitID)

No feu servir el vostre "UserHash" i "CDUnitID"

Feu clic a "Mòdul de visualització en directe" per veure el carregador / descarregador en línia

Pas 19: opcional: feu un recinte imprès en 3D

Si teniu una impressora 3D, podeu imprimir un recinte que he dissenyat. No dubteu a crear el vostre estil de recinte i compartir-lo:

Fusion 360

gallery.autodesk.com/fusion360/projects/asdc-nano-4x-arduino-charger--discharger-enclosure

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Pas 20: Comenceu a provar les cèl·lules 18650

Introduïu algunes bateries als mòduls de la cèl·lula i aneu a l'escaneig de la pàgina "Mòdul de visualització en directe" dels codis de barres i esteu fora.