DIY Arduino akumulatora jaudas testeris - V1.0: 12 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

[Atskaņot video] Esmu izglābis tik daudz vecu klēpjdatoru bateriju (18650), lai tās atkārtoti izmantotu savos saules projektos. Ir ļoti grūti noteikt akumulatora bloka labās šūnas. Iepriekš vienā no manām Power Bank Instructable programmām es esmu teicis, kā noteikt labas šūnas, mērot to spriegumu, taču šī metode nebūt nav uzticama. Tāpēc es patiešām gribēju veidu, kā izmērīt precīzu katras šūnas spriegumu.

Atjaunināts 30.10.2019

Jūs varat redzēt manu jauno versiju

Pirms dažām nedēļām es sāku projektu no pamatiem. Šī versija ir patiešām vienkārša, kuras pamatā ir Ohmas likums. Testētāja precizitāte nebūs 100% perfekta, taču tā sniedz saprātīgus rezultātus, kurus var izmantot un salīdzinot ar citiem akumulatoriem, lai jūs varētu viegli identificēt labas šūnas vecā akumulatorā. Darba laikā es sapratu, ka ir daudz lietu, kuras var uzlabot. Nākotnē es centīšos šīs lietas īstenot. Bet pagaidām es esmu apmierināts ar to. Es ceru, ka šis mazais testeris būs noderīgs, tāpēc es dalos tajā ar jums visiem. Piezīme. Lūdzu, pareizi atbrīvojieties no sliktajām baterijām. Atruna: Lūdzu, ņemiet vērā, ka strādājat ar Li -Ion akumulators, kas ir ļoti sprādzienbīstams un bīstams. Es nevaru būt atbildīgs par jebkādiem īpašuma zaudējumiem, bojājumiem vai dzīvības zaudēšanu, ja tas notiek. Šī apmācība tika uzrakstīta tiem, kam ir zināšanas par uzlādējamu litija jonu tehnoloģiju. Lūdzu, nemēģiniet to darīt, ja esat iesācējs. Esiet drošībā.

1. darbība. Nepieciešamās detaļas un rīki:

Nepieciešamās detaļas: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0,96 collu OLED displejs (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Rezistori (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Jaudas rezistors (10R, 10W) (Amazon) 6. Skrūvju spailes (3 Nr.) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototipa dēlis (Amazon / Banggood) 9. 18650 akumulatora turētājs (Amazon)

10. 18650 akumulators (GearBest / Banggood) 11. Nepieciešamie starplikas (Amazon / Banggood): 1. Stiepļu griezējs / noņēmējs (Gear Best) 2. Lodāmurs (Amazon / Banggood) Izmantotais instruments: IMAX līdzsvara lādētājs (Gearbest / Banggood)

Infrasarkanā termometra pistole (Amazon /Gearbest)

2. darbība. Shēma un darbs

Shēma:

Lai viegli saprastu shēmu, es to uzzīmēju arī uz perforēta dēļa. Komponentu un elektroinstalācijas pozīcijas ir līdzīgas manai faktiskajai plāksnei. Vienīgie izņēmumi ir skaņas signāls un OLED displejs. Faktiskajā panelī tie ir iekšā, bet shematiski - atrodas ārpusē.

Dizains ir ļoti vienkāršs, pamatojoties uz Arduino Nano. Akumulatora parametru parādīšanai tiek izmantots OLED displejs. 3 skrūvju spailes tiek izmantotas akumulatora un slodzes pretestības savienošanai. Signāls tiek izmantots dažādu brīdinājumu sniegšanai. Divu sprieguma dalītāju ķēde tiek izmantota, lai uzraudzītu spriegumus visā slodzes pretestībā. MOSFET funkcija ir savienot vai atvienot slodzes pretestību ar akumulatoru.

Darbojas:

Arduino pārbauda akumulatora stāvokli, ja akumulators ir labs, dodiet komandu ieslēgt MOSFET. Tas ļauj strāvai iziet no akumulatora pozitīvā kontakta caur rezistoru, un MOSFET pabeidz ceļu atpakaļ uz negatīvo spaili. Tas izlādē akumulatoru noteiktā laika periodā. Arduino mēra spriegumu pāri slodzes rezistoram un pēc tam dalīts ar pretestību, lai noskaidrotu izlādes strāvu. Reizinot to ar laiku, iegūstot miliampstundu (jaudas) vērtību.

3. solis: sprieguma, strāvas un jaudas mērīšana

Sprieguma mērīšana

Mums ir jāatrod spriegums visā slodzes rezistorā. Spriegumus mēra, izmantojot divas sprieguma dalītāja ķēdes. Tas sastāv no diviem rezistoriem ar vērtību 10k katrā. Izeja no dalītāja ir savienota ar Arduino analogo tapu A0 un A1.

Arduino analogā tapa var izmērīt spriegumu līdz 5 V, mūsu gadījumā maksimālais spriegums ir 4,2 V (pilnībā uzlādēts). Tad jūs varat jautāt, kāpēc es nevajadzīgi izmantoju divus dalītājus. Iemesls ir tāds, ka mans nākotnes plāns ir izmantot to pašu testeri daudzķīmijas akumulatoram. Tātad šo dizainu var viegli pielāgot, lai sasniegtu savu mērķi.

Pašreizējais mērījums:

Pašreizējais (I) = spriegums (V) - sprieguma kritums visā MOSFET / pretestība (R)

Piezīme: Es pieņemu, ka sprieguma kritums visā MOSFET ir niecīgs.

Šeit V = spriegums slodzes rezistorā un R = 10 omi

Iegūtais rezultāts ir ampēri. Reiziniet 1000, lai to pārvērstu miliamperos.

Tātad maksimālā izlādes strāva = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Jaudas mērīšana:

Saglabātā maksa (Q) = pašreizējais (I) x laiks (T).

Mēs jau esam aprēķinājuši strāvu, vienīgais nezināmais iepriekš minētajā vienādojumā ir laiks. Funkciju millis () Arduino var izmantot, lai izmērītu pagājušo laiku.

4. darbība. Slodzes pretestības izvēle

Slodzes pretestības izvēle ir atkarīga no mums vajadzīgās izlādes strāvas daudzuma. Pieņemsim, ka vēlaties izlādēt akumulatoru pie 500 mA, tad rezistora vērtība ir

Pretestība (R) = akumulatora maksimālais spriegums / izlādes strāva = 4,2 / 0,5 = 8,4 omi

Rezistoram ir jāizkliedē nedaudz jaudas, tāpēc izmēram šajā gadījumā ir nozīme.

Siltuma izkliede = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 = 2,1 vati

Saglabājot nelielu rezervi, jūs varat izvēlēties 5W. Ja vēlaties lielāku drošību, izmantojiet 10W.

Es izmantoju 10 omi, 10 W rezistoru 8,4 omu vietā, jo tolaik tas bija manā krājumā.

5. solis: MOSFET izvēle

Šeit MOSFET darbojas kā slēdzis. Digitālā izeja no Arduino tapas D2 kontrolē slēdzi. Kad 5V (HIGH) signāls tiek padots MOSFET vārtiem, tas ļauj strāvai iziet no akumulatora pozitīvā spailes caur rezistoru, un MOSFET pabeidz ceļu atpakaļ uz negatīvo spaili. Tas izlādē akumulatoru noteiktā laika periodā. Tātad MOSFET jāizvēlas tā, lai tas varētu izturēt maksimālo izlādes strāvu bez pārkaršanas.

Es izmantoju n-kanālu loģikas līmeņa jaudu MOSFET-IRLZ44. L parāda, ka tas ir loģikas līmeņa MOSFET. Loģikas līmenis MOSFET nozīmē, ka tas ir paredzēts, lai pilnībā ieslēgtos no mikrokontrollera loģikas līmeņa. Standarta MOSFET (IRF sērija utt.) Ir paredzēts darbam no 10 V.

Ja izmantojat IRF sērijas MOSFET, tas pilnībā neieslēgsies, pielietojot 5V no Arduino. Es domāju, ka MOSFET nesīs nominālo strāvu. Lai ieslēgtu šos MOSFET, jums ir nepieciešama papildu ķēde, lai palielinātu vārtu spriegumu.

Tāpēc es ieteikšu izmantot loģikas līmeņa MOSFET, nevis obligāti IRLZ44. Varat arī izmantot jebkuru citu MOSFET.

6. darbība: OLED displejs

Lai parādītu akumulatora spriegumu, izlādes strāvu un jaudu, es izmantoju 0,96 collu OLED displeju. Tā izšķirtspēja ir 128x64, un tā izmanto I2C kopni, lai sazinātos ar Arduino. komunikācija.

Es izmantoju U8glib bibliotēku, lai parādītu parametrus. Vispirms jums ir jālejupielādē U8glib bibliotēka. Pēc tam to instalējiet.

Ja vēlaties sākt OLED displeju un Arduino, noklikšķiniet šeit

Savienojumiem jābūt šādiem

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

7. darbība: brīdinājuma signāls

Lai sniegtu dažādus brīdinājumus vai brīdinājumus, tiek izmantots pjezo skaņas signāls. Dažādi brīdinājumi ir

1. Akumulatora zemspriegums

2. Akumulatora augstspriegums

3. Nav akumulatora

Skaņas signālam ir divi termināļi, garākais ir pozitīvs, bet īsākā kājiņa ir negatīva. Uzlīmes uz jaunā skaņas signāla ir arī atzīmētas ar " +", lai norādītu uz pozitīvo spaili.

Savienojumiem jābūt šādiem

Arduino skaņas signāls

D9 Pozitīvs terminālis

GND negatīvais terminālis

Arduino skicē esmu izmantojis atsevišķu funkciju pīkstienu (), kas nosūta PWM signālu uz skaņas signālu, gaida nelielu aizkavi, pēc tam izslēdz to un pēc tam ir vēl viena neliela aizkave. Tādējādi tas pīkst vienu reizi.

8. solis: ķēdes izveidošana

Iepriekšējās darbībās esmu izskaidrojis katras ķēdes sastāvdaļu funkciju. Pirms lēkt, lai izveidotu pēdējo dēli, vispirms pārbaudiet ķēdi uz maizes dēļa. Ja ķēde perfekti darbojas uz maizes dēļa, tad pārejiet pie prototipa plāksnes sastāvdaļu lodēšanas.

Es izmantoju 7cm X 5cm prototipa dēli.

Nano montāža: vispirms izgrieziet divas rindas sieviešu galvenes tapas ar 15 tapām katrā. Es izmantoju diagonālo knaibles, lai sagrieztu galvenes. Pēc tam lodējiet galvenes tapas. Pārliecinieties, vai attālums starp abām sliedēm atbilst arduino nano.

Montāža OLED displejs: izgrieziet sieviešu galviņu ar 4 tapām. Pēc tam lodējiet to, kā parādīts attēlā.

Spaiļu un sastāvdaļu montāža: Lodējiet atlikušās sastāvdaļas, kā parādīts attēlos

Elektroinstalācija: izveidojiet vadu saskaņā ar shēmu. Es izmantoju krāsainus vadus, lai izveidotu vadu, lai es varētu tos viegli identificēt.

9. solis: atdalītāju uzstādīšana

Pēc lodēšanas un elektroinstalācijas uzstādiet atdalītājus 4 stūros. Tas nodrošinās pietiekamu attālumu lodēšanas savienojumiem un vadiem no zemes.

10. solis: programmatūra

Programmatūra veic šādus uzdevumus

1. Izmēriet spriegumus

100 ADC paraugu ņemšana, pievienošana un rezultāta vidējā vērtība. Tas tiek darīts, lai samazinātu troksni.

2. Pārbaudiet akumulatora stāvokli, lai brīdinātu vai sāktu izlādes ciklu

Brīdinājumi

i) Zems-V!: Ja akumulatora spriegums ir zemāks par zemāko izlādes līmeni (2,9 V litija joniem)

ii) Augsts-V!: Ja akumulatora spriegums pārsniedz uzlādēto stāvokli

iii) Nav akumulatora!: Ja akumulatora turētājs ir tukšs

Izlādes cikls

Ja akumulatora spriegums ir zemsprieguma (2,9 V) un augsta sprieguma (4,3 V) robežās, sāciet izlādes ciklu. Aprēķiniet strāvu un jaudu, kā paskaidrots iepriekš.

3. Parādiet parametrus OLED

4. Datu reģistrēšana sērijas monitorā

Lejupielādējiet zemāk pievienoto Arduino kodu.

11. darbība. Sērijas datu eksportēšana un diagrammas uzrakstīšana Excel lapā

Lai pārbaudītu ķēdi, vispirms es uzlādēju labu Samsung 18650 akumulatoru, izmantojot savu IMAX lādētāju. Tad ievietojiet akumulatoru manā jaunajā testerī. Lai analizētu visu izlādes procesu, es eksportēju sērijas datus uz izklājlapu. Tad es uzzīmēju izlādes līkni. Rezultāts ir patiešām satriecošs. Lai to izdarītu, es izmantoju programmatūru ar nosaukumu PLX-DAQ. Jūs to varat lejupielādēt šeit.

Jūs varat izlasīt šo apmācību, lai uzzinātu, kā lietot PLX-DAQ. Tas ir ļoti vienkārši.

Piezīme. Tas darbojas tikai operētājsistēmā Windows.

12. solis. Secinājums

Pēc dažām pārbaudēm es secinu, ka testētāja rezultāts ir diezgan pamatots. Rezultāts ir 50 līdz 70 mAh attālumā no zīmola akumulatora jaudas testētāja rezultāta. Izmantojot IR temperatūras pistoli, es izmērīju arī slodzes pretestības temperatūras pieaugumu, maksimālā vērtība ir 51 grāds.

Šajā konstrukcijā izlādes strāva nav nemainīga, tā ir atkarīga no akumulatora sprieguma. Tātad uzzīmētā izlādes līkne nav līdzīga izlādes līknei, kas norādīta akumulatora ražošanas datu lapā. Tā atbalsta tikai vienu litija jonu akumulatoru.

Tāpēc savā nākamajā versijā es mēģināšu novērst iepriekš minētos trūkumus V1.0.

Pateicība: Es vēlos pateikties Ādamam Velčam, kura projekts vietnē YouTube mani iedvesmoja sākt šo projektu. Jūs varat skatīties viņa YouTube videoklipu.

Lūdzu, iesakiet jebkādus uzlabojumus. Ja rodas kļūdas vai kļūdas, uzrakstiet komentārus.

Ceru, ka mana apmācība ir noderīga. Ja jums tas patīk, neaizmirstiet dalīties:)

Abonējiet, lai iegūtu vairāk DIY projektu. Paldies.