Arduino Nano 4x 18650 viedais lādētājs / izlādētājs: 20 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Šis ir mans Arduino Nano 4x 18650 viedā lādētāja / izlādes atvērtā koda projekts.

Šo ierīci darbina 12V 5A. To var darbināt ar datora barošanas avotu.

Saites

Akumulatora portāls:

Detaļu saraksts:

Shēma:

PCB Gerber faili:

Avota kods:

Facebook grupa:

Forums:

Pārbaudiet manu datu bāzes statistikas lapu par visām pašlaik apstrādātajām baterijām:

Ziedot:

Vēsture

Es gribēju izveidot gudru ar Arduino darbināmu lādētāju, izlādes akumulatora testeri, kuram varētu būt svītrkodu skeneris, kas skenētu bateriju svītrkodus un ievadītu visus datus tiešsaistes datu bāzes portālā. Tas ļautu man pareizi sakārtot un analizēt visu manu reģenerēto litija bateriju tendences.

1. versija: sākotnēji es sāku, izmantojot vienpusēju PCB, kas izfrēzēts ar manu CNC. Šai ierīcei bija tikai viena šūna, un tā varēja uzlādēt, izlādēt un pārbaudīt mili omus.

2.2. Versija: es pārcēlos uz mazāku PCB iegravēšanu, pēc tam man bija divi šūnu moduļi Arduino UNO.

3.2. Versija: Es izmantoju tās pašas mazākās PCB, bet es izmantoju Arduino Mega un visu to uzstādīju uz akrila statīva. Sākotnēji es plānoju iegūt 16 moduļus, bet galu galā izmantoju tikai 8 šūnu moduļus, jo man būtu nepieciešams izmantot analogo signālu multipleksorus, un elektroinstalācija jau bija ļoti netīra.

Arduino Mega 8x lādētājs / izlādētājs 1.1. Es izveidoju vieglu EDA PCB Arduino Mega 8x lādētājam / izlādētājam. Tam ir 20x4 LCD, rotējošais kodētājs, SD karšu lasītājs (nekad nav izmantots), Ethernet, USB resursdators svītrkoda skenēšanai tieši Arduino.

Arduino Mega 8x lādētājs / izlādētājs 1.2+: vēlāk es veicu dažas nelielas izmaiņas un pievienoju ESP8266 adapteri WIFI komunikācijai.

Arduino Nano 4x 18650 viedais lādētājs / izlādētājs 1.0: Es sāku izstrādāt 4x versiju, lai padarītu to daudz lētāku un vieglāk veidojamu. Šai versijai nav svītrkoda skenera, taču tā sazinājās ar Vortex IT akumulatoru portālu, lai nosūtītu un saņemtu datus, izmantojot internetu.

Arduino Nano 4x 18650 viedais lādētājs / izlādētājs 1.1: tam ir daži nelieli grozījumi no versijas 1.0, jo tā dizainā bija dažas nelielas kļūdas, un šī versija tika izlaista sabiedrībai.

1. darbība: iegūstiet komponentus

PCB Gerber faili

PCB Gerber faili:

Galvenās sastāvdaļas

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino adapteris x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 Sērijas x1 AliExpresseBay
• Akumulatora turētājs 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• TP5100 modulis x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 1. modulis AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 ligzda x1 AliExpresseBay
• Temperatūras sensors DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Pieskāriena slēdzis 6 mm x 1 AliExpresseBay
• Savienotājs KF301-2P 5,08 mm x4 AliExpresseBay
• DC Jack 5,5 x 2,1 mm x1 AliExpresseBay
• Rezistors Oglekļa plēve 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Konusveida gumijas pēdas 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Izolējošās paplāksnes 3x7x0,8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12mm plakana galva nerūsējošā tērauda 304 sešstūra skrūve x20 AliExpresseBay
• M3 304 nerūsējošais tērauds 304 sešstūra uzgriežņi x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18 mm misiņš F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35 mm misiņš F-F x4 AliExpresseBay
• Galvene Sieviete 2.54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Galvenes tēviņš 2,54 mm 1x40 tapa x1 AliExpresseBay
• Virsraksts Sievietes taisnais leņķis 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB uz ESP8266 ESP-01 programmētājs x1 AliExpresseBay
• 5V Active Buzzer x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

THT (caur caurumu) komponenta opcija

• 10k - 1/4 W rezistors THT x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/4 W rezistors THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4 w rezistors THT x8 AliExpresseBay
• P-kanāls MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-kanāla MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• NPN tranzistors BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Diode IN4007 x2 AliExpresseBay

SMD (virsmas stiprinājums) komponenta opcija

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

Rīki

• Lodēšanas stieple 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Diagonālās knaibles AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD lodēšanas pārstrādes stacija AliExpresseBay
• UNI-T UT39A digitālais multimetrs AliExpresseBay
• Stiepļu noņēmēji AliExpresseBay
• Svītrkodu skeneris AliExpresseBay
• Svītrkoda printeris AliExpresseBay
• Svītrkoda etiķetes 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• MECHANIC Solder Paste AliExpresseBay
• Antistatiskie pincetes AliExpresseBay
• Trešās rokas lodēšanas statīvs AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM bez tīrīšanas lodēšanas plūsma AliExpresseBay
• Lodēt Wick AliExpresseBay
• Precīzs magnētisko skrūvgriežu komplekts AliExpresseBay

Lai iegūtu atjauninātu sarakstu, dodieties uz manu vietni:

2. solis: lodēšanas rezistori, tranzistori un MOSFET

SMD vai THT lodēt (ne abus) 1K, 4.7K, 10K, P-Channel, N-Channel un NPN komponentus

3. solis: lodēt galvenēs un DIP ligzdā

Lodējiet Nano divas 15 kontaktu sieviešu galvenes, 16x CD74HC4067 multipleksorus 8 kontaktu un 16 kontaktu sieviešu galvenes, ESP8266 adapterus 4 kontaktu sievietes, LCD 4 kontaktu mātītes un 74HC595N Shift reģistrē 16 kontaktu DIP IC ligzdu.

Piezīme: pielodējiet visas sastāvdaļas sietspiedes pusē.

4. solis: lodēšanas pamatkomponenti

Lodējiet un instalējiet 5,5 mm līdzstrāvas ligzdu, Arduino Nano 328p, CD74HC4067 multipleksoru un 74HC595N maiņu reģistru.

Lodējot Arduino Nano un Multiplexer, es iesaku vispirms ievietot tērauda galviņas tapas sieviešu galviņu tapās un pēc tam lodēt sastāvdaļu vietā.

5. solis: lodējiet Dallas DS18B20 temperatūru

Vispirms uz katra Dalasas sensora ievietojiet divas 3 mm x 7 mm x 0,8 mm izolācijas paplāksnes (to izmanto, lai izveidotu atstarpi no PCB, lai nemērītu PCB temperatūru)

Lodējiet 4x Dalasas sensorus katra šūnu moduļa augšējā slānī, kā arī apkārtējās vides sensoru apakšējā slānī.

Esiet piesardzīgs, lai nesabojātu lodēšanas savienojumus uz TO-92 lodēšanas paliktņiem. Kad lodēts mērījums diodes režīmā jūsu multimetrā starp katru Dalasas sensora kāju (tie visi ir savienoti paralēli)

Lodējiet 5V aktīvo skaņas signālu augšējā slānī, kur + (pozitīvā) tapa ir vērsta pret Arduino Nano

6. solis: lodēt diodē

Lodēt diode zem CD74HC4067 multipleksora

Laba prakse ir tīrīt plūsmu ar izopropilspirtu.

7. darbība: pārbaudiet un noregulējiet LCD ekrāna kontrastu / sērijveida džemperus

LCD kontrasts

Savienojiet LCD seriālo 4 kontaktu mātīti ar 4 kontaktu Male -> Female Dupont Jumper vadiem. Pārliecinieties, ka savienojums ir izveidots tieši tā:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Ielādējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Atvienojiet USB vadu un izmantojiet 12 V strāvas vadu 5,5 mm līdzstrāvas ligzdā (+ pozitīvs centrs / - negatīvs ārējais)

Pielāgojiet seriālā adaptera potenciometru LCD ekrāna CC vai CW aizmugurē, līdz tiek parādīts parādītais teksts.

Kad esat apmierināts ar kontrastu, noņemiet Dupont Jumper vadus.

Sērijas džemperi

Pievienojiet 2x 2,54 mm džemperus 1-2 tapās programmatūras sērijas sakariem ar ESP8266

8. solis: PWM ventilators

Sastāvdaļas

Lodējiet šādus komponentus:

JST 2.0 PH 2pin savienotājs (piezīme: zīda ekrāns ir atgriezts PCB versijā 1.11)

100uF 16V elektrolītiskais kondensators

BD139 NPN tranzistors

Diodes

Pārbaude

Ielādējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_Test_Fan

Atvienojiet USB vadu un izmantojiet 12 V strāvas vadu 5,5 mm līdzstrāvas ligzdā (+ pozitīvs centrs / - negatīvs ārējais)

Pievienojiet 30 mm ventilatoru

Ventilatoram vajadzētu paātrināties un pēc tam apstāties

9. solis: MOSFET testēšana

N-kanālu rezistoru izlādes MOSFET pārbaude

Ielādējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Atvienojiet USB vadu un izmantojiet 12 V strāvas vadu 5,5 mm līdzstrāvas ligzdā (+ pozitīvs centrs / - negatīvs ārējais)

Kad PCB ir vērsta uz apakšējo slāni, iestatiet multimetru diodes / nepārtrauktības režīmā.

Novietojiet negatīvo zondi uz GND avota un pozitīvo zondi uz 1. moduļa slodzes rezistoru savienotājiem labajā pusē (kā parādīts attēlos).

Daudzmetru skaņai vajadzētu pīkstēt 1 sekundi, pēc tam ne 1 sekundi.

Atkārtojiet to katram modulim.

P-kanāla TP5100 uzlādes MOSFET pārbaude

Ielādējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (tāpat kā iepriekš, jūs varat izmantot šo skici abiem testiem)

Atvienojiet USB vadu un izmantojiet 12 V strāvas vadu 5,5 mm līdzstrāvas ligzdā (+ pozitīvs centrs / - negatīvs ārējais)

Kad PCB ir vērsta uz apakšējo slāni, iestatiet multimetru līdzstrāvas sprieguma režīmā (parasti 20 V diapazons).

Novietojiet negatīvo zondi uz GND avota un pozitīvo zondi uz 1. moduļiem TP5100 labajā pusē + pozitīvais savienotājs (kā parādīts attēlos). Jūsu multimetram 1 sekundei jāparāda 12 V, pēc tam zemspriegums 1 sekundi. Atkārtojiet to katram modulim.

10. darbība: iegūstiet Dallas DS18B20 temperatūras sensoru sērijas

Ielādējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Atstājiet USB kabeli. Nepievienojiet ventilatoru vai 12 V barošanas avotu.

Atveriet sērijas monitoru Arduino IDE ar 115200 bodu ātrumu.

Tam vajadzētu noteikt / atrast 5x ierīces.

Uzkarsējiet 1. DS18B20 temperatūras sensoru ar lodāmura augšējo galu īsu laiku.

Piezīme. Moduļa numurs ir no kreisās uz labo pusi, PCB augšējā slānī vērsts vertikāli

Tam vajadzētu uzdrukāt “Atklātais akumulators: 1”, pēc tam “Akumulatora sildīšanas sensors: 2”

Tas secīgi izies cauri katram 4 x moduļiem, līdz tiks parādīts paziņojums "Detected Ambient Sensor Completed"

Apakšā tiks parādīti visu DS18B20 temperatūras sensoru heksadecimālie sērijas numuri.

Kopējiet 5x sērijas numurus un pēc tam ielīmējiet tos "Temp_Sensor_Serials.h" skices "ASCD_Nano_1-0-0" ietvaros. Pārliecinieties, ka esat izlaidis pēdējo komatu (parādīts attēlā)

Piezīme. Ja temperatūra tiek nolasīta par 99 grādiem pēc Celsija, tas nozīmē, ka, nolasot šo sensoru, radās kļūda. Vai nu sērija ir nepareiza, vai ierīce ir bojāta.

11. solis: uzstādiet un pārbaudiet TP5100 uzlādes moduļus

Uzstādīt

Ar nazi vai dažām diagonālām knaiblēm nogrieziet 20x vienu vīriešu 2,54 mm galvenes.

Novietojiet 5x vīriešu galvenes katram TP5100 modulim uz PCB apakšējā slāņa. Es iesaku caur caurumu izlikt garo pusi uz leju.

Ievietojiet TP5100 moduli uz katra moduļa un pielodējiet to vietā. Izmantojiet pinceti, lai manipulētu ar vīriešu galvenēm, ja tās nesakrīt.

Uz PCB augšējā slāņa lodēt savienotājus pēc iespējas vienā līmenī ar PCB. (Jums būs jāuzliek plastmasas akumulatora turētājs uz augšu, lai jo mazāk izliktos, jo labāk)

Piezīme. Pārliecinieties, vai esat pievienojis lādēšanas tapu uz TP5100. Tā ir tuvākā tapa blakus VCC GND virs P-Channel MOSFET

Pārbaude

Ielādējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (tāpat kā iepriekš, jūs varat izmantot šo skici abiem testiem)

Atvienojiet USB vadu un izmantojiet 12 V strāvas vadu 5,5 mm līdzstrāvas ligzdā (+ pozitīvs centrs / - negatīvs ārējais)

Visiem TP5100 moduļiem vajadzētu ieslēgties uz 1 sekundi un izslēgt uz 1 sekundi.

12. solis: urbt DS18B20 temperatūras sensora klīrensa caurumus

Nepieciešamie instrumenti

• 0,7 mm urbis vai uzgalis
• 3 mm urbis (pēc izvēles)
• 6,5 mm - 7 mm urbis

Urbis

Iegūstiet tukšu tukšu PCB un 4x 18650 akumulatora turētāju

Uzstādiet 4x 18650 akumulatora turētāju ar + marķējumu uz tāfeles augšpusi

Atzīmējiet caurumu pozīcijas ar 0,7 mm urbi vai uzgriezni, izmantojot katra TO-92 DS18B20 temperatūras sensora centrālo tapu.

Noņemiet 4x 18650 akumulatora turētāju un izurbiet 6,5–7 mm caurumu. Iesaku vispirms izmantot mazāku urbi.

Pārbaudiet 4x 18650 akumulatora turētāja uzstādīšanu un pārbaudiet, vai DS18B20 temperatūras sensoram ir pietiekams attālums.

Piezīme: nelodējiet 4x 18650 akumulatora turētāju, kamēr visas pārējās sastāvdaļas nav pielodētas.

13. darbība: uzstādiet izlādes rezistorus

Montāžas un lodēšanas galvenes

Vispirms pievienojiet galvenes. Jūs varat izmantot 5,08 mm skrūves spaili vai JST 2,54 mm vīriešu galviņu.

Piezīme: Es izmantoju kādu blūza krāsu, lai lodēšanas laikā turētu virsrakstu / termināli vietā.

Lodējiet tos iekšā.

Izmēra rezistoru omus (pēc izvēles)

Izmēriet, saskaitiet un reģistrējiet katra rezistora pretestību.

Šim nolūkam es izmantoju savu LCR-T4 testeri. Jūs varētu izmantot kvalitatīvu daudzmetru (tas nav 100% precīzs, bet ir labs bāzes mērījums)

Rediģējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_1-0-0 pievienojiet grozītās rezistora vērtības.

Uzstādiet rezistorus

Šajā piemērā es izmantoju 5,08 mm skrūvju spailes un es satriecu katru stieples brūces rezistoru. Vēlāk es pievienoju pakāpienus alumīnija pārklājuma rezistoriem uz siltuma izlietnes.

14. solis: pielodējiet gala komponentus

Lodēt 4x 18650 akumulatora turētājā.

Piezīme: Jums var būt nepieciešams nogriezt dažus kontaktus ar dažām skalošanas / diagonālām knaiblēm.

Lodējiet 6 mm spiedpogu.

15. darbība: uzstādiet visu aparatūru

Arduino ESP8266 adapteris

4x Izmantojiet M2.5 rezerves M-F vai F-F

8x M2.5 skrūves vai 4x M2.5 skrūves un 4x M2.5 uzgriežņi atkarībā no tā, vai izmantojat M-F vai F-F statīvus

Izmantojiet taisnā leņķa 4 -pin 2,54 mm savienotāju, lai savienotu savienotājus ar vīriešiem un vīriešiem.

Piezīme: lai izveidotu labu savienojumu, jums var būt nepieciešams tinēt savienotāju, ja tas ir vaļīgs.

LCD

4x M3 Standoff 18 mm misiņa F-F un 8x M3 x 12 mm skrūves LCD

Ventilators

Tikai 3D drukāts korpuss: vītiet dažas M3 x 18 mm skrūves, un ventilatora skrūvju caurumi pievieno ventilatoru.

16. darbība: augšupielādējiet Arduino Nano skici

Pirms skices augšupielādes pārbaudiet 5 V sprieguma izeju no Arduino sprieguma regulatora. LCD ekrānā ir divi zondes punkti.

Rediģējiet Arduino skici no github: ASCD_Nano_1-0-0 Mainiet šo Arduino skices rindu uz sprieguma rādījumu

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V Arduino izeja

Pārbaudes vajadzībām varat mainīt arī kādu citu pielāgotu iestatījumu

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

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V Arduino const float izeja defaultBatteryCutOffVoltage = 2.8; // Spriegums, ko izlāde pārtrauc const baits restTimeMinutes = 1; // Laiks minūtēs, līdz akumulators tiek uzlādēts pēc uzlādes. 0-59 ir derīgas const int lowMilliamps = 1000; // Šī ir Milli Amp vērtība, kas tiek uzskatīta par zemu un netiek uzlādēta, jo tā tiek uzskatīta par kļūdainu const int highMilliOhms = 500; // Šī ir Milli omu vērtība, kas tiek uzskatīta par augstu, un akumulators tiek uzskatīts par kļūdainu konst int offsetMilliOhms = 0; // Nobīdes kalibrēšana Milli Ohms const byte chargeTimeout = 8; // Taimauts stundās, lai uzlādētu konstantu baitu tempThreshold = 7; // Brīdinājuma slieksnis grādos virs sākotnējās Temperatūras konstitu baits tempMaxThreshold = 20; // Maksimālais slieksnis grādos virs sākotnējās temperatūras - uzskatīta par kļūdainu konstantu pludiņa akumulatoruVolatgeLeak = 0,50; // Sākuma ekrānā "BATTERY CHECK" ievērojiet katra moduļa augstāko spriegumu un iestatiet šo vērtību nedaudz augstāku konstantu baitu moduleCount = 4; // Moduļu skaits konst baits screenTime = 4; // Laiks sekundēs (ciklos) uz aktīvā ekrāna konst int izlādēšanāsReadInterval = 5000; // Laika intervāli starp izlādes rādījumiem. Pielāgojiet mAh +/

Pievienojiet Arduino Nano datoram un ielādējiet ASCD_Nano_1-0-0 skici

Jums var būt nepieciešams izmantot ATmega328P (veco sāknēšanas ielādētāju) kā Arduino IDE procesoru

Izvēlieties pareizo COM portu un augšupielādējiet skici

17. darbība: augšupielādējiet ESP8266 skici

Ja vēl neesat reģistrējis savu Vortex It - Battery Portal kontu, pārejiet pie nākamās darbības.

Jums ir jāinstalē ESP8266 Arduino papildinājums savā Arduino IDE, izmantojiet šo rokasgrāmatu:

ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino skicē mainiet tālāk norādīto

const char ssid = ""; -> saviem WIFI maršrutētājiem

SSID konstanta parole = ""; -> uz jūsu WIFI maršrutētāju paroli

const char userHash = ""; -> jūsu UserHash (iegūstiet to Vortex It Battery portāla sadaļā "Lādētāja / izlādētāja izvēlne -> Skatīt")

const baits CDUnitID =; -> uz jūsu CDUnitID (iegūstiet to izvēlnē "Lādētāja / izlādētāja izvēlne -> Skatīt -> Izvēlieties lādētāju / izlādētāju" Vortex It Battery portālā)

Izmantojiet USB līdz ESP8266 ESP-01 programmētājs, lai augšupielādētu skici ESP8266_Wifi_Client_01.ino ESP8266, ieslēdzot PROG

18. darbība: iestatiet savu Vortex It - akumulatora portāla kontu

Dodieties uz vietni

Ja vēl neesat reģistrējies kontam.

Piesakieties, izmantojot savus akreditācijas datus

Izvēlnē noklikšķiniet uz "Lādētājs / Izlādētājs" -> "Jauns"

Nolaižamajā sarakstā atlasiet "Arduino 4x C/D"

Noklikšķiniet uz "Jauns lādētājs / izlādētājs"

Izvēlnē noklikšķiniet uz "Lādētājs / Izlādētājs" -> "Skatīt"

Nolaižamajā sarakstā atlasiet “xx - Arduino 4x C/D” (kur xx ir CDUnitID)

Neizmantojiet savus "UserHash" un "CDUnitID"

Noklikšķiniet uz "Tiešā skata modulis", lai tiešsaistē skatītu lādētāju / izlādētāju

19. darbība: pēc izvēles - izveidojiet 3D drukātu korpusu

Ja jums ir 3D printeris, varat izdrukāt manis izstrādātu korpusu. Jūtieties brīvi izveidot savu iežogojuma stilu un kopīgot to:

Fusion 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

20. darbība. Sāciet pārbaudīt 18650 šūnas

Ievietojiet dažas baterijas šūnu moduļos un dodieties uz "Live View Module" lapas skenēšanu svītrkodos un esat izslēgts.