Tester di capacità della batteria Arduino fai da te - V1.0: 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

[Riproduci video]Ho recuperato così tante vecchie batterie per laptop (18650) per riutilizzarle nei miei progetti solari. È molto difficile identificare le celle buone nel pacco batteria. In precedenza in uno dei miei Power Bank Instructable ho detto come identificare buone celle misurando le loro tensioni, ma questo metodo non è affatto affidabile. Quindi volevo davvero un modo per misurare la capacità esatta di ogni cella invece dei loro voltaggi.

Aggiornamento del 30.10.2019

Puoi vedere la mia nuova versione

Poche settimane fa, ho iniziato il progetto dalle basi. Questa versione è davvero semplice, che si basa sulla legge di Ohm. La precisione del tester non sarà perfetta al 100%, ma fornisce risultati ragionevoli che possono essere utilizzati e confrontato con altre batterie, in modo da poter identificare facilmente le buone celle in un vecchio pacco batteria. Durante il mio lavoro mi sono reso conto che ci sono molte cose che possono essere migliorate. In futuro, cercherò di implementare queste cose. Ma per il momento, ne sono felice. Spero che questo piccolo tester sia utile, quindi lo condivido con tutti voi. Nota: smaltisci correttamente le batterie difettose. Dichiarazione di non responsabilità: stai lavorando con Li -Batteria agli ioni che è altamente esplosiva e pericolosa. Non posso essere ritenuto responsabile per eventuali perdite di proprietà, danni o perdite di vite umane in tal caso. Questo tutorial è stato scritto per coloro che hanno conoscenze sulla tecnologia ricaricabile agli ioni di litio. Si prega di non tentare questo se sei un principiante. Rimanga sicuro.

Passaggio 1: parti e strumenti necessari:

Parti richieste: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Display OLED da 0,96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Resistenze (4 x 10 K, 1/4 W) (Amazon / Banggood) 5. Resistenza di alimentazione (10 R, 10 W) (Amazon) 6. Terminali a vite (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototype Board (Amazon / Banggood) 9. 18650 Portabatterie (Amazon)

10. Batteria 18650 (GearBest/Banggood)11. Distanziatori (Amazon / Banggood) Strumenti necessari: 1. Tagliafili / Spelafili (Gear Best) 2. Strumento per saldatore (Amazon / Banggood) utilizzato: caricatore IMAX Balance (Gearbest / Banggood)

Pistola per termometro a infrarossi (Amazon/Gearbest)

Passaggio 2: schematico e funzionante

Schema:

Per capire facilmente lo schema, l'ho disegnato anche su una tavola perforata. Le posizioni dei componenti e del cablaggio sono simili alla mia scheda attuale. Le uniche eccezioni sono il cicalino e il display OLED. Nella scheda reale, sono all'interno, ma nello schema sono all'esterno.

Il design è molto semplice ed è basato su Arduino Nano. Un display OLED viene utilizzato per visualizzare i parametri della batteria. 3 terminali a vite sono utilizzati per il collegamento della batteria e della resistenza di carico. Un cicalino viene utilizzato per dare diversi avvisi. Il circuito a due divisori di tensione viene utilizzato per monitorare le tensioni attraverso la resistenza di carico. La funzione del MOSFET è quella di collegare o scollegare la resistenza di carico con la batteria.

Lavorando:

Arduino controlla lo stato della batteria, se la batteria è buona dare il comando di accendere il MOSFET. Consente alla corrente di passare dal terminale positivo della batteria, attraverso il resistore, e il MOSFET quindi completa il percorso di ritorno al terminale negativo. Questo scarica la batteria per un periodo di tempo. Arduino misura la tensione ai capi della resistenza di carico e poi la divide per la resistenza per scoprire la corrente di scarica. Moltiplicato per il tempo per ottenere il valore in milliampere-ora (capacità).

Passaggio 3: misurazione di tensione, corrente e capacità

Misurazione della tensione

Dobbiamo trovare la tensione ai capi della resistenza di carico. Le tensioni vengono misurate utilizzando due circuiti divisori di tensione. Consiste di due resistori con valori 10k ciascuno. L'uscita dal divisore è collegata ai pin analogici A0 e A1 di Arduino.

Il pin analogico Arduino può misurare la tensione fino a 5V, nel nostro caso la tensione massima è 4.2V (completamente carica). Quindi potresti chiedere perché sto usando due divisori inutilmente. Il motivo è che il mio piano futuro è di utilizzare lo stesso tester per la batteria multi-chimica. Quindi questo design può essere adattato facilmente per raggiungere il mio obiettivo.

Misurazione corrente:

Corrente (I) = Tensione (V) - Caduta di tensione attraverso il MOSFET / Resistenza (R)

Nota: presumo che la caduta di tensione sul MOSFET sia trascurabile.

Qui, V = Tensione attraverso il resistore di carico e R = 10 Ohm

Il risultato ottenuto è in ampere. Moltiplica 1000 per convertirlo in milliampere.

Quindi corrente di scarica massima = 4,2 / 10 = 0,42 A = 420 mA

Misurazione della capacità:

Carica immagazzinata (Q) = Corrente (I) x Tempo (T).

Abbiamo già calcolato la corrente, l'unica incognita nell'equazione sopra è il tempo. La funzione millis() in Arduino può essere utilizzata per misurare il tempo trascorso.

Passaggio 4: selezione della resistenza di carico

La selezione della resistenza di carico dipende dalla quantità di corrente di scarica di cui abbiamo bisogno. Supponiamo di voler scaricare la batteria a 500mA, quindi il valore del resistore è

Resistenza (R) = Tensione massima della batteria / Corrente di scarica = 4,2 /0,5 = 8,4 Ohm

Il resistore deve dissipare un po' di potenza, quindi in questo caso le dimensioni contano.

Calore dissipato = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 =2,1 Watt

Mantenendo un certo margine puoi scegliere 5W. Se vuoi più sicurezza usa 10W.

Ho usato un resistore da 10 Ohm, 10 W invece di 8,4 Ohm perché era nel mio magazzino in quel momento.

Passaggio 5: selezione del MOSFET

Qui MOSFET agisce come un interruttore. L'uscita digitale dal pin D2 di Arduino controlla l'interruttore. Quando il segnale 5V (HIGH) viene alimentato al gate del MOSFET, consente alla corrente di passare dal terminale positivo della batteria, attraverso il resistore, e il MOSFET completa quindi il percorso di ritorno al terminale negativo. Questo scarica la batteria per un periodo di tempo. Quindi il MOSFET dovrebbe essere scelto in modo tale da poter gestire la massima corrente di scarica senza surriscaldarsi.

Ho usato un MOSFET-IRLZ44 di potenza a livello logico a canale n. La L mostra che si tratta di un MOSFET a livello logico. Un MOSFET a livello logico significa che è progettato per accendersi completamente dal livello logico di un microcontrollore. Il MOSFET standard (serie IRF, ecc.) è progettato per funzionare da 10V.

Se si utilizza un MOSFET della serie IRF, non si accenderà completamente applicando 5V da Arduino. Voglio dire che il MOSFET non trasporterà la corrente nominale. Per sintonizzare questi MOSFET è necessario un circuito aggiuntivo per aumentare la tensione di gate.

Quindi consiglierò di utilizzare un MOSFET a livello logico, non necessariamente IRLZ44. Puoi anche usare qualsiasi altro MOSFET.

Passaggio 6: display OLED

Per visualizzare la tensione della batteria, la corrente di scarica e la capacità, ho utilizzato un display OLED da 0,96 . Ha una risoluzione 128x64 e utilizza il bus I2C per comunicare con Arduino. Due pin SCL (A5), SDA (A4) in Arduino Uno sono utilizzati per comunicazione.

Sto usando la libreria U8glib per visualizzare i parametri. Per prima cosa devi scaricare la libreria U8glib. Quindi installarla.

Se vuoi iniziare a visualizzare OLED e Arduino, fai clic qui

I collegamenti dovrebbero essere i seguenti

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Passaggio 7: cicalino di avviso

Per fornire avvisi o avvisi diversi, viene utilizzato un cicalino piezoelettrico. I diversi avvisi sono

1. Bassa tensione della batteria

2. Batteria ad alta tensione

3. Nessuna batteria

Il cicalino ha due terminali, quello più lungo è positivo e quello più corto è negativo. L'adesivo sul nuovo cicalino ha anche il segno " + " per indicare il terminale positivo.

I collegamenti dovrebbero essere i seguenti

Cicalino Arduino

D9 Terminale positivo

GND Terminale negativo

In Arduino Sketch, ho usato una funzione separata beep() che invia il segnale PWM al cicalino, attende un piccolo ritardo, quindi lo spegne, quindi ha un altro piccolo ritardo. Quindi, emette un segnale acustico una volta.

Passaggio 8: creare il circuito

Nei passaggi precedenti, ho spiegato la funzione di ciascuno dei componenti del circuito. Prima di saltare per realizzare la scheda finale, prova prima il circuito su una breadboard. Se il circuito funziona perfettamente sulla breadboard, passa a saldare i componenti sulla scheda prototipo.

Ho usato una scheda prototipo di 7 cm x 5 cm.

Montaggio del Nano: prima tagliare due file di pin femmina con 15 pin ciascuna. Ho usato una pinza diagonale per tagliare le intestazioni. Quindi saldare i pin dell'intestazione. Assicurati che la distanza tra i due binari si adatti all'arduino nano.

Montaggio del display OLED: tagliare un'intestazione femmina con 4 pin. Quindi saldarlo come mostrato nell'immagine.

Montaggio dei terminali e dei componenti: saldare i componenti rimanenti come mostrato nelle immagini

Cablaggio: Realizzare il cablaggio come da schema. Ho usato fili colorati per realizzare il cablaggio, in modo da poterli identificare facilmente.

Passaggio 9: montaggio dei distanziatori

Dopo la saldatura e il cablaggio, montare i distanziatori ai 4 angoli. Fornirà spazio sufficiente ai giunti di saldatura e ai fili da terra.

Passaggio 10: software

Il software svolge le seguenti attività

1. Misurare le tensioni

Prendendo 100 campioni ADC, aggiungendoli e calcolando la media del risultato. Questo viene fatto per ridurre il rumore.

2. Controllare le condizioni della batteria per avvisare o avviare il ciclo di scarica

Avvisi

i) Basso-V!: Se la tensione della batteria è inferiore al livello di scarica più basso (2,9 V per Li Ion)

ii) Alto-V!: Se la tensione della batteria è superiore alla condizione di carica completa

iii) Nessuna batteria!: Se il portabatterie è vuoto

Ciclo di scarico

Se la tensione della batteria è compresa tra la bassa tensione (2,9 V) e l'alta tensione (4,3 V), inizia il ciclo di scarica. Calcolare la corrente e la capacità come spiegato in precedenza.

3. Visualizza i parametri sull'OLED

4. Registrazione dati su monitor seriale

Scarica il codice Arduino allegato di seguito.

Passaggio 11: esportazione di dati seriali e stampa su foglio Excel

Per testare il circuito, per prima cosa ho caricato una buona batteria Samsung 18650 utilizzando il mio caricabatterie IMAX. Quindi metti la batteria nel mio nuovo tester. Per analizzare l'intero processo di scarico, esporto i dati seriali su un foglio di calcolo. Poi ho tracciato la curva di scarico. Il risultato è davvero fantastico. Ho usato un software chiamato PLX-DAQ per farlo. Potete scaricarlo qui.

Puoi seguire questo tutorial per imparare a usare PLX-DAQ. È molto semplice.

Nota: funziona solo in Windows.

Passaggio 12: Conclusione

Dopo alcuni test concludo che il risultato del tester è abbastanza ragionevole. Il risultato è da 50 a 70 mAh di distanza da un risultato del tester di capacità della batteria di marca. Utilizzando una pistola per la temperatura IR, ho misurato anche l'aumento di temperatura nel resistore di carico, il valore massimo è 51 gradi C.

In questo design la corrente di scarica non è costante, dipende dalla tensione della batteria. Quindi la curva di scarica tracciata non è simile alla curva di scarica indicata nella scheda tecnica di fabbricazione della batteria. Supporta solo una singola batteria agli ioni di litio.

Quindi nella mia versione futura cercherò di risolvere le carenze di cui sopra nella V1.0.

Credito: Vorrei dare credito ad Adam Welch, il cui progetto su YouTube mi ha ispirato per iniziare questo progetto. Puoi guardare il suo video su YouTube.

Si prega di suggerire eventuali miglioramenti. Sollevare un commento in caso di errori o errori.

Spero che il mio tutorial sia utile. Se ti piace, non dimenticare di condividere:)

Iscriviti per altri progetti fai-da-te. Grazie.