DIY Arduino -akun kapasiteettimittari - V1.0: 12 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

[Toista video] Olen pelastanut niin paljon vanhoja kannettavia paristoja (18650) käyttääkseni niitä uudelleen aurinkoenergiaprojekteissani. Akun hyviä kennoja on erittäin vaikea tunnistaa. Aiemmin jossakin Power Bank Instructable -sovelluksessa olen kertonut, kuinka tunnistaa hyvät kennot mittaamalla niiden jännitteet, mutta tämä menetelmä ei ole lainkaan luotettava. Joten halusin todella tapaa mitata jokaisen solun tarkka kapasiteetti jännitteiden sijasta.

Päivitys 30.10.2019

Näet uuden versioni

Muutama viikko sitten olen aloittanut projektin perusteista. Tämä versio on todella yksinkertainen, joka perustuu Ohmin lakiin. Testerin tarkkuus ei ole 100% täydellinen, mutta se antaa kohtuullisia tuloksia, joita voidaan käyttää ja verrattuna muihin akkuihin, joten voit helposti tunnistaa hyvät kennot vanhasta akusta. Jatkossa yritän toteuttaa nämä asiat. Mutta toistaiseksi olen tyytyväinen siihen. -Ion -akku, joka on erittäin räjähtävä ja vaarallinen. En voi olla vastuussa mistään omaisuuden menetyksestä, vahingosta tai ihmishengen menetyksestä, jos se tapahtuu. Tämä opetusohjelma on kirjoitettu niille, joilla on tietoa ladattavasta litiumionitekniikasta. Älä yritä tätä, jos olet aloittelija. Pysy turvassa.

Vaihe 1: Tarvittavat osat ja työkalut:

Tarvittavat osat: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0,96 OLED -näyttö (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Vastukset (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Tehovastus (10R, 10W) (Amazon) 6. Ruuviliittimet (3 numeroa) (Amazon / Banggood) 7. summeri (Amazon / Banggood) 8. prototyyppikortti (Amazon / Banggood) 9. 18650 akun pidike (Amazon)

10. 18650 Akku (GearBest / Banggood) 11. Välikappaleet (Amazon / Banggood) Tarvittavat työkalut: 1. Lankaleikkuri / strippaus (Gear Best) 2. Juotosrauta (Amazon / Banggood) Käytetty väline: IMAX -tasapainolaturi (Gearbest / Banggood)

Infrapunalämpömittari (Amazon /Gearbest)

Vaihe 2: Kaavio ja työskentely

Kaavio:

Kaavion ymmärtämiseksi helposti, olen piirtänyt sen myös rei'itetylle levylle. Komponenttien ja johdotusten sijainnit ovat samanlaisia kuin varsinainen levyni. Ainoat poikkeukset ovat summeri ja OLED -näyttö. Todellisessa taulussa ne ovat sisällä, mutta kaaviossa ne ovat ulkona.

Suunnittelu on hyvin yksinkertainen, joka perustuu Arduino Nanoon. Akun parametrien näyttämiseen käytetään OLED -näyttöä. 3 ruuviliitintä käytetään akun ja kuormituksen kestävyyden liittämiseen. Äänimerkkiä käytetään erilaisten hälytysten antamiseen. Kaksi jännitteenjakajapiiriä käytetään kuormitusresistanssin jännitteiden valvontaan. MOSFETin tehtävänä on kytkeä tai irrottaa kuormitusvastus akun kanssa.

Työskentely:

Arduino tarkistaa akun tilan, jos akku on hyvä, anna komento kytkeä MOSFET päälle. Se sallii virran kulkea akun positiivisesta navasta vastuksen läpi, ja MOSFET suorittaa sitten polun takaisin negatiiviseen napaan. Tämä tyhjentää akun tietyn ajan kuluessa. Arduino mittaa jännitteen kuormitusvastuksen poikki ja jakaa sen sitten vastuksella selvittääkseen purkausvirran. Kerro tämä ajan kanssa milliampeeritunnin (kapasiteetti) arvon saamiseksi.

Vaihe 3: Jännitteen, virran ja kapasiteetin mittaus

Jännitteen mittaus

Meidän on löydettävä jännite kuormitusvastuksesta. Jännitteet mitataan käyttämällä kahta jännitteenjakajapiiriä. Se koostuu kahdesta vastuksesta, joiden arvot ovat 10k. Jakajan lähtö on kytketty Arduinon analogisiin nastoihin A0 ja A1.

Arduinon analoginen tappi voi mitata jännitteen jopa 5 V: iin, maksimijännite on 4,2 V (täysin ladattu). Sitten voit kysyä, miksi käytän kahta jakajaa tarpeettomasti. Syy on se, että tulevaisuudensuunnitelmani on käyttää samaa testeriä monikemiallisessa akussa. Joten tätä muotoilua voidaan helposti mukauttaa tavoitteeni saavuttamiseksi.

Nykyinen mittaus:

Virta (I) = Jännite (V) - Jännitehäviö MOSFET / vastus (R)

Huomautus: Oletan, että jännitehäviö MOSFETin yli on vähäinen.

Tässä V = jännite kuormitusvastuksen poikki ja R = 10 ohmia

Tulos on ampeereina. Kerro 1000 muuntaaksesi sen milliampeereiksi.

Joten suurin purkausvirta = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Kapasiteetin mittaus:

Tallennettu varaus (Q) = Nykyinen (I) x Aika (T).

Olemme jo laskeneet virran, ainoa tuntematon yllä olevasta yhtälöstä on aika. Arduinon millis () -toimintoa voidaan käyttää kuluneen ajan mittaamiseen.

Vaihe 4: Kuormitusvastuksen valinta

Kuormitusvastuksen valinta riippuu tarvitsemastamme purkausvirrasta. Oletetaan, että haluat purkaa akun 500 mA: n virralla, silloin vastuksen arvo on

Vastus (R) = Akun enimmäisjännite / purkausvirta = 4,2 / 0,5 = 8,4 ohmia

Vastuksen täytyy hajottaa vähän virtaa, joten koolla on merkitystä tässä tapauksessa.

Lämpöhäviö = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 = 2,1 wattia

Valitsemalla jonkin verran marginaalia voit valita 5W. Jos haluat lisää turvallisuutta, käytä 10W.

Käytin 10 ohmin, 10 watin vastusta 8,4 ohmin sijasta, koska se oli tuolloin varastossani.

Vaihe 5: MOSFETin valinta

Täällä MOSFET toimii kuin kytkin. Arduino -nastan D2 digitaalilähtö ohjaa kytkintä. Kun 5 V (HIGH) -signaali syötetään MOSFETin porttiin, se sallii virran kulkea akun positiivisesta navasta vastuksen läpi, ja MOSFET suorittaa sitten polun takaisin negatiiviseen napaan. Tämä tyhjentää akun tietyn ajan kuluessa. Joten MOSFET on valittava siten, että se pystyy käsittelemään suurimman purkausvirran ilman ylikuumenemista.

Käytin n-kanavaisen logiikkatason tehoa MOSFET-IRLZ44. L osoittaa, että se on logiikkatasoinen MOSFET. Logiikkataso MOSFET tarkoittaa, että se on suunniteltu kytkeytymään täysin päälle mikro -ohjaimen logiikkatasolta. Vakio MOSFET (IRF -sarja jne.) On suunniteltu toimimaan 10 voltin jännitteellä.

Jos käytät IRF -sarjan MOSFETia, se ei kytkeydy kokonaan päälle kytkemällä 5 V Arduinolta. Tarkoitan, että MOSFET ei kanna nimellisvirtaa. Näiden MOSFET -laitteiden virittämiseksi tarvitset lisäpiirin hilajännitteen lisäämiseksi.

Joten suosittelen käyttämään logiikkatason MOSFETia, ei välttämättä IRLZ44. Voit käyttää myös mitä tahansa muuta MOSFETia.

Vaihe 6: OLED -näyttö

Akun jännitteen, purkausvirran ja kapasiteetin näyttämiseen käytin 0,96 tuuman OLED -näyttöä. Siinä on 128 x 64 resoluutio ja se käyttää I2C -väylää kommunikoidakseen Arduinon kanssa. Kaksi nastaista SCL (A5), SDA (A4) Arduino Unossa viestintä.

Käytän U8glib -kirjastoa parametrien näyttämiseen. Ensin sinun on ladattava U8glib -kirjasto.

Jos haluat aloittaa OLED -näytön ja Arduinon käytön, napsauta tätä

Liitosten tulee olla seuraavat

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

Vaihe 7: Varoituksen summeri

Erilaisia varoituksia tai hälytyksiä käytetään pietsosummerilla

1. Akun alhainen jännite

2. akku korkea jännite

3. Ei akkua

Summerissa on kaksi liitintä, pidempi positiivinen ja lyhyempi jalka negatiivinen. Uuden summerin tarrassa on myös " +" -merkki, joka osoittaa positiivisen liittimen.

Liitosten tulee olla seuraavat

Arduino -summeri

D9 Positiivinen liitin

GND Negatiivinen pääte

Arduino Sketchissä olen käyttänyt erillistä toiminnon piippausta (), joka lähettää PWM -signaalin summerille, odottaa pientä viivästystä, kytkee sen pois päältä ja saa sitten toisen pienen viiveen. Näin se piippaa kerran.

Vaihe 8: Piirin tekeminen

Edellisissä vaiheissa olen selittänyt piirin kunkin komponentin toiminnan. Ennen kuin hyppäät viimeisen levyn valmistamiseksi, testaa ensin piiri leipälevyllä. Jos piiri toimii täydellisesti leipälevyllä, siirry sitten juottamaan prototyyppikortin komponentit.

Käytin 7 cm x 5 cm prototyyppilevyä.

Nanon asentaminen: Leikkaa ensin kaksi riviä naaraspuolista otsatappia, joissa on 15 nastaa kummassakin. Leikkasin otsikot diagonaalisella nippaimella, sitten juotin otsikkotapit Varmista, että kahden kiskon välinen etäisyys sopii arduino nanoon.

OLED -näytön asennus: Leikkaa naarasliitin 4 -nastaisella. Sitten juota se kuvan osoittamalla tavalla.

Liittimien ja komponenttien asentaminen: Juotos loput osat kuvien mukaisesti

Johdotus: Tee johdot kaavion mukaisesti. Käytin värilliset johdot johdotusten tekemiseksi, jotta voin tunnistaa ne helposti.

Vaihe 9: Väliseinien asennus

Juoton ja johdotuksen jälkeen asenna esteet neljään kulmaan, jolloin juotosliitoksille ja johtimille on riittävästi tilaa maasta.

Vaihe 10: Ohjelmisto

Ohjelmisto suorittaa seuraavat tehtävät

1. Mittaa jännitteet

Otetaan 100 ADC -näytettä, lisätään ne ja lasketaan tulos keskimäärin. Tämä tehdään melun vähentämiseksi.

2. Tarkista akun kunto varoituksen antamiseksi tai aloita purkausjakso

Hälytykset

i) Matala-V!: Jos akun jännite on alimman purkutason alapuolella (2,9 V Li -ion)

ii) Korkea-V!: Jos akun jännite on täyteen ladatun tilan yläpuolella

iii) Ei akkua!: Jos paristopidike on tyhjä

Purkausjakso

Jos akun jännite on matalan jännitteen (2,9 V) ja korkean jännitteen (4,3 V) sisällä, aloita purkausjakso Laske virta ja kapasiteetti edellä kuvatulla tavalla.

3. Näytä parametrit OLED -näytössä

4. Tietojen kirjaaminen sarjamonitorissa

Lataa alla oleva Arduino -koodi.

Vaihe 11: Sarjatietojen vieminen ja piirtäminen Excel -taulukkoon

Piirin testaamiseksi latasin ensin hyvän Samsung 18650 -akun IMAX -laturillani. Laita sitten akku uuteen testeriini. Analysoidakseni koko purkausprosessin, vien vien sarjatiedot laskentataulukkoon. Sitten piirsin purkauskäyrän. Tulos on todella upea. Käytin siihen ohjelmistoa nimeltä PLX-DAQ. Voit ladata sen täältä.

Voit käydä läpi tämän opetusohjelman oppiaksesi käyttämään PLX-DAQ: ta. Se on hyvin yksinkertainen.

Huomautus: Se toimii vain Windowsissa.

Vaihe 12: Johtopäätös

Muutaman testin jälkeen päättelen, että testerin tulos on varsin kohtuullinen. 51 astetta.

Tässä rakenteessa purkausvirta ei ole vakio, se riippuu akun jännitteestä, joten piirretty purkauskäyrä ei ole samanlainen kuin akun valmistusasiakirjassa annettu purkauskäyrä. Se tukee vain yhtä litiumioniakkua.

Joten tulevassa versiossa yritän ratkaista yllä olevat puutteet V1.0: ssa.

Luotto: Haluan kiittää Adam Welchia, jonka projekti YouTubessa inspiroi minua aloittamaan tämän projektin, voit katsoa hänen YouTube -videonsa.

Ehdottakaa parannuksia. Esitä kommentteja, jos sinulla on virheitä.

Toivottavasti opetusohjelma on hyödyllinen. Jos pidät siitä, älä unohda jakaa:)

Tilaa lisää DIY -projekteja. Kiitos.