Arduino Nano 4x 18650 älykäs laturi / purkaja: 20 vaihetta

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

Tämä on minun Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger Open Source Project.

Tämä laite saa virtansa 12V 5A. Se voi saada virtaa tietokoneen virtalähteestä.

Linkit

Akkuportaali:

Osaluettelo:

Kaavio:

PCB Gerber Files:

Lähdekoodi:

Facebook -ryhmä:

Foorumi:

Tarkista tietokantatilastosivuni kaikista tällä hetkellä käsitellyistä paristoista:

Lahjoita:

Historia

Halusin tehdä älykkään Arduinolla toimivan laturin, purkajan akkutesterin, jossa voisi olla viivakoodinlukija, joka skannaa paristojen viivakoodit ja syöttää kaikki tiedot online -tietokantaportaaliin. Näin voisin lajitella ja analysoida oikein kaikki kierrätetyt litiumakut.

Versio 1: Aloitin alun perin käyttämällä yksipuolista PCB: tä, joka on jyrsitty CNC: lläni. Tässä yksikössä oli vain yksi kenno, ja se pystyi lataamaan, purkamaan ja testaamaan millioomia.

Versio 2.2: Siirryin käyttämään pienempiä piirilevyjä, jotka oli syövytetty, ja minulla oli kaksi solumoduulia Arduino UNO: ssa.

Versio 3.2: Käytin samoja pienempiä piirilevyjä, mutta käytin Arduino Mega -laitetta ja asensin kaiken akryylitelineelle. Olin alun perin suunnitellut 16 moduulia, mutta päädyin käyttämään vain 8 solumoduulia, koska olisin tarvinnut käyttää analogisia signaalimultipleksereitä, ja johdotus oli jo erittäin sotkuinen.

Arduino Mega 8x -laturi / -purkaja 1.1: Suunnittelin piirilevyn helppoon EDA: han Arduino Mega 8x -laturille / -purkaimelle. Siinä on 20 x 4 tuuman nestekidenäyttö, kiertokooderi, SD -kortinlukija (ei koskaan käytetty), Ethernet, USB -isäntä viivakoodin skannaamiseen suoraan Arduinoon.

Arduino Mega 8x laturi / purkaja 1.2+: Myöhemmin tein pieniä muutoksia ja lisäsin ESP8266 -sovittimen WIFI -viestintään.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.0: Aloitin suunnitella 4x -version, jotta se olisi paljon halvempi ja helpompi rakentaa. Tässä versiossa ei ole viivakoodinlukijaa, mutta se kommunikoi Vortex IT -akkuportaalin kanssa lähettääkseen ja vastaanottaakseen tietoja Internetin kautta.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.1: Tähän on tehty pieniä muutoksia versiosta 1.0, koska sen suunnittelussa oli pieniä virheitä ja tämä versio julkaistiin yleisölle.

Vaihe 1: Hanki komponentit

PCB Gerber -tiedostot

PCB Gerber Files:

Pääkomponentit

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino -sovitin x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 Sarja x1 AliExpresseBay
• Paristopidike 4 x 18650 x 1 AliExpresseBay
• TP5100 -moduuli x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 Moduuli x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 -kanta x1 AliExpresseBay
• Lämpötila -anturi DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Kosketuskytkin 6 mm x 1 AliExpresseBay
• Liitin KF301-2P 5,08 mm x4 AliExpresseBay
• DC -liitin 5,5 x 2,1 mm x 1 AliExpresseBay
• Vastuksen hiilikalvo 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Kartiomaiset kumijalat 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Eristyslevyt 3x7x0,8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12 mm litteä pää ruostumatonta terästä 304 kuusiokoloruuvi x20 AliExpresseBay
• M3 304 Ruostumaton teräs 304 Kuusiomutterit x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18 mm messinki F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35 mm messinki F-F x4 AliExpresseBay
• Otsikko Naaras 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Otsikot Uros 2.54mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Yläosa Naaras Oikea kulma 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB-ESP8266 ESP-01-ohjelmoija x1 AliExpresseBay
• 5V aktiivinen summeri x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

THT (läpireikä) -komponenttivaihtoehto

• 10k - 1/4w vastus THT x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/4w vastus THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4w vastus THT x8 AliExpresseBay
• P-kanava MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-kanavainen MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• NPN-transistori BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Diodi IN4007 x2 AliExpresseBay

SMD (Surface Mount) -komponenttivaihtoehto

• 10k - 1/8w vastus SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/8w vastus SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w vastus SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-kanavainen Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• P-kanava MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• NPN -transistori SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Diodi 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Työkalut

• Juotoslanka 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Diagonaaliset pihdit AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD -juotosrework -asema AliExpresseBay
• UNI-T UT39A digitaalinen yleismittari AliExpresseBay
• Langanpoistoaineet AliExpresseBay
• Viivakoodinlukija AliExpresseBay
• Viivakooditulostin AliExpresseBay
• Viivakooditarrat 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• MECHANIC Solder Paste AliExpresseBay
• Antistaattiset pinsetit AliExpresseBay
• Kolmannen käden juotosjalusta AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM No-Clean Solder Flux AliExpresseBay
• Juotos Wick AliExpresseBay
• Tarkka magneettinen ruuvimeisselisarja AliExpresseBay

Saat päivitetyn luettelon verkkosivustoltani:

Vaihe 2: Juotosvastukset, transistorit ja MOSFETit

Joko SMD- tai THT-juotos (ei molemmat) 1K-, 4,7K-, 10K-, P-kanava-, N-kanava- ja NPN-komponentit

Vaihe 3: Juotos otsikoissa ja DIP -pistorasiassa

Juottaa nanon kaksi 15 -napaista naarasliitintä, 16x CD74HC4067 -multiplekserit 8 -nastaiset ja 16 -nastaiset naarasliittimet, ESP8266 -sovittimet 4 -napainen naaras, LCD -4 -napainen naaras ja 74HC595N Shift -rekisterit 16 -nastaiseen DIP -liitäntään.

Huomaa: juota kaikki komponentit silkkipuolen puolelle.

Vaihe 4: Juotosperuskomponentit

Juotos ja asenna 5,5 mm: n tasavirtaliitin, Arduino Nano 328p, CD74HC4067 -multiplekseri ja 74HC595N -siirtorekisteri.

Kun juotetaan Arduino Nano ja Multiplexer, suosittelen ensin asettamaan urospistoke nastat naaraspuolisiin otsatappeihin ja sitten juottamaan komponentin paikalleen.

Vaihe 5: Juotos Dallas DS18B20 -lämpötila

Aseta ensin kaksi 3 mm x 7 mm x 0,8 mm: n eristävää aluslevyä kuhunkin Dallas -anturiin (tätä käytetään luomaan tilaa piirilevystä, jotta et mittaa piirilevyn lämpötilaa)

Juotetaan 4x Dallas -anturit yläkerrokselle kullekin solumoduulille ja ympäristön anturi alakerrokselle.

Varo silittämästä juotosliitoksia TO-92-juotoslevyillä. Kun juotos on mitattu dioditilassa monimetrilläsi minkä tahansa Dallas-anturin jalan välissä (kaikki on kytketty rinnakkain)

Juotos 5 V: n aktiivinen summeri yläkerrokseen, jossa + (positiivinen) nasta on Arduino Nano

Vaihe 6: Juotos diodissa

Juotos diodissa CD74HC4067 -multiplekserin alla

On hyvä käytäntö puhdistaa virtaus isopropyylialkoholilla.

Vaihe 7: Testaa ja säädä nestekidenäytön kontrastia / sarjahyppyjä

Nestekidenäytön kontrasti

Liitä LCD -sarjan 4 -napainen naaras 4 -napaiseen uros -> naaraspuoliseen Dupont -hyppyjohtoon. Varmista, että muodostat yhteyden oikein:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Lataa Arduino -luonnos githubista: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Irrota USB -johto ja käytä 12 V: n virtajohtoa 5,5 mm: n DC -liittimessä (+ positiivinen keskipiste / - negatiivinen ulompi)

Säädä potentiometriä sarjasovittimessa LCD -näytön CC tai CW takana, kunnes näet tekstin.

Kun olet tyytyväinen kontrastiin, poista Dupont Jumper -johdot.

Sarjapuserot

Liitä 2x 2,54 mm: n hyppyjohtimet nastoihin 1-2, jotta ohjelmistosarja kommunikoi ESP8266: n kanssa

Vaihe 8: PWM -tuuletin

Komponentit

Juotos seuraavat komponentit:

JST 2.0 PH 2 -nastainen liitin (Huomaa: silkkipaino on taaksepäin PCB -versiossa 1.11)

100uF 16V elektrolyyttikondensaattori

BD139 NPN -transistori

Diodi

Testata

Lataa Arduino -luonnos githubista: ASCD_Nano_Test_Fan

Irrota USB -johto ja käytä 12 V: n virtajohtoa 5,5 mm: n DC -liittimessä (+ positiivinen keskipiste / - negatiivinen ulompi)

Kytke 30 mm tuuletin

Tuulettimen pitäisi nopeuttaa ja pysähtyä

Vaihe 9: MOSFET -laitteiden testaus

N-kanavaisten vastuksen purkausmoduulien testaus

Lataa Arduino -luonnos githubista: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Irrota USB -johto ja käytä 12 V: n virtajohtoa 5,5 mm: n DC -liittimessä (+ positiivinen keskipiste / - negatiivinen ulompi)

Kun piirilevy on alempaa kerrosta kohti, aseta monimetri diodi- / jatkuvuustilaan.

Aseta negatiivinen anturi GND -lähteelle ja positiivinen anturi 1. moduulin kuormitusvastuksen liittimille oikealle puolelle (kuten kuvassa).

Monimittarisi pitäisi antaa äänimerkki 1 sekunnin ja sitten yhden sekunnin.

Toista tämä jokaiselle moduulille.

P-Channel TP5100 Charge MOSFET -laitteiden testaus

Lataa Arduino -luonnos githubista: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Sama kuin yllä, voit käyttää tätä luonnosta molemmissa testeissä)

Irrota USB -johto ja käytä 12 V: n virtajohtoa 5,5 mm: n DC -liittimessä (+ positiivinen keskipiste / - negatiivinen ulompi)

Kun piirilevy on alempaa kerrosta kohti, aseta monimetri DC-jännitemoodiin (yleensä 20 V: n alue).

Aseta negatiivinen anturi GND-lähteelle ja positiivinen anturi ensimmäisille moduuleille TP5100, oikea puoli + positiivinen liitin (kuten kuvassa). Toista tämä jokaiselle moduulille.

Vaihe 10: Hanki Dallas DS18B20 -lämpötila -anturisarjat

Lataa Arduino -luonnos githubista: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Jätä USB -kaapeli sisään. Älä kytke tuuletinta tai 12 V: n virtaa.

Avaa sarjamonitori Arduino IDE: ssä 115200 baudinopeudella.

Sen pitäisi tunnistaa / paikantaa 5x laitteita.

Kuumenna ensimmäinen DS18B20 -lämpötila -anturi juotosraudan yläkärjellä lyhyeksi ajaksi.

Huomautus: Moduulinumero on vasemmalta oikealle ja piirilevy ylöspäin yläkerroksessa

Sen pitäisi tulostaa "Havaittu akku: 1" ja sitten "Lämmitä akkuanturi: 2"

Tämä käy läpi jokaisen 4 x moduulin, kunnes se sanoo "Havaittu ympäristön anturi valmis"

Se näyttää kaikkien DS18B20 -lämpötila -anturien heksadesimaaliset sarjanumerot alareunassa.

Kopioi 5x sarjanumerot ja liitä ne sitten kohtaan "Temp_Sensor_Serials.h" ASCD_Nano_1-0-0-luonnoksen sisällä. Varmista, että lähetät viimeisen pilkun (näkyy kuvassa)

Huomautus: Jos saat 99 celsiusasteen lämpötilan, se tarkoittaa, että anturin lukemisessa on virhe. Joko sarja on väärä tai laite on viallinen.

Vaihe 11: Asenna ja testaa TP5100 -latausmoduulit

Asentaa

Leikkaa veitsellä tai joillakin diagonaalisilla pihdeillä 20x yksittäinen uros 2,54 mm: n otsat.

Aseta 5x urosliitintä TP5100 -moduulin kohdalle piirilevyn pohjakerrokseen. Suosittelen laittamaan pitkän sivun alas reiän läpi.

Aseta TP5100 -moduuli jokaiseen moduuliin ja juota se paikalleen. Käytä pinsettejä miespuolisten otsikoiden käsittelyyn, jos ne eivät kohdistu.

Piirilevyn ylimmässä kerroksessa juotetaan liittimet mahdollisimman tasaisiksi piirilevyn kanssa. (Sinun on asennettava muovinen akun pidike päälle, jotta mitä vähemmän ulos, sitä parempi)

Huomautus: Varmista, että liität TP5100: n laturin. Se on lähin nasta VCC: n vieressä GND: ssä P-kanavan MOSFETin yläpuolella

Testata

Lataa Arduino -luonnos githubista: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Sama kuin yllä, voit käyttää tätä luonnosta molemmissa testeissä)

Irrota USB -johto ja käytä 12 V: n virtajohtoa 5,5 mm: n DC -liittimessä (+ positiivinen keskipiste / - negatiivinen ulompi)

Kaikkien TP5100 -moduulien tulisi kytkeytyä päälle 1 sekunniksi ja sammuttaa 1 sekunniksi.

Vaihe 12: Poraa DS18B20 -lämpötila -anturin tyhjennysreiät

Tarvittavat työkalut

• 0,7 mm: n poranterä tai terä
• 3 mm: n poranterä (valinnainen)
• 6,5 mm - 7 mm poranterä

Porata

Hanki tyhjä piirilevy ja 4x 18650 -paristopidike

Asenna 4x 18650 -paristopidike + -merkinnällä levyn yläreunaan

Merkitse reiän kohdat 0,7 mm: n poranterällä tai kirjottimella jokaisen TO-92 DS18B20 -lämpötila-anturin keskitapin kautta

Irrota 4x 18650 -paristopidike ja poraa 6,5 mm - 7 mm reikä. Suosittelen ensin käyttämään pienempää poranterää.

Testaa 4x 18650 -paristopidikkeen asennus ja tarkista, onko DS18B20 -lämpötila -anturilla riittävästi tilaa.

Huomautus: Älä juota 4x 18650 -paristopidikettä ennen kuin kaikki muut osat on juotettu.

Vaihe 13: Asenna purkausvastukset

Kiinnitys- ja juotosotsikot

Asenna ensin otsikot. Voit käyttää joko 5,08 mm: n ruuviliitintä tai JST 2,54 mm: n urospäätä.

Huomautus: Käytän jotain blu -liimaa pitämään otsikko / pääte paikallaan juottamisen aikana.

Juottaa ne sisään.

Mittaa vastusten ohmia (valinnainen)

Mittaa, numeroi ja kirjaa kunkin vastuksen vastus.

Käytän tähän LCR-T4-testeriäni. Voit käyttää laadukasta monimetriä (tämä ei ole 100% tarkka, mutta on hyvä perusmittaus)

Muokkaa Arduino-luonnosta githubista: ASCD_Nano_1-0-0 lisää muutetut vastusarvot.

Asenna vastukset

Tässä esimerkissä käytän 5,08 mm: n ruuviliittimiä ja hämmästyn jokaisen langankierrevastuksen. Myöhemmin lisään portaat alumiinipäällysteisille vastuksille jäähdytyselementille.

Vaihe 14: Juotetaan lopulliset komponentit

Juotos 4x 18650 paristopidikkeessä.

Huomautus: Sinun on ehkä leikattava jotkut koskettimet alas joillakin huuhtelu- / diagonaalipihdeillä.

Juotos 6 mm: n painike.

Vaihe 15: Asenna kaikki laitteet

Arduino ESP8266 -sovitin

4x Käytä M2.5-seisokkia M-F tai F-F

8x M2.5-ruuvia tai 4x M2.5-ruuvia ja 4x M2.5-mutteria riippuen siitä, käytätkö M-F- tai F-F-seisokkia

Käytä suorakulmaista 4 -nastaista 2,54 mm: n liitintä naaras -urosliittimien liittämiseen.

Huomaa: saatat joutua tinaamaan liittimen hyvän liitoksen saamiseksi, jos se on löysä.

LCD -näyttö

4x M3 Standoff 18mm messinki F-F ja 8x M3 x 12mm ruuvit nestekidenäyttöön

Tuuletin

Vain 3D -tulostettu kotelo: Kierrä joitakin M3 x 18 mm ruuveja ja tuulettimen ruuvinreiät lisäävät tuulettimen.

Vaihe 16: Lataa Arduino Nano Sketch

Tarkista ennen luonnoksen lataamista Arduinon jännitteensäätimen 5 V: n jännite. Nestekidenäytössä on kaksi mittapistettä.

Muokkaa Arduino-luonnosta githubista: ASCD_Nano_1-0-0 Vaihda tämä Arduino-luonnoksen rivi jänniteluokkaan

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V Arduinon lähtö

Voit myös muuttaa muita mukautettuja asetuksia testaustarpeidesi mukaan

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

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V Arduino const float -lähtö defaultBatteryCutOffVoltage = 2.8; // Jännite, jonka purkaus pysäyttää const tavu restTimeMinutes = 1; // Akun lepoaika latauksen jälkeen minuutteina. 0-59 ovat kelvollisia const int lowMilliamps = 1000; // Tämä on Milli -vahvistimien arvo, jota pidetään matalana ja joka ei lataudu uudelleen, koska sen katsotaan olevan viallinen const int highMilliOhms = 500; // Tämä on Milli -ohmin arvo, jota pidetään korkeana ja akkua pidetään viallisena const int offsetMilliOhms = 0; // Siirtymän kalibrointi Milli -ohmin vakiotavu -lataukselleTimeout = 8; // Aikakatkaisu tunteina latausvakion tavun tempThreshold = 7; // Varoitusraja asteina alkuperäisen lämpötilan yläpuolella // Suurin kynnys asteina alkuperäisen lämpötilan yläpuolella - Pidetään virheellisenä kelluvana paristona VolatgeLeak = 0,50; // Tarkkaile aloitusnäytössä "BATTERY CHECK" kunkin moduulin korkeinta jännitettä ja aseta tämä arvo hieman korkeammaksi vakitavuksi moduleCount = 4; // Moduulien lukumäärä const tavu screenTime = 4; // Aika sekunneissa (syklit) aktiivista näyttöä kohden sisäinen purkausReadInterval = 5000; // Aikavälit purkauslukemien välillä. Säädä mAh +/

Liitä Arduino Nano tietokoneeseen ja lataa ASCD_Nano_1-0-0-luonnos

Saatat joutua käyttämään ATmega328P: tä (vanha käynnistyslatain) Arduino IDE: n prosessorina

Valitse oikea COM -portti ja lataa luonnos

Vaihe 17: Lataa ESP8266 -luonnos

Jos et ole jo rekisteröinyt Vortex It - Battery Portal -tiliäsi, siirry seuraavaan vaiheeseen.

Sinun on asennettava ESP8266 Arduino Addon Arduino IDE -laitteeseesi käyttämällä tätä opasta:

Muuta seuraavaa ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino-luonnoksessa

const char ssid = ""; -> WIFI -reitittimiisi

SSID -tunnusmerkki salasana = ""; -> WIFI -reitittimen salasanaan

const char userHash = ""; -> UserHashiin (hanki tämä Vortex It Battery Portal -palvelun "Laturi / purku -valikko -> Näytä" -valikosta)

const tavu CDUnitID =; -> CDUnitID -tunnuksellesi (Hanki tämä "Laturi / purkausvalikko -> Näkymä -> Valitse laturi / purkaja" Vortex It -akkuportaalista)

Käytä USB-liitäntää ESP8266 ESP-01 -ohjelmoijaan ladataksesi luonnoksen ESP8266_Wifi_Client_01.ino ESP8266-laitteeseen PROG-kytkimellä

Vaihe 18: Määritä Vortex It - akkuportaalitili

Siirry osoitteeseen

Jos et ole jo rekisteröitynyt tiliä varten.

Kirjaudu sisään tunnuksillasi

Valitse valikosta "Laturi / purkaja" -> "Uusi"

Valitse avattavasta luettelosta "Arduino 4x C/D"

Napsauta "Uusi laturi / purkaus"

Valitse valikosta "Laturi / purkaja" -> "Näytä"

Valitse avattavasta luettelosta "xx - Arduino 4x C/D" (jossa xx on CDUnitID)

Älä käytä UserHash- ja CDUnitID -tunnuksiasi

Napsauta "Live View Module" nähdäksesi laturin / purkajan verkossa

Vaihe 19: Valinnainen - Tee 3D -tulostettu kotelo

Jos sinulla on 3D -tulostin, voit tulostaa suunnittelemani kotelon. Voit vapaasti tehdä oman tyylisi kotelosta ja jakaa sen:

Fusion 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Vaihe 20: Aloita 18650 solun testaus

Aseta paristot kennomoduuleihin ja siirry viivakoodien "Live View Module" -sivun skannaukseen ja olet pois päältä.