DIY Arduino Tester kapacitete baterije - V2.0: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Danes so povsod ponarejene litijeve in NiMH baterije, ki se prodajajo z oglaševanjem z večjo zmogljivostjo kot njihova prava zmogljivost. Zato je res težko razlikovati med pravo in ponarejeno baterijo. Podobno je težko vedeti, kakšna je zmogljivost ohranjenih baterij za prenosne računalnike 18650. Torej je potrebna naprava za merjenje dejanske zmogljivosti baterij.

V letu 2016 sem napisal Instructable o "Arduino Capacity Tester - V1.0", ki je bila zelo preprosta in enostavna naprava. Prejšnja različica je temeljila na Ohmovem zakonu. Baterija, ki jo je treba preizkusiti, se izprazni skozi fiksni upor, tok in časovno trajanje se meri z Arduinom, zmogljivost pa se izračuna z množenjem obeh odčitkov (tok in čas praznjenja).

Pomanjkljivost prejšnje različice je bila, da se med preskušanjem, ko se napetost akumulatorja zmanjšuje, zmanjša tudi tok, zaradi česar so izračuni zapleteni in netočni. Da bi to odpravil, sem naredil V2.0, ki je zasnovan tako, da bo tok ves čas praznjenja ostal stalen. To napravo sem naredil tako, da sem navdihnil izvirno zasnovo podjetja MyVanitar

Glavne lastnosti preizkuševalnika zmogljivosti V2.0 so:

1. Zmožnost merjenja zmogljivosti AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer in Li FePO4 baterije. Primeren je za skoraj vse vrste baterij z nazivno močjo manj kot 5 V.

2. Uporabniki lahko s pomočjo gumbov nastavijo tok praznjenja.

3. Uporabniški vmesnik OLED

4. Napravo lahko uporabite kot elektronsko obremenitev

Posodobljeno 02.12.2019

Zdaj lahko PCB in komponente naročite skupaj v kompletu pri PCBWay

Izjava o omejitvi odgovornosti: Upoštevajte, da delate z Li-Ion baterijo, ki je zelo eksplozivna in nevarna. Ne morem biti odgovoren za izgubo premoženja, škodo ali izgubo življenja, če do tega pride. Ta vadnica je bila napisana za tiste, ki poznajo litij-ionsko tehnologijo za ponovno polnjenje. Prosim, ne poskušajte tega, če ste novinec. Ostani varen.

Zaloge

Uporabljene komponente

Zdaj naročite PCB in vse komponente za izdelavo tega projekta v kompletu iz PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. 0,96 -palčni zaslon OLED: Amazon / Banggood

5. Keramični upor: Amazon / Banggood

6. Kondenzator 100nF: Amazon / Banggood

7. Kondenzator 220uF: Amazon / Banggood

8. Upori 4.7K in 1M: Amazon / Banggood

9. Potisni gumb: Amazon / Banggood

10. Pokrovček z gumbi: Aliexpress

11. Vijačni terminal: Amazon / Banggood

12. Prototipna plošča: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. Cevi za ogrevanje: Amazon/ Banggood

15. Hladilnik: Aliexpress

Uporabljena orodja

1. Spajkalnik: Amazon / Banggood

2. Merilnik objemke: Amazon / Banggood

3. Multimeter: Amazon / Banggood

4. Vroči puhalo: Amazon / Banggood

5. Rezalnik žice: Amazon / Banggood

6. Odstranjevalec žice: Amazon / Banggood

1. korak: Shematski diagram

Celotna shema je razdeljena na naslednje razdelke:

1. Napajalni tokokrog

2. Krog konstantnega toka

3. Vezje za merjenje napetosti akumulatorja

4. Vezje uporabniškega vmesnika

5. Zvočni signal

1. Napajalni tokokrog

Napajalni tokokrog je sestavljen iz enosmernega priključka (7-9V) in dveh filtrirnih kondenzatorjev C1 in C2. Izhodna moč (Vin) je priključena na Arduino pin Vin. Tukaj uporabljam vgrajen regulator napetosti Arduino za znižanje napetosti na 5V.

2. Krog konstantnega toka

Jedrna komponenta vezja je Op-amp LM358, ki vsebuje dva operacijska ojačevalnika. Signal PWM iz Arduino pin D10 se filtrira z nizkoprepustnim filtrom (R2 in C6) in se dovaja v drugi operacijski ojačevalnik. Izhod drugega op-ojačevalnika je priključen na prvi op-amp v konfiguraciji sledilnika napetosti. Napajanje LM358 je filtrirano z ločevalnim kondenzatorjem C5.

Prvi op-amp, R1 in Q1 gradijo vezje konstantnega toka. Tako lahko zdaj nadzorujemo tok skozi obremenitveni upor (R1) s spreminjanjem širine impulza signala PWM.

3. Vezje za merjenje napetosti akumulatorja

Napetost akumulatorja se meri z analognim vhodnim zatičem A0 Arduino. Dva kondenzatorja C3 in C4 se uporabljata za filtriranje šumov, ki prihajajo iz tokokroga obremenitve konstantnega toka, kar lahko poslabša pretvorbo ADC.

4. Vezje uporabniškega vmesnika

Vezje uporabniškega vmesnika je sestavljeno iz dveh gumbov in 0,96-palčnega I2C OLED zaslona. Gumb gor in dol mora povečati ali zmanjšati širino impulza PWM. R3 in R4 sta vlečna upora za pritisk gor in dol C7 in C8 se uporabljata za odklepanje tipk, tretji gumb (RST) pa se uporablja za ponastavitev Arduina.

5. Zvočni signal

Zvočni signal se uporablja za opozarjanje na začetek in konec testa. 5V zvočni signal je priključen na Arduino digitalni pin D9.

2. korak: Kako deluje?

Teorija temelji na primerjavi napetosti invertirajočih (pin-2) in neinvertirajočih (pin-3) vhodov OpAmp, konfiguriranih kot enotni ojačevalnik. Ko nastavite napetost na neinvertirajoči vhod s prilagoditvijo signala PWM, izhod opampa odpre vrata MOSFET. Ko se MOSFET vklopi, tok teče skozi R1, ustvari padec napetosti, kar zagotavlja negativne povratne informacije OpAmpu. Upravlja MOSFET tako, da so napetosti na njegovih invertirnih in neinvertirajočih vhodih enake. Torej je tok skozi obremenitveni upor sorazmeren z napetostjo na neinvertirajočem vhodu OpAmp.

Signal PWM iz Arduina se filtrira z uporabo nizkoprehodnega filtrirnega vezja (R2 in C1). Za preverjanje delovanja signala PWM in filtrirnega vezja sem priključil svoj DSO ch-1 na vhod in ch-2 na izhodu filtrirnega vezja. Izhodna valovna oblika je prikazana zgoraj.

3. korak: Merjenje zmogljivosti

Tu se baterija izprazni na prag nizke napetosti (3,2 V).

Zmogljivost baterije (mAh) = Tok (I) v mA x Čas (T) v urah

Iz zgornje enačbe je jasno, da moramo za izračun kapacitete baterije (mAh) poznati tok v mA in čas v uri. Načrtovano vezje je konstantno tokovno obremenitveno vezje, zato tok praznjenja ostane konstanten v celotnem obdobju preskušanja.

Izpustni tok lahko prilagodite s pritiskom na gumb gor in dol. Čas se meri s časovnikom v kodi Arduino.

4. korak: Izdelava vezja

V prejšnjih korakih sem razložil delovanje vsake komponente v vezju. Preden skočite na zadnjo tablo, najprej preizkusite vezje na plošči. Če vezje deluje brezhibno na plošči, pojdite na spajkanje komponent na prototipni plošči.

Uporabil sem prototipno ploščo 7cm X 5cm.

Montaža Nano: Najprej izrežite dve vrsti ženskega zatiča s 15 zatiči v vsaki. Za rezanje glav sem uporabil diagonalno ščipalko. Nato spajkajte zatiče glave. Prepričajte se, da razdalja med obema tirnicama ustreza Arduino nano.

Montaža OLED zaslona: Žensko glavo izrežite s 4 zatiči. Nato ga spajkajte, kot je prikazano na sliki.

Montaža sponk in komponent: Ostale komponente spajkajte, kot je prikazano na slikah.

Ožičenje: Ožičenje izvedite v skladu s shemo. Za ožičenje sem uporabil barvne žice, da sem jih lahko zlahka identificiral.

5. korak: Zaslon OLED

Za prikaz napetosti baterije, izpraznjenega toka in zmogljivosti sem uporabil 0,96 -palčni zaslon OLED. Ima ločljivost 128x64 in uporablja vodilo I2C za komunikacijo z Arduinom. Uporabljata se dva zatiča SCL (A5), SDA (A4) v Arduino Uno za komunikacijo.

Za prikaz parametrov uporabljam knjižnico Adafruit_SSD1306.

Najprej morate prenesti Adafruit_SSD1306. Nato ga namestil.

Povezave naj bodo naslednje

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

Korak 6: Zvok za opozorilo

Za opozarjanje med začetkom in tekmovanjem se uporablja piezo zvočni signal. Zvočni signal ima dva priključka, daljši je pozitiven, krajša noga pa negativna. Na nalepki na novem zvočniku je označen tudi znak " +", ki označuje pozitivni terminal.

Ker prototipna plošča nima dovolj prostora za namestitev brenčalca, sem z dvema žicama priključil brenčalnik na glavno vezje. Za izolacijo gole povezave sem uporabil toplotno skrčljivo cev.

Povezave naj bodo naslednje

Zvočnik Arduino

D9 Pozitivni priključek

GND Negativni terminal

7. korak: Montiranje stožcev

Po spajkanju in ožičenju namestite stojala na 4 vogale. Spajkalnim spojem in žicam bo zagotovil zadostno razdaljo od tal.

8. korak: Oblikovanje tiskanih vezij

Shemo sem narisal s spletno programsko opremo EasyEDA, potem ko sem prešel na postavitev tiskanega vezja.

Vse komponente, ki ste jih dodali v shemo, morajo biti tam, zloženi drug na drugega, pripravljeni za postavitev in usmerjanje. Povlecite komponente tako, da jih primete za blazinice. Nato ga postavite v pravokotno mejo.

Vse komponente razporedite tako, da plošča zavzame minimalno prostora. Manjša kot je plošča, cenejši bodo stroški izdelave PCB. Koristno bi bilo, če bi imela ta plošča nekaj pritrdilnih lukenj, tako da jo je mogoče namestiti v ohišje.

Zdaj morate pot. Usmerjanje je najbolj zabaven del tega celotnega procesa. To je kot reševanje uganke! Z orodjem za sledenje moramo povezati vse komponente. Zgornji in spodnji sloj lahko uporabite, da se izognete prekrivanju med dvema različnima tiroma in skrajšate.

Za dodajanje besedila na ploščo lahko uporabite plast svile. Prav tako lahko vstavimo slikovno datoteko, zato dodam sliko logotipa svojega spletnega mesta za tiskanje na deski. Na koncu moramo z orodjem za površino bakra ustvariti osnovno površino tiskane plošče.

Lahko ga naročite pri PCBWay.

Prijavite se na PCBWay zdaj in pridobite kupon za 5 USD. To pomeni, da je vaše prvo naročilo brezplačno, le da morate plačati stroške pošiljanja.

Ko oddate naročilo, bom od PCBWay prejel 10% donacijo za prispevek k svojemu delu. Vaša majhna pomoč me bo morda spodbudila, da bom v prihodnje opravljal še bolj super delo. Hvala za sodelovanje.

9. korak: Sestavite tiskano vezje

Za spajkanje potrebujete spodoben spajkalnik, spajkalnik, ščipalko in multimeter. Dobra praksa je, da komponente spajkate glede na njihovo višino. Najprej spajkajte komponente manjše višine.

Za spajkanje komponent lahko sledite naslednjim korakom:

1. Noge sestavnega dela potisnite skozi luknje in tiskano vezje obrnite na hrbet.

2. Konico spajkalnika primite za stičišče blazinice in noge komponente.

3. Vstavite spajkalnik v spoj tako, da teče okoli svinca in pokriva blazinico. Ko teče naokoli, odmaknite konico.

10. korak: Programska oprema in knjižnice

Najprej prenesite priloženo kodo Arduino. Nato prenesite naslednje knjižnice in jih namestite.

Knjižnice:

Prenesite in namestite naslednje knjižnice:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

V kodi morate spremeniti naslednji dve stvari.

1. Vrednosti trenutnih nizov: To lahko storite tako, da multimeter zaporedno povežete z baterijo. Pritisnite gumb navzgor in izmerite tok, trenutne vrednosti so elementi matrike.

2. Vcc: Uporabite multimeter za merjenje napetosti na zatiču 5V Arduino. V mojem primeru je 4,96V.

Posodobljeno 20.11.2019

V kodi lahko spremenite vrednost Low_BAT_Level glede na kemijo baterije. Bolje je, da vzamete malo rezerve nad spodnjo prekinitveno napetostjo.

Tu so stopnje praznjenja in mejne napetosti za različne kemikalije litij-ionskih baterij:

1. Litijev kobaltov oksid: Prekinitvena napetost = 2,5 V pri 1C hitrosti praznjenja

2. Litijev manganov oksid: Prekinitvena napetost = 2,5 V pri 1C hitrosti praznjenja

3. Litijev železov fosfat: Prekinitvena napetost = 2,5 V pri 1C hitrosti praznjenja

4. Litijev titanat: Prekinitvena napetost = 1,8 V pri 1C hitrosti praznjenja

5. Litijev nikelj mangan kobaltov oksid: Prekinitvena napetost = 2,5 V pri 1C hitrosti praznjenja

6. Litij-nikelj-kobaltov aluminijev oksid: Prekinitvena napetost = 3,0 V pri 1C hitrosti praznjenja

Posodobljeno 01.04.2020

jcgrabo, je predlagal nekaj sprememb v prvotni zasnovi za izboljšanje natančnosti. Spremembe so navedene spodaj:

1. Dodajte natančno referenco (LM385BLP-1.2) in jo povežite z A1. Med nastavitvijo preberite njegovo vrednost, za katero je znano, da znaša 1,215 voltov, nato pa izračunajte Vcc in s tem odpravite potrebo po merjenju Vcc.

2. Zamenjajte 1 ohmski 5% upor z 1 ohmskim 1% močnim uporom in tako zmanjšajte napake, ki so odvisne od vrednosti upora.

3. Namesto uporabe fiksnega niza vrednosti PWM za vsak trenutni korak (v korakih po 5) ustvarite niz želenih vrednosti toka, ki je bil uporabljen za izračun potrebnih vrednosti PWM za dosego teh vrednosti čim bližje. Temu je sledil z izračunom dejanskih trenutnih vrednosti, ki bodo dosežene z izračunanimi vrednostmi PWM.

Z upoštevanjem zgornjih sprememb je kodo popravil in jo delil v oddelku za komentarje. Revidirani kodeks je priložen spodaj.

Najlepša hvala jcgrabo za vaš dragocen prispevek k mojemu projektu. Upam, da bo to izboljšanje koristno za veliko več uporabnikov.

11. korak: Zaključek

Za preizkus vezja sem najprej polnil dobro baterijo Samsung 18650 s polnilnikom ISDT C4. Nato priključite baterijo na priključek baterije. Zdaj nastavite tok glede na vaše zahteve in dolgo pritisnite gumb »GOR«. Nato bi zaslišali pisk in začel se bo preskusni postopek. Med preskusom boste spremljali vse parametre na zaslonu OLED. Akumulator se bo praznil, dokler njegova napetost ne doseže nizkega praga (3,2 V). Preskusni postopek bosta zaključena z dvema dolgima piskoma.

Opomba: Projekt je še v fazi razvoja. Za vse izboljšave se mi lahko pridružite. Povejte komentarje, če pride do napak ali napak. Za ta projekt načrtujem tiskano vezje. Ostanite povezani za več posodobitev projekta.

Upam, da je moja vadnica v pomoč. Če vam je všeč, ne pozabite deliti:) Naročite se na več DIY projektov. Hvala vam.