Arduino Nano 4x 18650 pametni polnilnik / praznilnik: 20 korakov

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

To je moj odprtokodni projekt pametnega polnilnika / praznilnika Arduino Nano 4x 18650.

Napravo napaja 12V 5A. Lahko se napaja iz računalniškega napajanja.

Povezave

Portal baterij:

Seznam delov:

Shema:

PCB Gerber datoteke:

Izvorna koda:

Skupina Facebook:

Forum:

Preverite mojo stran s statističnimi podatki o vseh trenutno obdelanih baterijah:

Donirajte:

Zgodovina

Želel sem narediti pameten preizkuševalec polnilnikov, izpraznjevalnikov baterij z napajanjem Arduino, ki bi lahko imel skener črtne kode, ki bi skeniral črtne kode na baterijah in vse podatke vnesel na portal spletne zbirke podatkov. To bi mi omogočilo pravilno razvrščanje in analizo trendov pri vseh predelanih litijevih baterijah.

Različica 1: Sprva sem začel uporabljati enostransko tiskano vezje, izrezano z mojim CNC. Ta enota je imela samo eno celico in je lahko polnila, praznila in testirala mili ohme.

Različica 2.2: Nadaljeval sem z uporabo manjših tiskanih vezij, ki so bili jedkani, potem sem imel dva celična modula na Arduino UNO.

Različica 3.2: Uporabil sem enake manjše tiskane vezje, vendar sem uporabil Arduino Mega in vse skupaj namestil na akrilno stojalo. Sprva sem nameraval imeti 16 modulov, a sem na koncu uporabil le 8 celičnih modulov, saj sem potreboval uporabo analognih signalnih multiplekserjev, ožičenje pa je bilo že zelo zmedeno.

Arduino Mega 8x polnilec / praznilnik 1.1: PCB sem izdelal v enostavnem EDA za Arduino Mega 8x polnilnik / praznilnik. Ta ima 20x4 LCD, rotacijski dajalnik, bralnik kartic SD (nikoli uporabljen), Ethernet, USB gostitelj za skeniranje črtne kode neposredno v Arduino.

Arduino Mega 8x polnilec / praznilnik 1.2+: kasneje sem naredil nekaj manjših sprememb in dodal adapter ESP8266 za komunikacijo WIFI.

Arduino Nano 4x 18650 pametni polnilnik / praznilnik 1.0: začel sem oblikovati 4 -kratno različico, da bi bilo veliko cenejše in lažje izdelati. Ta različica nima optičnega bralnika črtne kode, vendar je komunicirala s portalom Vortex IT Battery za pošiljanje in sprejemanje podatkov po internetu.

Arduino Nano 4x 18650 pametni polnilnik / praznilnik 1.1: To ima nekaj manjših sprememb glede na različico 1.0, saj je imelo nekaj majhnih napak v zasnovi in je bila ta različica objavljena za javnost.

1. korak: Pridobite komponente

PCB Gerber datoteke

PCB Gerber datoteke:

Glavne komponente

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino adapter x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 serijski x1 AliExpresseBay
• Nosilec baterije 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• Modul TP5100 x4 AliExpresseBay
• Modul CD74HC4067 x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• Vtičnica DIP16 x1 AliExpresseBay
• Senzor temp. DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Taktilno stikalo 6MM x1 AliExpresseBay
• Priključek KF301-2P 5,08 mm x4 AliExpresseBay
• DC priključek 5,5 x 2,1 mm x 1 AliExpresseBay
• Uporni ogljikov film 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Stožčaste gumijaste noge 14x8 mm x8 AliExpresseBay
• Izolacijske podložke 3x7x0.8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12 mm vijak s ploščato glavo iz nerjavečega jekla 304, šestkotni vijak x20 AliExpresseBay
• M3 304 nerjaveče jeklo 304 šestkotne matice x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18 mm medenina F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35 mm medenina F-F x4 AliExpresseBay
• Glava ženska 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Moške glave 2,54 mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Glava Ženski pod pravim kotom 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB v ESP8266 programer ESP-01 x1 AliExpresseBay
• 5V aktivni zvočni signal x1 AliExpresseBay
• 12V 5A napajalnik x1 AliExpresseBay

Možnost komponente THT (Through Hole)

• 10k - 1/4w upor THT x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/4w upor THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4w upor THT x8 AliExpresseBay
• P-kanalni MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-kanalni MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• NPN tranzistor BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Dioda IN4007 x2 AliExpresseBay

Možnost komponente SMD (Surface Mount)

• 10k - 1/8w upor SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/8w upor SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w upor SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-kanalni Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• P kanalski MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• NPN tranzistor SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Dioda 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Orodja

• Spajkalna žica 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Diagonalne klešče AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD Spajkalna predelava AliExpresseBay
• UNI-T UT39A Digitalni multimeter AliExpresseBay
• Odstranjevalci žic AliExpresseBay
• Skener črtne kode AliExpresseBay
• Tiskalnik črtne kode AliExpresseBay
• Nalepke s črtno kodo 30 mm x 20 mm x 700 AliExpresseBay
• MEHANSKA Spajkalna pasta AliExpresseBay
• Pinceta proti statiki AliExpresseBay
• Spajkalno stojalo za tretje roke AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM No-Clean Solder Flux AliExpresseBay
• Spajka Wick AliExpresseBay
• Komplet natančnih magnetnih izvijačev AliExpresseBay

Za posodobljen seznam obiščite mojo spletno stran:

Korak: Spajčni upori, tranzistorji in MOSFET -i

Spajajte bodisi SMD ali THT (ne oboje) 1K, 4.7K, 10K, P-Channel, N-Channel in NPN komponente

Korak 3: Spajkajte v glavo in DIP vtičnico

Spajate dva 15 -polna ženska priključka Nano, 16 -kratne CD74HC4067 multiplekserje, 8 -polne in 16 -polne ženske, ESP8266 adapterje, 4 -polno žensko, LCD 4 -polno žensko, in 74HC595N Shift registrira 16 -polno DIP IC vtičnico.

Opomba: spajkajte vse komponente na strani svilenega zaslona.

4. korak: Spajkanje osnovnih komponent

Spajkajte in namestite 5,5 mm enosmerni priključek, Arduino Nano 328p, multiplekser CD74HC4067 in premični register 74HC595N.

Pri spajkanju Arduino Nano in Multiplekserja priporočam, da najprej namestite moške zatiče glave v ženske zatiče, nato pa komponento spajkate.

5. korak: Spajkajte temperaturo Dallas DS18B20

Najprej postavite dve izolacijski podložki 3 mm x 7 mm x 0,8 mm na vsak senzor Dallas (to se uporablja za ustvarjanje prostora poleg tiskanega vezja, tako da ne merite temperature tiskanega vezja)

Spajite 4x Dallas senzorje na zgornjo plast za vsak modul celice in senzor okolice na spodnjo plast.

Pazite, da ne spajate spajkalnih spojev na spajkalnih blazinicah TO-92. Ko enkrat spajkate merilo v diodnem načinu na vašem večmetru med vsako nogo na katerem koli senzorju Dallas (vsi so povezani vzporedno)

Spajčite 5V aktivni zvočni signal na zgornji sloj, kjer je + (pozitivni) zatič obrnjen proti Arduino Nano

6. korak: Spajkanje v diodi

Spajkanje v diodi pod multiplekserjem CD74HC4067

Dobra praksa je čiščenje fluksa z izopropilnim alkoholom.

7. korak: Preizkusite in prilagodite kontrast / serijske mostičke LCD zaslona

Kontrast LCD

Priključite 4 -polno žensko LCD serijsko 4 -polno moško -> žensko žico Dupont Jumper. Prepričajte se, da se povežete, da se točno povežete:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Naložite skico Arduino iz github -a: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Odklopite kabel USB in uporabite 12V napajalni kabel v 5,5 mm DC vtiču (+ pozitivno sredino / - negativno zunanje)

Prilagodite potenciometer na serijskem adapterju na zadnji strani LCD zaslona CC ali CW, dokler ne vidite prikazanega besedila.

Ko ste zadovoljni s kontrastom, odstranite žice Dupont Jumper.

Serijski skakalci

Za serijsko komunikacijo programske opreme z ESP8266 priključite 2x 2,54-milimetrske skakalce na zatičih 1-2

8. korak: PWM ventilator

Sestavni deli

Spajkajte naslednje komponente:

2 -pinski konektor JST 2.0 PH (Opomba: svilena platnica je obrnjena nazaj na tiskano vezje različice 1.11)

100uF 16V elektrolitski kondenzator

BD139 NPN tranzistor

Dioda

Test

Naložite Arduino skico iz github -a: ASCD_Nano_Test_Fan

Odklopite kabel USB in uporabite 12V napajalni kabel v 5,5 mm DC vtiču (+ pozitivno sredino / - negativno zunanje)

Priključite 30 mm ventilator

Ventilator se mora pospešiti in nato ustaviti

9. korak: Testiranje MOSFET -ov

Testiranje MOSFET-jev z razelektritvijo N-kanala

Naložite skico Arduino iz github -a: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Odklopite kabel USB in uporabite 12V napajalni kabel v 5,5 mm DC vtiču (+ pozitivno sredino / - negativno zunanje)

S tiskanim vezjem, obrnjenim proti spodnji plasti, nastavite vaš multimeter na način diode / kontinuitete.

Negativno sondo postavite na vir GND, pozitivno sondo pa na priključke obremenitve uporov 1. modulov na desno stran (kot je prikazano na slikah).

Vaš večmetrski zvočni signal bi moral piskati 1 sekundo, nato pa ne piskati 1 sekundo.

To ponovite za vsak modul.

Testiranje polnilnih MOSFET-ov P-kanala TP5100

Naložite skico Arduino iz github -a: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Enako kot zgoraj lahko uporabite to skico za oba testa)

Odklopite kabel USB in uporabite 12V napajalni kabel v 5,5 mm DC vtiču (+ pozitivno sredino / - negativno zunanje)

S tiskanim vezjem, obrnjenim proti spodnjemu sloju, nastavite vaš multimeter na način enosmerne napetosti (običajno v območju 20 V).

Negativno sondo postavite na vir GND, pozitivno sondo pa na 1. modul TP5100 na desni strani + pozitivni konektor (kot je prikazano na slikah). Vaš multimeter mora za 1 sekundo pokazati 12V, nato za 1 sekundo nizko napetost. To ponovite za vsak modul.

10. korak: Pridobite serijo temperaturnih senzorjev Dallas DS18B20

Naložite skico Arduino iz github -a: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Pustite kabel USB. Ne priključujte ventilatorja ali 12V napajanja.

Odprite serijski monitor v Arduino IDE pri hitrosti 115200 baud.

Zaznati mora / poiskati 5x naprav.

Za kratek čas segrejte prvi temperaturni senzor DS18B20 z zgornjo konico spajkalnika.

Opomba: Številka modula je od leve proti desni s tiskanim vezjem navzgor na zgornji plasti

Natisniti mora "Zaznana baterija: 1", nato "Senzor segrevanja baterije: 2"

To bo zaporedoma potekalo skozi vsake 4 -kratne module, dokler ne piše "Zaznan senzor okolice je dokončan"

Spodaj bodo prikazane šestnajstiške serijske številke vseh temperaturnih senzorjev DS18B20.

Kopirajte 5-kratne serijske številke in jih nato prilepite v "Temp_Sensor_Serials.h" v skici "ASCD_Nano_1-0-0". Poskrbite, da boste oddali zadnjo vejico (prikazano na sliki)

Opomba: Če izmerite temperaturo 99 stopinj Celzija, to pomeni, da je pri branju senzorja prišlo do napake. Ali je serijska številka napačna ali pa je naprava okvarjena.

11. korak: Namestite in preizkusite polnilne module TP5100

Namesti

Z nožem ali nekaj diagonalnimi kleščami izrežite 20x posamezne moške 2,54 mm glave.

5x moških glav na modul TP5100 postavite na spodnjo plast na tiskanem vezju. Priporočam, da dolgo stran spustite skozi luknjo.

Na vsak modul položite modul TP5100 in ga spajkajte. Če ne želite poravnati z moškimi glavami, uporabite nekaj pincet.

Na zgornji plasti tiskanega vezja spajkajte priključke čim bolj poravnani s tiskanim vezjem. (Na vrh morate namestiti plastično držalo za baterijo, da manj štrli, bolje je)

Opomba: Priključite polnilni zatič na TP5100. To je najbližji pin poleg VCC v GND nad P-Channel MOSFET

Test

Naložite skico Arduino iz github -a: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Enako kot zgoraj lahko uporabite to skico za oba testa)

Odklopite kabel USB in uporabite 12V napajalni kabel v 5,5 mm DC vtiču (+ pozitivno sredino / - negativno zunanje)

Vsi moduli TP5100 se morajo vklopiti za 1 sekundo, izklopiti za 1 sekundo.

Korak: Izvrtajte luknje za odprtino temperaturnega senzorja DS18B20

Potrebna orodja

• 0,7 mm sveder ali Scribe
• 3 mm sveder (neobvezno)
• 6,5 mm - 7 mm sveder

Vrtalnik

Pridobite rezervno prazno tiskano vezje in 4x držalo za baterijo 18650

Namestite držalo baterije 4x 18650 z oznako + proti vrhu plošče

Položaje lukenj označite s svedrom za 0,7 mm ali s pisarjem preko osrednjega zatiča na vsakem temperaturnem senzorju TO-92 DS18B20

Odstranite držalo baterije 4x 18650 in izvrtajte luknjo 6,5 mm - 7 mm. Priporočam, da najprej uporabite manjši sveder.

Preverite namestitev držala baterije 4x 18650 in preverite, ali ima temperaturni senzor DS18B20 dovolj prostora.

Opomba: Ne spajkajte držala baterije 4x 18650, dokler niso spajane vse ostale komponente.

Korak 13: Namestite izpustne upore

Montažne in spajkalne glave

Najprej namestite glave. Uporabite lahko vijačni priključek 5,08 mm ali moško glavo 2,54 mm JST.

Opomba: Za spajanje glave / terminala uporabljam nekaj blu tacka.

Spajkajte jih.

Izmerite ohme uporov (neobvezno)

Izmerite, preštejte in zapišite upor vsakega upora.

Za to uporabljam tester LCR-T4. Uporabili bi lahko kakovosten večmetrski meter (to ni 100% natančno, je pa dobra osnovna meritev)

Uredite skico Arduino iz githuba: ASCD_Nano_1-0-0 dodajte spremenjene vrednosti upora.

Namestite upore

V tem primeru uporabljam vijačne sponke 5,08 mm in prestavljam vsak žični naviti upor. Kasneje bom dodal korake za aluminijaste upore na hladilniku.

Korak 14: Spajkajte končne komponente

Spajkajte v 4x držalu baterije 18650.

Opomba: Morda boste morali nekaj kontaktov obrezati z nekaj kleščami za poravnavo / diagonalo.

Spajkajte 6 mm gumb.

Korak 15: Namestite vso strojno opremo

Arduino ESP8266 adapter

4x Uporabite stojala M2.5 M-F ali F-F

8x vijaki M2.5 ali 4x vijaki M2.5 in 4x matice M2.5, odvisno od tega, ali uporabljate stojala M-F ali F-F

Uporabite pravokotni 4pin 2,54 mm konektor za priključitev ženskega na moški konektor.

Opomba: če je priključek ohlapen, boste morda morali kositi priključek, da dobite dobro povezavo.

LCD

4x M3 Standoff 18mm medenina F-F in 8x M3 x 12mm vijaki za LCD

Ventilator

Samo 3D tiskano ohišje: Privijte nekaj vijakov M3 x 18 mm. Odprtine za vijake ventilatorja dodajte ventilator.

Korak: Naložite skico Arduino Nano

Preden naložite skico, preverite 5V napetostni izhod iz Arduinovega regulatorja napetosti. V zvezi z LCD zaslonom obstajata dve točki.

Uredite Arduino Sketch iz github-a: ASCD_Nano_1-0-0 To vrstico v Arduino Sketchu spremenite v odčitavanje napetosti

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V izhod Arduina

Za potrebe testiranja lahko spremenite tudi druge nastavitve po meri

const float shuntResistor [4] = {3,3, 3,3, 3,3, 3,3};

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V izhod Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2,8; // napetost, ki jo praznjenje ustavi const byte restTimeMinutes = 1; // Čas v minutah za počitek baterije po polnjenju. 0-59 so veljavni const int lowMilliamps = 1000; // To je vrednost Milli amperov, ki velja za nizko in se ne napolni, ker se ji zdi napaka const int highMilliOhms = 500; // To je vrednost Milli Ohmov, ki velja za visoko, baterija pa za napako const int offsetMilliOhms = 0; // Kalibracija odmika za polnjenje bajtov s konstantnim bajtom Milli OhmsTimeout = 8; // Časovna omejitev v urah za polnjenje const byte tempThreshold = 7; // Opozorilni prag v stopinjah nad začetno temperaturo const byte tempMaxThreshold = 20; // Najvišji prag v stopinjah nad začetno temperaturo - Upoštevano je napaka const float batteryVolatgeLeak = 0,50; // Na začetnem zaslonu "BATTERY CHECK" opazujte najvišjo napetost vsakega modula in nastavite to vrednost nekoliko višje const byte moduleCount = 4; // Število modulov const byte screenTime = 4; // Čas v sekundah (cikli) na aktivni zaslon const intchargeReadInterval = 5000; // Časovni intervali med odčitki izpusta. Prilagodi za mAh +/

Arduino Nano povežite z računalnikom in naložite skico ASCD_Nano_1-0-0

Kot procesor v Arduino IDE boste morda morali uporabiti ATmega328P (stari zagonski nalagalnik)

Izberite prava vrata COM in naložite skico

17. korak: naložite skico ESP8266

Če svojega računa Vortex It - Battery Portal še niste registrirali, pojdite na naslednji korak.

V svoj Arduino IDE morate namestiti dodatek ESP8266 Arduino v tem priročniku:

V Arduino skici ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 spremenite naslednje

const char ssid = ""; -> na vaše usmerjevalnike WIFI

Geslo SSID const char = ""; -> na geslo usmerjevalnikov WIFI

const char userHash = ""; -> na vaš UserHash (to dobite v meniju "Polnilnik / praznilnik -> Pogled" na portalu Vortex It Battery)

const bajt CDUnitID =; -> na vaš CDUnitID (to dobite v "Meni polnilnika / praznilnika -> Pogled -> Izberite svoj polnilnik / praznilnik" na portalu Vortex It Battery)

Uporabite USB za ESP8266 programer ESP-01, da naložite skico ESP8266_Wifi_Client_01.ino na ESP8266 s stikalom na PROG

18. korak: Nastavite svoj račun Vortex It - Battery Portal

Pojdite na

Če se še niste registrirali za račun.

Prijavite se s svojimi poverilnicami

V meniju kliknite "Polnilec / praznjenje" -> "Novo"

Na spustnem seznamu izberite "Arduino 4x C/D"

Kliknite "Nov polnilec / praznilnik"

V meniju kliknite "Polnilec / praznjenje" -> "Pogled"

Na spustnem seznamu izberite "xx - Arduino 4x C/D" (kjer je xx CDUnitID)

Ne uporabljajte svojih "UserHash" in "CDUnitID"

Kliknite "Modul za ogled v živo", da si ogledate polnilnik / praznilnik na spletu

19. korak: Izbirno - naredite 3D natisnjeno ohišje

Če imate 3D tiskalnik, lahko natisnete ohišje, ki sem ga oblikoval. Vljudno se odločite za slog ohišja in ga delite z drugimi:

Fusion 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

20. korak: Začnite testirati celice 18650

Vstavite nekaj baterij v celične module in pojdite na skeniranje strani »Modul pogleda v živo« v črtnih kodah in ste izklopljeni.