DIY Arduino batterikapacitetstestare - V1.0: 12 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

[Spela upp video] Jag har bärgat så många gamla batterier (18650) för att återanvända dem i mina solprojekt. Det är mycket svårt att identifiera de bra cellerna i batteripaketet. Tidigare i en av mina Power Bank Instructable har jag berättat hur man identifierar bra celler genom att mäta deras spänningar, men den här metoden är inte alls pålitlig. Så jag ville verkligen ha ett sätt att mäta varje cells exakta kapacitet istället för deras spänningar.

Uppdatering den 30.10.2019

Du kan se min nya version

För några veckor sedan har jag startat projektet från grunden. Denna version är verkligen enkel, som är baserad på Ohms Law. Testarens noggrannhet kommer inte att vara 100% perfekt, men det ger rimliga resultat som kan användas och jämfört med andra batterier, så att du enkelt kan identifiera bra celler i ett gammalt batteri. Under mitt arbete insåg jag att det finns många saker som kan förbättras. I framtiden kommer jag att försöka implementera dessa saker. Men för tillfället är jag nöjd med det. Jag hoppas att den här lilla testaren kommer att vara användbar, så jag delar den med er alla. Obs! Kassera de dåliga batterierna ordentligt. Ansvarsfriskrivning: Observera att du arbetar med Li -Jonbatteri som är mycket explosivt och farligt. Jag kan inte hållas ansvarig för förlust av egendom, skada eller förlust av liv om det kommer till det. Denna handledning skrevs för dem som har kunskap om uppladdningsbar litiumjonteknik. Försök inte detta om du är nybörjare. Var försiktig.

Steg 1: Delar och verktyg som krävs:

Delar som krävs: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. 0,96 OLED -skärm (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Resistorer (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Strömresistor (10R, 10W) (Amazon) 6. Skruvplintar (3 nr) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototypkort (Amazon / Banggood) 9. 18650 batterihållare (Amazon)

10. 18650 batteri (GearBest / Banggood) 11. Distanser (Amazon / Banggood) Nödvändiga verktyg: 1. Wire Cutter / Stripper (Gear Best) 2. lödkolv (Amazon / Banggood) Instrument som används: IMAX Balance Charger (Gearbest / Banggood)

Infraröd termometerpistol (Amazon /Gearbest)

Steg 2: Schematisk och fungerande

Schematisk:

För att enkelt förstå schemat har jag också ritat det på en perforerad bräda. Positionerna för komponenterna och kablarna liknar mitt faktiska kort. De enda undantagen är summern och OLED -displayen. I själva brädan är de inne men i schemat ligger de utanför.

Designen är mycket enkel som är baserad på Arduino Nano. En OLED -display används för att visa batteriparametrarna. 3 skruvplintar används för anslutning av batteri och belastningsmotstånd. En summer används för att ge olika varningar. Två spänningsdelare krets används för att övervaka spänningarna över lastmotståndet. MOSFET: s funktion är att ansluta eller koppla ur lastmotståndet med batteriet.

Arbetar:

Arduino kontrollerar batteriets skick, om batteriet är bra, ge kommandot att slå på MOSFET. Det tillåter ström att passera från batteriets positiva terminal, genom motståndet, och MOSFET kompletterar sedan vägen tillbaka till den negativa terminalen. Detta laddar ur batteriet under en viss tid. Arduino mäter spänningen över lastmotståndet och divideras sedan med motståndet för att ta reda på urladdningsströmmen. Multiplicerade detta med tiden för att erhålla värdet på milliamp (timme).

Steg 3: Spänning, ström och kapacitetsmätning

Spänningsmätning

Vi måste hitta spänningen över lastmotståndet. Spänningarna mäts med hjälp av två spänningsdelarkretsar. Den består av två motstånd med värden 10k vardera. Utsignalen från avdelaren är ansluten till Arduino analoga stift A0 och A1.

Arduino analog pin kan mäta spänning upp till 5V, i vårt fall är den maximala spänningen 4,2V (fulladdad). Då kan du fråga varför jag använder två avdelare i onödan. Anledningen är att min framtidsplan är att använda samma testare för multikemibatteriet. Så denna design kan enkelt anpassas för att uppnå mitt mål.

Nuvarande mätning:

Ström (I) = Spänning (V) - Spänningsfall över MOSFET / motstånd (R)

Obs: Jag antar att spänningsfallet över MOSFET är försumbart.

Här är V = Spänning över lastmotståndet och R = 10 Ohm

Det erhållna resultatet är i ampere. Multiplicera 1000 för att konvertera det till milliamper.

Så maximal urladdningsström = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Kapacitetsmätning:

Lagrad laddning (Q) = Ström (I) x Tid (T).

Vi har redan beräknat strömmen, det enda okända i ekvationen ovan är tid. Millis () -funktionen i Arduino kan användas för att mäta förfluten tid.

Steg 4: Välja lastmotstånd

Valet av lastmotstånd beror på mängden urladdningsström vi behöver. Antag att du vill ladda ur batteriet @ 500mA, då är motståndsvärdet

Motstånd (R) = Max batterispänning / urladdningsström = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohm

Motståndet måste släppa ut lite kraft, så storleken spelar roll i detta fall.

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

Genom att behålla en viss marginal kan du välja 5W. Om du vill ha mer säkerhet använder du 10W.

Jag använde 10 Ohm, 10W motstånd istället för 8,4 Ohm eftersom det fanns i mitt lager vid den tiden.

Steg 5: Välja MOSFET

Här fungerar MOSFET som en switch. Den digitala utgången från Arduino -stiftet D2 styr omkopplaren. När 5V (HIGH) -signalen matas till porten på MOSFET, tillåter den ström att passera från batteriets positiva terminal, genom motståndet, och MOSFET slutför sedan vägen tillbaka till den negativa terminalen. Detta laddar ur batteriet under en viss tid. Så MOSFET bör väljas på ett sådant sätt att den klarar maximal urladdningsström utan överhettning.

Jag använde en MOSFET-IRLZ44 med logiknivåer för n-kanaler. L visar att det är en logisk nivå MOSFET. En logisk nivå MOSFET betyder att den är utformad för att slå på helt från logiknivån för en mikrokontroller. Standard MOSFET (IRF -serien etc) är utformad för att köra från 10V.

Om du använder en IRF -serie MOSFET kommer den inte att slås på helt genom att applicera 5V från Arduino. Jag menar att MOSFET inte kommer att bära märkströmmen. För att ställa in dessa MOSFET behöver du en extra krets för att öka grindspänningen.

Så jag kommer att rekommendera att använda en MOSFET på logisk nivå, inte nödvändigtvis IRLZ44. Du kan också använda vilken annan MOSFET som helst.

Steg 6: OLED -skärm

För att visa batterispänning, urladdningsström och kapacitet använde jag en 0,96 OLED -skärm. Den har 128x64 upplösning och använder I2C -buss för att kommunicera med Arduino. Två stift SCL (A5), SDA (A4) i Arduino Uno används för kommunikation.

Jag använder U8glib -biblioteket för att visa parametrarna. Först måste du ladda ner U8glib -biblioteket. Sedan installerade du det.

Om du vill komma igång med OLED -display och Arduino, klicka här

Anslutningarna ska vara enligt följande

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Steg 7: summer för varning

För att ge olika varningar eller varningar används en piezosummer. De olika varningarna är

1. Batteri låg spänning

2. Batteri högspänning

3. Inget batteri

Summern har två terminaler, den längre är positiv och den kortare benen är negativ. Klistermärket på den nya summern har också " +" markerat för att indikera den positiva terminalen.

Anslutningarna ska vara enligt följande

Arduino summer

D9 Positiv terminal

GND Negativ terminal

I Arduino Sketch har jag använt en separat funktionssignal () som skickar PWM -signalen till summern, väntar på en liten fördröjning, sedan stänger av den och sedan har en annan liten fördröjning. Därmed piper det en gång.

Steg 8: Gör kretsen

I de föregående stegen har jag förklarat funktionen för var och en av komponenterna i kretsen. Innan du hoppar för att göra det sista brädet, testa kretsen på ett brödbräda först. Om kretsen fungerar perfekt på brödbrädet, flytta sedan till att löda komponenterna på prototypkortet.

Jag använde 7 cm x 5 cm prototypbräda.

Montering av Nano: Skär först två rader med kvinnlig huvudstift med 15 stift i vardera. Jag använde en diagonal nipper för att klippa rubrikerna. Löd sedan huvudstiften. Var säker på att avståndet mellan de två skenorna passar arduino nano.

Monterad OLED -skärm: Klipp en hona med 4 stift. Löd det sedan enligt bilden.

Montering av terminaler och komponenter: Löd de återstående komponenterna enligt bilden

Kabeldragning: Gör kablarna enligt schemat. Jag använde färgade trådar för att göra ledningarna, så att jag lätt kan identifiera dem.

Steg 9: Montering av avstånden

Efter lödning och kabeldragning monteras avstånden i 4 hörn, vilket ger tillräckligt med utrymme för lödfogarna och trådarna från marken.

Steg 10: Programvara

Programvaran gör följande uppgifter

1. Mät spänningar

Att ta 100 ADC -prover, lägga till dem och göra ett genomsnitt av resultatet. Detta görs för att minska bullret.

2. Kontrollera batteriets skick för att ge en varning eller starta urladdningscykeln

Varningar

i) Låg-V!: Om batterispänningen är under den lägsta urladdningsnivån (2,9V för Li Ion)

ii) High-V!: Om batterispänningen är över det fulladdade tillståndet

iii) Inget batteri!: Om batterihållaren är tom

Urladdningscykel

Om batterispänningen ligger inom lågspänningen (2,9V) och högspänningen (4,3V), starta urladdningscykeln. Beräkna ström och kapacitet enligt tidigare förklaring.

3. Visa parametrarna på OLED

4. Dataloggning på seriell bildskärm

Ladda ner Arduino -koden bifogad nedan.

Steg 11: Exportera seriell data och plotta på Excel -blad

För att testa kretsen laddade jag först ett bra Samsung 18650 -batteri med min IMAX -laddare. Sätt sedan i batteriet i min nya testare. För att analysera hela urladdningsprocessen exporterar jag seriell data till ett kalkylblad. Sedan ritade jag ut urladdningskurvan. Resultatet är verkligen fantastiskt. Jag använde en programvara som heter PLX-DAQ för att göra det. Du kan ladda ner den här.

Du kan gå igenom den här självstudien för att lära dig hur du använder PLX-DAQ. Det är väldigt enkelt.

Obs! Det fungerar bara i Windows.

Steg 12: Slutsats

Efter några tester drar jag slutsatsen att testarens resultat är ganska rimliga. Resultatet är 50 till 70mAh från ett batterikapacitets testresultat. Genom att använda en IR -temperaturpistol mätte jag också temperaturstegringen i lastmotståndet, det maximala värdet är 51 grader C.

I denna konstruktion är urladdningsströmmen inte konstant, det beror på batterispänning. Så ritad urladdningskurva liknar inte urladdningskurvan i batteritillverkningsdatabladet. Den stöder bara ett enda Li Ion -batteri.

Så i min framtida version kommer jag att försöka lösa ovanstående korta tillfällen i V1.0.

Kredit: Jag vill ge kredit till Adam Welch, vars projekt på YouTube inspirerade mig att starta detta projekt. Du kan titta på hans YouTube -video.

Föreslå eventuella förbättringar. Hör av dig om det finns några misstag eller fel.

Hoppas min handledning är till hjälp. Om du gillar det, glöm inte att dela:)

Prenumerera på fler DIY -projekt. Tack.