Arduino Nano 4x 18650 smart laddare / urladdare: 20 steg

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

Detta är mitt Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger Open Source -projekt.

Denna enhet drivs av 12V 5A. Den kan drivas av en datorns strömförsörjning.

Länkar

Batteriportal:

Reservdelar:

Schematisk:

PCB Gerber -filer:

Källkod:

Facebook -grupp:

Forum:

Kolla min databasstatistik för alla för närvarande bearbetade batterier:

Donera:

Historien

Jag ville göra en smart Arduino -laddare, batteriladdare för urladdning som kan ha en streckkodsläsare som skannar streckkoder på batterier och mata in all data i en online -databasportal. Detta skulle låta mig korrekt sortera och analysera trender i alla mina återvunna litiumbatterier.

Version 1: Jag startade ursprungligen med ett enkelsidigt kretskort som slipades ut med min CNC. Denna enhet hade bara en cell och kunde ladda, urladdning och testa milliohm.

Version 2.2: Jag gick vidare med mindre PCB som etsades och sedan hade jag två cellmoduler på en Arduino UNO.

Version 3.2: Jag använde samma mindre kretskort men jag använde en Arduino Mega och monterade allt på ett akrylställ. Jag hade ursprungligen planerat att ha 16 moduler men slutade bara använda 8 cellmoduler eftersom jag skulle behöva använda analoga signalmultiplexrar och ledningarna var redan mycket röriga.

Arduino Mega 8x laddare / urladdare 1.1: Jag konstruerade ett kretskort i lätt EDA för en Arduino Mega 8x laddare / urladdare. Denna har en 20x4 LCD, roterande kodare, SD -kortläsare (aldrig använt), Ethernet, USB -värd för streckkodsskanning direkt in i Arduino.

Arduino Mega 8x laddare / urladdare 1.2+: Senare gjorde jag några små ändringar och lade till en ESP8266 -adapter för WIFI -kommunikation.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharge 1.0: Jag började designa en 4x -version för att göra den mycket billigare och lättare att bygga. Denna version har ingen streckkodsskanner men den kommunicerade med Vortex IT Battery Portal för att skicka och ta emot data via internet.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.1: Detta har några små ändringar från version 1.0 eftersom det hade några små buggar i designen och den här versionen släpptes för allmänheten.

Steg 1: Skaffa komponenterna

PCB Gerber -filer

PCB Gerber -filer:

Huvudkomponenter

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino Adapter x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 Serial x1 AliExpresseBay
• Batterihållare 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• TP5100 -modul x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 modul x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 -uttag x1 AliExpresseBay
• Temp Sensor DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Taktil switch 6MM x1 AliExpresseBay
• Kontakt KF301-2P 5,08 mm x4 AliExpresseBay
• DC -uttag 5,5 x 2,1 mm x1 AliExpresseBay
• Motstånd kolfilm 3,3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Koniska gummifötter 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Isolerande brickor 3x7x0.8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12 mm platt huvud rostfritt stål 304 sexkantskruv x20 AliExpresseBay
• M3 304 rostfritt stål 304 hexmuttrar x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18mm Mässing F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35mm mässing F-F x4 AliExpresseBay
• Header Female 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Rubriker Man 2,54 mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Sidhuvud Hona rät vinkel 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB till ESP8266 ESP-01 programmerare x1 AliExpresseBay
• 5V Active Buzzer x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

Alternativ för THT (genom hål)

• 10k - 1/4w motstånd THT x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/4w motstånd THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4w motstånd THT x8 AliExpresseBay
• P-kanal MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-kanal MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• NPN Transistor BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Diod IN4007 x2 AliExpresseBay

Komponentalternativ för SMD (ytmontering)

• 10k - 1/8w motstånd SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/8w motstånd SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w motstånd SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-Channel Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• P-kanal MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• NPN Transistor SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Diod 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Verktyg

• Lödtråd 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Diagonal tång AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD Lödningsarbetsstation AliExpresseBay
• UNI-T UT39A Digital Multimeter AliExpresseBay
• Wire Strippers AliExpresseBay
• Streckkodsläsare AliExpresseBay
• Streckkodskrivare AliExpresseBay
• Streckkodsetiketter 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• MEKANISK Lödpasta AliExpresseBay
• Anti-statisk pincett AliExpresseBay
• Tredjehands lödstativ AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM No-Clean Lodder Flux AliExpresseBay
• Lödvicka AliExpresseBay
• Precisions magnetisk skruvmejseluppsättning AliExpresseBay

För en uppdaterad lista gå till min webbplats:

Steg 2: Lödmotstånd, transistorer och MOSFET

Antingen SMD- eller THT-lödning (inte båda) komponenterna 1K, 4.7K, 10K, P-Channel, N-Channel och NPN

Steg 3: Lödning i rubrikerna och DIP -uttaget

Löd Nanos två 15 -stifts hona, 16x CD74HC4067 multiplexer 8 -stifts och 16 -stifts hona, ESP8266 -adaptrar 4 -stifts hona, LCD 4 -stifts hona och 74HC595N -skiftregistret 16 -stifts DIP IC -uttag.

Obs! Löd alla komponenter på siden på skärmen.

Steg 4: Grundläggande komponenter för lödning

Löd och installera 5,5 mm DC -uttag, Arduino Nano 328p, CD74HC4067 multiplexer och 74HC595N skiftregister.

Vid lödning av Arduino Nano och Multiplexer rekommenderar jag att först placera de manliga huvudstiften i de kvinnliga huvudstiften och sedan lödda komponenten på plats.

Steg 5: Löd Dallas DS18B20 -temperaturen

Först placera två 3 mm x 7 mm x 0,8 mm isolerande brickor på varje Dallas -sensor (Detta används för att skapa ett utrymme utanför kretskortet så att du inte mäter kretskortets temperatur)

Löd 4x Dallas Sensors på det översta lagret för varje cellmodul plus den omgivande sensorn på det nedre lagret.

Var noga med att inte överbrygga lödfogarna på TO-92 lödkuddarna. En gång lödt mätning i diodläge på din multimeter mellan varje ben på valfri Dallas-sensor (de är alla parallellkopplade)

Löd 5V Active Buzzer på det översta lagret där + (positiva) stiftet vetter mot Arduino Nano

Steg 6: Löd i dioden

Lödning i dioden under CD74HC4067 -multiplexern

Det är bra att rengöra flussmedlet med isopropylalkohol.

Steg 7: Testa och justera LCD -skärmens kontrast / seriehoppare

LCD -kontrast

Anslut LCD -seriell 4 -stifts hona till en 4 -stifts hane -> hona Dupont -bygelkablar. Se till att du ansluter du ansluter exakt:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Ladda Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Koppla ur USB -kabeln och använd en 12V nätsladd i 5,5 mm DC -uttaget (+ plus mitt / - negativ yttre)

Justera potentiometern på seriell adapter på baksidan av LCD -skärmen CC eller CW tills du ser texten visas.

När du är nöjd med kontrasten tar du bort Dupont Jumper -kablarna.

Seriehoppare

Anslut 2x 2,54 mm byglar på stift 1-2 för seriell kommunikation med ESP8266

Steg 8: PWM -fläkt

Komponenter

Löd följande komponenter:

JST 2.0 PH 2 -stifts kontakt (Obs: silkeskärmen är bakåt på kretskortet version 1.11)

100uF 16V elektrolytkondensator

BD139 NPN -transistor

Diod

Testa

Ladda Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_Test_Fan

Koppla ur USB -kabeln och använd en 12V nätsladd i 5,5 mm DC -uttaget (+ plus mitt / - negativ yttre)

Anslut 30mm fläkten

Fläkten ska gå snabbare och sedan stanna

Steg 9: Testa MOSFET: erna

Testar N-kanalresistor-urladdnings-MOSFET

Ladda Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Koppla ur USB -kabeln och använd en 12V nätsladd i 5,5 mm DC -uttaget (+ plus mitt / - negativ yttre)

Med kretskortet vänd mot bottenlagret ställ in din multimätare på diod / kontinuitetsläge.

Placera den negativa sonden på en GND -källa och den positiva sonden på de första modulernas lastmotståndskontakter på höger sida (som visas på bilderna).

Din multimätare ska pipa i 1 sekund och ingen pip i 1 sekund.

Upprepa detta för varje modul.

Testar P-Channel TP5100 Charge MOSFETs

Ladda Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Samma som ovan kan du använda den här skissen för båda testerna)

Koppla ur USB -kabeln och använd en 12V nätsladd i 5,5 mm DC -uttaget (+ plus mitt / - negativ yttre)

Med kretskortet vänd nedre lagret ställ in din multimätare på likspänningsläge (vanligtvis 20V intervall).

Placera den negativa sonden på en GND-källa och den positiva sonden på de första modulerna TP5100 höger sida + pluskontakten (som visas på bilderna). Din multimätare ska visa 12V i 1 sekund sedan en låg spänning i 1 sekund. Upprepa detta för varje modul.

Steg 10: Skaffa Dallas DS18B20 temperatursensorserier

Ladda Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Lämna i USB -kabeln. Anslut inte fläkten eller 12V ström.

Öppna seriell bildskärm i Arduino IDE med 115200 baudhastighet.

Den ska upptäcka / lokalisera 5x enheter.

Värm upp den första DS18B20 temperatursensorn med den övre spetsen av ditt lödkolv under en kort tid.

Obs: Modulnumret är från vänster till höger med kretskortet vänd upprätt på det övre lagret

Det ska skriva ut "Upptäckt batteri: 1" och sedan "Värma upp batterisensor: 2"

Detta kommer att gå igenom varje 4 x moduler i sekvens tills det står "Detected Ambient Sensor Completed"

Det kommer att visa hexadecimala serienummer för alla DS18B20 temperatursensorer längst ner.

Kopiera 5x serienumren och klistra in dem i "Temp_Sensor_Serials.h" inom "ASCD_Nano_1-0-0" -skissen. Se till att du avger det sista komma (visas på bilden)

Obs: Om du får 99 grader Celsius temperaturavläsning betyder det att det finns ett fel vid avläsning av sensorn. Antingen är serien fel eller så är enheten felaktig.

Steg 11: Installera och testa TP5100 -laddningsmodulerna

Installera

Skär med en kniv eller en diagonal tång 20x enkla hanar med 2,54 mm.

Placera 5x manliga rubriker per TP5100 -modul på det nedre lagret på kretskortet. Jag rekommenderar att du sätter ner långsidan genom hålet.

Placera en TP5100 -modul på varje modul och löd den på plats. Använd några pincetter för att manipulera manliga rubriker om de inte kommer att justeras.

På det övre lagret av kretskortslödet är kontakterna så jämna med kretskortet som möjligt. (Du måste montera plastbatterihållaren ovanpå så att färre sticker ut desto bättre)

Obs: Se till att du ansluter laddstiftet på TP5100. Det är den närmaste stiften bredvid VCC i GND ovanför P-Channel MOSFET

Testa

Ladda Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Samma som ovan kan du använda den här skissen för båda testerna)

Koppla ur USB -kabeln och använd en 12V nätsladd i 5,5 mm DC -uttaget (+ plus mitt / - negativ yttre)

Alla TP5100 -moduler ska slås på i 1 sekund och stängas av i 1 sekund.

Steg 12: Drill DS18B20 Temperatursensorhål

Verktyg krävs

• 0,7 mm borr eller Scribe
• 3 mm borr (tillval)
• 6,5 mm - 7 mm borr

Borra

Skaffa ett extra tomt kretskort och en 4x 18650 batterihållare

Montera 4x 18650 batterihållare med + -markeringen vänd mot toppen av brädet

Markera hålpositionerna med en 0,7 mm borr eller en Scribe via mittstiftet på var och en av TO-92 DS18B20 temperatursensorer

Ta bort 4x 18650 batterihållare och borra ett 6,5 mm - 7 mm hål. Jag rekommenderar att du använder en mindre borr först.

Testa att montera 4x 18650 batterihållaren och se om DS18B20 temperatursensor har tillräckligt med spelrum.

Obs: Löd inte 4x 18650 batterihållare förrän alla andra komponenter har lödts.

Steg 13: Montera urladdningsresistorerna

Monterings- och lödhuvuden

Montera först rubrikerna. Du kan antingen använda 5,08 mm skruvterminal eller JST 2,54 mm hanrubrik.

Obs: Jag använder lite blu -tack för att hålla rubriken / terminalen på plats under lödning.

Lödda in dem.

Mät ohm för resistorer (tillval)

Mät, räkna och logga motståndet för varje motstånd.

Jag använder min LCR-T4-testare för detta. Du kan använda en kvalitetsmultimeter (detta är inte 100% korrekt men är en bra basmätning)

Redigera Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_1-0-0 lägg till de ändrade motståndsvärdena.

Montera motståndarna

I det här exemplet använder jag 5,08 mm skruvterminaler och jag förskjuter varje trådlindat motstånd. Senare lägger jag till steg för aluminiumklädda motstånd på en kylfläns.

Steg 14: Löd de sista komponenterna

Lödning i 4x 18650 batterihållare.

Obs: Du kan behöva trimma ner några kontakter med några spol- / diagonal tänger.

Löd 6 mm tryckknapp.

Steg 15: Montera all hårdvara

Arduino ESP8266 -adapter

4x Använd M2.5-avstånd M-F eller F-F

8x M2.5 skruvar eller 4x M2.5 skruvar och 4x M2.5 muttrar beroende på om du använder M-F eller F-F distanser

Använd en rätvinklig 4 -stifts 2,54 mm kontakt för att ansluta hon- till hankontakterna.

Obs: du kan behöva tina kontakten för att få en bra anslutning om den är lös.

LCD

4x M3 Standoff 18 mm mässing F-F och 8x M3 x 12 mm skruvar för LCD-skärmen

Fläkt

Endast 3D -tryckt fodral: Trä några M3 x 18 mm -skruvar, fläktens skruvhål, lägg till fläkten.

Steg 16: Ladda upp Arduino Nano Sketch

Innan du laddar upp skissen, kontrollera 5V spänningsutgången från Arduinos spänningsregulator. Det finns två sondpunkter om LCD -skärmen.

Redigera Arduino Sketch från github: ASCD_Nano_1-0-0 Ändra denna rad i Arduino Sketch till din spänningsavläsning

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V utgång av Arduino

Du kan också ändra någon annan anpassad inställning för dina testbehov

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

const float referenceVoltage = 5,01; // 5V utmatning av Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2,8; // Spänning som urladdningen stoppar const byte restTimeMinutes = 1; // Tiden i minuter för att vila batteriet efter laddning. 0-59 är giltiga const int lowMilliamps = 1000; // Detta är värdet på Milli Amps som anses lågt och inte laddas eftersom det anses vara defekt const int highMilliOhms = 500; // Detta är värdet på Milli Ohms som anses vara högt och batteriet anses vara defekt const int offsetMilliOhms = 0; // Offset kalibrering för Milli Ohms const byte ChargingTimeout = 8; // Tidsgränsen i timmar för laddning av konstant byte tempThreshold = 7; // Varningströskel i grader över initialtemperaturkonstant byte tempMaxThreshold = 20; // Maximal tröskel i grader över initialtemperatur - anses vara felaktig const float batteryVolatgeLeak = 0,50; // På den första skärmen "BATTERIKONTROLL" observera den högsta spänningen för varje modul och ställ in detta värde något högre const byte moduleCount = 4; // Antal moduler konst byte screenTime = 4; // Time in Seconds (Cycles) per Active Screen const int dischargeReadInterval = 5000; // Tidsintervaller mellan urladdningsavläsningar. Justera för mAh +/

Anslut Arduino Nano till din dator och ladda ASCD_Nano_1-0-0-skissen

Du kan behöva använda ATmega328P (Old boot loader) som processor i Arduino IDE

Välj rätt COM -port och ladda upp skissen

Steg 17: Ladda upp ESP8266 Sketch

Om du inte redan har registrerat ditt Vortex It - Battery Portal -konto går du till nästa steg.

Du måste installera ESP8266 Arduino Addon i din Arduino IDE med den här guiden:

Ändra följande i ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino Sketch

const char ssid = ""; -> till dina WIFI -routrar

SSID const char password = ""; -> till ditt WIFI -routers lösenord

const char userHash = ""; -> till din UserHash (Hämta detta från "Laddare / urladdningsmeny -> Visa" i Vortex It Battery Portal)

const byte CDUnitID =; -> till ditt CDUnitID (Hämta detta från "Laddare / urladdningsmeny -> Visa -> Välj din laddare / urladdare" i Vortex It -batteriportalen)

Använd USB till ESP8266 ESP-01 programmerare för att ladda upp skiss ESP8266_Wifi_Client_01.ino till ESP8266 med omkopplaren på PROG

Steg 18: Konfigurera ditt Vortex It - Battery Portal -konto

Gå till

Om du inte redan har registrerat dig för ett konto.

Logga in med dina uppgifter

Klicka på "Laddare / urladdare" på menyn -> "Ny"

Välj från rullgardinsmenyn "Arduino 4x C/D"

Klicka på "Ny laddare / urladdare"

Klicka på "Laddare / urladdare" på menyn -> "Visa"

Välj från rullgardinsmenyn "xx - Arduino 4x C/D" (där xx är CDUnitID)

Gör inte av dina "UserHash" och "CDUnitID"

Klicka på "Live View Module" för att se dig laddare / urladdare online

Steg 19: Valfritt - Gör en 3D -utskriven kapsling

Om du har en 3D -skrivare kan du skriva ut ett hölje som jag har designat. Känn dig fri att göra din on -style hölje och dela den:

Fusion 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Steg 20: Börja testa 18650 celler

Sätt i några batterier i cellmodulerna och gå till "Live View Module" -sökningen i streckkoderna och du är avstängd.