Tự kiểm tra dung lượng pin Arduino - V1.0: 12 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

[Play Video] Tôi đã tận dụng rất nhiều pin lap-top cũ (18650) để tái sử dụng chúng trong các dự án năng lượng mặt trời của mình. Rất khó để xác định các tế bào tốt trong bộ pin. Trước đó, trong một trong những Tài liệu hướng dẫn về Ngân hàng điện của tôi, tôi đã nói về cách xác định các tế bào tốt bằng cách đo điện áp của chúng, nhưng phương pháp này không đáng tin cậy chút nào. Vì vậy, tôi thực sự muốn có một cách để đo công suất chính xác của từng tế bào thay vì điện áp của chúng.

Cập nhật vào ngày 30.10.2019

Bạn có thể xem phiên bản mới của tôi

Cách đây vài tuần, tôi đã bắt đầu dự án từ những điều cơ bản, phiên bản này thực sự đơn giản, dựa trên Định luật Ohms. và so sánh với các loại pin khác, vì vậy bạn có thể dễ dàng xác định các tế bào tốt trong một bộ pin cũ. Trong thời gian tới, tôi sẽ cố gắng thực hiện những điều đó. Nhưng hiện tại, tôi hài lòng với nó, hy vọng công cụ kiểm tra nhỏ này sẽ hữu ích, vì vậy tôi chia sẻ nó với tất cả các bạn. - Trên pin rất dễ nổ và nguy hiểm. Tôi không chịu trách nhiệm về bất kỳ tổn thất nào về tài sản, thiệt hại, hoặc thiệt hại về nhân mạng nếu liên quan đến điều đó. Hướng dẫn này được viết cho những người có kiến thức về công nghệ lithium-ion có thể sạc lại. Vui lòng không thử nếu bạn là người mới sử dụng. Giữ an toàn.

Bước 1: Các bộ phận và công cụ cần thiết:

Các bộ phận bắt buộc: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Màn hình OLED 0,96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Điện trở (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Điện trở nguồn (10R, 10W) (Amazon) 6. Đầu nối vít (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototype Board (Amazon / Banggood) 9. Giá đỡ pin 18650 (Amazon)

10. Pin 18650 (GearBest / Banggood) 11. Công cụ Spacers (Amazon / Banggood) Yêu cầu: 1. Dụng cụ cắt dây / rút dây (Gear Best) 2. Dụng cụ đặt sắt (Amazon / Banggood) được sử dụng: Bộ sạc cân bằng IMAX (Gearbest / Banggood)

Súng nhiệt kế hồng ngoại (Amazon / Gearbest)

Bước 2: Sơ đồ và làm việc

Sơ đồ:

Để hiểu sơ đồ một cách dễ dàng, tôi cũng đã vẽ nó trên một bảng đục lỗ. Vị trí của các thành phần và hệ thống dây điện tương tự như bo mạch thực tế của tôi. Các ngoại lệ duy nhất là bộ rung và màn hình OLED. Trong bảng thực tế, chúng ở bên trong nhưng trong sơ đồ, chúng nằm bên ngoài.

Thiết kế rất đơn giản dựa trên Arduino Nano. Màn hình OLED được sử dụng để hiển thị các thông số của pin. 3 đầu nối vít được sử dụng để kết nối pin và khả năng chịu tải. Một bộ rung được sử dụng để đưa ra các cảnh báo khác nhau. Hai mạch phân áp được sử dụng để theo dõi các điện áp trên điện trở tải. Chức năng của MOSFET là kết nối hoặc ngắt điện trở tải với pin.

Đang làm việc:

Arduino kiểm tra tình trạng pin, nếu pin còn tốt, hãy đưa ra lệnh BẬT MOSFET. Nó cho phép dòng điện đi từ cực dương của pin, qua điện trở và MOSFET sau đó hoàn thành đường dẫn trở lại cực âm. Điều này làm xả pin trong một khoảng thời gian. Arduino đo điện áp trên điện trở tải và sau đó chia cho điện trở để tìm ra dòng phóng. Nhân giá trị này với thời gian để có được giá trị miliamp giờ (công suất).

Bước 3: Đo điện áp, dòng điện và công suất

Đo điện thế

Chúng ta phải tìm điện áp trên điện trở tải. Các hiệu điện thế được đo bằng cách sử dụng hai mạch phân áp. Nó bao gồm hai điện trở với giá trị 10k mỗi điện trở. Đầu ra từ bộ chia được kết nối với chân A0 và A1 tương tự của Arduino.

Chân tương tự Arduino có thể đo điện áp lên đến 5V, trong trường hợp của chúng tôi, điện áp tối đa là 4,2V (đã sạc đầy). Sau đó, bạn có thể hỏi, tại sao tôi đang sử dụng hai bộ chia một cách không cần thiết. Lý do là kế hoạch trong tương lai của tôi là sử dụng cùng một máy kiểm tra cho pin đa hóa học. Vì vậy, thiết kế này có thể được điều chỉnh dễ dàng để đạt được mục tiêu của tôi.

Đo lường hiện tại:

Dòng điện (I) = Điện áp (V) - Điện áp giảm trên MOSFET / Điện trở (R)

Lưu ý: Tôi giả sử điện áp giảm trên MOSFET là không đáng kể.

Ở đây, V = Điện áp trên điện trở tải và R = 10 Ohm

Kết quả thu được là ampe. Nhân 1000 để chuyển nó thành miliampe.

Vì vậy, dòng xả tối đa = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Đo lường năng lực:

Phí lưu trữ (Q) = Hiện tại (I) x Thời gian (T).

Chúng ta đã tính được dòng điện, ẩn số duy nhất trong phương trình trên là thời gian. Hàm millis () trong Arduino có thể được sử dụng để đo thời gian đã trôi qua.

Bước 4: Chọn điện trở tải

Việc lựa chọn điện trở tải phụ thuộc vào lượng dòng xả mà chúng ta cần. Giả sử bạn muốn xả pin @ 500mA, khi đó giá trị của điện trở là

Điện trở (R) = Điện áp pin tối đa / Dòng xả = 4,2 /0,5 = 8,4 Ohm

Điện trở cần tiêu tán một chút điện năng, vì vậy kích thước không quan trọng trong trường hợp này.

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

Bằng cách giữ một số lợi nhuận, bạn có thể chọn 5W. Nếu bạn muốn an toàn hơn, hãy sử dụng 10W.

Tôi đã sử dụng điện trở 10 Ohm, 10W thay vì 8,4 Ohm vì nó có trong kho của tôi vào thời điểm đó.

Bước 5: Chọn MOSFET

Ở đây MOSFET hoạt động giống như một công tắc. Đầu ra kỹ thuật số từ chân D2 của Arduino điều khiển công tắc. Khi tín hiệu 5V (CAO) được đưa đến cổng của MOSFET, nó cho phép dòng điện đi từ cực dương của pin, qua điện trở, và MOSFET sau đó hoàn thành đường dẫn trở lại cực âm. Điều này làm xả pin trong một khoảng thời gian. Vì vậy MOSFET nên được chọn theo cách mà nó có thể xử lý dòng phóng điện tối đa mà không bị quá nóng.

Tôi đã sử dụng nguồn cấp logic kênh n MOSFET-IRLZ44. Chữ L cho thấy đó là MOSFET mức logic. MOSFET mức logic có nghĩa là nó được thiết kế để bật hoàn toàn từ mức logic của vi điều khiển. MOSFET tiêu chuẩn (dòng IRF, v.v.) được thiết kế để chạy từ 10V.

Nếu bạn sử dụng MOSFET dòng IRF, thì nó sẽ không BẬT hoàn toàn bằng cách cấp nguồn 5V từ Arduino. Ý tôi là MOSFET sẽ không mang dòng điện định mức. Để BẬT các MOSFET này, bạn cần một mạch bổ sung để tăng điện áp cổng.

Vì vậy, tôi sẽ khuyên bạn nên sử dụng MOSFET mức logic, không nhất thiết phải là IRLZ44. Bạn cũng có thể sử dụng bất kỳ MOSFET nào khác.

Bước 6: Màn hình OLED

Để hiển thị Điện áp pin, dòng xả và dung lượng, tôi đã sử dụng màn hình OLED 0,96 . Nó có độ phân giải 128x64 và sử dụng bus I2C để giao tiếp với Arduino. Hai chân SCL (A5), SDA (A4) trong Arduino Uno được sử dụng để liên lạc.

Tôi đang sử dụng thư viện U8glib để hiển thị các thông số, trước tiên bạn phải tải thư viện U8glib về, sau đó cài đặt nó.

Nếu bạn muốn bắt đầu với màn hình OLED và Arduino, hãy nhấp vào đây

Các kết nối phải như sau

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Bước 7: Buzzer để cảnh báo

Để cung cấp các cảnh báo hoặc cảnh báo khác nhau, một bộ rung piezo được sử dụng.

1. Pin điện áp thấp

2. pin điện áp cao

3. Không có pin

Bộ rung có hai thiết bị đầu cuối, chân dài hơn là cực dương và chân ngắn hơn là cực âm. Hình dán trên bộ rung mới cũng có đánh dấu "+" để biểu thị cực dương.

Các kết nối phải như sau

Arduino Buzzer

D9 Thiết bị đầu cuối tích cực

GND thiết bị đầu cuối âm

Trong Arduino Sketch, tôi đã sử dụng một hàm bíp () riêng để gửi tín hiệu PWM đến bộ rung, đợi một khoảng thời gian trễ nhỏ, sau đó tắt nó đi, sau đó lại có một độ trễ nhỏ khác. Vì vậy, nó sẽ phát ra tiếng bíp một lần.

Bước 8: Tạo mạch

Trong các bước trước, tôi đã giải thích chức năng của từng thành phần trong mạch. Trước khi bắt đầu tạo bảng mạch cuối cùng, hãy kiểm tra mạch trên bảng mạch bánh mì trước, nếu mạch hoạt động hoàn hảo trên bảng mạch bánh mì, sau đó chuyển sang hàn các thành phần trên bảng mạch nguyên mẫu.

Tôi đã sử dụng bảng nguyên mẫu 7cm X 5cm.

Gắn Nano: Đầu tiên cắt hai hàng chân cắm tiêu đề cái, mỗi hàng có 15 chân, tôi dùng kềm cắt chéo để cắt các tiêu đề, sau đó hàn các chân tiêu đề. Đảm bảo khoảng cách giữa hai thanh ray phù hợp với arduino nano.

Gắn màn hình OLED: Cắt một tiêu đề nữ bằng 4 chân. Sau đó hàn nó lại như trong hình.

Gắn các thiết bị đầu cuối và các thành phần: Hàn các thành phần còn lại như trong hình

Hệ thống dây điện: Tạo hệ thống dây điện theo sơ đồ. Tôi đã sử dụng dây màu để làm hệ thống dây điện, vì vậy tôi có thể xác định chúng một cách dễ dàng.

Bước 9: Gắn Standoffs

Sau khi hàn và nối dây, hãy lắp các chân đế ở 4 góc, nó sẽ cung cấp đủ khe hở cho các mối hàn và dây dẫn khỏi mặt đất.

Bước 10: Phần mềm

Phần mềm thực hiện các tác vụ sau

1. Đo điện áp

Lấy 100 mẫu ADC, thêm chúng và lấy trung bình kết quả. Điều này được thực hiện để giảm nhiễu.

2. Kiểm tra tình trạng pin để đưa ra cảnh báo hoặc bắt đầu chu kỳ xả

Cảnh báo

i) Thấp-V!: Nếu điện áp của pin dưới mức xả thấp nhất (2,9V đối với Li Ion)

ii) Cao-V!: Nếu điện áp của pin cao hơn điều kiện được sạc đầy

iii) Không có pin!: Nếu ngăn chứa pin trống

Chu kỳ xả

Nếu điện áp của pin nằm trong mức điện áp thấp (2,9V) và điện áp cao (4,3V), chu kỳ xả sẽ bắt đầu. Tính dòng điện và dung lượng như đã giải thích trước đó.

3. Hiển thị các thông số trên OLED

4. Ghi dữ liệu trên màn hình nối tiếp

Tải xuống Mã Arduino đính kèm bên dưới.

Bước 11: Xuất dữ liệu nối tiếp và vẽ đồ thị trên trang tính Excel

Để kiểm tra mạch, trước tiên, tôi đã sạc pin Samsung 18650 tốt bằng Bộ sạc IMAX của mình. Sau đó lắp pin vào máy thử mới của tôi. Để phân tích toàn bộ quá trình xả, tôi xuất dữ liệu nối tiếp sang bảng tính. Sau đó, tôi vẽ đồ thị đường cong phóng điện. Kết quả là thực sự tuyệt vời. Tôi đã sử dụng một phần mềm có tên PLX-DAQ để làm điều đó. Bạn có thể tải về tại đây.

Bạn có thể xem qua hướng dẫn này để tìm hiểu cách sử dụng PLX-DAQ. Nó rất đơn giản.

Lưu ý: Nó chỉ hoạt động trong Windows.

Bước 12: Kết luận

Sau một vài thử nghiệm, tôi kết luận rằng kết quả của người thử nghiệm là khá hợp lý, kết quả này chênh lệch từ 50 đến 70mAh so với kết quả của máy thử dung lượng pin có thương hiệu. 51 độ C.

Trong thiết kế này, dòng điện phóng điện không phải là không đổi, nó phụ thuộc vào điện áp của pin, vì vậy đường cong phóng điện được vẽ không giống với đường cong phóng điện được đưa ra trong bảng dữ liệu sản xuất pin. Nó chỉ hỗ trợ một Pin Li Ion duy nhất.

Vì vậy, trong phiên bản tương lai của tôi, tôi sẽ thử giải quyết các đoạn ngắn trên trong V1.0.

Tín dụng: Tôi muốn ghi công cho Adam Welch, người có dự án trên YouTube đã truyền cảm hứng cho tôi bắt đầu dự án này. Bạn có thể xem video YouTube của anh ấy.

Vui lòng đề xuất bất kỳ cải tiến nào. Đánh giá nhận xét nếu có sai sót hoặc lỗi.

Hy vọng hướng dẫn của tôi là hữu ích, nếu bạn thích nó, đừng quên chia sẻ:)

Đăng ký để biết thêm các dự án DIY. Cảm ơn.