DIY Arduino Battery Capacity Tester - V2.0: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมและ NiMH ปลอมมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่งซึ่งขายโดยการโฆษณาที่มีความจุสูงกว่าความจุจริง ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะแยกแยะระหว่างแบตเตอรี่ของจริงและของปลอม ในทำนองเดียวกัน เป็นการยากที่จะทราบความจุที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่แล็ปท็อป 18650 ที่กู้คืนมาได้ ดังนั้น จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ในการวัดความจุที่แท้จริงของแบตเตอรี่

ในปี 2559 ฉันได้เขียนคำแนะนำเกี่ยวกับ " Arduino Capacity Tester - V1.0 " ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ตรงไปตรงมาและเรียบง่าย เวอร์ชันก่อนหน้านี้ใช้กฎของโอห์ม แบตเตอรี่ที่จะทดสอบจะถูกคายประจุผ่านตัวต้านทานคงที่ โดย Arduino จะวัดระยะเวลาปัจจุบันและระยะเวลา และความจุคำนวณโดยการคูณทั้งค่าที่อ่านได้ (กระแสไฟและเวลาปล่อย)

ข้อเสียของรุ่นก่อนหน้าคือในระหว่างการทดสอบ เนื่องจากแรงดันแบตเตอรี่ลดลง กระแสไฟก็ลดลงด้วย ซึ่งทำให้การคำนวณซับซ้อนและไม่ถูกต้อง เพื่อเอาชนะสิ่งนี้ ฉันได้สร้าง V2.0 ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้กระแสไฟคงที่ตลอดกระบวนการคายประจุ ฉันสร้างอุปกรณ์นี้โดยสร้างแรงบันดาลใจให้กับการออกแบบดั้งเดิมโดย MyVanitar

คุณสมบัติหลักของ Capacity Tester V2.0 คือ:

1. สามารถวัดความจุของแบตเตอรี่ AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer และ Li FePO4 เหมาะสำหรับแบตเตอรี่เกือบทุกชนิดที่มีระดับต่ำกว่า 5V

2. ผู้ใช้สามารถตั้งค่ากระแสไฟได้โดยใช้ปุ่มกด

3. ส่วนต่อประสานผู้ใช้ OLED

4. อุปกรณ์สามารถใช้เป็น Electronic Load ได้

อัพเดทเมื่อ 02.12.2019

ตอนนี้คุณสามารถสั่งซื้อ PCB และส่วนประกอบร่วมกันในชุดจาก PCBWay

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: โปรดทราบว่าคุณกำลังทำงานกับแบตเตอรี่ Li-Ion ซึ่งระเบิดได้สูงและเป็นอันตราย ข้าพเจ้าจะไม่รับผิดชอบต่อการสูญเสียทรัพย์สิน ความเสียหาย หรือการสูญเสียชีวิตหากเป็นกรณีนี้ บทช่วยสอนนี้เขียนขึ้นสำหรับผู้ที่มีความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้ โปรดอย่าพยายามทำเช่นนี้หากคุณเป็นสามเณร อยู่อย่างปลอดภัย.

เสบียง

ส่วนประกอบที่ใช้

ตอนนี้ สั่งซื้อ PCB และส่วนประกอบทั้งหมดเพื่อสร้างโปรเจ็กต์นี้ในชุดคิทจาก PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: อเมซอน / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. 0.96 OLED display: อเมซอน / Banggood

5. ตัวต้านทานเซรามิก: Amazon / Banggood

6. ตัวเก็บประจุ 100nF: Amazon / Banggood

7. ตัวเก็บประจุ 220uF: Amazon / Banggood

8. ตัวต้านทาน 4.7K & 1M: Amazon / Banggood

9. ปุ่มกด: Amazon / Banggood

10. ฝาครอบปุ่มกด: Aliexpress

11. ขั้วต่อสกรู: Amazon / Banggood

12. บอร์ดต้นแบบ: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. ท่อหด: Amazon/ Banggood

15. ฮีทซิงค์: Aliexpress

เครื่องมือที่ใช้

1. การประสาน เตารีด: Amazon / Banggood

2. แคลมป์มิเตอร์: Amazon / Banggood

3. มัลติมิเตอร์: Amazon / Banggood

4. เครื่องเป่าลมร้อน: Amazon / Banggood

5. เครื่องตัดลวด: Amazon / Banggood

6. ลวด Stripper: Amazon / Banggood

ขั้นตอนที่ 1: แผนผังไดอะแกรม

แผนผังทั้งหมดแบ่งออกเป็นส่วนต่อไปนี้:

1. วงจรพาวเวอร์ซัพพลาย

2. วงจรโหลดกระแสคงที่

3. วงจรวัดแรงดันแบตเตอรี่

4. วงจรส่วนต่อประสานผู้ใช้

5. วงจร Buzzer

1. วงจรพาวเวอร์ซัพพลาย

วงจรจ่ายไฟประกอบด้วยแจ็ค DC (7-9V) และตัวเก็บประจุตัวกรอง C1 และ C2 สองตัว เอาต์พุตกำลัง (Vin) เชื่อมต่อกับพิน Arduino Vin ที่นี่ฉันกำลังใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าออนบอร์ด Arduino เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ 5V

2. วงจรโหลดกระแสคงที่

องค์ประกอบหลักของวงจรคือ Op-amp LM358 ซึ่งมีแอมพลิฟายเออร์สองตัว สัญญาณ PWM จากพิน Arduino D10 ถูกกรองโดยฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ (R2 และ C6) และป้อนไปยังแอมพลิฟายเออร์การทำงานที่สอง เอาต์พุตของ op-amp ตัวที่สองเชื่อมต่อกับ op-amp ตัวแรกในการกำหนดค่าผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้า แหล่งจ่ายไฟของ LM358 ถูกกรองโดยตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน C5

op-amp, R1 และ Q1 ตัวแรกสร้างวงจรโหลดกระแสคงที่ ตอนนี้เราสามารถควบคุมกระแสผ่านตัวต้านทานโหลด (R1) ได้โดยการเปลี่ยนความกว้างพัลส์สัญญาณ PWM

3. วงจรวัดแรงดันแบตเตอรี่

แรงดันแบตเตอรี่วัดโดยขาอินพุตอนาล็อก A0 ของ Arduino ใช้ตัวเก็บประจุ C3 และ C4 สองตัวเพื่อกรองสัญญาณรบกวนที่มาจากวงจรโหลดกระแสคงที่ ซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพการแปลง ADC ได้

4. วงจรส่วนต่อประสานผู้ใช้

วงจรอินเทอร์เฟซผู้ใช้ประกอบด้วยปุ่มกดสองปุ่มและจอแสดงผล I2C OLED ขนาด 0.96 ปุ่มขึ้นและลงคือการเพิ่มหรือลดความกว้างพัลส์ PWM R3 และ R4 เป็นตัวต้านทานแบบดึงขึ้นสำหรับการกดขึ้นและลง - ปุ่ม C7 และ C8 ใช้สำหรับดีบักปุ่มกด ปุ่มกดที่สาม (RST) ใช้สำหรับรีเซ็ต Arduino

5. วงจร Buzzer

วงจรออดใช้เพื่อเตือนการเริ่มต้นและสิ้นสุดการทดสอบ ออด 5V เชื่อมต่อกับพินดิจิตอล Arduino D9

ขั้นตอนที่ 2: มันทำงานอย่างไร

ทฤษฎีนี้อิงจากการเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าของการกลับด้าน (pin-2) และอินพุตที่ไม่กลับด้าน (pin-3) ของ OpAmp ซึ่งกำหนดค่าเป็นเครื่องขยายสัญญาณที่เป็นเอกภาพ เมื่อคุณตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอินพุตที่ไม่กลับด้านโดยการปรับสัญญาณ PWM เอาต์พุตของ opamp จะเปิดประตูของ MOSFET เมื่อเปิด MOSFET กระแสไฟจะไหลผ่าน R1 จะสร้างแรงดันตก ซึ่งให้ผลตอบรับเชิงลบกับ OpAmp มันควบคุม MOSFET ในลักษณะที่แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตกลับด้านและไม่กลับด้านเท่ากัน ดังนั้นกระแสผ่านตัวต้านทานโหลดจะเป็นสัดส่วนกับแรงดันที่อินพุตที่ไม่กลับด้านของ OpAmp

สัญญาณ PWM จาก Arduino ถูกกรองโดยใช้วงจรกรองความถี่ต่ำ (R2 และ C1) เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของสัญญาณ PWM และวงจรตัวกรอง ฉันได้ต่อ DSO ch-1 ของฉันที่อินพุตและ ch-2 ที่เอาต์พุตของวงจรตัวกรอง รูปคลื่นเอาต์พุตแสดงไว้ด้านบน

ขั้นตอนที่ 3: การวัดความจุ

ที่นี่ แบตเตอรี่ถูกคายประจุจนถึงแรงดันไฟเกณฑ์ระดับต่ำ (3.2V)

ความจุของแบตเตอรี่ (mAh) = กระแสไฟ (I) ในหน่วย mA x เวลา (T) ในหน่วยชั่วโมง

จากสมการข้างต้น เป็นที่ชัดเจนว่าในการคำนวณความจุของแบตเตอรี่ (mAh) เราต้องรู้กระแสในหน่วย mA และเวลาเป็นชั่วโมง วงจรที่ออกแบบเป็นวงจรโหลดกระแสคงที่ ดังนั้นกระแสไฟดิสชาร์จจะคงที่ตลอดช่วงการทดสอบ

สามารถปรับกระแสไฟได้โดยการกดปุ่มขึ้นและลง ระยะเวลาวัดโดยใช้ตัวจับเวลาในโค้ด Arduino

ขั้นตอนที่ 4: การสร้างวงจร

ในขั้นตอนก่อนหน้านี้ ฉันได้อธิบายหน้าที่ของแต่ละส่วนประกอบในวงจรแล้ว ก่อนกระโดดเพื่อสร้างกระดานสุดท้ายให้ทดสอบวงจรบนเขียงหั่นขนมก่อน หากวงจรทำงานได้อย่างสมบูรณ์บนเขียงหั่นขนม ให้ย้ายไปประสานส่วนประกอบบนบอร์ดต้นแบบ

ฉันใช้บอร์ดต้นแบบขนาด 7 ซม. X 5 ซม.

การติดตั้งนาโน: ขั้นแรกให้ตัดพินส่วนหัวของตัวเมียสองแถวโดยแต่ละอันมี 15 พิน ฉันใช้ก้ามแบบทแยงมุมเพื่อตัดส่วนหัว จากนั้นประสานหมุดส่วนหัว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระยะห่างระหว่างรางทั้งสองนั้นพอดีกับ Arduino nano

การติดตั้งจอแสดงผล OLED: ตัดส่วนหัวของเพศหญิงด้วย 4 พิน แล้วบัดกรีตามภาพ

การติดตั้งขั้วต่อและส่วนประกอบ: บัดกรีส่วนประกอบที่เหลือตามที่แสดงในรูปภาพ

การเดินสายไฟ: ทำการเดินสายตามแผนผัง ฉันใช้สายไฟสีเพื่อทำการเดินสายเพื่อให้สามารถระบุได้อย่างง่ายดาย

ขั้นตอนที่ 5: จอแสดงผล OLED

เพื่อแสดงแรงดันแบตเตอรี่ กระแสไฟออก และความจุ ฉันใช้จอแสดงผล OLED ขนาด 0.96 มีความละเอียด 128x64 และใช้บัส I2C เพื่อสื่อสารกับ Arduino ใช้ SCL (A5), SDA (A4) สองพินใน Arduino Uno เพื่อการสื่อสาร

ฉันใช้ไลบรารี Adafruit_SSD1306 เพื่อแสดงพารามิเตอร์

ก่อนอื่น คุณต้องดาวน์โหลด Adafruit_SSD1306 จากนั้นติดตั้ง

การเชื่อมต่อควรเป็นดังนี้

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

ขั้นตอนที่ 6: Buzzer สำหรับคำเตือน

เพื่อให้การแจ้งเตือนในระหว่างการเริ่มต้นและการแข่งขันของการทดสอบ จะใช้เสียง piezo ออดมีขั้วสองขั้ว ขั้วที่ยาวกว่าเป็นขั้วบวก และขาที่สั้นกว่าเป็นขั้วลบ สติกเกอร์บนออดใหม่ยังมีเครื่องหมาย " + " เพื่อระบุขั้วบวกด้วย

เนื่องจากบอร์ดต้นแบบไม่มีที่ว่างเพียงพอสำหรับวางกริ่ง ฉันจึงเชื่อมต่อออดกับแผงวงจรหลักโดยใช้สายไฟสองเส้น เพื่อป้องกันการเชื่อมต่อเปลือย ฉันใช้ท่อหดแบบใช้ความร้อน

การเชื่อมต่อควรเป็นดังนี้

Arduino Buzzer

D9 ขั้วบวก

GND ขั้วลบ

ขั้นตอนที่ 7: การติดตั้ง Standoffs

หลังจากบัดกรีและเดินสายแล้ว ให้ติดตั้งส่วนรองที่มุมทั้ง 4 ด้าน มันจะให้ช่องว่างที่เพียงพอต่อข้อต่อบัดกรีและสายไฟจากพื้นดิน

ขั้นตอนที่ 8: การออกแบบ PCB

ฉันวาดแผนผังโดยใช้ซอฟต์แวร์ออนไลน์ EasyEDA หลังจากนั้นเปลี่ยนเป็นเค้าโครง PCB

ส่วนประกอบทั้งหมดที่คุณเพิ่มในแผนผังควรอยู่ที่นั่น ซ้อนกัน พร้อมที่จะวางและกำหนดเส้นทาง ลากส่วนประกอบโดยจับที่แผ่นรอง แล้ววางลงในแนวขอบสี่เหลี่ยม

จัดเรียงส่วนประกอบทั้งหมดเพื่อให้บอร์ดใช้พื้นที่น้อยที่สุด ขนาดบอร์ดเล็กลง ต้นทุนการผลิต PCB จะถูกลง จะเป็นประโยชน์หากบอร์ดนี้มีรูสำหรับยึดเพื่อให้สามารถติดตั้งในตู้ได้

ตอนนี้คุณต้องกำหนดเส้นทาง การกำหนดเส้นทางเป็นส่วนที่สนุกที่สุดของกระบวนการทั้งหมดนี้ มันเหมือนกับการไขปริศนา! การใช้เครื่องมือติดตามเราจำเป็นต้องเชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมด คุณสามารถใช้ทั้งชั้นบนและชั้นล่างเพื่อหลีกเลี่ยงการทับซ้อนกันระหว่างสองแทร็กที่แตกต่างกันและทำให้แทร็กสั้นลง

คุณสามารถใช้เลเยอร์ Silk เพื่อเพิ่มข้อความลงในบอร์ดได้ นอกจากนี้เรายังสามารถแทรกไฟล์รูปภาพ ดังนั้นฉันจึงเพิ่มรูปภาพโลโก้เว็บไซต์ของฉันเพื่อพิมพ์ลงบนกระดาน ในท้ายที่สุด เราต้องสร้างพื้นที่กราวด์ของ PCB โดยใช้เครื่องมือพื้นที่ทองแดง

คุณสามารถสั่งซื้อได้จาก PCBWay

ลงทะเบียน PCBWay ตอนนี้เพื่อรับคูปอง US $ 5 นั่นหมายความว่าการสั่งซื้อครั้งแรกของคุณไม่มีค่าใช้จ่าย เพียงคุณต้องจ่ายค่าจัดส่ง

เมื่อคุณสั่งซื้อ ฉันจะได้รับเงินบริจาค 10% จาก PCBWay สำหรับผลงานของฉัน ความช่วยเหลือเล็กๆ น้อยๆ ของคุณอาจกระตุ้นให้ฉันทำงานที่ยอดเยี่ยมกว่านี้ในอนาคต ขอบคุณสำหรับความร่วมมือ.

ขั้นตอนที่ 9: ประกอบ PCB

สำหรับการบัดกรี คุณจะต้องใช้หัวแร้ง หัวแร้ง บัดกรี ก้าม และมัลติมิเตอร์ที่ดี แนวปฏิบัติที่ดีในการบัดกรีส่วนประกอบตามความสูง ประสานส่วนประกอบที่มีความสูงน้อยกว่าก่อน

คุณสามารถทำตามขั้นตอนต่อไปนี้เพื่อประสานส่วนประกอบ:

1. ดันขาส่วนประกอบผ่านรู แล้วหมุน PCB ที่ด้านหลัง

2. จับปลายหัวแร้งกับทางแยกของแผ่นอิเล็กโทรดและขาของส่วนประกอบ

3. ป้อนบัดกรีเข้าไปในข้อต่อเพื่อให้ไหลไปทั่วตะกั่วและปิดแผ่น เมื่อมันไหลไปทั่วแล้วให้ขยับปลายออกไป

ขั้นตอนที่ 10: ซอฟต์แวร์และไลบรารี

ขั้นแรก ดาวน์โหลดรหัส Arduino ที่แนบมา จากนั้นดาวน์โหลดไลบรารีต่อไปนี้และติดตั้ง

ห้องสมุด:

ดาวน์โหลดและติดตั้งไลบรารีต่อไปนี้:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

ในโค้ด คุณต้องเปลี่ยนสองสิ่งต่อไปนี้

1. ค่าอาร์เรย์ปัจจุบัน: สามารถทำได้โดยเชื่อมต่อมัลติมิเตอร์แบบอนุกรมกับแบตเตอรี่ กดปุ่มขึ้นและวัดค่าปัจจุบัน ค่าปัจจุบันเป็นองค์ประกอบของอาร์เรย์

2. Vcc: คุณใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าที่ขา Arduino 5V ในกรณีของฉันมันคือ 4.96V

อัพเดทเมื่อ 20.11.2019

คุณสามารถเปลี่ยนค่า Low_BAT_Level ในรหัสตามคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่ ควรใช้ระยะขอบเล็กน้อยเหนือแรงดันไฟตัดที่ระบุไว้ด้านล่าง

ต่อไปนี้คืออัตราการคายประจุและแรงดันตัดสำหรับเคมีภัณฑ์ต่างๆ ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน:

1. ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์: แรงดันตัด = 2.5V ที่อัตราการคายประจุ 1C

2. ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์: แรงดันตัด = 2.5V ที่อัตราการคายประจุ 1C

3. ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต: แรงดันตัด = 2.5V ที่อัตราการคายประจุ 1C

4. ลิเธียมไททาเนต: แรงดันตัด = 1.8V ที่อัตราการคายประจุ 1C

5. ลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์: แรงดันตัด = 2.5V ที่อัตราการปล่อย 1C

6. ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์อลูมิเนียมออกไซด์: แรงดันตัด = 3.0V ที่อัตราการคายประจุ 1C

อัพเดทเมื่อ 01.04.2020

jcgrabo แนะนำการเปลี่ยนแปลงบางอย่างกับการออกแบบดั้งเดิมเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ การเปลี่ยนแปลงมีการระบุไว้ด้านล่าง:

1. เพิ่มข้อมูลอ้างอิงที่แม่นยำ (LM385BLP-1.2) และเชื่อมต่อกับ A1 ระหว่างการติดตั้ง ให้อ่านค่าที่ทราบว่าเป็น 1.215 โวลต์ แล้วคำนวณ Vcc ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องวัด Vcc

2.เปลี่ยนตัวต้านทาน 1 โอห์ม 5% ด้วยตัวต้านทานกำลัง 1 โอห์ม 1% ซึ่งจะช่วยลดข้อผิดพลาดที่ขึ้นอยู่กับค่าของความต้านทาน

3. แทนที่จะใช้ชุดค่า PWM คงที่สำหรับแต่ละขั้นตอนปัจจุบัน (เพิ่มขึ้นทีละ 5) ให้สร้างอาร์เรย์ของค่าปัจจุบันที่ต้องการซึ่งใช้ในการคำนวณค่า PWM ที่จำเป็นเพื่อให้ได้ค่าปัจจุบันที่ใกล้เคียงที่สุด เขาตามมาด้วยการคำนวณค่าปัจจุบันจริงที่จะได้รับด้วยค่า PWM ที่คำนวณ

เมื่อพิจารณาถึงการเปลี่ยนแปลงข้างต้น เขาได้แก้ไขโค้ดและแชร์ในส่วนความคิดเห็น รหัสที่แก้ไขได้แนบมาด้านล่าง

ขอบคุณมาก jcgrabo สำหรับผลงานอันมีค่าของคุณในโครงการของฉัน ฉันหวังว่าการปรับปรุงนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับผู้ใช้จำนวนมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 11: บทสรุป

เพื่อทดสอบวงจร อันดับแรก ฉันชาร์จแบตเตอรี่ Samsung 18650 ที่ดีโดยใช้ที่ชาร์จ ISDT C4 ของฉัน จากนั้นต่อแบตเตอรี่เข้ากับขั้วแบตเตอรี่ ตอนนี้ตั้งค่ากระแสตามความต้องการของคุณและกดปุ่ม "UP" ค้างไว้ จากนั้นคุณควรได้ยินเสียงบี๊บและขั้นตอนการทดสอบจะเริ่มต้นขึ้น ในระหว่างการทดสอบ คุณจะตรวจสอบพารามิเตอร์ทั้งหมดบนจอแสดงผล OLED แบตเตอรี่จะคายประจุจนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะถึงเกณฑ์ระดับต่ำ (3.2V) ขั้นตอนการทดสอบจะเสร็จสิ้นด้วยเสียงบี๊บยาวสองครั้ง

หมายเหตุ: โครงการยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา คุณสามารถเข้าร่วมฉันสำหรับการปรับปรุงใด ๆ แสดงความคิดเห็นหากมีข้อผิดพลาดหรือข้อผิดพลาด ฉันกำลังออกแบบ PCB สำหรับโครงการนี้ ไม่พลาดการติดต่อเพื่อรับการอัปเดตเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงการ

หวังว่าบทช่วยสอนของฉันจะเป็นประโยชน์ ถ้าชอบอย่าลืมแชร์นะครับ:) สมัครสมาชิกโครงการ DIY เพิ่มเติม ขอบคุณ.