Probador de capacidad de batería Arduino DIY - V1.0: 12 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

[Reproducir video] He recuperado tantas baterías viejas de lap-top (18650) para reutilizarlas en mis proyectos solares. Es muy difícil identificar las celdas buenas en el paquete de baterías. Anteriormente, en uno de mis Instructable Power Bank, he dicho cómo identificar las celdas buenas midiendo sus voltajes, pero este método no es en absoluto confiable. Así que realmente quería una forma de medir la capacidad exacta de cada celda en lugar de sus voltajes.

Actualización el 30.10.2019

Puedes ver mi nueva versión

Hace unas semanas comencé el proyecto desde lo básico, esta versión es realmente simple, que se basa en la Ley de Ohm, la precisión del probador no será 100% perfecta, pero da resultados razonables que se pueden usar y en comparación con otras baterías, para que pueda identificar fácilmente las celdas buenas en una batería vieja. Durante mi trabajo me di cuenta de que hay muchas cosas que se pueden mejorar. En el futuro, intentaré implementar esas cosas. Pero por el momento, estoy contento con él. Espero que este pequeño probador sea útil, así que lo comparto con todos ustedes. Nota: Deseche las baterías defectuosas correctamente. Descargo de responsabilidad: tenga en cuenta que está trabajando con Li -Batería de iones altamente explosiva y peligrosa. No puedo ser responsable de ninguna pérdida de propiedad, daño o pérdida de la vida si se trata de eso. Este tutorial fue escrito para aquellos que tienen conocimientos sobre la tecnología de iones de litio recargable. No lo intente si es un principiante. Mantenerse a salvo.

Paso 1: Piezas y herramientas necesarias:

Piezas necesarias: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Pantalla OLED de 0.96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Resistores (4 x 10K, 1/4W) (Amazon / Banggood) 5. Resistencia de potencia (10R, 10W) (Amazon) 6. Terminales de tornillo (3 números) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Placa de prototipo (Amazon / Banggood) 9. Soporte de batería 18650 (Amazon)

10. Batería 18650 (GearBest / Banggood) 11. Espaciadores (Amazon / Banggood) Herramientas necesarias: 1. Cortador / pelacables (Gear Best) 2. Soldador (Amazon / Banggood) Instrumento utilizado: Cargador de equilibrio IMAX (Gearbest / Banggood)

Pistola de termómetro infrarrojo (Amazon / Gearbest)

Paso 2: esquema y funcionamiento

Esquemático:

Para entender el esquema fácilmente, también lo he dibujado en un tablero perforado. Las posiciones de los componentes y el cableado son similares a mi placa real. Las únicas excepciones son el zumbador y la pantalla OLED. En el tablero real, están adentro, pero en el esquema, están afuera.

El diseño es muy simple y se basa en Arduino Nano. Se utiliza una pantalla OLED para mostrar los parámetros de la batería. Se utilizan 3 terminales de tornillo para conectar la batería y la resistencia de carga. Se utiliza un timbre para dar diferentes alertas. El circuito de dos divisores de voltaje se usa para monitorear los voltajes a través de la resistencia de carga. La función del MOSFET es conectar o desconectar la resistencia de carga con la batería.

Laboral:

Arduino comprueba el estado de la batería, si la batería es buena, da el comando para encender el MOSFET. Permite que la corriente pase desde el terminal positivo de la batería, a través de la resistencia, y el MOSFET luego completa el camino de regreso al terminal negativo. Esto descarga la batería durante un período de tiempo. Arduino mide el voltaje a través de la resistencia de carga y luego lo divide por la resistencia para averiguar la corriente de descarga. Multiplica esto por el tiempo para obtener el valor de miliamperios-hora (capacidad).

Paso 3: Medición de voltaje, corriente y capacidad

Medida de voltaje

Tenemos que encontrar el voltaje a través de la resistencia de carga. Los voltajes se miden utilizando dos circuitos divisores de voltaje. Consta de dos resistencias con valores de 10k cada una. La salida del divisor está conectada a los pines analógicos A0 y A1 de Arduino.

El pin analógico Arduino puede medir voltaje hasta 5V, en nuestro caso el voltaje máximo es 4.2V (completamente cargado). Entonces puede preguntar, por qué estoy usando dos divisores innecesariamente. La razón es que mi plan futuro es utilizar el mismo comprobador para la batería de múltiples productos químicos. Entonces este diseño se puede adaptar fácilmente para lograr mi objetivo.

Medida actual:

Corriente (I) = Voltaje (V) - Caída de voltaje en el MOSFET / Resistencia (R)

Nota: Supongo que la caída de voltaje en el MOSFET es insignificante.

Aquí, V = voltaje a través de la resistencia de carga y R = 10 ohmios

El resultado obtenido está en amperios. Multiplica 1000 para convertirlo en miliamperios.

Entonces corriente de descarga máxima = 4.2 / 10 = 0.42A = 420mA

Medida de capacidad:

Carga almacenada (Q) = actual (I) x tiempo (T).

Ya hemos calculado la corriente, la única incógnita en la ecuación anterior es el tiempo. La función millis () en Arduino se puede utilizar para medir el tiempo transcurrido.

Paso 4: Selección de resistencia de carga

La selección de la resistencia de carga depende de la cantidad de corriente de descarga que necesitemos. Suponga que desea descargar la batería a 500 mA, entonces el valor de la resistencia es

Resistencia (R) = Voltaje máximo de la batería / Corriente de descarga = 4.2 /0.5 = 8.4 Ohm

La resistencia necesita disipar un poco de potencia, por lo que el tamaño sí importa en este caso.

Calor disipado = I ^ 2 x R = 0.5 ^ 2 x 8.4 = 2.1 Watt

Manteniendo un margen, puede elegir 5W. Si quieres más seguridad usa 10W.

Usé una resistencia de 10 ohmios, 10 W en lugar de 8,4 ohmios porque estaba en mi stock en ese momento.

Paso 5: Seleccionar el MOSFET

Aquí MOSFET actúa como un interruptor. La salida digital del pin D2 de Arduino controla el interruptor. Cuando la señal de 5V (ALTA) se envía a la puerta del MOSFET, permite que la corriente pase desde el terminal positivo de la batería, a través de la resistencia, y el MOSFET luego completa el camino de regreso al terminal negativo. Esto descarga la batería durante un período de tiempo. Por lo tanto, el MOSFET debe elegirse de tal manera que pueda manejar la corriente de descarga máxima sin sobrecalentamiento.

Usé un MOSFET-IRLZ44 de potencia de nivel lógico de canal n. La L muestra que es un MOSFET de nivel lógico. Un MOSFET de nivel lógico significa que está diseñado para encenderse completamente desde el nivel lógico de un microcontrolador. El MOSFET estándar (serie IRF, etc.) está diseñado para funcionar desde 10V.

Si usa un MOSFET de la serie IRF, no se encenderá por completo aplicando 5V de Arduino. Me refiero a que el MOSFET no llevará la corriente nominal. Para sintonizar estos MOSFET, necesita un circuito adicional para aumentar el voltaje de la puerta.

Así que recomendaré usar un MOSFET de nivel lógico, no necesariamente IRLZ44. También puede usar cualquier otro MOSFET.

Paso 6: pantalla OLED

Para mostrar el voltaje de la batería, la corriente de descarga y la capacidad, utilicé una pantalla OLED de 0.96 . Tiene una resolución de 128x64 y usa el bus I2C para comunicarse con el Arduino. Se usan dos pines SCL (A5), SDA (A4) en Arduino Uno para comunicación.

Estoy usando la biblioteca U8glib para mostrar los parámetros. Primero tienes que descargar la biblioteca U8glib y luego instalarla.

Si desea comenzar con la pantalla OLED y Arduino, haga clic aquí

Las conexiones deben ser las siguientes

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Paso 7: Zumbador de advertencia

Para proporcionar una advertencia o alerta diferente, se utiliza un zumbador piezoeléctrico.

1. Batería baja tensión

2. Batería de alto voltaje

3. Sin batería

El zumbador tiene dos terminales, el más largo es positivo y el tramo más corto es negativo. La etiqueta en el nuevo zumbador también tiene un "+" marcado para indicar el terminal positivo.

Las conexiones deben ser las siguientes

Zumbador Arduino

D9 Terminal positivo

Terminal negativo GND

En Arduino Sketch, he usado una función separada beep () que envía la señal PWM al timbre, espera un pequeño retraso, luego lo apaga y luego tiene otro pequeño retraso. Por lo tanto, suena una vez.

Paso 8: Hacer el circuito

En los pasos anteriores, he explicado la función de cada uno de los componentes del circuito. Antes de saltar para hacer la placa final, primero pruebe el circuito en una placa de prueba. Si el circuito funciona perfectamente en la placa de prueba, luego muévase para soldar los componentes en la placa de prototipo.

Usé una placa prototipo de 7 cm X 5 cm.

Montaje del Nano: Primero corte dos filas de clavijas de cabezal hembra con 15 clavijas en cada una. Utilicé una pinza diagonal para cortar los encabezados. Luego suelde las clavijas de encabezado. Asegúrese de que la distancia entre los dos rieles se ajuste al arduino nano.

Montaje de la pantalla OLED: corte un cabezal hembra con 4 pines. Luego suelde como se muestra en la imagen.

Montaje de terminales y componentes: Suelde los componentes restantes como se muestra en las imágenes

Cableado: Haga el cableado según el esquema. Usé cables de colores para hacer el cableado, de modo que pueda identificarlos fácilmente.

Paso 9: Montaje de los separadores

Después de soldar y cablear, monte los separadores en las 4 esquinas. Esto proporcionará suficiente espacio libre para las juntas de soldadura y los cables desde el suelo.

Paso 10: software

El software realiza las siguientes tareas

1. Mida los voltajes

Tomando 100 muestras ADC, agregándolas y promediando el resultado. Esto se hace para reducir el ruido.

2. Verifique el estado de la batería para dar una alerta o iniciar el ciclo de descarga.

Alertas

i) Low-V!: Si el voltaje de la batería está por debajo del nivel de descarga más bajo (2.9V para Li Ion)

ii) ¡Alto-V!: Si el voltaje de la batería está por encima de la condición de carga completa

iii) ¡Sin batería!: Si el portapilas está vacío

Ciclo de descarga

Si el voltaje de la batería está entre el voltaje bajo (2.9V) y el voltaje alto (4.3V), comience el ciclo de descarga. Calcule la corriente y la capacidad como se explicó anteriormente.

3. Muestra los parámetros en el OLED.

4. Registro de datos en el monitor en serie

Descargue el código Arduino adjunto a continuación.

Paso 11: Exportación de datos en serie y trazado en una hoja de Excel

Para probar el circuito, primero cargué una buena batería Samsung 18650 usando mi cargador IMAX. Luego coloque la batería en mi nuevo probador. Para analizar todo el proceso de descarga, exporto los datos seriados a una hoja de cálculo. Luego tracé la curva de descarga. El resultado es realmente asombroso. Usé un software llamado PLX-DAQ para hacerlo. Puedes descargarlo aquí.

Puede seguir este tutorial para aprender a usar PLX-DAQ. Es muy simple.

Nota: solo funciona en Windows.

Paso 12: Conclusión

Después de algunas pruebas, concluyo que el resultado del probador es bastante razonable. El resultado es de 50 a 70 mAh de distancia del resultado de un probador de capacidad de batería de marca. Al usar una pistola de temperatura IR, también medí el aumento de temperatura en la resistencia de carga, el valor máximo es 51 grados C.

En este diseño, la corriente de descarga no es constante, depende del voltaje de la batería. Por lo tanto, la curva de descarga trazada no es similar a la curva de descarga dada en la hoja de datos de fabricación de la batería. Solo admite una sola batería de iones de litio.

Entonces, en mi versión futura, intentaré resolver los inconvenientes anteriores en la V1.0.

Crédito: Me gustaría dar crédito a Adam Welch, cuyo proyecto en YouTube me inspiró para comenzar este proyecto. Puedes ver su video de YouTube.

Por favor sugiera cualquier mejora. Levante un comentario si hay algún error o error.

Espero que mi tutorial sea útil. Si te gusta, no olvides compartir:)

Suscríbete para más proyectos de bricolaje. Gracias.