Teste de capacidade de bateria DIY Arduino - V1.0: 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

[Reproduzir vídeo] Eu resgatei muitas baterias antigas de lap-top (18650) para reutilizá-las em meus projetos solares. É muito difícil identificar as células boas na bateria. Anteriormente, em um de meus Power Bank Instructable, eu disse como identificar células boas medindo suas tensões, mas esse método não é nada confiável. Então, eu realmente queria uma maneira de medir a capacidade exata de cada célula em vez de suas tensões.

Atualização em 30.10.2019

Você pode ver minha nova versão

Algumas semanas atrás, comecei o projeto do básico. Esta versão é realmente simples, que se baseia na Lei de Ohms. A precisão do testador não será 100% perfeita, mas dá resultados razoáveis que podem ser usados e comparada com outra bateria, para que você possa identificar facilmente células boas em uma bateria antiga. Durante meu trabalho, percebi que há muitas coisas que podem ser melhoradas. No futuro, tentarei implementar essas coisas. Mas, por enquanto, estou feliz com isso. Espero que este pequeno testador seja útil, por isso estou compartilhando com todos vocês. Observação: descarte as baterias danificadas de maneira adequada. Isenção de responsabilidade: observe que você está trabalhando com Li - Bateria de íons altamente explosiva e perigosa. Não posso ser responsabilizado por qualquer perda de propriedade, dano ou perda de vida, se for o caso. Este tutorial foi escrito para aqueles que têm conhecimento da tecnologia recarregável de íons de lítio. Não tente fazer isso se você for um novato. Fique seguro.

Etapa 1: Peças e ferramentas necessárias:

Peças necessárias: 1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood) 2. Display OLED de 0,96 (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon) 4. Resistores (4 x 10K, 1 / 4W) (Amazon / Banggood) 5. Resistor de alimentação (10R, 10W) (Amazon) 6. Terminais de parafuso (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Tabuleiro de protótipos (Amazon / Banggood) 9. Suporte de bateria 18650 (Amazon)

10. Bateria 18650 (GearBest / Banggood) 11. Ferramentas espaçadoras (Amazon / Banggood) necessárias: 1. Cortador / descascador de fio (engrenagem melhor) 2. Ferro de soldar (Amazon / Banggood) Instrumento usado: Carregador de equilíbrio IMAX (Gearbest / Banggood)

Pistola termômetro infravermelho (Amazon / Gearbest)

Etapa 2: Esquema e Trabalho

Esquemático:

Para entender o esquema facilmente, também o desenhei em uma placa perfurada. As posições dos componentes e da fiação são semelhantes às da minha placa real. As únicas exceções são a campainha e a tela OLED. No quadro real, eles estão dentro, mas no esquema, eles estão do lado de fora.

O design é muito simples, baseado no Arduino Nano. Um display OLED é usado para exibir os parâmetros da bateria.3 terminais de parafuso são usados para conectar a bateria e a resistência de carga. Uma campainha é usada para dar diferentes alertas. O circuito de dois divisores de tensão é usado para monitorar as tensões na resistência de carga. A função do MOSFET é conectar ou desconectar a resistência de carga da bateria.

Trabalhando:

O Arduino verifica a condição da bateria, se a bateria estiver boa, dê o comando para ligar o MOSFET. Ele permite que a corrente passe do terminal positivo da bateria, através do resistor, e o MOSFET então completa o caminho de volta ao terminal negativo. Isso descarrega a bateria ao longo de um período de tempo. O Arduino mede a tensão no resistor de carga e depois divide pela resistência para descobrir a corrente de descarga. Multiplique isso pelo tempo para obter o valor em miliamperes-hora (capacidade).

Etapa 3: medição de tensão, corrente e capacidade

Medição de Tensão

Temos que encontrar a tensão no resistor de carga. As tensões são medidas usando dois circuitos divisores de tensão. É composto por dois resistores com valores de 10k cada. A saída do divisor é conectada aos pinos analógicos A0 e A1 do Arduino.

O pino analógico do Arduino pode medir voltagem de até 5V, em nosso caso a voltagem máxima é de 4,2V (totalmente carregada). Então você pode perguntar, por que estou usando dois divisores desnecessariamente. A razão é que meu plano futuro é usar o mesmo testador para a bateria multiquímica. Portanto, este design pode ser facilmente adaptado para atingir meu objetivo.

Medição Atual:

Corrente (I) = Tensão (V) - Queda de tensão no MOSFET / Resistência (R)

Nota: Estou assumindo que a queda de tensão no MOSFET é insignificante.

Aqui, V = Tensão através do resistor de carga e R = 10 Ohm

O resultado obtido está em amperes. Multiplique 1000 para convertê-lo em miliamperes.

Portanto, corrente de descarga máxima = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Medição de capacidade:

Carga armazenada (Q) = Atual (I) x Tempo (T).

Já calculamos a corrente, a única incógnita na equação acima é o tempo. A função millis () no Arduino pode ser usada para medir o tempo decorrido.

Etapa 4: Seleção do resistor de carga

A seleção do resistor de carga depende da quantidade de corrente de descarga de que precisamos. Suponha que você queira descarregar a bateria @ 500mA, então o valor do resistor é

Resistência (R) = Tensão Máxima da Bateria / Corrente de Descarga = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohm

O resistor precisa dissipar um pouco de energia, então o tamanho importa neste caso.

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

Ao manter alguma margem, você pode escolher 5W. Se quiser mais segurança use 10W.

Usei 10 Ohm, resistor de 10 W em vez de 8,4 Ohm porque ele estava em meu estoque naquela época.

Etapa 5: Selecionando o MOSFET

Aqui, o MOSFET atua como um interruptor. A saída digital do pino D2 do Arduino controla a chave. Quando o sinal de 5 V (ALTO) é alimentado para a porta do MOSFET, ele permite que a corrente passe do terminal positivo da bateria, através do resistor, e o MOSFET então completa o caminho de volta para o terminal negativo. Isso descarrega a bateria ao longo de um período de tempo. Portanto, o MOSFET deve ser escolhido de forma que possa lidar com a corrente de descarga máxima sem superaquecimento.

Eu usei um MOSFET-IRLZ44 de potência de nível lógico de canal n. O L mostra que é um MOSFET de nível lógico. Um MOSFET de nível lógico significa que ele é projetado para ativar totalmente a partir do nível lógico de um microcontrolador. O MOSFET padrão (série IRF etc) é projetado para funcionar a partir de 10V.

Se você usar um MOSFET da série IRF, ele não ligará totalmente aplicando 5V do Arduino. Quero dizer, o MOSFET não carregará a corrente nominal. Para sintonizar esses MOSFETs, você precisa de um circuito adicional para aumentar a tensão do gate.

Portanto, vou recomendar o uso de um MOSFET de nível lógico, não necessariamente IRLZ44. Você também pode usar qualquer outro MOSFET.

Etapa 6: display OLED

Para exibir a tensão da bateria, a corrente de descarga e a capacidade, usei um display OLED de 0,96 . Ele tem resolução de 128x64 e usa barramento I2C para se comunicar com o Arduino. Dois pinos SCL (A5), SDA (A4) no Arduino Uno são usados para comunicação.

Estou usando a biblioteca U8glib para exibir os parâmetros. Primeiro, você precisa baixar a biblioteca U8glib. Depois, instale-a.

Se você deseja começar a usar o display OLED e o Arduino, clique aqui

As conexões devem ser as seguintes

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Etapa 7: campainha de aviso

Para fornecer diferentes avisos ou alertas, uma campainha piezoelétrica é usada. Os diferentes alertas são

1. Bateria de baixa tensão

2. Bateria de alta tensão

3. Sem bateria

A campainha tem dois terminais, o mais longo é positivo e a perna mais curta é negativa. O adesivo na nova campainha também tem um "+" marcado para indicar o terminal positivo.

As conexões devem ser as seguintes

Arduino Buzzer

Terminal D9 Positivo

Terminal negativo GND

No Arduino Sketch, usei um beep de função separado () que envia o sinal PWM para a campainha, espera por um pequeno atraso, depois o desliga e, em seguida, tem outro pequeno atraso. Portanto, ele emite um bipe.

Etapa 8: Fazendo o circuito

Nas etapas anteriores, expliquei a função de cada um dos componentes do circuito. Antes de pular para fazer a placa final, teste o circuito em uma placa de pão primeiro. Se o circuito funcionar perfeitamente na placa de pão, mova para soldar os componentes na placa de protótipo.

Usei uma placa de protótipo de 7 x 5 cm.

Montagem do Nano: Primeiro corte duas fileiras de pinos fêmea com 15 pinos em cada. Usei uma pinça diagonal para cortar os cabeçotes. Em seguida, solde os pinos do cabeçote. Certifique-se de que a distância entre os dois trilhos se encaixe no Arduino nano.

Montagem de display OLED: corte um cabeçalho fêmea com 4 pinos. Em seguida, solde-o como mostrado na imagem.

Montagem dos terminais e componentes: Solde os componentes restantes como mostrado nas fotos

Fiação: Faça a fiação conforme esquema. Usei fios coloridos para fazer a fiação, para que possa identificá-los facilmente.

Etapa 9: montagem dos espaçadores

Após a soldagem e a fiação, monte os espaçadores nos 4 cantos. Isso fornecerá espaço suficiente para as juntas de solda e os fios do solo.

Etapa 10: Software

O software executando as seguintes tarefas

1. Meça as tensões

Pegando 100 amostras ADC, adicionando-as e calculando a média do resultado. Isso é feito para reduzir o ruído.

2. Verifique a condição da bateria para alertar ou iniciar o ciclo de descarga

Alertas

i) Low-V!: Se a tensão da bateria estiver abaixo do nível de descarga mais baixo (2,9 V para íons de lítio)

ii) High-V!: Se a tensão da bateria estiver acima da condição totalmente carregada

iii) Sem bateria!: Se o suporte da bateria estiver vazio

Ciclo de Descarga

Se a tensão da bateria estiver entre a baixa tensão (2,9 V) e a alta tensão (4,3 V), o ciclo de descarga começa. Calcule a corrente e a capacidade conforme explicado anteriormente.

3. Exibir os parâmetros no OLED

4. Registro de dados no monitor serial

Baixe o código do Arduino em anexo abaixo.

Etapa 11: Exportação de dados seriais e plotagem em planilha do Excel

Para testar o circuito, primeiro carreguei uma boa bateria Samsung 18650 usando meu carregador IMAX. Em seguida, coloque a bateria em meu novo testador. Para analisar todo o processo de alta, exporto os dados seriais para uma planilha. Em seguida, tracei a curva de descarga. O resultado é realmente incrível. Usei um software chamado PLX-DAQ para fazer isso. Você pode baixá-lo aqui.

Você pode seguir este tutorial para aprender como usar o PLX-DAQ. É muito simples.

Nota: Funciona apenas no Windows.

Etapa 12: Conclusão

Depois de alguns testes, concluo que o resultado do testador é bastante razoável. O resultado está de 50 a 70mAh longe do resultado do testador de capacidade da bateria de marca. Usando uma pistola de temperatura IR, medi também o aumento de temperatura no resistor de carga, o valor máximo é 51 graus C.

Neste projeto, a corrente de descarga não é constante, ela depende da tensão da bateria. Portanto, a curva de descarga traçada não é semelhante à curva de descarga fornecida na folha de dados de fabricação da bateria. Suporta apenas uma única bateria de íons de lítio.

Portanto, em minha versão futura, tentarei resolver as deficiências acima na versão 1.0.

Crédito: gostaria de dar crédito a Adam Welch, cujo projeto no YouTube me inspirou a iniciar este projeto. Você pode assistir ao vídeo dele no YouTube.

Por favor, sugira quaisquer melhorias. Faça um comentário se houver erros ou erros.

Espero que meu tutorial seja útil. Se você gostar, não se esqueça de compartilhar:)

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