Penguji Kapasitas Baterai Arduino DIY - V1.0: 12 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

[Putar Video]Saya telah menyelamatkan begitu banyak baterai lap-top lama (18650) untuk digunakan kembali dalam proyek surya saya. Sangat sulit untuk mengidentifikasi sel-sel yang baik dalam kemasan baterai. Sebelumnya di salah satu Instruksi Bank Daya saya, saya telah memberi tahu, cara mengidentifikasi sel yang baik dengan mengukur tegangannya, tetapi metode ini sama sekali tidak dapat diandalkan. Jadi saya benar-benar menginginkan cara untuk mengukur kapasitas persis setiap sel alih-alih voltasenya.

Pembaruan pada 30.10.2019

Anda dapat melihat versi baru saya

Beberapa minggu yang lalu, saya telah memulai proyek dari dasar. Versi ini sangat sederhana, yang didasarkan pada Hukum Ohm. Akurasi tester tidak akan 100% sempurna, tetapi memberikan hasil yang wajar yang dapat digunakan dan dibandingkan dengan baterai lain, sehingga Anda dapat dengan mudah mengidentifikasi sel-sel yang baik dalam baterai lama. Selama pekerjaan saya, saya menyadari, ada banyak hal yang dapat diperbaiki. Ke depan, saya akan mencoba menerapkan hal-hal tersebut. Tapi untuk saat ini, saya senang dengan itu. Saya harap penguji kecil ini bermanfaat, jadi saya membagikannya kepada Anda semua. Catatan: Harap buang baterai yang buruk dengan benar. Penafian: Harap dicatat bahwa Anda bekerja dengan Li -Baterai ion yang sangat mudah meledak dan berbahaya. Saya tidak bertanggung jawab atas kehilangan harta benda, kerusakan, atau kehilangan nyawa jika itu terjadi. Tutorial ini ditulis untuk mereka yang memiliki pengetahuan tentang teknologi lithium-ion yang dapat diisi ulang. Harap jangan mencoba ini jika Anda pemula. Tetap aman.

Langkah 1: Bagian dan Alat yang Dibutuhkan:

Bagian yang Dibutuhkan:1. Arduino Nano (Perlengkapan Terbaik / Banggood)2. 0.96 OLED Display (Amazon / Banggood)3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon)4. Resistors (4 x 10K, 1/4W) (Amazon / Banggood)5. Power Resistor (10R, 10W) (Amazon)6. Terminal Sekrup (3 Nos) (Amazon / Banggood)7. Buzzer (Amazon / Banggood)8. Prototype Board (Amazon / Banggood)9.18650 Battery Holder (Amazon)

10. Baterai 18650 (GearBest / Banggood)11. Spacer (Amazon / Banggood)Alat yang Dibutuhkan:1. Wire Cutter / Stripper (Gear Best)2. Soldering Iron (Amazon / Banggood) Instrumen Yang Digunakan:IMAX Balance Charger (Gearbest / Banggood)

Senapan Termometer Inframerah (Amazon / Gearbest)

Langkah 2: Skema dan Bekerja

Skema:

Untuk memahami skema dengan mudah, saya telah menggambarnya di papan berlubang juga. Posisi komponen dan kabel mirip dengan papan saya yang sebenarnya. Satu-satunya pengecualian adalah bel dan layar OLED. Di papan sebenarnya, mereka ada di dalam tetapi dalam skema, mereka berbaring di luar.

Desainnya sangat sederhana yang berbasis Arduino Nano. Layar OLED digunakan untuk menampilkan parameter baterai.3 terminal sekrup digunakan untuk menghubungkan baterai dan tahanan beban. Buzzer digunakan untuk memberikan peringatan yang berbeda. Dua rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk memantau tegangan melintasi resistansi beban. Fungsi MOSFET adalah untuk menghubungkan atau memutuskan tahanan beban dengan baterai.

Bekerja:

Arduino memeriksa kondisi baterai, jika baterai baik, berikan perintah untuk menghidupkan MOSFET. Ini memungkinkan arus mengalir dari terminal positif baterai, melalui resistor, dan MOSFET kemudian menyelesaikan jalur kembali ke terminal negatif. Ini mengosongkan baterai selama jangka waktu tertentu. Arduino mengukur tegangan melintasi resistor beban dan kemudian dibagi dengan resistansi untuk mengetahui arus pelepasan. Kalikan ini dengan waktu untuk mendapatkan nilai milliamp-hour (kapasitas).

Langkah 3: Pengukuran Tegangan, Arus dan Kapasitas

Pengukuran tegangan

Kita harus menemukan tegangan melintasi resistor beban. Tegangan diukur dengan menggunakan dua rangkaian pembagi tegangan. Ini terdiri dari dua resistor dengan nilai masing-masing 10k. Output dari pembagi dihubungkan ke pin analog Arduino A0 dan A1.

Pin analog Arduino dapat mengukur tegangan hingga 5V, dalam kasus kami tegangan maksimum adalah 4.2V (terisi penuh). Kemudian Anda mungkin bertanya, mengapa saya menggunakan dua pembagi yang tidak perlu. Alasannya adalah rencana masa depan saya adalah menggunakan penguji yang sama untuk baterai multi-kimia. Jadi desain ini dapat disesuaikan dengan mudah untuk mencapai tujuan saya.

Pengukuran saat ini:

Arus (I) = Tegangan (V) - Penurunan tegangan pada MOSFET / Resistansi (R)

Catatan: Saya berasumsi penurunan tegangan pada MOSFET dapat diabaikan.

Di sini, V = Tegangan melintasi resistor beban dan R = 10 Ohm

Hasil yang didapat adalah dalam ampere. Kalikan 1000 untuk mengubahnya menjadi miliampere.

Jadi arus debit maksimum = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Pengukuran Kapasitas:

Muatan Tersimpan (Q) = Arus (I) x Waktu (T).

Kami telah menghitung arus, satu-satunya yang tidak diketahui dalam persamaan di atas adalah waktu. Fungsi milis() di Arduino dapat digunakan untuk mengukur waktu yang telah berlalu.

Langkah 4: Memilih Resistor Beban

Pemilihan resistor beban tergantung pada jumlah arus pelepasan yang kita butuhkan. Misalkan Anda ingin mengosongkan baterai @ 500mA, maka nilai resistornya adalah

Resistansi (R) = Tegangan Baterai Maks / Arus Pengosongan = 4,2 / 0,5 = 8,4 Ohm

Resistor perlu menghilangkan sedikit daya, jadi ukuran penting dalam kasus ini.

Panas yang hilang = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 =2,1 Watt

Dengan menjaga beberapa margin Anda dapat memilih 5W. Jika Anda ingin lebih aman gunakan 10W.

Saya menggunakan resistor 10 Ohm, 10W, bukan 8,4 Ohm karena stok saya saat itu.

Langkah 5: Memilih MOSFET

Di sini MOSFET bertindak seperti sakelar. Output digital dari pin Arduino D2 mengontrol sakelar. Ketika sinyal 5V (TINGGI) diumpankan ke gerbang MOSFET, ini memungkinkan arus mengalir dari terminal positif baterai, melalui resistor, dan MOSFET kemudian menyelesaikan jalur kembali ke terminal negatif. Ini mengosongkan baterai selama jangka waktu tertentu. Jadi MOSFET harus dipilih sedemikian rupa sehingga dapat menangani arus pelepasan maksimum tanpa terlalu panas.

Saya menggunakan daya level logika n-channel MOSFET-IRLZ44. L menunjukkan bahwa itu adalah tingkat logika MOSFET. MOSFET level logika berarti bahwa ia dirancang untuk menyala sepenuhnya dari level logika mikrokontroler. MOSFET standar (seri IRF dll) dirancang untuk dijalankan dari 10V.

Jika Anda menggunakan MOSFET seri IRF, maka tidak akan sepenuhnya ON dengan menerapkan 5V dari Arduino. Maksud saya MOSFET tidak akan membawa arus pengenal. Untuk menyetel MOSFET ini, Anda memerlukan sirkuit tambahan untuk meningkatkan tegangan gerbang.

Jadi saya akan merekomendasikan menggunakan MOSFET level logika, tidak harus IRLZ44. Anda juga dapat menggunakan MOSFET lainnya.

Langkah 6: Tampilan OLED

Untuk menampilkan Tegangan Baterai, arus pelepasan dan kapasitas, saya menggunakan layar OLED 0,96 . Ini memiliki resolusi 128x64 dan menggunakan bus I2C untuk berkomunikasi dengan Arduino. Dua pin SCL (A5), SDA (A4) di Arduino Uno digunakan untuk komunikasi.

Saya menggunakan perpustakaan U8glib untuk menampilkan parameter. Pertama Anda harus mengunduh perpustakaan U8glib. Kemudian menginstalnya.

Jika Anda ingin memulai tampilan OLED dan Arduino, klik di sini

Koneksi harus sebagai berikut:

Arduino OLED

5V -Vcc

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Langkah 7: Buzzer untuk Peringatan

Untuk memberikan peringatan atau peringatan yang berbeda, bel piezo digunakan. Peringatan yang berbeda adalah

1. Baterai Tegangan Rendah

2. Baterai Tegangan Tinggi

3. Tanpa Baterai

Buzzer memiliki dua terminal, yang lebih panjang positif dan kaki yang lebih pendek negatif. Stiker pada buzzer baru juga memiliki tanda " + " untuk menunjukkan terminal positif.

Koneksi harus sebagai berikut:

Arduino Buzzer

D9 Terminal positif

Terminal negatif GND

Dalam Sketsa Arduino, saya telah menggunakan fungsi terpisah beep() yang mengirimkan sinyal PWM ke buzzer, menunggu penundaan kecil, lalu mematikannya, kemudian memiliki penundaan kecil lagi. Dengan demikian, itu berbunyi bip sekali.

Langkah 8: Membuat Sirkuit

Pada langkah-langkah sebelumnya sudah saya jelaskan fungsi dari masing-masing komponen pada rangkaian tersebut. Sebelum melompat untuk membuat papan akhir, ujilah terlebih dahulu rangkaian pada papan roti. Jika rangkaian bekerja dengan sempurna pada papan roti, maka pindahkan untuk menyolder komponen pada papan prototipe.

Saya menggunakan papan prototipe 7cm X 5cm.

Memasang Nano: Pertama potong dua baris pin header perempuan dengan masing-masing 15 pin. Saya menggunakan nipper diagonal untuk memotong header. Kemudian solder pin header. Pastikan jarak antara kedua rel sesuai dengan arduino nano.

Memasang Layar OLED: Potong header wanita dengan 4 pin. Kemudian solder seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Memasang terminal dan komponen: Solder komponen yang tersisa seperti yang ditunjukkan pada gambar

Pengkabelan: Buat pengkabelan sesuai skema. Saya menggunakan kabel berwarna untuk membuat pengkabelan, sehingga saya dapat mengidentifikasinya dengan mudah.

Langkah 9: Memasang Kebuntuan

Setelah menyolder dan memasang kabel, pasang standoff di 4 sudut. Ini akan memberikan jarak yang cukup untuk sambungan solder dan kabel dari tanah.

Langkah 10: Perangkat Lunak

Perangkat lunak melakukan tugas-tugas berikut:

1. Ukur tegangan

Mengambil 100 sampel ADC, menambahkannya dan merata-ratakan hasilnya. Hal ini dilakukan untuk mengurangi noise.

2. Periksa kondisi baterai untuk memberi peringatan atau memulai siklus pengosongan

Peringatan

i) Rendah-V!: Jika tegangan baterai di bawah level debit terendah (2.9V untuk Li Ion)

ii) Tinggi-V!: Jika tegangan baterai di atas kondisi terisi penuh

iii) Tanpa Baterai!: Jika tempat baterai kosong

Siklus Debit

Jika tegangan baterai berada dalam tegangan rendah (2.9V) dan tegangan tinggi (4.3V), siklus pengosongan dimulai. Hitung arus dan kapasitas seperti yang dijelaskan sebelumnya.

3. Tampilkan parameter pada OLED

4. Pencatatan data pada monitor serial

Download Kode Arduino terlampir di bawah ini.

Langkah 11: Mengekspor Data Serial dan Merencanakan pada Lembar Excel

Untuk menguji rangkaian, pertama saya mengisi baterai Samsung 18650 yang bagus menggunakan Charger IMAX saya. Kemudian masukkan baterai ke penguji baru saya. Untuk menganalisis seluruh proses pelepasan, saya mengekspor data serial ke spreadsheet. Kemudian saya memplot kurva debit. Hasilnya sungguh luar biasa. Saya menggunakan perangkat lunak bernama PLX-DAQ untuk melakukannya. Anda dapat mengunduhnya di sini.

Anda dapat melalui tutorial ini untuk mempelajari cara menggunakan PLX-DAQ. Hal ini sangat sederhana.

Catatan: Ini hanya berfungsi di Windows.

Langkah 12: Kesimpulan

Setelah beberapa pengujian saya menyimpulkan bahwa hasil tester cukup masuk akal. Hasilnya adalah 50 hingga 70mAh jauh dari hasil tester kapasitas baterai bermerek. Dengan menggunakan IR temperature Gun, saya mengukur kenaikan suhu pada resistor beban juga, nilai maksimumnya adalah 51 derajat C

Dalam desain ini arus pelepasan tidak konstan, itu tergantung pada tegangan baterai. Jadi kurva pelepasan yang diplot tidak sama dengan kurva pelepasan yang diberikan dalam lembar data pembuatan baterai. Ini hanya mendukung Baterai Li Ion tunggal.

Jadi dalam versi masa depan saya, saya akan mencoba memecahkan kekurangan di atas di V1.0.

Kredit: Saya ingin memberikan kredit kepada Adam Welch, yang proyeknya di YouTube menginspirasi saya untuk memulai proyek ini. Anda dapat menonton video YouTube-nya.

Harap sarankan perbaikan apa pun. Naikkan komentar jika ada kesalahan atau kesalahan.

Semoga tutorial saya bermanfaat. Jika Anda menyukainya, jangan lupa untuk membagikannya:)

Berlangganan untuk lebih banyak proyek DIY. Terima kasih.