Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger: 20 Langkah

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

Ini adalah Proyek Sumber Terbuka Pengisi Daya / Discharger Arduino Nano 4x 18650 saya.

Unit ini ditenagai oleh 12V 5A. Hal ini dapat didukung oleh catu daya komputer.

Tautan

Portal Baterai:

Daftar Bagian:

Skema:

File PCB Gerber:

Kode Sumber:

Grup Facebook:

Forum:

Lihat halaman statistik basis data saya dari semua baterai yang saat ini diproses:

Donasi:

Sejarah

Saya ingin membuat pengisi daya bertenaga Arduino pintar, penguji baterai pelepasan yang dapat memiliki pemindai kode batang yang memindai kode batang pada baterai dan memasukkan semua data ke Portal Database Online. Ini akan memungkinkan saya untuk menyortir dan menganalisis tren dengan benar di semua baterai lithium reklamasi saya.

Versi 1: Saya awalnya mulai menggunakan PCB satu sisi yang digiling dengan CNC saya. Unit ini hanya memiliki satu sel dan dapat mengisi, mengosongkan, dan menguji mili ohm.

Versi 2.2: Saya pindah ke menggunakan PCB yang lebih kecil yang tergores kemudian saya memiliki dua modul sel pada Arduino UNO.

Versi 3.2: Saya menggunakan PCB yang lebih kecil yang sama tetapi saya menggunakan Arduino Mega dan memasang semuanya pada dudukan Akrilik. Saya awalnya berencana untuk memiliki 16 modul tetapi akhirnya hanya menggunakan 8 modul sel karena saya perlu menggunakan multiplexer sinyal analog dan kabelnya sudah sangat berantakan.

Arduino Mega 8x Charger / Discharger 1.1: Saya merancang PCB di EDA mudah untuk Arduino Mega 8x Charger / Discharger. Ini memiliki LCD 20x4, Rotary Encoder, pembaca Kartu SD (tidak pernah digunakan), Ethernet, Host USB untuk pemindaian barcode langsung ke Arduino.

Arduino Mega 8x Charger / Discharger 1.2+: Kemudian saya membuat beberapa perubahan kecil dan menambahkan Adaptor ESP8266 untuk komunikasi WIFI.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.0: Saya mulai merancang versi 4x untuk membuatnya lebih murah dan lebih mudah untuk dibuat. Versi ini tidak memiliki pemindai kode batang tetapi berkomunikasi dengan Portal Baterai IT Vortex untuk mengirim dan menerima data melalui internet.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.1: Ini memiliki beberapa amandemen kecil dari Versi 1.0 karena memiliki beberapa bug kecil dalam desain dan versi ini dirilis ke publik.

Langkah 1: Dapatkan Komponen

File Gerber PCB

File Gerber PCB:

Komponen utama

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino Adaptor x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 Serial x1 AliExpresseBay
• Dudukan Baterai 4x18650x1 AliExpresseBay
• Modul TP5100 x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 Modul x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 Soket x1 AliExpresseBay
• Sensor Suhu DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Saklar Taktil 6 MM x1 AliExpresseBay
• Konektor KF301-2P 5.08mm x4 AliExpresseBay
• Jack DC 5.5x2.1mm x1 AliExpresseBay
• Resistor Film Karbon 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Kaki Karet Kerucut 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Mesin Cuci Isolasi 3x7x0.8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12mm Kepala Datar Stainless Steel 304 Hex Socket Sekrup x20 AliExpress
• M3 304 Stainless Steel 304 Kacang Hex x4 AliExpresseBay
• M3 Kebuntuan 18mm Kuningan F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Kebuntuan 35mm kuningan F-F x4 AliExpresseBay
• Header Perempuan 2.54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Header Laki laki 2.54mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Header Perempuan Sudut Kanan 2.54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB ke ESP8266 ESP-01 Programmer x1 AliExpresseBay
• Buzzer Aktif 5V x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

Opsi Komponen THT (Melalui Lubang)

• 10k - 1/4w Resistor THT x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/4w Resistor THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4w Resistor THT x8 AliExpresseBay
• P-Channel MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-Channel MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• Transistor NPN BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Dioda IN4007 x2 AliExpresseBay

Opsi Komponen SMD (Surface Mount)

• 10k - 1/8w Resistor SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/8w Resistor SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w Resistor SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-Channel MOSFET IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• P Channel MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• Transistor NPN SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Dioda 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Peralatan

• Kawat Solder 60/40 0.7mm AliExpresseBay
• Tang Diagonal AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD Solder Ulang Stasiun AliExpresseBay
• UNI-T UT39A Digital Multimeter AliExpresseBay
• Penari telanjang kawat AliExpresseBay
• Pemindai Kode Batang AliExpresseBay
• Pencetak Kode Batang AliExpresseBay
• Label Barcode 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• MEKANIK Solder Tempel AliExpresseBay
• Pinset Anti-Statis AliExpresseBay
• Stand Solder Tangan Ketiga AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM Fluks Solder Tidak Bersih AliExpresseBay
• Sumbu Solder AliExpresseBay
• Set Obeng Magnetik Presisi AliExpresseBay

Untuk daftar yang diperbarui, kunjungi situs web saya:

Langkah 2: Solder Resistor, Transistor dan MOSFET

Baik solder SMD atau THT (bukan keduanya) komponen 1K, 4.7K, 10K, P-Channel, N-Channel dan NPN

Langkah 3: Solder di Soket Header dan DIP

Solder dua header perempuan 15 pin Nano, 16x CD74HC4067 Multiplexer 8 pin dan 16 pin header perempuan, adaptor ESP8266 4 pin female, LCD 4 pin female dan 74HC595N Shift mendaftarkan soket IC DIP 16 pin.

Catatan: solder semua komponen di sisi layar sutra.

Langkah 4: Komponen Dasar Solder

Solder dan pasang Jack DC 5.5mm, Arduino Nano 328p, multiplexer CD74HC4067 dan register geser 74HC595N.

Saat menyolder Arduino Nano dan Multiplexer saya sarankan terlebih dahulu menempatkan pin header male di pin header female kemudian solder komponen di tempatnya.

Langkah 5: Solder Suhu Dallas DS18B20

Tempat pertama dua 3mm x 7mm x 0.8mm Isolasi Washer pada setiap Sensor Dallas (Ini digunakan untuk membuat ruang dari PCB sehingga Anda tidak mengukur suhu PCB)

Solder 4x Dallas Sensors di lapisan atas untuk setiap modul sel ditambah sensor sekitar di lapisan bawah.

Berhati-hatilah untuk tidak menjembatani sambungan solder pada bantalan solder TO-92. Setelah disolder, ukur dalam mode dioda pada multi-meter Anda di antara setiap kaki pada Sensor Dallas apa pun (semuanya terhubung secara paralel)

Solder Buzzer Aktif 5V di lapisan atas tempat pin + (positif) menghadap ke Arduino Nano

Langkah 6: Solder di Dioda

Solder di Dioda di bawah multiplexer CD74HC4067

Ini adalah praktik yang baik untuk membersihkan fluks dengan isopropil alkohol.

Langkah 7: Uji dan Sesuaikan Kontras Layar LCD / Serial Jumper

Kontras LCD

Hubungkan LCD Serial 4 pin female ke kabel 4 pin Male -> Female Dupont Jumper. Pastikan Anda terhubung, Anda terhubung dengan tepat:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Muat Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Cabut kabel USB dan gunakan kabel listrik 12V di Jack DC 5,5 mm (+ positif tengah / - luar negatif)

Sesuaikan potensiometer pada adaptor serial di belakang Layar LCD CC atau CW hingga Anda melihat teks yang ditampilkan.

Setelah Anda puas dengan kontrasnya, lepaskan kabel Dupont Jumper.

Serial Jumper

Hubungkan jumper 2x2,54 mm pada pin 1-2 untuk komunikasi serial perangkat lunak dengan ESP8266

Langkah 8: Penggemar PWM

Komponen

Solder komponen berikut:

Konektor JST 2.0 PH 2pin (Catatan: layar sutra terbalik pada PCB versi 1.11)

Kapasitor Elektrolit 100uF 16V

BD139 NPN Transistor

dioda

Tes

Muat Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_Test_Fan

Cabut kabel USB dan gunakan kabel listrik 12V di Jack DC 5,5 mm (+ positif tengah / - luar negatif)

Pasang Kipas 30mm

Kipas harus mempercepat lalu berhenti

Langkah 9: Menguji MOSFET

Menguji MOSFET Pelepasan Resistor N-Channel

Muat Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Cabut kabel USB dan gunakan kabel listrik 12V di Jack DC 5,5 mm (+ positif tengah / - luar negatif)

Dengan PCB menghadap lapisan bawah, atur multi-meter Anda ke mode dioda / kontinuitas.

Tempatkan probe negatif pada sumber GND dan probe positif pada modul pertama memuat konektor resistor sisi kanan (seperti yang ditunjukkan pada gambar).

Multi-meter Anda harus berbunyi bip selama 1 detik kemudian tidak ada bunyi bip selama 1 detik.

Ulangi ini untuk setiap modul.

Menguji P-Channel TP5100 Mengisi MOSFET

Muat Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Sama seperti di atas, Anda dapat menggunakan sketsa ini untuk kedua tes)

Cabut kabel USB dan gunakan kabel listrik 12V di Jack DC 5,5 mm (+ positif tengah / - luar negatif)

Dengan PCB menghadap ke lapisan bawah, atur multi-meter Anda ke mode tegangan DC (biasanya kisaran 20V).

Tempatkan probe negatif pada sumber GND dan probe positif pada modul 1 sisi kanan TP5100 + konektor positif (seperti yang ditunjukkan pada gambar). Multi-meter Anda harus menunjukkan 12V selama 1 detik kemudian tegangan rendah selama 1 detik. Ulangi ini untuk setiap modul.

Langkah 10: Dapatkan Serial Sensor Suhu Dallas DS18B20

Muat Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

Tinggalkan di kabel USB. Jangan hubungkan Kipas Angin atau Daya 12V.

Buka Serial monitor di Arduino IDE pada baud rate 115200.

Seharusnya mendeteksi / menemukan perangkat 5x.

Panaskan Sensor Suhu DS18B20 pertama dengan ujung atas besi solder Anda untuk waktu yang singkat.

Catatan: Nomor modul dari kiri ke kanan dengan PCB menghadap tegak di lapisan atas

Seharusnya mencetak "Baterai Terdeteksi: 1" lalu "Sensor Baterai Panas: 2"

Ini secara berurutan akan melalui setiap 4 x modul hingga dikatakan "Sensor Sekitar Terdeteksi Selesai"

Ini akan menampilkan nomor Seri Heksadesimal dari semua Sensor Suhu DS18B20 di bagian bawah.

Salin 5x Serial number dan paste ke "Temp_Sensor_Serials.h" di dalam sketsa "ASCD_Nano_1-0-0". Pastikan Anda memancarkan koma terakhir (ditunjukkan pada gambar)

Catatan: Jika Anda mendapatkan pembacaan suhu 99 derajat Celcius itu berarti ada kesalahan membaca sensor itu. Entah serialnya salah atau perangkatnya rusak.

Langkah 11: Instal dan Uji Modul Pengisian TP5100

Install

Dengan pisau atau tang diagonal potong 20x tajuk jantan tunggal 2,54 mm.

Tempatkan 5x Male header per modul TP5100 pada lapisan bawah pada PCB. Saya sarankan meletakkan sisi panjang ke bawah melalui lubang.

Tempatkan modul TP5100 pada setiap modul dan solder di tempatnya. Gunakan beberapa pinset untuk memanipulasi header Male jika tidak sejajar.

Di lapisan atas PCB, solder konektornya sedatar mungkin dengan PCB. (Anda harus memasang dudukan Baterai plastik di bagian atas sehingga semakin sedikit menonjol semakin baik)

Catatan: Pastikan Anda menghubungkan Charge Pin pada TP5100. Ini adalah pin terdekat di sebelah VCC di GND di atas P-Channel MOSFET

Tes

Muat Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Sama seperti di atas, Anda dapat menggunakan sketsa ini untuk kedua tes)

Cabut kabel USB dan gunakan kabel listrik 12V di Jack DC 5,5 mm (+ positif tengah / - luar negatif)

Semua modul TP5100 harus menyala selama 1 detik, mati selama 1 detik.

Langkah 12: Bor Lubang Jarak Sensor Suhu DS18B20

Alat yang dibutuhkan

• Mata bor atau juru tulis 0,7 mm
• Mata bor 3mm (opsional)
• Mata bor 6.5mm - 7mm

Mengebor

Dapatkan PCB kosong cadangan dan Dudukan Baterai 4x 18650

Pasang Dudukan Baterai 4x 18650 dengan tanda + menghadap ke atas papan

Tandai posisi lubang dengan mata bor 0,7mm atau Scribe melalui pin tengah pada masing-masing Sensor Suhu TO-92 DS18B20

Lepaskan Dudukan Baterai 4x 18650 dan bor lubang 6,5 mm - 7 mm. Saya sarankan menggunakan mata bor yang lebih kecil terlebih dahulu.

Uji sesuai dengan Dudukan Baterai 4x 18650 dan lihat apakah Sensor Suhu DS18B20 memiliki jarak yang cukup.

Catatan: Jangan menyolder Dudukan Baterai 4x 18650 sampai semua komponen lain telah disolder.

Langkah 13: Pasang Resistor Discharge

Pasang dan Solder Header

Pertama pasang header. Anda dapat menggunakan Terminal Sekrup 5.08mm atau Header Pria JST 2.54mm.

Catatan: Saya menggunakan beberapa taktik blu untuk menahan header/terminal di tempatnya saat menyolder.

Solder mereka.

Ukur Ohm Resistor (Opsional)

Ukur, beri nomor, dan catat hambatan masing-masing resistor.

Saya menggunakan Penguji LCR-T4 saya untuk ini. Anda dapat menggunakan multi-meter berkualitas (ini tidak 100% akurat tetapi merupakan pengukuran dasar yang baik)

Edit Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_1-0-0 tambahkan nilai resistor yang diubah.

Pasang Resistor

Dalam contoh ini saya menggunakan Terminal Sekrup 5.08mm dan saya mengejutkan setiap resistor lilitan kawat. Nanti saya akan menambahkan langkah-langkah untuk resistor berbalut aluminium pada heat-sink.

Langkah 14: Solder Komponen Akhir

Solder di Dudukan Baterai 4x 18650.

Catatan: Anda mungkin perlu memangkas beberapa kontak dengan tang rata/diagonal.

Solder tombol tekan 6mm.

Langkah 15: Pasang Semua Perangkat Keras

Adaptor Arduino ESP8266

4x Gunakan stand-off M2.5 M-F atau F-F

8x M2.5 Sekrup atau 4x M2.5 sekrup dan 4x M2.5 mur tergantung jika Anda menggunakan M-F atau FF stand-off

Gunakan konektor 4pin 2.54mm sudut kanan untuk menghubungkan konektor Female ke Male.

Catatan: Anda mungkin perlu menyambungkan konektor untuk mendapatkan koneksi yang baik jika kendor.

LCD

4x M3 Standoff 18mm Kuningan FF dan 8x M3 x 12mm Sekrup untuk LCD

Kipas

3D Printed case only: Masukkan beberapa sekrup M3 x 18mm ke lubang sekrup Fan tambahkan Fan.

Langkah 16: Unggah Sketsa Arduino Nano

Sebelum mengunggah sketsa, periksa output Tegangan 5V dari Regulator Tegangan Arduino. Ada dua titik pemeriksaan tentang layar LCD.

Edit Sketsa Arduino dari github: ASCD_Nano_1-0-0 Ubah baris ini di Sketsa Arduino ke pembacaan voltase Anda

const float referenceVoltage = 5.01; // Output 5V dari Arduino

Anda juga dapat mengubah beberapa pengaturan khusus lainnya untuk kebutuhan pengujian Anda

const float shuntResistor[4] = {3.3, 3.3, 3.3, 3.3};

const float referenceVoltage = 5.01; // Output 5V dari Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2.8; // Tegangan yang debitnya berhenti const byte restTimeMinutes = 1; // Waktu dalam Menit untuk mengistirahatkan baterai setelah diisi. 0-59 adalah valid const int lowMilliamps = 1000; // Ini adalah nilai Milli Amps yang dianggap rendah dan tidak dapat diisi ulang karena dianggap salah const int highMilliOhms = 500; // Ini adalah nilai Mili Ohm yang dianggap tinggi dan baterai dianggap rusak const int offsetMilliOhm = 0; // Kalibrasi offset untuk Milli Ohm const byte chargingTimeout = 8; // Batas waktu dalam Jam untuk pengisian const byte tempThreshold = 7; // Ambang Peringatan dalam derajat di atas suhu awal const byte tempMaxThreshold = 20; // Ambang Batas Maksimum dalam derajat di atas Suhu awal - Dianggap Rusak const float batteryVolatgeLeak = 0.50; // Pada layar awal "PERIKSA BATERAI" amati tegangan tertinggi dari setiap modul dan atur nilai ini sedikit lebih tinggi const byte moduleCount = 4; // Jumlah Modul const byte screenTime = 4; // Waktu dalam Detik (Siklus) per Layar Aktif const int dischargeReadInterval = 5000; // Interval waktu antara pembacaan debit. Sesuaikan untuk mAh +/

Hubungkan Arduino Nano ke komputer Anda dan muat sketsa ASCD_Nano_1-0-0

Anda mungkin perlu menggunakan ATmega328P (Old boot loader) sebagai prosesor di Arduino IDE

Pilih port COM yang benar dan unggah sketsa

Langkah 17: Unggah Sketsa ESP8266

Jika Anda belum mendaftarkan Vortex It - Akun Portal Baterai Anda, lanjutkan ke langkah berikutnya.

Anda perlu menginstal ESP8266 Arduino Addon di Arduino IDE Anda, gunakan panduan ini:

Ubah berikut ini di ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino Sketch

const char ssid = ""; -> ke router WIFI Anda

SSID const char password = ""; -> ke router WIFI Anda Kata sandi

const char userHash = ""; -> ke UserHash Anda (Dapatkan ini dari "Charger / Discharger Menu -> View" di Vortex It Battery Portal)

const byte CDUnitID =; -> ke CDUnitID Anda (Dapatkan ini dari "Charger / Discharger Menu -> View -> Select your Charger / Discharger" di Vortex It Battery Portal)

Gunakan USB ke ESP8266 ESP-01 Programmer untuk mengunggah sketsa ESP8266_Wifi_Client_01.ino ke ESP8266 dengan mengaktifkan PROG

Langkah 18: Siapkan Vortex Anda - Akun Portal Baterai

Pergi ke

Jika Anda belum mendaftar untuk akun.

Masuk dengan kredensial Anda

Pada menu klik "Charger / Discharger" -> "Baru"

Pilih dari daftar drop-down "Arduino 4x C/D"

Klik "Pengisi Daya / Pengisi Daya Baru"

Pada menu klik "Charger / Discharger" -> "View"

Pilih dari daftar drop-down "xx - Arduino 4x C/D" (di mana xx adalah CDUnitID)

Jangan membuat "UserHash" dan "CDUnitID" Anda

Klik "Modul Tampilan Langsung" untuk melihat Pengisi Daya / Pengisi Daya Anda secara online

Langkah 19: Opsional - Buat Kandang Tercetak 3D

Jika Anda memiliki printer 3D, Anda dapat mencetak enklosur yang telah saya rancang. Jangan ragu untuk membuat gaya kandang Anda sendiri dan membagikannya:

Fusi 360

gallery.autodesk.com/fusion360/projects/asdc-nano-4x-arduino-charger--discharger-enclosure

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Langkah 20: Mulai Menguji 18650 Sel

Masukkan beberapa baterai ke dalam Modul Sel dan buka halaman "Modul Tampilan Langsung" di kode batang Anda dan Anda mati.