اختبار قدرة بطارية اردوينو DIY - V1.0: 12 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

[تشغيل الفيديو] لقد أنقذت الكثير من البطاريات القديمة (18650) لإعادة استخدامها في مشاريع الطاقة الشمسية الخاصة بي. من الصعب جدًا تحديد الخلايا الجيدة في حزمة البطارية. لقد أخبرت في وقت سابق في أحد برامج Power Bank Instructable الخاصة بي ، كيفية تحديد الخلايا الجيدة عن طريق قياس الفولتية الخاصة بها ، لكن هذه الطريقة ليست موثوقة على الإطلاق. لذلك أردت حقًا طريقة لقياس السعة الدقيقة لكل خلية بدلاً من الفولتية.

التحديث في 30.10.2019

يمكنك رؤية نسختى الجديدة

قبل أسابيع قليلة ، بدأت المشروع من الأساسيات ، هذه النسخة بسيطة حقًا ، والتي تستند إلى قانون أومز ، لن تكون دقة المختبِر مثالية بنسبة 100٪ ، لكنها تعطي نتائج معقولة يمكن استخدامها وبالمقارنة مع البطاريات الأخرى ، يمكنك بسهولة التعرف على الخلايا الجيدة في حزمة بطارية قديمة. خلال عملي أدركت أن هناك الكثير من الأشياء التي يمكن تحسينها. سأحاول في المستقبل تنفيذ هذه الأشياء. لكن في الوقت الحالي ، أنا سعيد بذلك ، وآمل أن يكون هذا الاختبار الصغير مفيدًا ، لذلك أشارككم جميعًا. ملاحظة: يرجى التخلص من البطاريات السيئة بشكل صحيح. إخلاء المسؤولية: يرجى ملاحظة أنك تعمل مع Li -بطارية ايونية شديدة الانفجار وخطيرة. لا يمكن أن أتحمل المسؤولية عن أي خسارة في الممتلكات أو الأضرار أو الخسائر في الأرواح إذا تعلق الأمر بذلك. تم كتابة هذا البرنامج التعليمي لأولئك الذين لديهم معرفة بتكنولوجيا الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن. من فضلك لا تحاول ذلك إذا كنت مبتدئًا. ابق آمنًا.

الخطوة الأولى: الأجزاء والأدوات المطلوبة:

الأجزاء المطلوبة: 1. اردوينو نانو (Gear Best / Banggood) 2. شاشة OLED مقاس 0.96 بوصة (Amazon / Banggood) 3. MOSFET - IRLZ44 (أمازون) 4. المقاومات (4 × 10 ك ، 1/4 وات) (Amazon / Banggood) 5. مقاوم للطاقة (10R ، 10 وات) (Amazon) 6. أطراف براغي (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Prototype Board (Amazon / Banggood) 9.18650 Battery Holder (Amazon)

10.بطارية 18650 (GearBest / Banggood) 11. الفواصل (Amazon / Banggood) الأدوات المطلوبة: 1. قاطع الأسلاك / متجرد (Gear Best) 2. لحام الحديد (Amazon / Banggood) الأداة المستخدمة: شاحن توازن IMAX (Gearbest / Banggood)

مسدس ميزان الحرارة بالأشعة تحت الحمراء (أمازون / جيربيست)

الخطوة 2: التخطيطي والعمل

التخطيطي:

لفهم التخطيطي بسهولة ، قمت برسمه على لوحة مثقبة أيضًا. تتشابه مواضع المكونات والأسلاك مع لوحتي الفعلية. الاستثناءات الوحيدة هي الجرس وشاشة OLED. في اللوحة الفعلية ، هم بالداخل لكن في التخطيطي ، هم مستلقون في الخارج.

التصميم بسيط للغاية وهو يعتمد على Arduino Nano. تُستخدم شاشة OLED لعرض معلمات البطارية ، وتستخدم 3 أطراف لولبية لتوصيل البطارية ومقاومة الحمل. يستخدم الجرس لإعطاء تنبيهات مختلفة. يتم استخدام دارتين مقسمتين للجهد لمراقبة الفولتية عبر مقاومة الحمل. تتمثل وظيفة MOSFET في توصيل أو فصل مقاومة الحمل بالبطارية.

عمل:

يتحقق Arduino من حالة البطارية ، إذا كانت البطارية جيدة ، فقم بإعطاء الأمر لتشغيل MOSFET. يسمح للتيار بالمرور من الطرف الموجب للبطارية ، عبر المقاوم ، ثم تكمل MOSFET المسار إلى الطرف السالب. يؤدي هذا إلى تفريغ البطارية خلال فترة زمنية. يقيس Arduino الجهد عبر مقاوم الحمل ثم يقسم على المقاومة لمعرفة تيار التفريغ. اضرب هذا في الوقت للحصول على قيمة مللي أمبير ساعة (السعة).

الخطوة 3: قياس الجهد والتيار والسعة

قياس الجهد

علينا إيجاد الجهد عبر المقاوم الحمل. يتم قياس الفولتية باستخدام دائرتين مقسمتين للجهد. يتكون من مقاومين بقيم 10 كيلو لكل منهما. الإخراج من الحاجز متصل بطرف أردوينو التناظري A0 و A1.

يمكن أن يقيس دبوس Arduino التناظري الجهد حتى 5 فولت ، وفي حالتنا يكون الحد الأقصى للجهد 4.2 فولت (مشحون بالكامل). ثم قد تسأل ، لماذا أستخدم فاصلين دون داع. والسبب هو أن خطتي المستقبلية هي استخدام نفس جهاز الاختبار للبطارية متعددة الكيمياء. لذلك يمكن تكييف هذا التصميم بسهولة لتحقيق هدفي.

القياس الحالي:

التيار (I) = الجهد (V) - انخفاض الجهد عبر MOSFET / المقاومة (R)

ملاحظة: أفترض أن انخفاض الجهد عبر MOSFET لا يكاد يذكر.

هنا ، V = الجهد عبر مقاوم الحمل و R = 10 أوم

النتيجة التي تم الحصول عليها بالأمبير. اضرب 1000 لتحويله إلى مللي أمبير.

لذا فإن الحد الأقصى لتيار التفريغ = 4.2 / 10 = 0.42A = 420mA

قياس السعة:

الشحنة المخزنة (Q) = الحالي (I) × الوقت (T).

لقد قمنا بالفعل بحساب التيار ، والمجهول الوحيد في المعادلة أعلاه هو الوقت. يمكن استخدام وظيفة millis () في Arduino لقياس الوقت المنقضي.

الخطوة 4: اختيار تحميل المقاوم

يعتمد اختيار مقاوم الحمل على كمية تيار التفريغ الذي نحتاجه. لنفترض أنك تريد تفريغ البطارية @ 500 مللي أمبير ، فإن قيمة المقاوم هي

المقاومة (R) = أقصى جهد للبطارية / تيار التفريغ = 4.2 / 0.5 = 8.4 أوم

يحتاج المقاوم إلى تبديد القليل من الطاقة ، لذا فإن الحجم مهم في هذه الحالة.

تبدد الحرارة = I ^ 2 x R = 0.5 ^ 2 x 8.4 = 2.1 Watt

من خلال الاحتفاظ ببعض الهامش ، يمكنك اختيار 5W. إذا كنت تريد المزيد من الأمان استخدم 10W.

لقد استخدمت 10 أوم ، 10 واط المقاوم بدلاً من 8.4 أوم لأنه كان في مخزني في ذلك الوقت.

الخطوة 5: اختيار MOSFET

هنا تعمل MOSFET كمفتاح. يتحكم الإخراج الرقمي من Arduino pin D2 في المفتاح. عندما يتم تغذية إشارة 5V (HIGH) إلى بوابة MOSFET ، فإنها تسمح للتيار بالمرور من الطرف الموجب للبطارية ، عبر المقاوم ، ثم تكمل MOSFET المسار مرة أخرى إلى الطرف السالب. يؤدي هذا إلى تفريغ البطارية خلال فترة زمنية. لذلك يجب اختيار MOSFET بطريقة تمكنه من التعامل مع تيار التفريغ الأقصى دون ارتفاع درجة الحرارة.

لقد استخدمت قوة مستوى منطق n-channel MOSFET-IRLZ44. يُظهر L أنه مستوى منطق MOSFET. يعني المستوى المنطقي MOSFET أنه مصمم للتشغيل بالكامل من المستوى المنطقي لمتحكم دقيق. تم تصميم MOSFET القياسي (سلسلة IRF ، إلخ) للتشغيل من 10 فولت.

إذا كنت تستخدم سلسلة IRF MOSFET ، فلن يتم تشغيلها بالكامل من خلال تطبيق 5V من Arduino. أعني أن MOSFET لن تحمل التيار المقدر. للضبط على وحدات MOSFET هذه ، تحتاج إلى دائرة إضافية لزيادة جهد البوابة.

لذلك سأوصي باستخدام MOSFET على مستوى المنطق ، وليس بالضرورة IRLZ44. يمكنك استخدام أي MOSFET أخرى أيضًا.

الخطوة 6: شاشة OLED

لعرض جهد البطارية وتيار التفريغ والسعة ، استخدمت شاشة OLED مقاس 0.96 بوصة ، وتتميز بدقة 128 × 64 وتستخدم ناقل I2C للتواصل مع Arduino. يتم استخدام دبابيس SCL (A5) و SDA (A4) في Arduino Uno الاتصالات.

أنا أستخدم مكتبة U8glib لعرض المعلمات ، يجب أولاً تنزيل مكتبة U8glib ، ثم تثبيتها.

إذا كنت تريد البدء في عرض OLED و Arduino ، فانقر هنا

يجب أن تكون الاتصالات على النحو التالي

اردوينو OLED

5V -Vcc

GND GND

A4- SDA

A5 - SCL

الخطوة 7: الجرس للتحذير

لتوفير تحذير أو تنبيه مختلف ، يتم استخدام جرس بيزو. التنبيهات المختلفة

1. بطارية الجهد المنخفض

2. بطارية عالية الجهد

3. لا بطارية

يحتوي الجرس على طرفين ، أحدهما أطول موجب والساق الأقصر سالبة. كما تم وضع علامة "+" على الملصق الموجود على الجرس الجديد للإشارة إلى الطرف الموجب.

يجب أن تكون الاتصالات على النحو التالي

اردوينو الجرس

D9 طرفي موجب

المحطة السلبية GND

في Arduino Sketch ، استخدمت صفيرًا منفصلاً لوظيفة () يرسل إشارة PWM إلى الجرس ، وينتظر تأخيرًا بسيطًا ، ثم يقوم بإيقاف تشغيله ، ثم يكون هناك تأخير بسيط آخر. وهكذا ، فإنه يصدر صوتا مرة واحدة.

الخطوة 8: عمل الدائرة

في الخطوات السابقة ، شرحت وظيفة كل مكون من مكونات الدائرة. قبل القفز لإنشاء اللوحة النهائية ، اختبر الدائرة على لوح الخبز أولاً ، إذا كانت الدائرة تعمل بشكل مثالي على لوح الخبز ، فانتقل إلى لحام المكونات على لوحة النموذج الأولي.

لقد استخدمت لوحة نموذجية بحجم 7 سم × 5 سم.

تركيب النانو: قم أولاً بقطع صفين من دبوس الرأس الأنثوي مع 15 دبوسًا في كل منهما ، واستخدمت قراص قطري لقطع الرؤوس ، ثم لحام دبابيس الرأس ، وتأكد من أن المسافة بين القضبان تناسب اردوينو نانو.

شاشة OLED المتصاعدة: قص رأس أنثى بأربعة دبابيس. ثم قم بلحامها كما هو موضح في الصورة.

تركيب الأطراف والمكونات: قم بلحام المكونات المتبقية كما هو موضح بالصور

الأسلاك: اجعل الأسلاك حسب التخطيطي ، لقد استخدمت الأسلاك الملونة لعمل الأسلاك ، حتى أتمكن من التعرف عليها بسهولة.

الخطوة 9: تصاعد المواجهات

بعد اللحام والأسلاك ، قم بتركيب المواجهات في 4 زوايا ، وسوف توفر خلوصًا كافيًا لمفاصل اللحام والأسلاك من الأرض.

الخطوة 10: البرمجيات

يقوم البرنامج بالمهام التالية

1. قياس الفولتية

أخذ 100 عينة من ADC وإضافتها واحتساب متوسط النتيجة وذلك لتقليل الضوضاء.

2. تحقق من حالة البطارية لإعطاء تنبيه أو بدء دورة التفريغ

تنبيهات

ط) Low-V!: إذا كان جهد البطارية أقل من أدنى مستوى تفريغ (2.9 فولت لـ Li Ion)

ب) ارتفاع- V!: إذا كان جهد البطارية أعلى من حالة الشحن الكامل

ثالثا) لا بطارية!: إذا كان حامل البطارية فارغًا

دورة التفريغ

إذا كان جهد البطارية ضمن الجهد المنخفض (2.9 فولت) والجهد العالي (4.3 فولت) ، تبدأ دورة التفريغ. احسب التيار والسعة كما هو موضح سابقًا.

3. عرض المعلمات على OLED

4. تسجيل البيانات على الشاشة التسلسلية

قم بتنزيل كود Arduino المرفق أدناه.

الخطوة 11: تصدير البيانات التسلسلية والتخطيط على ورقة Excel

لاختبار الدائرة ، قمت أولاً بشحن بطارية Samsung 18650 جيدة باستخدام شاحن IMAX الخاص بي. ثم ضع البطارية في جهاز الاختبار الجديد. لتحليل عملية التفريغ بأكملها ، أقوم بتصدير البيانات التسلسلية إلى جدول بيانات. ثم قمت برسم منحنى التفريغ. النتيجة رائعة حقا. لقد استخدمت برنامجًا يسمى PLX-DAQ للقيام بذلك. يمكنك تحميله من هنا.

يمكنك الاطلاع على هذا البرنامج التعليمي لمعرفة كيفية استخدام PLX-DAQ. أنها بسيطة جدا.

ملاحظة: إنه يعمل فقط في نظام Windows.

الخطوة 12: الخاتمة

بعد القليل من الاختبارات ، استنتجت أن نتيجة المختبر معقولة جدًا ، والنتيجة هي 50 إلى 70 مللي أمبير من نتيجة اختبار سعة البطارية ذات العلامات التجارية ، وباستخدام مسدس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء ، قمت بقياس ارتفاع درجة الحرارة في مقاوم الحمل أيضًا ، والقيمة القصوى هي 51 درجة مئوية.

في هذا التصميم ، لا يكون تيار التفريغ ثابتًا ، بل يعتمد على جهد البطارية ، لذا فإن منحنى التفريغ المرسوم لا يشبه منحنى التفريغ الوارد في ورقة بيانات تصنيع البطارية ، فهو يدعم فقط بطارية Li Ion واحدة.

لذا في نسختي المستقبلية سأحاول حل المداخل القصيرة المذكورة أعلاه في الإصدار 1.0.

الائتمان: أود أن أنسب الفضل إلى Adam Welch ، الذي ألهمني مشروعه على YouTube لبدء هذا المشروع. يمكنك مشاهدة مقطع الفيديو الخاص به على YouTube.

يرجى اقتراح أي تحسينات. رفع التعليقات في حالة وجود أي أخطاء أو أخطاء.

آمل أن يكون البرنامج التعليمي الخاص بي مفيدًا. إذا أعجبك ، فلا تنس مشاركته:)

اشترك للحصول على المزيد من مشاريع DIY. اشكرك.