Akkumulátor-kapacitás-tesztelő Arduino használatával [Lítium-NiMH-NiCd]: 15 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Jellemzők:

• Hamis lítium-ion/lítium-polimer/NiCd/NiMH akkumulátor azonosítása
• Állítható állandó áramterhelés (a felhasználó is módosíthatja)
• Képes szinte bármilyen akkumulátor kapacitásának mérésére (5V alatt)
• Könnyen forrasztható, építhető és használható, még kezdőknek is (minden alkatrész Dip)
• LCD felhasználói felület

Specifikációk:

• Tápellátás: 7V - 9V (max.)
• Akkumulátor bemenet: 0-5V (max)-nincs fordított polaritás Állandó
• Jelenlegi terhelés: 37mA - 540mA (max) - 16 lépés - a felhasználó módosíthatja

Az akkumulátor kapacitásának valódi mérése elengedhetetlen sok esetben. A kapacitásmérő készülék megoldhatja a hamis akkumulátorok észlelésének problémáját is. Manapság mindenhol hamis lítium- és NiMH -akkumulátorok vannak, amelyek nem tudják kezelni a meghirdetett kapacitásukat. Néha nehéz különbséget tenni a valódi és a hamis akkumulátor között. Ez a probléma a tartalék akkumulátorok piacán létezik, mint például a mobiltelefon -akkumulátorok. Ezenkívül sok esetben elengedhetetlen a használt akkumulátor (például laptop akkumulátor) kapacitásának meghatározása. Ebben a cikkben megtanuljuk felépíteni az akkumulátor kapacitás mérő áramkörét a híres Arduino-Nano kártya segítségével. Megterveztem a NYÁK lapot a dip komponensekhez. Így még a kezdők is forraszthatják és használhatják a készüléket.

1: Áramkör -elemzés Az 1. ábra az eszköz sematikus diagramját mutatja. Az áramkör magja egy Arduino-Nano kártya.

1. lépés: 1. ábra, Az akkumulátor kapacitásmérő készülék sematikus rajza

Az IC1 egy LM358 [1] chip, amely két operációs erősítőt tartalmaz. Az R5 és a C7 aluláteresztő szűrőt épít, amely a PWM impulzust egyenfeszültséggé alakítja. A PWM frekvenciája körülbelül 500 Hz. Egy Siglent SDS1104X-E oszcilloszkóp segítségével megvizsgáltam a PWM-et és a szűrő viselkedését. A CH1-et a PWM kimenetre (Arduino-D10), a CH2-t pedig a szűrő kimenetére kötöttem (2. ábra). Még a gyakorlatban is megvizsgálhatja a szűrő frekvenciaválaszát és levágási frekvenciáját a bode diagram segítségével, ami az SDS1104X-E egyik szép bemutatott tulajdonsága.

2. lépés: 2. ábra, a PWM jel (CH1: 2V/div) és az eredmény az R5-C7 RC szűrőn való áthaladás után (CH2: 50mV/div)

Az R5 egy 1 M -es ellenállás, amely nagymértékben korlátozza az áramot, azonban a szűrő kimenete áthalad egy opamp -en (az IC1 második opamp -ján), feszültségkövető konfigurációban. Az IC1, R7 és Q2 első opampje állandó áramterhelési áramkört épít fel. Eddig PWM szabályozható állandó áramterhelést építettünk.

A 2*16 LCD -t felhasználói felületként használják, amely megkönnyíti a vezérlést/beállításokat. Az R4 potenciométer állítja be az LCD kontrasztját. Az R6 korlátozza a háttérvilágítás áramát. A P2 egy 2 tűs Molex csatlakozó, amely 5 V -os hangjelző csatlakoztatására szolgál. R1 és R2 felhúzó ellenállások a tapintható kapcsolókhoz. A C3 és C4 a nyomógombok kikapcsolására szolgál. A C1 és C1 az áramkör tápfeszültségének szűrésére szolgál. A C5 és C6 az állandóáramú terhelési áramkör zajainak kiszűrésére szolgál, hogy ne csökkentse az ADC átalakítási teljesítményét. Az R7 terhelésként hat a Q2 MOSFET számára.

1-1: Mi az állandóáramú egyenáramú terhelés?

Az állandó áramterhelés olyan áramkör, amely mindig állandó áramot vesz fel, még akkor is, ha az alkalmazott bemeneti feszültség változik. Például, ha az állandó áramterhelést egy tápegységhez csatlakoztatjuk, és az áramot 250 mA -re állítjuk, akkor az áramfelvétel akkor sem változik, ha a bemeneti feszültség 5 V vagy 12 V vagy bármi más. Az állandóáramú terhelési áramkör ezen jellemzője lehetővé teszi számunkra az akkumulátor kapacitásmérő eszközének felépítését. Ha egy egyszerű ellenállást használunk terhelésként az akkumulátor kapacitásának mérésére, az akkumulátor feszültségének csökkenésével az áram is csökken, ami a számításokat összetetté és pontatlanná teszi.

2: NYÁK -lemez

A 3. ábra az áramkör tervezett NYÁK -elrendezését mutatja. A tábla mindkét oldala az alkatrészek rögzítésére szolgál. A Schematic/PCB tervezésekor mindig a SamacSys komponenskönyvtárakat használom, mivel ezek a könyvtárak az ipari IPC szabványokat követik, és mindegyik ingyenes. Ezeket a könyvtárakat használtam az IC1 [2], a Q2 [3] számára, és még én is megtaláltam az Arduino-Nano (AR1) [4] könyvtárat, amely sokat spórolt a tervezési időtől. Az Altium Designer CAD szoftvert használom, ezért az Altium plugint használtam a komponenskönyvtárak telepítéséhez [5]. A 4. ábra a kiválasztott alkatrészeket mutatja.

3. lépés: 3. ábra, az akkumulátor kapacitásmérő áramkörének NYÁK -táblája

A Schematic/PCB tervezésekor mindig a SamacSys komponenskönyvtárakat használom, mivel ezek a könyvtárak az ipari IPC szabványokat követik, és mindegyik ingyenes. Ezeket a könyvtárakat használtam az IC1 [2], a Q2 [3] számára, és még én is megtaláltam az Arduino-Nano (AR1) [4] könyvtárat, amely sokat spórolt a tervezési időtől. Az Altium Designer CAD szoftvert használom, ezért az Altium plugint használtam a komponenskönyvtárak telepítéséhez [5]. A 4. ábra a kiválasztott alkatrészeket mutatja.

4. lépés: 4. ábra: A SamacSys Altium Plugin beépített összetevői

A NYÁK kártya valamivel nagyobb, mint a 2*16 LCD, hogy elférjen a három tapintható nyomógomb. Az 5., 6. és 7. ábra a tábla 3D nézeteit mutatja.

5. lépés: 5. ábra: az összeszerelt NYÁK -lemez 3D -s nézete (TOP), 6. ábra: az összeszerelt NYÁK -lemez 3D -s nézete (oldal), 7. ábra: az összeszerelt NYÁK -lemez 3D -s nézete (alul)

3: Összeszerelés és teszt Félig házi PCB lapot használtam egy gyors prototípus elkészítéséhez és az áramkör teszteléséhez. A 8. ábra a tábla képét mutatja. Nem kell követnie engem, csak rendelje meg a NYÁK -t egy professzionális NYÁK -gyártó céghez, és készítse el a készüléket. Használjon álló potenciométert az R4 -hez, amely lehetővé teszi az LCD kontrasztjának beállítását a tábla oldaláról.

6. lépés: 8. ábra: Az első prototípus képe, félig házi PCB táblán

Az alkatrészek forrasztása és a tesztkörülmények előkészítése után készen állunk az áramkör tesztelésére. Ne felejtsen el egy nagy hűtőbordát felszerelni a MOSFET -re (Q2). Az R7-et 3 ohmos ellenállásnak választottam. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy 750 mA -ig állandó áramokat generáljunk, de a kódban a maximális áramot valahol 500 mA -re állítottam, ami elég a célunkhoz. Az ellenállás értékének csökkentése (például 1,5 ohmra) nagyobb áramot eredményezhet, azonban erősebb ellenállást kell használnia, és módosítania kell az Arduino kódot. A 9. ábra a táblát és annak külső vezetékeit mutatja.

7. lépés: 9. ábra: Az akkumulátor kapacitásmérő készülékének bekötése

Készítsen elő 7–9 V körüli feszültséget a tápegység bemenetére. Az Arduino tábla szabályozóját használtam a +5V sín elkészítéséhez. Ezért soha ne tegyen 9V -nál nagyobb feszültséget a tápbemenetre, különben károsíthatja a szabályozó chipet. A tábla bekapcsol, és az LCD-n egy szöveget kell látnia, amely megegyezik a 10. ábrával. Ha kék, 2*16-os háttérvilágítást használ, az áramkör körülbelül 75 mA-t fogyaszt.

8. lépés: 10. ábra: Az áramkör bekapcsolásának helyes kijelzése az LCD-n

Körülbelül 3 másodperc múlva a szöveg törlődik, és a következő képernyőn a fel/le nyomógombokkal állíthatja be az állandó áramértéket (11. ábra).

9. lépés: 11. ábra: Állandó áramterhelés beállítása fel/le nyomógombokkal

Mielőtt csatlakoztatja az akkumulátort a készülékhez, és megméri a kapacitását, megvizsgálhatja az áramkört egy tápegység segítségével. Ehhez csatlakoztassa a P3 csatlakozót a tápegységhez.

Fontos: Soha ne tegyen 5 V -nál nagyobb feszültséget, vagy fordított polaritással az akkumulátor bemenetére, különben véglegesen károsítja az Arduino digitális -átalakító érintkezőjét

Állítsa be a kívánt áramkorlátot (például 100 mA), és játsszon a tápfeszültséggel (maradjon 5 V alatt). Mint minden bemeneti feszültségnél látható, az áramlás érintetlen marad. Pontosan ezt akarjuk! (12. ábra).

10. lépés: 12. ábra: Az áramlás állandó marad a feszültségváltozások előtt is (4.3V és 2.4V bemenetekkel tesztelve)

A harmadik nyomógomb a Reset. Ez azt jelenti, hogy egyszerűen újraindítja a táblát. Ez akkor hasznos, ha az eljárás újbóli elindítását tervezi egy másik vaj teszteléséhez.

Mindenesetre most már biztos abban, hogy a készülék hibátlanul működik. Lekapcsolhatja az áramellátást, és csatlakoztathatja az akkumulátort az akkumulátor bemenetéhez, és beállíthatja a kívánt áramkorlátot.

Saját tesztem elindításához egy vadonatúj 8, 800 mA-es névleges lítium-ion akkumulátort választottam (13. ábra). Fantasztikus aránynak tűnik, nem ?! De ezt nem hiszem el valahogy:-), szóval teszteljük.

11. lépés: 13. ábra: 8, 800 mA-es névleges lítium-ion akkumulátor, valódi vagy hamis ?

Mielőtt a lítium akkumulátort az alaplaphoz csatlakoztatnánk, fel kell töltenünk, ezért kérjük, készítsen rögzített 4,20 V -os (500 mA -es CC határértéket vagy alacsonyabb) értéket a tápegységgel (például az előző cikkben található változó kapcsolóüzemű tápegység használatával), és töltse fel az akkumulátort, amíg az áram alacsony szintre nem kerül. Ne töltsön ismeretlen akkumulátort nagy árammal, mert nem vagyunk biztosak a valódi kapacitásában! A nagy töltőáram felrobbanthatja az akkumulátort! Légy óvatos. Ennek eredményeként követtem ezt az eljárást, és a 8, 800 mA -es akkumulátorunk készen áll a kapacitásmérésre.

Akkumulátor tartó segítségével csatlakoztattam az akkumulátort a panelhez. Ügyeljen arra, hogy vastag és rövid vezetékeket használjon, amelyek alacsony ellenállást mutatnak, mivel a vezetékek teljesítményvesztesége feszültségcsökkenést és pontatlanságot okoz.

Állítsuk az áramot 500 mA-re, és nyomjuk meg hosszan az „UP” gombot. Ekkor sípoló hangot kell hallania, és az eljárás elkezdődik (14. ábra). A kikapcsolási feszültséget (alacsony elemküszöb) 3,2 V-ra állítottam. Ezt a küszöbértéket módosíthatja a kódban, ha úgy tetszik.

12. lépés: 14. ábra: Az akkumulátor kapacitásának kiszámítása

Alapvetően ki kell számolnunk az akkumulátor „élettartamát”, mielőtt feszültsége eléri az alacsony szint küszöbét. A 15. ábra azt az időt mutatja, amikor a készülék leválasztja az egyenáramú terhelést az akkumulátorról (3,2 V), és elvégzi a számításokat. A készülék két hosszú hangjelzést is ad az eljárás befejezésének jelzésére. Amint az az LCD -képernyőn látható, az akkumulátor valódi kapacitása 1,190 mAh, ami messze nem áll az igényelt kapacitástól! Ugyanezt az eljárást követheti bármely akkumulátor teszteléséhez (5 V alatti).

13. lépés: 15. ábra: A 8.800mA névleges lítium-ion akkumulátor valódi számított kapacitása

A 16. ábra mutatja az áramkör anyaglistáját.

14. lépés: 16. ábra: Anyagjegyzék

15. lépés: Hivatkozások

A cikk forrása:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: