Testeur de capacité de batterie DIY Arduino - V1.0 : 12 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

[Lire la vidéo] J'ai récupéré tellement de vieilles batteries d'ordinateurs portables (18650) pour les réutiliser dans mes projets solaires. Il est très difficile d'identifier les bonnes cellules dans la batterie. Plus tôt dans l'un de mes Power Bank Instructable, j'ai expliqué comment identifier les bonnes cellules en mesurant leurs tensions, mais cette méthode n'est pas du tout fiable. Je voulais donc vraiment un moyen de mesurer la capacité exacte de chaque cellule au lieu de leurs tensions.

Mise à jour le 30.10.2019

Vous pouvez voir ma nouvelle version

Il y a quelques semaines, j'ai commencé le projet à partir de la base. Cette version est vraiment simple, basée sur la loi d'Ohm. La précision du testeur ne sera pas parfaite à 100%, mais elle donne des résultats raisonnables qui peuvent être utilisés et par rapport à d'autres batteries, vous pouvez donc facilement identifier les bonnes cellules dans une vieille batterie. Au cours de mon travail, j'ai réalisé qu'il y avait beaucoup de choses qui pouvaient être améliorées. À l'avenir, je vais essayer de mettre en œuvre ces choses. Mais pour le moment, j'en suis content. J'espère que ce petit testeur sera utile, alors je le partage avec vous tous. Remarque: veuillez vous débarrasser des piles défectueuses correctement. Avertissement: veuillez noter que vous travaillez avec Li -Batterie ionique hautement explosive et dangereuse. Je ne peux être tenu responsable de toute perte de propriété, dommage ou perte de vie s'il s'agit de cela. Ce tutoriel a été écrit pour ceux qui ont des connaissances sur la technologie lithium-ion rechargeable. N'essayez pas cela si vous êtes novice. Être prudent.

Étape 1: Pièces et outils requis:

Pièces requises:1. Arduino Nano (Gear Best / Banggood)2. Écran OLED 0,96 (Amazon / Banggood)3. MOSFET - IRLZ44 (Amazon)4. Résistances (4 x 10K, 1/4W) (Amazon / Banggood)5. Résistance de puissance (10R, 10W) (Amazon)6. Bornes à vis (3 Nos) (Amazon / Banggood) 7. Buzzer (Amazon / Banggood) 8. Carte prototype (Amazon / Banggood) 9. Support de batterie 18650 (Amazon)

10. Batterie 18650 (GearBest / Banggood)11. Entretoises (Amazon / Banggood)Outils requis:1. Coupe-fil/dénudeur (Gear Best)2. Fer à souder (Amazon/Banggood) Instrument utilisé: IMAX Balance Charger (Gearbest/Banggood)

Pistolet thermomètre infrarouge (Amazon / Gearbest)

Étape 2: Schéma et travail

Schéma:

Pour comprendre facilement le schéma, je l'ai dessiné sur une planche perforée également. Les positions des composants et du câblage sont similaires à ma carte actuelle. Les seules exceptions sont le buzzer et l'écran OLED. Dans le tableau actuel, ils sont à l'intérieur mais dans le schéma, ils se trouvent à l'extérieur.

La conception est très simple et est basée sur Arduino Nano. Un écran OLED est utilisé pour afficher les paramètres de la batterie. 3 bornes à vis sont utilisées pour connecter la batterie et la résistance de charge. Un buzzer est utilisé pour donner différentes alertes. Un circuit à deux diviseurs de tension est utilisé pour surveiller les tensions aux bornes de la résistance de charge. La fonction du MOSFET est de connecter ou de déconnecter la résistance de charge avec la batterie.

Travail:

Arduino vérifie l'état de la batterie, si la batterie est bonne, donnez la commande d'allumer le MOSFET. Il permet au courant de passer de la borne positive de la batterie, à travers la résistance, et le MOSFET termine ensuite le chemin vers la borne négative. Cela décharge la batterie sur une période de temps. Arduino mesure la tension aux bornes de la résistance de charge, puis divisée par la résistance pour connaître le courant de décharge. Multiplié par le temps pour obtenir la valeur milliampère-heure (capacité).

Étape 3: Mesure de la tension, du courant et de la capacité

Mesure de tension

Il faut trouver la tension aux bornes de la résistance de charge. Les tensions sont mesurées en utilisant deux circuits diviseurs de tension. Il se compose de deux résistances avec des valeurs de 10k chacune. La sortie du diviseur est connectée aux broches analogiques Arduino A0 et A1.

La broche analogique Arduino peut mesurer une tension jusqu'à 5 V, dans notre cas la tension maximale est de 4,2 V (complètement chargée). Ensuite, vous pouvez demander pourquoi j'utilise inutilement deux diviseurs. La raison en est que mon plan futur est d'utiliser le même testeur pour la batterie multi-chimie. Ainsi, cette conception peut être adaptée facilement pour atteindre mon objectif.

Mesure de courant:

Courant (I) = Tension (V) - Chute de tension à travers le MOSFET / Résistance (R)

Remarque: je suppose que la chute de tension aux bornes du MOSFET est négligeable.

Ici, V = Tension aux bornes de la résistance de charge et R = 10 Ohm

Le résultat obtenu est en ampères. Multipliez 1000 pour le convertir en milliampères.

Donc courant de décharge maximum = 4,2 / 10 = 0,42A = 420mA

Mesure de capacité:

Charge stockée (Q) = courant (I) x temps (T).

Nous avons déjà calculé le courant, la seule inconnue dans l'équation ci-dessus est le temps. La fonction millis () dans Arduino peut être utilisée pour mesurer le temps écoulé.

Étape 4: Sélection de la résistance de charge

Le choix de la résistance de charge dépend de la quantité de courant de décharge dont nous avons besoin. Supposons que vous vouliez décharger la batterie à 500mA, alors la valeur de la résistance est

Résistance (R) = Tension max de la batterie / Courant de décharge = 4,2 /0,5 = 8,4 Ohm

La résistance doit dissiper un peu de puissance, donc la taille importe dans ce cas.

Chaleur dissipée = I^2 x R = 0,5^2 x 8,4 = 2,1 Watt

En gardant une certaine marge, vous pouvez choisir 5W. Si vous voulez plus de sécurité, utilisez 10W.

J'ai utilisé une résistance de 10 Ohm, 10W au lieu de 8,4 Ohm car elle était dans mon stock à ce moment-là.

Étape 5: Sélection du MOSFET

Ici, le MOSFET agit comme un interrupteur. La sortie numérique de la broche Arduino D2 contrôle le commutateur. Lorsque le signal 5V (HIGH) est envoyé à la grille du MOSFET, il permet au courant de passer de la borne positive de la batterie, à travers la résistance, et le MOSFET termine ensuite le chemin vers la borne négative. Cela décharge la batterie sur une période de temps. Le MOSFET doit donc être choisi de manière à pouvoir gérer le courant de décharge maximal sans surchauffe.

J'ai utilisé un MOSFET-IRLZ44 de puissance de niveau logique à canal n. Le L montre qu'il s'agit d'un MOSFET de niveau logique. Un MOSFET de niveau logique signifie qu'il est conçu pour s'allumer entièrement à partir du niveau logique d'un microcontrôleur. Le MOSFET standard (série IRF, etc.) est conçu pour fonctionner à partir de 10V.

Si vous utilisez un MOSFET de la série IRF, il ne s'allumera pas complètement en appliquant 5V à partir d'Arduino. Je veux dire que le MOSFET ne transportera pas le courant nominal. Pour régler ces MOSFET, vous avez besoin d'un circuit supplémentaire pour augmenter la tension de grille.

Je recommanderai donc d'utiliser un MOSFET de niveau logique, pas nécessairement IRLZ44. Vous pouvez également utiliser n'importe quel autre MOSFET.

Étape 6: écran OLED

Pour afficher la tension de la batterie, le courant de décharge et la capacité, j'ai utilisé un écran OLED de 0,96 . Il a une résolution de 128x64 et utilise le bus I2C pour communiquer avec l'Arduino. Deux broches SCL (A5), SDA (A4) dans Arduino Uno sont utilisées pour la communication.

J'utilise la bibliothèque U8glib pour afficher les paramètres. Vous devez d'abord télécharger la bibliothèque U8glib, puis l'installer.

Si vous souhaitez vous lancer dans l'affichage OLED et Arduino, cliquez ici

Les connexions doivent être les suivantes

Arduino OLED

5V -Vcc

TERRE TERRE

A4--SDA

A5--SCL

Étape 7: Avertisseur sonore d'avertissement

Pour fournir différents avertissements ou alertes, un buzzer piézo est utilisé. Les différentes alertes sont

1. Batterie basse tension

2. Batterie haute tension

3. Pas de batterie

Le buzzer a deux bornes, la plus longue est positive et la jambe la plus courte est négative. L'autocollant sur le nouveau buzzer a également " + " marqué pour indiquer la borne positive.

Les connexions doivent être les suivantes

Avertisseur Arduino

D9 Borne positive

GND Borne négative

Dans l'Arduino Sketch, j'ai utilisé une fonction distincte bip() qui envoie le signal PWM au buzzer, attend un petit délai, puis l'éteint, puis a un autre petit délai. Ainsi, il bipe une fois.

Étape 8: faire le circuit

Dans les étapes précédentes, j'ai expliqué la fonction de chacun des composants du circuit. Avant de sauter pour faire la planche finale, testez d'abord le circuit sur une planche à pain. Si le circuit fonctionne parfaitement sur la planche à pain, passez à souder les composants sur la planche prototype.

J'ai utilisé une planche prototype de 7 cm X 5 cm.

Montage du Nano: Coupez d'abord deux rangées de broches femelles avec 15 broches chacune. J'ai utilisé une pince diagonale pour couper les en-têtes. Ensuite, soudez les broches de l'en-tête. Assurez-vous que la distance entre les deux rails correspond à l'arduino nano.

Montage de l'écran OLED: Coupez un en-tête femelle avec 4 broches. Puis soudez-le comme indiqué sur l'image.

Montage des bornes et des composants: Soudez les composants restants comme indiqué sur les images

Câblage: Réalisez le câblage selon le schéma. J'ai utilisé des fils de couleur pour faire le câblage, afin de pouvoir les identifier facilement.

Étape 9: Montage des entretoises

Après la soudure et le câblage, montez les entretoises aux 4 coins. Cela fournira un dégagement suffisant aux joints de soudure et aux fils du sol.

Étape 10: Logiciel

Le logiciel effectuant les tâches suivantes

1. Mesurer les tensions

Prendre 100 échantillons ADC, les ajouter et faire la moyenne du résultat. Ceci est fait pour réduire le bruit.

2. Vérifiez l'état de la batterie pour donner une alerte ou démarrer le cycle de décharge

Alertes

i) Faible V !: Si la tension de la batterie est inférieure au niveau de décharge le plus bas (2.9V pour Li Ion)

ii) Haut-V !: Si la tension de la batterie est supérieure à la condition de pleine charge

iii) Pas de batterie !: Si le support de batterie est vide

Cycle de décharge

Si la tension de la batterie est comprise entre la basse tension (2,9 V) et la haute tension (4,3 V), le cycle de décharge commence. Calculez le courant et la capacité comme expliqué précédemment.

3. Affichez les paramètres sur l'OLED

4. Enregistrement des données sur le moniteur série

Téléchargez le code Arduino ci-dessous.

Étape 11: Exporter des données en série et tracer sur une feuille Excel

Pour tester le circuit, j'ai d'abord chargé une bonne batterie Samsung 18650 à l'aide de mon chargeur IMAX. Ensuite, placez la batterie dans mon nouveau testeur. Pour analyser l'ensemble du processus de décharge, j'exporte les données en série vers une feuille de calcul. Ensuite, j'ai tracé la courbe de décharge. Le résultat est vraiment génial. J'ai utilisé un logiciel nommé PLX-DAQ pour le faire. Vous pouvez le télécharger ici.

Vous pouvez suivre ce tutoriel pour apprendre à utiliser PLX-DAQ. C'est très simple.

Remarque: cela ne fonctionne que sous Windows.

Étape 12: Conclusion

Après quelques tests, je conclus que le résultat du testeur est tout à fait raisonnable. Le résultat est de 50 à 70 mAh par rapport au résultat d'un testeur de capacité de batterie de marque. En utilisant un pistolet à température infrarouge, j'ai également mesuré l'élévation de température dans la résistance de charge, la valeur maximale est 51 degrés C.

Dans cette conception, le courant de décharge n'est pas constant, il dépend de la tension de la batterie. Ainsi, la courbe de décharge tracée n'est pas similaire à la courbe de décharge indiquée dans la fiche technique de fabrication de la batterie. Elle ne prend en charge qu'une seule batterie Li Ion.

Donc, dans ma future version, je vais essayer de résoudre les problèmes ci-dessus dans la V1.0.

Crédit: Je voudrais remercier Adam Welch, dont le projet sur YouTube m'a inspiré pour démarrer ce projet. Vous pouvez regarder sa vidéo YouTube.

S'il vous plaît suggérer des améliorations. Soulever un commentaire en cas d'erreurs ou d'erreurs.

J'espère que mon tutoriel est utile. Si vous l'aimez, n'oubliez pas de partager:)

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