- Зашто нам је потребан испитивач капацитета батерије?
- Компоненте потребне
- Шема круга испитивача капацитета батерије Ардуино
- Ардуино програм за мерење капацитета батерије
- Побољшања тачности
- Изградња и испитивање кола
Појавом технологије, наши електронски уређаји и уређаји постају све мањи и функционалнији и сложенији. Са овим повећањем сложености, повећао се и захтев за снагом кола и у нашој тежњи да направимо уређај што мањим и што преносивијим, потребна нам је батерија која може да пружа јаку струју током дужег временског периода, а истовремено време, измерите много мање да би уређај могао да остане преносив. Ако желите да сазнате више о батеријама, можете прочитати и овај чланак о основним терминологијама батерија.
Од многих различитих врста батерија које су на располагању, оловне киселине, Ни-Цд батерије и Ни-МХ батерије нису прикладне, јер теже или не могу обезбедити струју потребну за нашу примену, а ово оставља литијум-јонске батерије који могу да обезбеде велику струју, а тежину одржавају ниском, а величину компактном. Раније смо такође изградили 18650 пуњач и појачивачки модул за батерију и систем праћења батерија заснован на ИоТ-у, можете их погледати ако вас занима.
Зашто нам је потребан испитивач капацитета батерије?
На тржишту постоје многи продавци батерија који продају јефтине верзије Ли-ион батерија које тврде, тврдећи бизарне спецификације са врло ниском ценом, што је превише добро да би било тачно. Када купите ове ћелије, оне уопште не раде или ако раде, капацитет пуњења или тренутни проток су толико мали да уопште не могу да раде са апликацијом. Па како тестирати литијумску батерију ако ћелија није један од ових јефтиних куцања? Једна од метода је мерење напона отвореног круга без оптерећења и оптерећења, али то уопште није поуздано.
Дакле, направићемо испитивач капацитета батерије 18650 за Ли-Ион 18650 ћелију који ће испразнити потпуно напуњену ћелију 18650 кроз отпорник док ће мерити струју која протиче кроз отпорник да би израчунао његов капацитет. Ако не добијете тражени капацитет батерије док је напон ћелије унутар наведених граница, тада је та ћелија неисправна и не бисте је требали користити, јер ће се стање напуњености ћелије врло брзо испразнити под оптерећењем, стварајући локална струјна петља ако се користи у батеријском пакету што доводи до загревања и могуће пожара. Па кренимо право у то.
Компоненте потребне
- Ардуино Нано
- ЛЦД са 16 × 2 карактера
- ЛМ741 ОПАМП ИЦ
- 2.2Ω, 5В отпорник
- 7805 ИЦ позитивног регулатора напона
- Напајање од 12В
- 10кΩ тример потенциометар
- Кондензатор 0.47уФ
- Отпорник 33кΩ
- ДЦ конектор за наизменичну струју
- ПЦБ вијчани терминали
- ИРФ540Н Н-канални Мосфет ИЦ
- Перфбоард
- Комплет за лемљење
- Хладњаци
Шема круга испитивача капацитета батерије Ардуино
Комплетна шема кола за испитивач капацитета 18650 батерије је приказана испод. Објашњење кола је следеће -
Рачунска и дисплејна јединица:
Ово коло је даље подељено на два дела, прво је напајање од 5 В за Ардуино Нано и 16 × 2 алфанумерички ЛЦД екран и њихове везе за приказ резултата мерења струје и напона у реалном времену. Коло се напаја напајањем од 12В помоћу СМПС-а или можете користити батерију од 12В, а максимална струја ће бити око 60-70мА за напајање Ардуина и ЛЦД екрана.
Да спустимо напон на 5В, користићемо линеарни регулатор напона који може потрајати и до 35В и треба му најмање 7,5В улазног напајања како би се обезбедило регулисано напајање од 5В, а вишак напона се расипа као топлота, дакле ако ваш улаз напон ЛМ7805 ИЦ регулатор напона је већи од 12В, па размислите о додавању хладњака како се не би оштетио. ЛЦД се напаја напајањем од 5В са 7805 и повезан је са Ардуином и ради у 4-битном режиму. Такође смо додали потенциометар брисача од 10 к Ω за контролу контраста ЛЦД екрана.
Струјни круг константног оптерећења:
Друго је коло константног струјног оптерећења засновано на ПВМ-у како би струја оптерећења која пролази кроз отпорник контролисана од нас и била константна, тако да нема грешке која се увлачи због промене струје током времена како напон ћелије опада. Састоји се од ЛМ741 ОПАМП ИЦ и ИРФ540Н Н-Цханнел МОСФЕТ-а, који контролише струју која пролази кроз МОСФЕТ укључивањем и искључивањем МОСФЕТ-а у складу са нивоом напона који смо поставили.
Оптичко појачало ради у режиму упоређивања,тако у овом режиму. излаз оп-појачала биће висок кад год је напон неинвертујућег пина оп-појачала већи од инвертирајућег пина. Слично томе, ако је напон на инвертујућем пин-у оп-појачала већи од неинвертирајућег пина, излаз оп-ампера ће се повући према доле. У датом колу, неинвертујућим нивоом напона пин управља ДВ ПВМ пин Ардуино НАНО-а, који се пребацује на фреквенцију од 500Хз који се затим пропушта кроз нископропусни РЦ филтер круга са вредношћу отпора 33кΩ и кондензатором капацитета 0,47 уФ, да би се обезбедио готово константан једносмерни сигнал на неинвертујућем пину. Обрнути затик је повезан са отпорником оптерећења, који очитава напон на отпорнику и уобичајеном ГНД. Излазни пин ОПАМП-а повезан је на мрежни терминал МОСФЕТ-а да би се укључио или искључио.ОПАМП ће покушати да напон на оба његова терминала изједначи пребацивањем МОСФЕТ-а повезаног тако да струја која пролази кроз отпорник буде пропорционална вредности ПВМ-а коју сте поставили на Д9 пину НАНО-а. У овом пројекту, максимална струја, коју сам ограничио, је 1.3А, што је разумно, јер ћелија коју имам је 10А као максимална струја
Мерење напона:
Максимални напон типично потпуно напуњене Ли-Ион ћелије је 4,1 В до 4,3 В, што је мање од ограничења напона 5 В аналогних улазних пинова Ардуино Нано-а који има више од 10 кΩ унутрашњег отпора у себи, тако да можемо директно повезати Ћелија на било који од аналогних улазних пинова без бриге о струји која пролази кроз њих. Дакле, у овом пројекту морамо да измеримо напон ћелије како бисмо могли да утврдимо да ли је ћелија у исправном радном опсегу напона и да ли је потпуно празна или не.
Морамо да измеримо и струју која протиче кроз отпорник, јер не можемо да користимо струјни шант, јер ће се сложеност кола повећати, а повећани отпор на путу оптерећења ће смањити брзину пражњења ћелије. Коришћење мањих ранжирних отпорника захтеваће додатни круг појачала да би очитање напона које долази са њега било читљиво за Ардуино.
Дакле, директно очитавамо напон на отпорнику оптерећења, а затим помоћу Омовог закона делимо напон добијен вредношћу отпорника оптерећења да би струја прошла кроз њега. Негативни прикључак отпорника повезан је директно на ГНД, тако да можемо сигурно претпоставити да је напон који читамо на отпорнику пад напона на отпорнику.
Ардуино програм за мерење капацитета батерије
Сада након финализације хардверског кола прелазимо на Ардуино програмирање. Сада ако на рачунару немате инсталиран Ардуино ИДЕ, шта радите овде! Идите на званичну веб локацију Ардуино и преузмите и инсталирајте Ардуино ИДЕ или можете кодирати и у било ком другом уређивачу, али то је тема за неки други дан, за сада се држимо Ардуино ИДЕ-а. Сада користимо Ардуино Нано, па проверите да ли сте одабрали плочу Ардуино Нано тако што ћете отићи на ТООЛС> БОАРДС и тамо изабрати АРДУИНО НАНО, а сада одаберите исправан процесор који ваш нано има одласком на ТООЛС> ПРОЦЕССОРа док сте тамо такође одаберите порт на који је повезан ваш Ардуино на рачунару. Користимо Ардуино за погон 16 × 2 алфанумеричког ЛЦД екрана повезаног на њега и за мерење напона ћелије и струје која тече кроз отпорник оптерећења, као што је објашњено у претходном одељку, започињемо наш код проглашавањем заглавних датотека за погон 16 × 2 Алфанумерички ЛЦД екран. Можете прескочити овај одељак да бисте на крају странице добили потпуно кувани и сервирани код, али поднесите нас док делимо код на мале одељке и покушавамо да објаснимо.
Сада када је датотека заглавља дефинисана, прелазимо на декларисање променљивих, користићемо у коду за израчунавање напона и струје. Такође, морамо дефинисати пинове које користимо за погон ЛЦД-а и пинове које ћемо користити за давање ПВМ излаза и очитавање аналогних напона који долазе из ћелије и отпорника, такође у овом одељку.
#инцлуде
Сада прелазимо на део за подешавање, ако желите да ваш Ардуино буде стално повезан са рачунаром и надгледате напредак помоћу серијског монитора и овде иницијализујете ЛЦД екран. Такође ће приказати поруку добродошлице „Склоп круга испитивача капацитета батерије“ на екрану током 3 секунде.
воид сетуп () {Сериал.бегин (9600); лцд.бегин (16, 2); лцд.сетЦурсор (0, 0); // Постављање курсора на прву колону и први ред. лцд.принт ("Капацитет батерије"); лцд.сетЦурсор (0,1); лцд.принт ("Тестер Цирцуит"); кашњење (3000); лцд.цлеар (); }
Сада не треба да декларишемо Ардуино ПВМ пин као излаз као функцију АналогВрите коју ћемо користити у нашој главној петљи. Треба да дефинишете вредност ПВМ-а која ће бити записана на тој пин у коду. Пажљиво одаберите вредност ПВМ у складу са струјом пражњења потребном у вашој апликацији. Превише вредности ПВМ резултираће великом струјом са великим падом напона у Ли-Ион ћелији, а прениска вредност ПВМ ће резултирати великим временом пражњења ћелије. У функцији главне петље очитаваћемо напоне на пиновима А0 и А1, јер Ардуино има 10-битни АДЦ на броду, па бисмо требали добити дигиталне излазне вредности у распону од 0-1023 које ћемо морати да прилагодимо натраг на Опсег 0-5В множењем са 5.0 / 1023.0. Обавезно правилно измерите напон између 5В и ГНД пинова Ардуино Нано-а калибрисаним волтметром или мултиметром, јер најчешће регулирани напон није тачно 5,0В, па чак и мала разлика у овом референтном напону резултира пузањем грешака у очитавањима напона измерите тачан напон и замените 5.0 у множитељу датом горе.
Сада да бисмо објаснили логику кода, континуирано меримо напон ћелије и ако је напон ћелије преко горње границе коју смо одредили у коду, тада се на ЛЦД-у приказује порука о грешци која вас обавештава да ли је прекомерно напуњен или нешто није у реду са везом и зауставља се напајање МОСФЕТ клина капија тако да струја не може проћи кроз отпорник оптерећења. Кључно је да своју ћелију прво напуните пре него што је повежете са плочом за испитивање капацитета, тако да можете израчунати њен укупни капацитет пуњења.
аналогВрите (МОСФЕТ_Пин, ПВМ_ВАЛУЕ); // очитавање улаза на аналогном пину 0: инт сенсорВалуе_волтаге_Целл = аналогРеад (А0); // Претворимо аналогно очитавање (које иде од 0 - 1023) у напон (0 - 5В): плутајући напон = сенсорВалуе_волтаге_Целл * (5.08 / 1023.0); Сериал.принт ("НАПОН:"); Сериал.принтлн (напон); // овде се напон исписује на Сериал Монитор лцд.сетЦурсор (0, 0); // Постављање курсора на прву колону и први ред. лцд.принт ("Напон:"); // испис очитавања напона на екрану лцд.принт (напон); кашњење (100); инт сенсорВалуе_Схунт_Ресистор = аналогРеад (А1); плутајући напон1 = сенсорВалуе_Схунт_Ресистор * (5.08 / 1023.0); плутајућа струја = напон1 / отпорник; Сериал.принт ("Цуррент:"); Сериал.принтлн (тренутно); лцд.сетЦурсор (0, 1);// Поставите курсор на прву колону и други ред (бројање почиње од 0!). лцд.принт ("Цуррент:"); лцд.принт (тренутно);
Ако је напон ћелије унутар горње и доње границе напона које смо одредили, Нано ће очитати тренутну вредност помоћу горе наведене методе и помножити је са временом протеклим током мерења и сачувати је у променљивој капацитета коју смо раније дефинисали у мАх јединицама. Током целог тог времена вредности тренутне струје и напона у реалном времену приказују се на приложеном ЛЦД екрану, а ако желите, можете их видети и на серијском монитору. Процес пражњења ћелије ће се наставити све док напон ћелије не досегне испод доње границе коју смо одредили у програму, а затим се на ЛЦД екрану прикаже укупан капацитет ћелије и заустави проток струје кроз отпор повлачењем МОСФЕТ капије прибадача.
елсе иф (напон> БАТ_ЛОВ && напон <БАТ_ХИГХ) {// Провери да ли је напон акумулатора унутар безбедне границе миллисПассед = миллис () - превиоусМиллис; мА = струја * 1000,0; Капацитет = Капацитет + (мА * (милисПассед / 3600000.0)); // 1 сат = 3600000мс за његово претварање у мАх јединице превиоусМиллис = миллис (); кашњење (1000); лцд.цлеар (); }
Побољшања тачности
То је, свакако, довољно добар начин за очитавање напона и струје, али није савршен. Веза између стварног напона и измереног напона АДЦ није линеарна и то ће довести до неке грешке у мерењима напона и струја.
Ако желите да повећате тачност резултата, онда на графикону морате уцртати вредности АДЦ-а добијене применом различитих познатих извора напона, а затим одредити из њега једначину множитеља користећи било који метод који желите. На тај начин ће се побољшати тачност и врло ћете се приближити стварним резултатима.
Такође, МОСФЕТ који смо користили није МОСФЕТ на логичком нивоу, па му је потребно више од 7В да би у потпуности укључио тренутни канал и ако на њега применимо 5В, тренутна очитавања би била нетачна. Али можете да користите логички ниво ИРЛ520Н Н-Цханнел МОСФЕТ да бисте елиминисали употребу напајања од 12 В и директно радили са нивоима од 5 В који имате са својим Ардуином.
Изградња и испитивање кола
Сада када смо дизајнирали и тестирали различите одељке нашег кола на плочи и пошто смо се уверили да сви раде како је предвиђено, користимо Перфбоард за лемљење свих компонената заједно, јер је то много професионалнија и поузданија метода за испитивање кола. Ако желите, можете да дизајнирате своју ПЦБ на АутоЦАД Еагле, ЕасиЕДА или Протеус АРЕС или било ком другом софтверу који вам се свиђа. Ардуино Нано, 16 × 2 алфанумерички ЛЦД и ЛМ741 ОПАМП су постављени на женски Бергстик тако да касније могу поново да се користе.
Обезбедио сам напајање од 12 В кроз конектор за ДЦ барел прикључак за струјни круг константног оптерећења, а затим се уз помоћ ЛМ7805 обезбеђује 5 В за Нано и ЛЦД екран. Сада укључите струјни круг и подесите тример за подешавање нивоа контраста ЛЦД екрана, већ бисте на ЛЦД екрану требали видети поздравну поруку, а онда ако је ниво напона ћелије у радном опсегу, тада је тренутна -напон и струја из батерије ће бити приказани тамо.
Ово је врло основни тест за израчунавање капацитета ћелије коју користите и може се побољшати узимањем података и складиштењем у Екцел датотеци ради обраде података и визуализације података графичким методама. У данашњем свету вођеном подацима, ова крива пражњења ћелија може се користити за изградњу тачних предиктивних модела батерије за симулацију и увид у одзив батерије у условима пуњења без стварног тестирања помоћу софтвера попут НИ ЛабВИЕВ, МАТЛАБ Симулинк итд. и очекује вас још много апликација. Комплетан рад овог пројекта можете пронаћи на видео снимку испод. Ако имате било каквих питања о овом пројекту, напишите их у одељак за коментаре испод или користите наше форуме. Идите и забавите се с тим, а ако желите, можемо вас упутити у одељак за коментаре у наставку како даље од овог места. До тада Адиос !!!