Arduino Nano 4x 18650 Akıllı Şarj / Boşaltma: 20 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu benim Arduino Nano 4x 18650 Akıllı Şarj Cihazı / Boşaltma Cihazı Açık Kaynak Projem.

Bu ünite 12V 5A ile çalışır. Bir bilgisayar güç kaynağı ile çalıştırılabilir.

Bağlantılar

Batarya Portalı:

Parça Listesi:

Şematik:

PCB Gerber Dosyaları:

Kaynak Kodu:

Facebook Grubu:

Forum:

Şu anda işlenmiş tüm pillerin veritabanı istatistikleri sayfasına bakın:

Bağış yapın:

Tarih

Pillerdeki barkodları tarayan ve tüm verileri bir Çevrimiçi Veritabanı Portalına giren bir barkod tarayıcıya sahip olabilecek akıllı bir Arduino destekli şarj cihazı, deşarj pil test cihazı yapmak istedim. Bu, tüm geri kazanılmış lityum pillerimdeki eğilimleri doğru bir şekilde sıralamama ve analiz etmeme izin verecek.

Sürüm 1: Başlangıçta CNC'mle frezelenmiş tek taraflı bir PCB kullanmaya başladım. Bu ünite sadece bir hücreye sahipti ve milli ohm'ları şarj edebiliyor, boşaltabiliyor ve test edebiliyordu.

Sürüm 2.2: Kazınmış daha küçük PCB'leri kullanmaya başladım, ardından Arduino UNO'da iki hücre modülüm vardı.

Versiyon 3.2: Aynı küçük PCB'leri kullandım ama bir Arduino Mega kullandım ve hepsini bir Akrilik stand üzerine monte ettim. Başlangıçta 16 modüle sahip olmayı planlamıştım, ancak analog sinyal çoklayıcıları kullanmam gerektiğinden yalnızca 8 hücre modülü kullandım ve kablolama zaten çok dağınıktı.

Arduino Mega 8x Charger / Discharger 1.1: Arduino Mega 8x Charger / Discharger için kolay EDA'da bir PCB tasarladım. Bu, 20x4 LCD, Döner Kodlayıcı, SD Kart okuyucu (hiç kullanılmamış), Ethernet, doğrudan Arduino'ya barkod taraması için USB Ana Bilgisayarına sahiptir.

Arduino Mega 8x Charger / Discharger 1.2+: Daha sonra bazı küçük değişiklikler yaptım ve WIFI iletişimi için bir ESP8266 Adaptörü ekledim.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.0: Çok daha ucuz ve yapımını kolaylaştırmak için 4x versiyonunu tasarlamaya başladım. Bu sürüm bir barkod tarayıcıya sahip değildir, ancak internet üzerinden veri göndermek ve almak için Vortex IT Battery Portal ile iletişim kurmuştur.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.1: Tasarımında bazı küçük hatalar olduğu için bu sürüm 1.0'dan bazı küçük değişikliklere sahiptir ve bu sürüm halka yayınlanmıştır.

Adım 1: Bileşenleri Alın

PCB Gerber Dosyaları

PCB Gerber Dosyaları:

Ana bileşenler

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino Adaptörü x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 Seri x1 AliExpresseBay
• Pil Tutucu 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• TP5100 Modülü x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 Modül x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 Soket x1 AliExpresseBay
• Sıcaklık Sensörü DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Dokunsal Anahtar 6MM x1 AliExpresseBay
• Konektör KF301-2P 5.08mm x4 AliExpresseBay
• DC Jack 5.5 x 2.1mm x1 AliExpresseBay
• Direnç Karbon Filmi 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Konik Lastik Ayaklar 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Yalıtım Pulları 3x7x0.8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12mm Düz Kafa Paslanmaz Çelik 304 Altıgen Soket Vida x20 AliExpresseBay
• M3 304 Paslanmaz Çelik 304 Altıgen Somun x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18mm Pirinç F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35mm pirinç F-F x4 AliExpresseBay
• Başlık Dişi 2.54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Başlıklar Erkek 2.54mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Başlık Dişi Dik Açı 2.54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB'den ESP8266'ya ESP-01 Programcı x1 AliExpresseBay
• 5V Aktif Buzzer x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

THT (Delikten Geçirilmiş) Bileşen Seçeneği

• 10k - 1/4w Direnç THT x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/4w Direnç THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4w Direnç THT x8 AliExpresseBay
• P-Kanal MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-Kanal MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• NPN Transistör BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Diyot IN4007 x2 AliExpresseBay

SMD (Yüzeye Montaj) Bileşen Seçeneği

• 10k - 1/8w Direnç SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/8w Direnç SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w Direnç SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-Kanal Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• P Kanalı MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• NPN Transistör SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Diyot 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Aletler

• Lehim Teli 60/40 0.7mm AliExpresseBay
• Çapraz Pense AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD Lehimleme Rework İstasyonu AliExpresseBay
• UNI-T UT39A Dijital Multimetre AliExpresseBay
• Tel Sıyırıcı AliExpresseBay
• Barkod Tarayıcı AliExpresseBay
• Barkod Yazıcı AliExpresseBay
• Barkod Etiketleri 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• MEKANİK Lehim Pastası AliExpresseBay
• Anti-Statik Cımbız AliExpresseBay
• Üçüncü El Lehimleme Standı AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM Temiz Olmayan Lehim Flux AliExpresseBay
• Lehim Fitili AliExpresseBay
• Hassas Manyetik Tornavida Seti AliExpresseBay

Güncellenmiş bir liste için web siteme gidin:

Adım 2: Lehim Dirençleri, Transistörler ve MOSFET'ler

1K, 4.7K, 10K, P-Channel, N-Channel ve NPN bileşenlerini SMD veya THT lehimleme (ikisi birden değil)

Adım 3: Başlıklarda ve DIP Soketinde Lehimleme

Nano'nun iki adet 15 pin dişi başlığını, 16x CD74HC4067 Çoklayıcı 8 pin ve 16 pin dişi başlığını, ESP8266 adaptörlerini 4 pin dişi, LCD 4 pin dişi ve 74HC595N Shift kayıtları 16 pin DIP IC soketini lehimleyin.

Not: Serigrafi tarafındaki tüm bileşenleri lehimleyin.

Adım 4: Lehim Temel Bileşenleri

5.5mm DC Jack, Arduino Nano 328p, CD74HC4067 multiplexer ve 74HC595N shift register'ı lehimleyin ve takın.

Arduino Nano ve Multiplexer'ı lehimlerken, önce erkek başlık pinlerini dişi başlık pinlerine yerleştirmenizi ve ardından bileşeni yerinde lehimlemenizi öneririm.

Adım 5: Dallas DS18B20 Sıcaklığını Lehimleyin

İlk önce her Dallas Sensörüne iki adet 3mm x 7mm x 0.8mm Yalıtım Pulunu yerleştirin (Bu, PCB sıcaklığını ölçmemeniz için PCB dışında bir boşluk oluşturmak için kullanılır)

Her hücre modülü için üst katmandaki 4x Dallas Sensörlerini ve alt katmandaki ortam sensörünü lehimleyin.

TO-92 lehim pedleri üzerindeki lehim bağlantılarını köprülememeye dikkat edin. Herhangi bir Dallas Sensöründeki her bir bacak arasında multimetrenizde diyot modunda lehimlendikten sonra (hepsi paralel olarak bağlanır)

+ (pozitif) pinin Arduino Nano'ya baktığı üst katmandaki 5V Aktif Buzzer'ı lehimleyin

Adım 6: Diyottaki Lehim

CD74HC4067 çoklayıcı altındaki Diyottaki lehim

Akıyı izopropil alkol ile temizlemek iyi bir uygulamadır.

7. Adım: LCD Ekran Kontrastını / Seri Atlama Tellerini Test Edin ve Ayarlayın

LCD kontrast

LCD Seri 4 pin dişiyi 4 pin Erkek -> Dişi Dupont Jumper kablolarına bağlayın. Tam olarak bağladığınızdan emin olun:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Arduino Sketch'i github'dan yükleyin: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

USB kablosunu çıkarın ve 5,5 mm DC Jakında (+ pozitif merkez / - negatif dış) bir 12V güç kablosu kullanın

Metin görüntülenene kadar LCD Ekran CC veya CW'nin arkasındaki seri adaptör üzerindeki potansiyometreyi ayarlayın.

Kontrasttan memnun kaldığınızda, Dupont Jumper kablolarını çıkarın.

Seri Jumper'lar

ESP8266 ile yazılım seri iletişimi için pin 1-2'ye 2x 2.54 mm jumper bağlayın

Adım 8: PWM Fanı

Bileşenler

Aşağıdaki bileşenleri lehimleyin:

JST 2.0 PH 2 pinli konektör (Not: Serigrafi PCB sürüm 1.11'de geriye dönüktür)

100uF 16V Elektrolitik Kondansatör

BD139 NPN Transistör

Diyot

Ölçek

Arduino Sketch'i github'dan yükleyin: ASCD_Nano_Test_Fan

USB kablosunu çıkarın ve 5,5 mm DC Jakında (+ pozitif merkez / - negatif dış) bir 12V güç kablosu kullanın

30 mm Fanı takın

Fan hızlanmalı ve durmalı

9. Adım: MOSFET'leri Test Etme

N-Kanal Direnç Boşaltma MOSFET'lerinin Test Edilmesi

Arduino Sketch'i github'dan yükleyin: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

USB kablosunu çıkarın ve 5,5 mm DC Jakında (+ pozitif merkez / - negatif dış) bir 12V güç kablosu kullanın

PCB alt katmana bakacak şekilde multi-metrenizi diyot / süreklilik moduna ayarlayın.

Negatif probu bir GND kaynağına ve pozitif probu 1. modül yük dirençleri konektörlerinin sağ tarafına yerleştirin (resimlerde gösterildiği gibi).

Multimetreniz 1 saniye bip sesi çıkarmalı, ardından 1 saniye bip sesi vermemelidir.

Bunu her modül için tekrarlayın.

P-Channel TP5100 Şarj MOSFET'lerini Test Etme

Arduino Sketch'i github'dan yükleyin: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Yukarıdakiyle aynı şekilde bu çizimi her iki test için de kullanabilirsiniz)

USB kablosunu çıkarın ve 5,5 mm DC Jakında (+ pozitif merkez / - negatif dış) bir 12V güç kablosu kullanın

PCB alt katmana bakacak şekilde multimetrenizi DC voltaj moduna ayarlayın (genellikle 20V aralığı).

Negatif probu bir GND kaynağına ve pozitif probu 1. modül TP5100 sağ taraf + pozitif konektöre (resimlerde gösterildiği gibi) yerleştirin. Multimetreniz 1 saniye 12V, ardından 1 saniye düşük voltaj göstermelidir. Bunu her modül için tekrarlayın.

Adım 10: Dallas DS18B20 Sıcaklık Sensörü Serilerini Alın

Arduino Sketch'i github'dan yükleyin: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

USB kablosunda bırakın. Fanı veya 12V Gücü bağlamayın.

Arduino IDE'de Seri monitörü 115200 baud hızında açın.

5x cihazları algılamalı / bulmalıdır.

1. DS18B20 Sıcaklık Sensörünü havyanızın üst ucu ile kısa süreliğine ısıtın.

Not: Modül numarası, PCB üst katmanda yukarı bakacak şekilde soldan sağadır.

"Algılanan Pil: 1" ve ardından "Isınma Pil Sensörü: 2" yazmalıdır.

Bu, "Algılanan Ortam Sensörü Tamamlandı" yazana kadar sırayla her 4 x modülden geçecektir.

Altta tüm DS18B20 Sıcaklık Sensörlerinin Onaltılı Seri numaralarını gösterecektir.

5x Seri numaralarını kopyalayın ve ardından bunları "ASCD_Nano_1-0-0" çiziminde "Temp_Sensor_Serals.h" içine yapıştırın. Son virgülü koyduğunuzdan emin olun (resimde gösterilmiştir)

Not: 99 santigrat derece sıcaklık okuması alırsanız, o sensörü okurken bir hata olduğu anlamına gelir. Ya seri hatalıdır ya da cihaz arızalıdır.

Adım 11: TP5100 Şarj Modüllerini Kurun ve Test Edin

Düzenlemek

Bir bıçak veya bazı çapraz pense ile 20x tek erkek 2.54 mm başlıkları kesin.

TP5100 modülü başına 5x Erkek başlığı PCB'nin alt katmanına yerleştirin. Uzun tarafı delikten geçirmenizi tavsiye ederim.

Her modüle bir TP5100 modülü yerleştirin ve yerine lehimleyin. Erkek başlıklarını hizalamazlarsa değiştirmek için cımbız kullanın.

PCB'nin üst katmanında, konektörleri mümkün olduğunca PCB ile aynı hizada lehimleyin. (Plastik Pil tutucuyu üste takmanız gerekecek, böylece ne kadar az dışarı çıkarsa o kadar iyi)

Not: Şarj Pimi'ni TP5100'e bağladığınızdan emin olun. P-Channel MOSFET'in üzerindeki GND'de VCC'nin yanındaki en yakın pindir.

Ölçek

Arduino Sketch'i github'dan yükleyin: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Yukarıdakiyle aynı, bu çizimi her iki test için de kullanabilirsiniz)

USB kablosunu çıkarın ve 5,5 mm DC Jakında (+ pozitif merkez / - negatif dış) bir 12V güç kablosu kullanın

Tüm TP5100 modülleri 1 saniye açılmalı ve 1 saniye kapanmalıdır.

Adım 12: DS18B20 Sıcaklık Sensörü Açıklık Deliklerini Delin

Gerekli aletler

• 0.7mm Matkap ucu veya Scribe
• 3 mm Matkap ucu (isteğe bağlı)
• 6,5 mm - 7 mm Matkap ucu

Delmek

Yedek bir boş PCB ve 4x 18650 Pil Tutucu alın

4x 18650 Pil Tutucuyu + işareti panonun üst kısmına bakacak şekilde monte edin

TO-92 DS18B20 Sıcaklık Sensörlerinin her birinin üzerindeki orta pim aracılığıyla 0,7 mm Matkap ucu veya bir Çizici ile delik konumlarını işaretleyin

4x 18650 Pil Tutucuyu çıkarın ve 6,5 mm - 7 mm'lik bir delik açın. Önce daha küçük bir matkap ucu kullanmanızı öneririm.

4x 18650 Pil Yuvasını test edin ve DS18B20 Sıcaklık Sensörünün yeterli boşluğa sahip olup olmadığına bakın.

Not: Diğer tüm bileşenler lehimlenene kadar 4x 18650 Pil Tutucuyu lehimlemeyin.

Adım 13: Boşaltma Dirençlerini Monte Edin

Montaj ve Lehim Başlıkları

İlk önce başlıkları monte edin. 5.08mm Vidalı Terminali veya JST 2.54mm Erkek Başlığı kullanabilirsiniz.

Not: Lehimleme sırasında başlığı/terminali yerinde tutmak için biraz blu tack kullanıyorum.

Onları lehimleyin.

Dirençlerin Ohmlarını Ölçün (Opsiyonel)

Her direncin direncini ölçün, numaralandırın ve kaydedin.

Bunun için LCR-T4 Test Cihazımı kullanıyorum. Kaliteli bir multimetre kullanabilirsiniz (bu %100 doğru değildir ancak iyi bir temel ölçümdür)

Arduino Sketch'i github'dan düzenleyin: ASCD_Nano_1-0-0, değiştirilmiş direnç değerlerini ekleyin.

Dirençleri Monte Edin

Bu örnekte 5.08mm Vidalı Terminalleri kullanıyorum ve her bir tel sargılı direnci kademelendiriyorum. Daha sonra bir soğutucu üzerindeki alüminyum kaplı dirençler için adımlar ekleyeceğim.

Adım 14: Son Bileşenleri Lehimleyin

4x 18650 Pil Yuvasında lehim.

Not: Bazı temas noktalarını düz / çapraz pense ile kırpmanız gerekebilir.

6 mm basma düğmesini lehimleyin.

Adım 15: Tüm Donanımı Monte Edin

Arduino ESP8266 Adaptörü

4x M2.5 ayırıcıları M-F veya F-F kullanın

M-F veya F-F ayırıcıları kullanmanıza bağlı olarak 8x M2.5 Vida veya 4x M2.5 vida ve 4x M2.5 somun

Dişi ve Erkek konektörleri bağlamak için dik açılı 4pin 2.54mm konektör kullanın.

Not: Gevşekse iyi bir bağlantı elde etmek için konektörü kalaylamanız gerekebilir.

LCD

LCD için 4x M3 Standoff 18mm Pirinç F-F ve 8x M3 x 12mm Vidalar

Fan

Yalnızca 3D Basılı kasa: Fan vida deliklerinden birkaç M3 x 18 mm vida geçirin, Fanı ekleyin.

Adım 16: Arduino Nano Sketch'i Yükleyin

Krokiyi yüklemeden önce Arduino'nun Voltaj Regülatöründen 5V Voltaj çıkışını kontrol edin. LCD ekran ile ilgili iki prob noktası vardır.

Arduino Sketch'i github'dan düzenleyin: ASCD_Nano_1-0-0 Arduino Sketch'deki bu satırı voltaj okumanıza göre değiştirin

const şamandıra referansıVoltaj = 5.01; // Arduino'nun 5V Çıkışı

Test ihtiyaçlarınız için diğer bazı özel ayarları da değiştirebilirsiniz.

const şamandıra şöntDirenç[4] = {3.3, 3.3, 3.3, 3.3};

const şamandıra referansıVoltaj = 5.01; // Arduino'nun 5V Çıkışı const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2.8; // Deşarjın durduğu voltaj const byte restTimeMinutes = 1; // Pilin şarj olduktan sonra dinlenmesi için Dakika cinsinden süre. 0-59 geçerli const int lowMilliamps = 1000; // Bu, düşük kabul edilen ve hatalı kabul edildiğinden yeniden şarj edilmeyen Milli Amper değeridir const int yüksekMilliOhms = 500; // Bu, yüksek olarak kabul edilen Milli Ohm değeridir ve pil arızalı olarak kabul edilir const int offsetMilliOhms = 0; // Milli Ohm sabit bayt şarjı için ofset kalibrasyonuZaman aşımı = 8; // const byte tempThreshold'u şarj etmek için Saat cinsinden zaman aşımı = 7; // Uyarı Eşiği, başlangıçtaki derece cinsinden Sıcaklık const byte tempMaxThreshold = 20; // Başlangıç Sıcaklığının üzerinde derece cinsinden Maksimum Eşik - Kabul Edilen Hatalı const float pilVolatgeLeak = 0,50; // "PİL KONTROLÜ" başlangıç ekranında her modülün en yüksek voltajını gözlemleyin ve bu değeri biraz daha yüksek olarak ayarlayın const byte moduleCount = 4; // Modül Sayısı const byte screenTime = 4; // Aktif Ekran Başına Saniye Olarak Süre (Döngü) const int deşarjReadInterval = 5000; // Deşarj okumaları arasındaki zaman aralıkları. mAh +/ için ayarlayın

Arduino Nano'yu bilgisayarınıza bağlayın ve ASCD_Nano_1-0-0 taslağını yükleyin

Arduino IDE'de işlemci olarak ATmega328P (Eski önyükleyici) kullanmanız gerekebilir.

Doğru COM bağlantı noktasını seçin ve çizimi yükleyin

Adım 17: ESP8266 Sketch'i yükleyin

Vortex It - Battery Portal Hesabınızı henüz kaydetmediyseniz bir sonraki adıma geçin.

Arduino IDE'nize ESP8266 Arduino Eklentisini kurmanız gerekiyor, bu kılavuzu kullanın:https://learn.sparkfun.com/tutorials/esp8266-thing…

ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino Sketch'de aşağıdakileri değiştirin

const char ssid = ""; -> WIFI yönlendiricilerinize

SSID const karakter şifresi = ""; -> WIFI yönlendiricilerinizin Parolasına

const char userHash = ""; -> UserHash'inize (Bunu Vortex It Battery Portal'daki "Charger / Discharger Menu -> View" bölümünden alın)

const bayt CDUnitID =; -> CDUnitID'nize (Bunu Vortex It Pil Portalındaki "Şarj Cihazı / Boşaltma Menüsü -> Görünüm -> Şarj Cihazınızı / Boşaltma Cihazınızı Seçin" bölümünden alın)

ESP8266_Wifi_Client_01.ino taslağını PROG açıkken ESP8266'ya yüklemek için USB'den ESP8266'ya ESP-01 Programlayıcı'yı kullanın

Adım 18: Vortex It'inizi Kurun - Pil Portalı Hesabı

portal.vortexit.co.nz adresine gidin

Henüz bir hesap için kaydolmadıysanız.

Kimlik bilgilerinizle giriş yapın

Menüde "Şarj / Boşaltma" -> "Yeni" seçeneğine tıklayın

"Arduino 4x C/D" açılır listesinden seçin

"Yeni Şarj Cihazı / Boşaltıcı" yı tıklayın

Menüde "Şarj / Boşaltma" -> "Görüntüle" seçeneğine tıklayın

"xx - Arduino 4x C/D" açılır listesinden seçim yapın (burada xx, CDUnitID'dir)

"UserHash" ve "CDUnitID" öğelerinizden kaçının

Şarj Cihazınızı / Boşaltıcınızı çevrimiçi görüntülemek için "Canlı Görüntüleme Modülü"ne tıklayın

Adım 19: İsteğe Bağlı - 3B Basılı Bir Muhafaza Yapın

3D yazıcınız varsa, tasarladığım bir kasayı yazdırabilirsiniz. Muhafaza tarzınızı oluşturmaktan ve paylaşmaktan çekinmeyin:

Füzyon 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Adım 20: 18650 Hücreyi Test Etmeye Başlayın

Hücre Modüllerine biraz pil takın ve barkodlarınızdaki "Canlı Görüntüleme Modülü" sayfa taramasına gidin ve kapalısınız.