מטען / פריקה חכמה Arduino Nano 4x 18650: 20 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

זהו פרויקט המטען החכם / מטען החכם של Arduino Nano 4x 18650 שלי.

יחידה זו מופעלת על ידי 12V 5A. זה יכול להיות מופעל על ידי ספק כוח מחשב.

קישורים

פורטל סוללות:

רשימת חלקים:

סכמטי:

קבצי PCB Gerber:

קוד מקור:

קבוצת פייסבוק:

פורום:

בדוק את דף הנתונים הסטטיסטיים של מסד הנתונים של כל הסוללות המעובדות כיום:

לתרום:

ההיסטוריה

רציתי להכין מטען חכם המופעל על ידי Arduino, בודק סוללות פריקה שיכול להכיל סורק ברקוד שסרק ברקודים על סוללות ולהזין את כל הנתונים לפורטל מסד נתונים מקוון. זה יאפשר לי למיין ולנתח נכון את הטרנדים בכל סוללות הליתיום המושבות שלי.

גרסה 1: התחלתי במקור באמצעות PCB חד צדדי שנטחן עם ה- CNC שלי. ליחידה זו היה רק תא אחד ויכולה להטעין, לפרוק ולבדוק מילי אוהם.

גרסה 2.2: עברתי לשימוש במחשבי PCB קטנים יותר שנחרטו ואז היו לי שני מודולי תאים ב- UNO של Arduino.

גרסה 3.2: השתמשתי באותם PCB קטנים יותר אך השתמשתי במגה Arduino והרכבתי את הכל על מעמד אקרילי. תכננתי במקור שיהיו לי 16 מודולים אך בסופו של דבר השתמשתי רק ב -8 מודולי תאים כפי שהייתי צריך להשתמש במכפילי אותות אנלוגיים והחיווט כבר היה מבולגן מאוד.

מטען / פריקה Arduino Mega 8x 1.1: עיצבתי PCB ב- EDA קל למטען / פריקה של Arduino Mega 8x. יש לו 20x4 LCD, מקודד סיבובי, קורא כרטיסי SD (מעולם לא היה בשימוש), Ethernet, מארח USB לסריקת ברקוד ישירות לתוך הארדואינו.

מטען / פריקה Arduino Mega 8x 1.2+: מאוחר יותר ביצעתי כמה שינויים קטנים והוספתי מתאם ESP8266 לתקשורת WIFI.

מטען / פריקה חכמה Arduino Nano 4x 18650 1.0: התחלתי לעצב גרסת 4x כדי שיהיה הרבה יותר זול וקל יותר לבנות. לגרסה זו אין סורק ברקוד אך היא התקשרה עם פורטל סוללות ה- Vortex IT לשליחת וקבלת נתונים דרך האינטרנט.

מטען / פריקה חכמה Arduino Nano 4x 18650 1.1: יש לזה כמה תיקונים קטנים מגרסה 1.0 מכיוון שהיו לה כמה באגים קטנים בעיצוב וגרסה זו שוחררה לציבור.

שלב 1: קבל את הרכיבים

קבצי גרבר PCB

קבצי PCB Gerber:

רכיבים עיקריים

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• מתאם Arduino ESP8266 x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 סידורי x1 AliExpresseBay
• מחזיק סוללות 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• מודול TP5100 x4 AliExpresseBay
• מודול CD74HC4067 x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• שקע DIP16 x1 AliExpresseBay
• חיישן טמפ 'DS18B20 x5 AliExpresseBay
• מתג מישוש 6 מ"מ x1 AliExpresseBay
• מחבר KF301-2P 5.08mm x4 AliExpresseBay
• שקע DC 5.5 x 2.1 מ"מ x1 AliExpresseBay
• התנגדות סרט פחמן 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• רגליים גומי חרוטיות 14x8 מ"מ x8 AliExpresseBay
• מכונות כביסה 3x7x0.8 מ"מ x16 AliExpresseBay
• M3 x 12 מ"מ ראש שטוח נירוסטה 304 שקע בורג שקע x20 AliExpresseBay
• M3 304 נירוסטה 304 אגוזים משושים x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18mm פליז F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35 מ"מ פליז F-F x4 AliExpresseBay
• כותרת נקבה 2.54 מ"מ 1x4 x1 AliExpresseBay
• כותרות זכר 2.54 מ"מ 1x40 פין x1 AliExpresseBay
• כותרת נקבה זווית ישרה 2.54 מ"מ 1x4 x1 AliExpresseBay
• מתכנת USB ל- ESP8266 ESP-01 מתכנת x1 AliExpresseBay
• זמזם פעיל 5V x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

אפשרות רכיב THT (דרך החור)

• 10k - 1/4w Resistor THT x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/4w Resistor THT x1 AliExpresseBay
• התנגדות 1k - 1/4w THT x8 AliExpresseBay
• P-Channel MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-Channel MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• טרנזיסטור NPN BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• דיודה IN4007 x2 AliExpresseBay

אפשרות רכיב SMD (Surface Mount)

• 10k - 1/8w Resistor SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4.7k - 1/8w resistor SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w נגד SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-Channel Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• ערוץ P MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• NPN טרנזיסטור SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• דיודה 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

כלים

• חוט הלחמה 60/40 0.7 מ"מ AliExpresseBay
• צבת אלכסוני AliExpresseBay
• תחנת עיבוד הלחמה Youyue 8586 SMD AliExpresseBay
• מולטימטר דיגיטלי UNI-T UT39A AliExpresseBay
• חיישני חוט AliExpresseBay
• סורק ברקוד AliExpress eBay
• מדפסת ברקוד AliExpresseBay
• תוויות ברקוד 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• מכאני הדבקת הלחמה AliExpresseBay
• פינצטה אנטי סטטית AliExpresseBay
• מעמד הלחמה יד שלישית AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM שטף הלחמה ללא ניקוי AliExpresseBay
• הפתלת הלחמה AliExpresseBay
• סט מברג מגנטי דיוק AliExpresseBay

לרשימה מעודכנת היכנסו לאתר שלי:

שלב 2: נגדי הלחמה, טרנזיסטורים ו- MOSFET

או הלחמה SMD או THT (לא שניהם) רכיבי 1K, 4.7K, 10K, P-Channel, N-Channel ו- NPN

שלב 3: הלחמה בכותרות ובשקע DIP

הלחמה שני כותרות נקבה של 15 פינים, 16x CD74HC4067 מרבבים 8 פינים ו -16 פינים נקבות, מתאמי ESP8266 נקבה 4 פינים, נקבה LCD 4 פינים ושקע 74HC595N Shift רושם 16 פינים DIP IC.

הערה: הלחם כל הרכיבים בצד מסך המשי.

שלב 4: רכיבי בסיס הלחמה

הלחם והתקן את שקע DC 5.5 מ מ, Arduino Nano 328p, CD74HC4067 מרבב ורשם משמרות 74HC595N.

בעת הלחמת ה- Arduino Nano וה- Multiplexer אני ממליץ קודם למקם את סיכות הכותרת הגברית בסיכות הכותרת הנשית ואז להלחם את הרכיב במקומו.

שלב 5: הלחמה של הטמפרטורה של דאלאס DS18B20

במקום הראשון שני מכשירי בידוד 3 מ"מ על 7 מ"מ על 0.8 מ"מ על כל חיישן דאלאס (זה משמש ליצירת שטח מחוץ למעגל הלוח, כך שלא תמדוד את טמפרטורת ה PCB)

הלחם את 4x חיישני דאלאס בשכבה העליונה עבור כל מודול תא בתוספת חיישן הסביבה בשכבה התחתונה.

היזהר שלא לגשר על מפרקי ההלחמה בכריות ההלחמה TO-92. לאחר הלחמת מדידה במצב דיודה במספר המטרים שלך בין כל רגל בכל חיישן של דאלאס (כולם מחוברים במקביל)

הלחם את זמזם הפעיל 5V בשכבה העליונה שבה הסיכה + (החיובית) פונה אל הארדואינו ננו

שלב 6: הלחמה בדיודה

הלחמה בדיודה מתחת למכפיל CD74HC4067

זה נוהג טוב לנקות את השטף עם אלכוהול איזופרופיל.

שלב 7: בדוק והתאם את ניגודיות המסך / מגשרים סידוריים

ניגודיות LCD

חבר את נקבת ה- 4 פינים סידרית LCD לזכר 4 פינים -> חוטי מגשר Dupont נקבה. הקפד להתחבר אתה מתחבר בדיוק:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

טען את סקיצת ה- Arduino מ- github: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

נתק את כבל ה- USB והשתמש בכבל חשמל 12V בשקע DC 5.5 מ מ (+ מרכז חיובי / - חיצוני שלילי)

כוונן את הפוטנציומטר במתאם הטורי בחלק האחורי של מסך LCD CC או CW עד שתראה את הטקסט המוצג.

ברגע שאתה מרוצה מהניגודיות, הסר את חוטי המגשר של דופונט.

מגשרים סדרתיים

חבר 2 מגשרים 2.54 מ מ על פינים 1-2 לתקשורת טורית עם תוכנת ESP8266

שלב 8: מאוורר PWM

רכיבים

הלחם את הרכיבים הבאים:

מחבר JST 2.0 PH 2pin (הערה: מסך המשי הוא לאחור בגרסת ה- PCB 1.11)

קבלים אלקטרוליטיים 100uF 16V

טרנזיסטור NPN BD139

דיודה

מִבְחָן

טען את סקיצת ה- Arduino מ- github: ASCD_Nano_Test_Fan

נתק את כבל ה- USB והשתמש בכבל חשמל 12V בשקע DC 5.5 מ מ (+ מרכז חיובי / - חיצוני שלילי)

חבר את מאוורר 30 מ מ

המאוורר אמור להאיץ ואז לעצור

שלב 9: בדיקת ה- MOSFETs

בדיקת MOSFETs פריקת הנגן N-Channel

טען את סקיצת ה- Arduino מ- github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

נתק את כבל ה- USB והשתמש בכבל חשמל 12V בשקע DC 5.5 מ מ (+ מרכז חיובי / - חיצוני שלילי)

כאשר הלוח הפנימי פונה לשכבה התחתונה הגדר את המטר המרובה שלך למצב דיודה / המשכיות.

מקם את החללית השלילית על מקור GND ואת החללית החיובית על מחברי נגדי העומס המודולים הראשון בצד ימין (כפי שמוצג בתמונות).

המטר המרובה שלך צריך לצפצף למשך שנייה אחת ואז לא לצפצף למשך שנייה אחת.

חזור על פעולה זו עבור כל מודול.

בדיקת MOSFET Charge TP5100 Charge

טען את סקיצת ה- Arduino מ- github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (אותו דבר כמו למעלה תוכל להשתמש בסקיצה זו לשתי הבדיקות)

נתק את כבל ה- USB והשתמש בכבל חשמל 12V בשקע DC 5.5 מ מ (+ מרכז חיובי / - חיצוני שלילי)

כאשר הלוח הפנימי פונה לשכבה התחתונה, הגדר את מספר המטרים למצב מתח DC (בדרך כלל טווח 20V).

מקם את החללית השלילית על מקור GND ואת החללית החיובית בצד המודולרי TP5100 בצד ימין + מחבר חיובי (כפי שמוצג בתמונות).רב-מטר שלך אמור להראות 12V למשך שנייה אחת ולאחר מכן מתח נמוך למשך שנייה אחת. חזור על פעולה זו עבור כל מודול.

שלב 10: קבל את סדרות חיישן הטמפרטורה של דאלאס DS18B20

טען את סקיצת הארדואינו מ- github: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

השאירו בכבל ה- USB. אין לחבר את המאוורר או את המתח 12V.

פתח את הצג הסידורי ב- Arduino IDE בקצב שידור של 115200.

זה אמור לזהות / לאתר התקנים 5x.

לחמם את חיישן הטמפרטורה הראשון DS18B20 עם הקצה העליון של מגהץ ההלחמה שלך לפרק זמן קצר.

הערה: מספר המודול משמאל לימין כאשר הלוח הקדמי פונה כלפי מעלה בשכבה העליונה

עליו להדפיס את "סוללה זוהתה: 1" ואז את "חימום חיישן הסוללה: 2"

זה יעבור ברצף כל 4 x מודולים עד שיאמר "חיישן סביבה מזוהה הושלם"

הוא יציג את המספרים הסידוריים ההקסדצימליים של כל חיישני הטמפרטורה DS18B20 בתחתית.

העתק את מספרי הסידרה 5x ולאחר מכן הדבק אותם ב- "Temp_Sensor_Serials.h" בתוך המערכון "ASCD_Nano_1-0-0". וודא שאתה פולט את הפסיק האחרון (המוצג בתמונה)

הערה: אם אתה מקבל קריאת טמפרטורה של 99 מעלות צלזיוס זה אומר שיש שגיאה בקריאת החיישן הזה. או שהסדרה לא נכונה או שהמכשיר לא תקין.

שלב 11: התקן ובדוק את מודולי הטעינה TP5100

להתקין

בעזרת סכין או צבת אלכסונית חתכו 20x כותרות זכר יחידות בגודל 2.54 מ מ.

הניחו 5x כותרות זכר לכל מודול TP5100 על השכבה התחתונה על הלוח. אני ממליץ לשים את הצד הארוך כלפי מטה דרך החור.

הנח מודול TP5100 על כל מודול והלחם אותו במקומו. השתמש בכמה פינצטות כדי לתמרן את כותרות הזכר אם הן לא יתיישרו.

בשכבה העליונה של הלחמת ה- PCB המחברים מיושרים עם ה- PCB ככל שתוכל. (יהיה עליך להתאים את מחזיק הסוללה מפלסטיק למעלה כך שככל שיבלטו פחות כך ייטב)

הערה: הקפד לחבר את סיכת הטעינה ב- TP5100. זהו הסיכה הקרובה ביותר ליד ה- VCC ב- GND מעל ה- MOSFET של ערוץ P

מִבְחָן

טען את סקיצת הארדואינו מ- github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (אותו דבר כמו למעלה תוכל להשתמש בסקיצה זו לשתי הבדיקות)

נתק את כבל ה- USB והשתמש בכבל חשמל 12V בשקע DC 5.5 מ מ (+ מרכז חיובי / - חיצוני שלילי)

כל המודולים TP5100 אמורים להידלק למשך שנייה אחת ולכבות למשך שנייה אחת.

שלב 12: מקדחי ניקוי חיישן טמפרטורה DS18B20

כלים נדרשים

• 0.7 מ"מ מקדחה או סופר
• מקדחה 3 מ"מ (אופציונלי)
• מקדחה 6.5 מ"מ - 7 מ"מ

תרגיל

קבל PCB ריק וחסר סוללת 18650

הרכבו את מחזיק הסוללות 4x 18650 כאשר סימון + פונה לראש הלוח

סמן את מיקומי החור בעזרת מקדח 0.7 מ מ או סופר באמצעות הסיכה המרכזית בכל אחד מחיישני הטמפרטורה TO-92 DS18B20.

הסר את מחזיק הסוללות 4x 18650 וקדח חור של 6.5 מ"מ - 7 מ"מ. אני ממליץ להשתמש במקדח קטן יותר תחילה.

בדוק את מחזיק הסוללות 4x 18650 ובדוק אם לחיישן הטמפרטורה DS18B20 יש מרווח מספיק.

הערה: אין להלחם את מחזיק הסוללות 4x 18650 עד שכל שאר הרכיבים מולחמו.

שלב 13: הרכיבו את נגדי הפריקה

כותרות הר והלחמה

תחילה הרכיבו את הכותרות. אתה יכול להשתמש במסוף הברגים 5.08 מ"מ או בכותרת זכר JST 2.54 מ"מ.

הערה: אני משתמש בכחול blu כדי להחזיק את הכותרת / הטרמינל במקומו בזמן הלחמה.

הלחם אותם פנימה.

מדידת אוהם של נגדים (אופציונלי)

מודדים, מספרים ורשום את ההתנגדות של כל נגד.

אני משתמש בוחן LCR-T4 שלי לשם כך. אתה יכול להשתמש במספר רב-מטר איכותי (זה לא מדויק ב -100% אבל זו מדידת בסיס טובה)

ערוך את סקיצת Arduino מ- github: ASCD_Nano_1-0-0 הוסף את ערכי הנגד המתוקן.

הר את הנגדים

בדוגמה זו אני משתמש במסופי הבורג 5.08 מ מ ואני מטלטל כל נגד פצע תיל. מאוחר יותר אוסיף שלבים לנגדים עטופי אלומיניום על כיור קירור.

שלב 14: הלחמה של הרכיבים הסופיים

הלחמה במחזיק סוללות 4x 18650.

הערה: ייתכן שיהיה עליך לקצץ כמה מגעים בעזרת צבת סומק / אלכסוני.

הלחם את לחצן 6 מ מ.

שלב 15: הר את כל החומרה

מתאם Arduino ESP8266

4x השתמש ב- M2.5 סטנדאפים M-F או F-F

8x ברגי M2.5 או ברגים 4x M2.5 ו -4 M2.5 אגוזים תלוי אם אתה משתמש ב- M-F או F-F

השתמש במחבר זווית ישרה 4 פינים 2.54 מ מ לחיבור נקבה למחברים זכר.

הערה: ייתכן שיהיה עליך לחבר את המחבר כדי לקבל חיבור טוב אם הוא רופף.

LCD

4x M3 Standoff 18mm פליז F-F ו 8x M3 x 12mm ברגים עבור LCD

אוהד

מארז מודפס תלת -ממדי בלבד: הברג כמה ברגים M3 x 18 מ מ שחורי בורג המאוורר מוסיפים את המאוורר.

שלב 16: העלה את סקיצת ה- Arduino Nano

לפני העלאת הסקיצה בדוק את פלט המתח של 5V מווסת המתח של Arduino. ישנן שתי נקודות בדיקה לגבי מסך ה- LCD.

ערוך את סקיצת ה- Arduino מ- github: ASCD_Nano_1-0-0 שנה את השורה הזו בסקיצה של Arduino לקריאת המתח שלך

const float referenceVoltage = 5.01; // פלט 5V של Arduino

תוכל גם לשנות הגדרה מותאמת אישית אחרת לצרכי הבדיקה שלך

const float shuntResistor [4] = {3.3, 3.3, 3.3, 3.3};

const float referenceVoltage = 5.01; // פלט 5V של Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2.8; // מתח שהפריקה עוצרת const byte restTimeMinutes = 1; // הזמן בדקות למנוחת הסוללה לאחר הטעינה. 0-59 תקפים const int lowMilliamps = 1000; // זהו הערך של מילי אמפר הנחשב נמוך ואינו נטען כי הוא נחשב פגום const int highMilliOhms = 500; // זהו הערך של מילי אוהם שנחשב גבוה והסוללה נחשבת לקויה const int offsetMilliOhms = 0; // כיול קיזוז עבור טעינת בייט קבועה של מילי אוהם אוסטרס Timeout = 8; // פסק הזמן בשעות לטעינת const byte tempThreshold = 7; // סף אזהרה במעלות מעל הטמפרטורה ההתחלתית tempMaxThreshold = 20; // סף מרבי במעלות מעל הטמפרטורה ההתחלתית - נחשב פגום סוללת const float פגומה = 0.50; // במסך ההתחלתי "בדיקת BATTERY" התבוננו במתח הגבוה ביותר של כל מודול וקבעו ערך זה מעט גבוה יותר בסט בתים moduleCount = 4; // מספר המודולים const byte screenTime = 4; // זמן בשניות (מחזורים) לכל מסך Active const int dischargeReadInterval = 5000; // מרווחי זמן בין קריאות פריקה. התאם ל- mAh +/

חבר את ה- Arduino Nano למחשב שלך וטען את הסקיצה ASCD_Nano_1-0-0

ייתכן שיהיה עליך להשתמש ב- ATmega328P (מטעין אתחול ישן) כמעבד ב- Arduino IDE

בחר את יציאת ה- COM הנכונה והעלה את הסקיצה

שלב 17: העלה את הסקיצה ESP8266

אם עדיין לא רשמת את חשבון Vortex It - Portal Battery שלך, המשך לשלב הבא.

עליך להתקין את ה- ESP8266 Arduino Addon ב- Arduino IDE שלך באמצעות מדריך זה:

שנה את הדברים הבאים ב- ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Sketch Arduino

const char ssid = ""; -> לנתבי WIFI שלך

SSID const char password = ""; -> לסיסמת נתבי WIFI שלך

const char userHash = ""; -> ל- UserHash שלך (קבל זאת מתוך "תפריט מטען / פריקה -> תצוגה" בפורטל הסוללות של Vortex It)

const byte CDUnitID =; -> ל- CDUnitID שלך (קבל זאת מתוך "תפריט מטען / פריקה -> תצוגה -> בחר את המטען / פריקה שלך" בפורטל הסוללות של Vortex It)

השתמש במתכנת USB ל- ESP8266 ESP-01 כדי להעלות סקיצה ESP8266_Wifi_Client_01.ino ל- ESP8266 כשהמתג מופעל

שלב 18: הגדר את חשבון ה- Vortex It - פורטל הסוללות שלך

עבור אל

אם עדיין לא נרשמת לחשבון.

היכנס באמצעות אישוריך

בתפריט לחץ על "מטען / פריקה" -> "חדש"

בחר מהרשימה הנפתחת "Arduino 4x C/D"

לחץ על "מטען / פריקה חדשה"

בתפריט לחץ על "מטען / פריקה" -> "תצוגה"

בחר מהרשימה הנפתחת "xx - Arduino 4x C/D" (כאשר xx הוא ה- CDUnitID)

אל תעשה את "UserHash" ו- "CDUnitID" שלך

לחץ על "מודול צפייה חיה" כדי להציג אותך מטען / פריקה מקוונת

שלב 19: אופציונלי - צור מארז מודפס בתלת מימד

אם יש לך מדפסת תלת מימד תוכל להדפיס מארז שעיצבתי. אל תהסס להפוך את סגנון האריזה שלך ולשתף אותו:

פיוז'ן 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

שלב 20: התחל לבדוק 18650 תאים

הכנס כמה סוללות למודולי התא ועבור לסרוק דף "מודול צפייה חיה" בברקודים שלך ואתה כבוי.