Arduino Nano 4x 18650 smartlader / utlader: 20 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Dette er mitt Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger Open Source Project.

Denne enheten drives av 12V 5A. Den kan drives av en datamaskinens strømforsyning.

Lenker

Batteriportal:

Deleliste:

Skjematisk:

PCB Gerber -filer:

Kildekode:

Facebook -gruppe:

Forum:

Sjekk ut min database statistikk side for alle for tiden behandlede batterier:

Doner:

Historien

Jeg ønsket å lage en smart Arduino -drevet lader, batterilader for utladning som kunne ha en strekkodeskanner som skannet strekkoder på batterier og legge inn alle dataene i en online databaseportal. Dette ville tillate meg å sortere og analysere trender på riktig måte i alle mine gjenvunnede litiumbatterier.

Versjon 1: Jeg startet opprinnelig med å bruke en ensidig PCB som ble frest ut med min CNC. Denne enheten hadde bare en celle og kunne lade, tømme og teste milli ohm.

Versjon 2.2: Jeg gikk over til å bruke mindre PCB -er som ble etset, så hadde jeg to cellemoduler på en Arduino UNO.

Versjon 3.2: Jeg brukte de samme mindre PCB -ene, men jeg brukte en Arduino Mega og monterte alt på et akrylstativ. Jeg hadde opprinnelig planlagt å ha 16 moduler, men det endte med at jeg bare brukte 8 cellemoduler da jeg trengte å bruke analoge signalmultiplexere, og ledningene var allerede veldig rotete.

Arduino Mega 8x lader / utlader 1.1: Jeg designet en PCB i lett EDA for en Arduino Mega 8x lader / utlader. Denne har en 20x4 LCD, Rotary Encoder, SD -kortleser (aldri brukt), Ethernet, USB -vert for en strekkodeskanning direkte inn i Arduino.

Arduino Mega 8x Charger / Discharger 1.2+: Senere gjorde jeg noen små endringer og la til en ESP8266 -adapter for WIFI -kommunikasjon.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.0: Jeg begynte å designe en 4x -versjon for å gjøre den mye billigere og enklere å bygge. Denne versjonen har ikke en strekkodeskanner, men den kommuniserte med Vortex IT Battery Portal for å sende og motta data via internett.

Arduino Nano 4x 18650 Smart Charger / Discharger 1.1: Dette har noen små endringer fra versjon 1.0 ettersom det hadde noen små feil i designet og denne versjonen ble utgitt for publikum.

Trinn 1: Få komponentene

PCB Gerber -filer

PCB Gerber -filer:

Hovedkomponenter

• Arduino Nano 3.0 ATmega328P x1 AliExpresseBay
• ESP8266 Arduino Adapter x1 AliExpresseBay
• ESP8266 ESP-01 x1 AliExpresseBay
• LCD 1602 16x2 Serial x1 AliExpresseBay
• Batteriholder 4 x 18650 x1 AliExpresseBay
• TP5100 -modul x4 AliExpresseBay
• CD74HC4067 modul x1 AliExpresseBay
• 74HC595N DIP16 x1 AliExpresseBay
• DIP16 Socket x1 AliExpresseBay
• Temp Sensor DS18B20 x5 AliExpresseBay
• Taktil bryter 6MM x1 AliExpresseBay
• Kontakt KF301-2P 5,08 mm x4 AliExpresseBay
• DC -kontakt 5,5 x 2,1 mm x1 AliExpresseBay
• Motstand Karbonfilm 3.3ohm 5W x4 AliExpresseBay
• Koniske gummiføtter 14x8mm x8 AliExpresseBay
• Isolerende skiver 3x7x0.8mm x16 AliExpresseBay
• M3 x 12 mm flathode rustfritt stål 304 sekskantskrue x20 AliExpresseBay
• M3 304 Rustfritt stål 304 sekskantmutter x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 18mm Messing F-F x4 AliExpresseBay
• M3 Standoff 35mm messing F-F x4 AliExpresseBay
• Header Female 2,54 mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• Overskrifter Hann 2,54 mm 1x40 Pin x1 AliExpresseBay
• Header Female Right Angle 2.54mm 1x4 x1 AliExpresseBay
• USB til ESP8266 ESP-01 programmerer x1 AliExpresseBay
• 5V aktiv summer x1 AliExpresseBay
• 12V 5A PSU x1 AliExpresseBay

Alternativ for THT (gjennom hull)

• 10k - 1/4w motstand THT x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/4w motstand THT x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/4w motstand THT x8 AliExpresseBay
• P-kanal MOSFET FQP27P06 TO-220 x4 AliExpresseBay
• N-kanal MOSFET IRLZ44N TO-220 x8 AliExpresseBay
• NPN Transistor BC547 TO-92 x4 AliExpresseBay
• Diode IN4007 x2 AliExpresseBay

Komponentalternativ for SMD (Surface Mount)

• 10k - 1/8w motstand SMD 0603 x7 AliExpresseBay
• 4,7k - 1/8w motstand SMD 0603 x1 AliExpresseBay
• 1k - 1/8w motstand SMD 0603 x8 AliExpresseBay
• N-Channel Mosfet IRLML2502TRPBF x8 AliExpresseBay
• P-kanal MOSFET AO3407 SOT-23 x4 AliExpresseBay
• NPN Transistor SOT23 BC847 x4 AliExpresseBay
• Diode 1N4148 0603 x2 AliExpresseBay

Verktøy

• Loddetråd 60/40 0,7 mm AliExpresseBay
• Diagonal tang AliExpresseBay
• Youyue 8586 SMD Loddebehandlingsstasjon AliExpresseBay
• UNI-T UT39A Digital Multimeter AliExpresseBay
• Wire Strippers AliExpresseBay
• Strekkodeskanner AliExpresseBay
• Strekkodeskriver AliExpresseBay
• Strekkodeetiketter 30mm x 20mm x700 AliExpresseBay
• MEKANISK Loddepasta AliExpresseBay
• Anti-statisk pinsett AliExpresseBay
• Tredje hånds loddestativ AliExpresseBay
• AMTECH NC-559-ASM No-Clean Lodde Flux AliExpresseBay
• Loddetinn Wick AliExpresseBay
• Presisjons magnetisk skrutrekker sett AliExpresseBay

For en oppdatert liste, gå til nettstedet mitt:

Trinn 2: Loddemotorer, transistorer og MOSFETer

Enten SMD eller THT lodding (ikke begge) 1K, 4.7K, 10K, P-kanal, N-kanal og NPN komponenter

Trinn 3: Lodd i hodene og DIP -kontakten

Lodd Nanos to 15 -pinners hunnhoder, 16x CD74HC4067 Multiplexere 8 -pinners og 16 -pinners hunnhoder, ESP8266 -adaptere 4 -pinners hunn, LCD 4 -pinners hunn og 74HC595N -skiftregistrene 16 -pinners DIP IC -kontakt.

Merk: lodd alle komponentene på siden av silkeskjermen.

Trinn 4: Lodd grunnleggende komponenter

Lodd og installer 5,5 mm DC -kontakt, Arduino Nano 328p, CD74HC4067 multiplexer og 74HC595N skiftregister.

Ved lodding av Arduino Nano og Multiplexer anbefaler jeg at du først plasserer den mannlige toppnålen i den kvinnelige toppstiften og deretter lodder komponenten på plass.

Trinn 5: Lodd Dallas DS18B20 -temperaturen

Først plasser to 3 mm x 7 mm x 0,8 mm isolerende skiver på hver Dallas -sensor (Dette brukes til å lage et mellomrom på kretskortet, slik at du ikke måler PCB -temperaturen)

Lodd 4x Dallas Sensors på topplaget for hver cellemodul pluss omgivelsessensoren på det nederste laget.

Vær forsiktig så du ikke bygger bro mellom loddeskjøtene på TO-92 loddetinnene. Når det er loddet, måles det i diodemodus på multimeteren mellom hvert ben på en hvilken som helst Dallas-sensor (de er alle parallelt koblet)

Lodd 5V Active Buzzer på topplaget der + (positive) pinnen vender mot Arduino Nano

Trinn 6: Lodd i dioden

Lodd i dioden under CD74HC4067 multiplexeren

Det er god praksis å rengjøre fluksen med isopropylalkohol.

Trinn 7: Test og juster LCD -kontrast / seriehoppere

LCD -kontrast

Koble LCD Serial 4 -pins hunn til en 4 -pins Male -> Female Dupont Jumper -ledninger. Sørg for at du kobler til, du kobler nøyaktig til:

GND -> GND

VCC -> 5V

SDA -> SDA

SCL -> SCL

Last Arduino Sketch fra github: ASCD_Nano_Test_LCD_Screen

Trekk ut USB -kabelen og bruk en 12V strømledning i 5,5 mm DC -kontakten (+ positivt senter / - negativ ytre)

Juster potensiometeret på seriell adapter på baksiden av LCD -skjermen CC eller CW til du ser teksten som vises.

Når du er fornøyd med kontrasten, fjerner du Dupont Jumper -ledningene.

Serielle hoppere

Koble til 2x 2,54 mm hoppere på pinne 1-2 for seriell kommunikasjon med ESP8266

Trinn 8: PWM -vifte

Komponenter

Lodd følgende komponenter:

JST 2.0 PH 2 -pinners kontakt (Merk: silkeskjermen er bakover på PCB -versjon 1.11)

100uF 16V elektrolytisk kondensator

BD139 NPN -transistor

Diode

Test

Last Arduino Sketch fra github: ASCD_Nano_Test_Fan

Trekk ut USB -kabelen og bruk en 12V strømledning i 5,5 mm DC -kontakten (+ positivt senter / - negativ ytre)

Koble til 30 mm vifte

Viften skal øke hastigheten og deretter stoppe

Trinn 9: Testing av MOSFETene

Testing av N-kanal motstandsutladning MOSFET

Last inn Arduino -skissen fra github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets

Trekk ut USB -kabelen og bruk en 12V strømledning i 5,5 mm DC -kontakten (+ positivt senter / - negativ ytre)

Med kretskortet vendt mot bunnlaget, sett multimeteren til diode / kontinuitetsmodus.

Plasser den negative sonden på en GND -kilde og den positive sonden på de første modulene til belastningsmotstandene på høyre side (som vist på bildene).

Multimåleren din skal pippe i 1 sekund, deretter ikke pip i 1 sekund.

Gjenta dette for hver modul.

Testing av P-Channel TP5100 Charge MOSFETs

Last Arduino Sketch fra github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Samme som ovenfor kan du bruke denne skissen for begge testene)

Trekk ut USB -kabelen og bruk en 12V strømledning i 5,5 mm DC -kontakten (+ positivt senter / - negativ ytre)

Med kretskortet vendt mot bunnlaget, sett multimeteren til likspenningsmodus (vanligvis 20V område).

Plasser den negative sonden på en GND-kilde og den positive sonden på de første modulene TP5100 på høyre side + positiv kontakt (som vist på bildene). Multimåleren din skal vise 12V i 1 sekund, deretter lavspenning i 1 sekund. Gjenta dette for hver modul.

Trinn 10: Få Dallas DS18B20 temperatursensorserier

Last Arduino -skissen fra github: ASCD_Nano_Get_DS18B20_Serials

La den ligge i USB -kabelen. Ikke koble til viften eller 12V strøm.

Åpne seriell skjerm i Arduino IDE med 115200 baudhastighet.

Den skal oppdage / lokalisere 5x enheter.

Varm opp den første DS18B20 temperatursensoren med den øvre spissen av loddejernet i en kort periode.

Merk: Modulnummeret er fra venstre til høyre med kretskortet vendt oppreist på det øverste laget

Det skal skrive ut "Oppdaget batteri: 1" og deretter "Varm opp batterisensor: 2"

Dette vil gå sekvensielt gjennom hver 4 x modul til det står "Detected Ambient Sensor Completed"

Den vil vise de heksadesimale serienumrene til alle DS18B20 temperatursensorer nederst.

Kopier de 5x serienumrene og lim dem inn i "Temp_Sensor_Serials.h" i "ASCD_Nano_1-0-0" -skissen. Sørg for at du sender ut det siste kommaet (vist på bildet)

Merk: Hvis du får 99 grader Celsius temperaturavlesning, betyr det at det er en feil når sensoren leses. Enten er serien feil eller enheten er defekt.

Trinn 11: Installer og test TP5100 -lademodulene

Installere

Med en kniv eller en diagonal tang, kuttes 20x enkle hannhoder på 2,54 mm.

Plasser 5x hannhoder per TP5100 -modul på det nederste laget på kretskortet. Jeg anbefaler å sette langsiden ned gjennom hullet.

Plasser en TP5100 -modul på hver modul og lodd den på plass. Bruk noen pinsetter for å manipulere Hannhodene hvis de ikke justerer seg.

På det øverste laget av PCB -loddetinnet er kontaktene så i flukt med PCB -en som mulig. (Du må montere batteriholderen av plast slik at jo færre som stikker ut jo bedre)

Merk: Sørg for å koble ladestiften på TP5100. Det er den nærmeste tappen ved siden av VCC i GND over P-Channel MOSFET

Test

Last Arduino Sketch fra github: ASCD_Nano_Test_Charge_Discharge_Mosfets (Samme som ovenfor kan du bruke denne skissen for begge testene)

Trekk ut USB -kabelen og bruk en 12V strømledning i 5,5 mm DC -kontakten (+ positivt senter / - negativ ytre)

Alle TP5100 -modulene skal slås på i 1 sekund, slå av i 1 sekund.

Trinn 12: Drill DS18B20 temperatur sensor klaring hull

Nødvendig verktøy

• 0,7 mm bor eller Scribe
• 3 mm bor (valgfritt)
• 6,5 mm - 7 mm bor

Bore

Få et tomt PCB og en 4x 18650 batteriholder

Monter 4x 18650 batteriholderen med + merket vendt mot toppen av brettet

Merk hullposisjonene med en 0,7 mm bor eller en Scribe via midtstiftet på hver av TO-92 DS18B20 temperatursensorer

Fjern 4x 18650 batteriholderen og bor et hull på 6,5 mm - 7 mm. Jeg anbefaler å bruke et mindre bor først.

Test passe 4x 18650 batteriholderen og se om DS18B20 temperatursensor har tilstrekkelig klaring.

Merk: Ikke lodd 4x 18650 batteriholderen før alle andre komponenter er loddet.

Trinn 13: Monter utladningsmotstandene

Monterings- og loddehoder

Monter først hodene. Du kan enten bruke 5,08 mm skrueterminal eller JST 2,54 mm hannhodet.

Merk: Jeg bruker litt blu -tack for å holde toppteksten / terminalen på plass under lodding.

Lodde dem inn.

Mål ohm av motstander (valgfritt)

Mål, nummer og logg motstanden til hver motstand.

Jeg bruker min LCR-T4-tester til dette. Du kan bruke en kvalitetsmultimeter (dette er ikke 100% nøyaktig, men er en god grunnmåling)

Rediger Arduino Sketch fra github: ASCD_Nano_1-0-0 legg til de endrede motstandsverdiene.

Monter motstandene

I dette eksemplet bruker jeg 5.08 mm skrueterminaler, og jeg forskjøver hver trådmotstand. Senere vil jeg legge til trinn for aluminiumskledde motstander på en kjøleribbe.

Trinn 14: Lodd de siste komponentene

Lodding i 4x 18650 batteriholder.

Merk: Du må kanskje trimme noen kontakter ned med noen flush / diagonal tang.

Lodd 6 mm trykknappen.

Trinn 15: Monter all maskinvare

Arduino ESP8266 adapter

4x Bruk M2.5 stand-offs M-F eller F-F

8x M2.5-skruer eller 4x M2.5-skruer og 4x M2.5-muttere, avhengig av om du bruker M-F eller F-F-distanser

Bruk en rettvinklet 4 -pinners 2,54 mm kontakt for å koble kvinnelige til mannlige kontakter.

Merk: du må kanskje tinne kontakten for å få en god tilkobling hvis den er løs.

LCD

4x M3 Standoff 18 mm messing F-F og 8 x M3 x 12 mm skruer for LCD-skjermen

Fan

Kun 3D -trykt etui: Tre noen M3 x 18 mm -skruer. Ventilatorens skruehull legger til viften.

Trinn 16: Last opp Arduino Nano Sketch

Før du laster opp skissen, sjekk 5V spenningsutgangen fra Arduinos spenningsregulator. Det er to sondepunkter om LCD -skjermen.

Rediger Arduino Sketch fra github: ASCD_Nano_1-0-0 Endre denne linjen i Arduino Sketch til spenningsavlesningen

const float referenceVoltage = 5.01; // 5V utgang fra Arduino

Du kan også endre noen andre tilpassede innstillinger for testbehovet ditt

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

const float referenceVoltage = 5.01; // 5V Output of Arduino const float defaultBatteryCutOffVoltage = 2.8; // Spenning som utladningen stopper const byte restTimeMinutes = 1; // Tiden i minutter for å hvile batteriet etter lading. 0-59 er gyldige const int lowMilliamps = 1000; // Dette er verdien av Milli Amps som regnes som lav og ikke blir ladet fordi den regnes som defekt const int highMilliOhms = 500; // Dette er verdien av Milli Ohms som regnes som høy, og batteriet regnes som defekt const int offsetMilliOhms = 0; // Offset kalibrering for Milli Ohms const byte chargeTimeout = 8; // Tidsavbrudd i timer for lading av konst byte tempThreshold = 7; // Advarselgrense i grader over utgangstemperatur Konstant byte tempMaxThreshold = 20; // Maksimal terskel i grader over utgangstemperaturen - anses som defekt const float batteryVolatgeLeak = 0,50; // På den første skjermen "BATTERY CHECK" må du observere den høyeste spenningen til hver modul og sette denne verdien litt høyere const byte moduleCount = 4; // Antall moduler const byte screenTime = 4; // Time in Seconds (Cycles) per Active Screen const int dischargeReadInterval = 5000; // Tidsintervaller mellom utslippsavlesninger. Juster for mAh +/

Koble Arduino Nano til datamaskinen din og last inn ASCD_Nano_1-0-0-skissen

Du må kanskje bruke ATmega328P (Old boot loader) som prosessor i Arduino IDE

Velg riktig COM -port og last opp skissen

Trinn 17: Last opp ESP8266 -skissen

Gå til neste trinn hvis du ikke allerede har registrert din Vortex It - Battery Portal -konto.

Du må installere ESP8266 Arduino Addon i Arduino IDE, bruk denne veiledningen:

Endre følgende i ESP8266_Wifi_Client_1-0-0 Arduino Sketch

const char ssid = ""; -> til WIFI -ruterne

SSID const char passord = ""; -> til WIFI -ruterenes passord

const char userHash = ""; -> til UserHash (Få dette fra "Charger / Discharger Menu -> View" i Vortex It Battery Portal)

const byte CDUnitID =; -> til CDUnitID (Få dette fra "Lader / utladermeny -> Vis -> Velg din lader / utlader" i Vortex It Battery Portal)

Bruk USB til ESP8266 ESP-01 Programmer for å laste opp skisse ESP8266_Wifi_Client_01.ino til ESP8266 med bryteren på PROG

Trinn 18: Konfigurer din Vortex It - Battery Portal -konto

Gå til

Hvis du ikke allerede har registrert deg for en konto.

Logg inn med legitimasjonen din

Klikk på "Lader / utlader" på menyen -> "Ny"

Velg fra rullegardinlisten "Arduino 4x C/D"

Klikk på "Ny lader / utlader"

Klikk på "Lader / utlader" på menyen -> "Vis"

Velg fra rullegardinlisten "xx - Arduino 4x C/D" (hvor xx er CDUnitID)

Ikke bruk "UserHash" og "CDUnitID"

Klikk på "Live View Module" for å se deg lader / utlader online

Trinn 19: Valgfritt - Lag en 3D -utskrift

Hvis du har en 3D -skriver, kan du skrive ut et kabinett som jeg har designet. Lag gjerne din innkapslingsstil og del den:

Fusion 360

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

Thingiverse STL

www.thingiverse.com/thing:3502094

Trinn 20: Start testing av 18650 celler

Sett inn noen batterier i cellemodulene og gå til "Live View Module" -skanningen i strekkodene, og du er av.