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使用Arduino的电池容量测试仪

导读 大家好,小科来为大家解答以上问题。使用Arduino的电池容量测试仪这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧! 解答:1、在许多情况下,

大家好,小科来为大家解答以上问题。使用Arduino的电池容量测试仪这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

解答:

1、 在许多情况下,电池容量的真实测量是必不可少的。容量测量设备也可以解决发现假电池的问题。现在假冒的锂电池和镍氢电池随处可见,达不到宣传的容量。有时候很难区分真假电池。这个问题存在于备用电池市场,比如手机电池。另外,在很多情况下,需要确定废旧电池的容量(比如笔记本电脑电池)。在本文中,我们将学习使用著名的Arduino-Nano板来构建电池容量测量电路。我设计了浸没元件的PCB板。因此,即使是初学者也可以焊接和使用设备。

2、 特点:

3、 伪锂离子/锂聚合物/镍镉/镍氢电池的鉴别

4、 可调恒流负载(也可由用户修改)

5、 能够测量几乎任何类型电池的容量(低于5V)

6、 易于焊接、制造和使用,即使对于初学者也是如此(所有组件都是Dip)

7、 LCD用户界面

8、 规格:

9、 电路板:7V至9V(最大值)

10、 输入:0-5V(最大值)无反极性

11、 恒流:37mA至540ma(最大值)-16级-可由用户修改。

12、 电路分析

13、 图1示出了该设备的示意图。电路的核心是一个Arduino-Nano板。

14、 图1:电池容量测量装置示意图

15、 IC1是一款LM358[1]芯片,内置两个运算放大器。R5和C7构成一个低通滤波器,将PWM脉冲转换成dC电压。脉宽调制的频率约为500赫兹。我使用静音的SDS1104X-E示波器来检查PWM和滤波器的行为。我将CH1连接到PWM输出(Arduino-D10),CH2连接到滤波器的输出(图2)。你甚至可以通过波特图“在实践中”检查滤波器的频率响应和截止频率,这是SDS1104X-E很好的介绍功能。

16、 图2:PWM信号(CH1:2v/div)和通过R5-C7RC滤波器后的结果(CH2:50mv/div)

17、 R5是一个1m的电阻,极大地限制了电流,但是滤波器的输出通过电压跟随器配置中的运算放大器(IC1的第二个运算放大器)。IC1、R7和Q2的第一运算放大器构成恒流负载电路。到目前为止,我们已经建立了一个PWM可控恒流负载。

18、 用户界面采用2*16液晶显示屏,便于控制/调节。R4电位计设置LCD对比度。R6限制背光电流。P2是一个2针Molex连接器,用于连接5V蜂鸣器。R1和R2是触摸开关的上拉电阻。C3和C4用来消除按钮的抖动。和C1用于对电路电源电压进行滤波。C5和C6用于过滤恒流负载电路的噪声,不降低ADC的转换性能。R7充当Q2MOSFET的负载。

19、 什么是恒流DC负载?

20、 恒流负载是一种总是吸收恒定电流的电路,即使施加的输入电压发生变化。例如,如果我们将一个恒流负载连接到一个电源,并将电流设置为250mA,即使输入电压为5V或12V或任何其他值,电流消耗也不会改变。恒流电路的这一特性使我们能够构建一个电池容量测量装置。如果我们用一个简单的电阻作为负载来测量电池的容量,随着电池电压的降低,电流也会降低,这就使得计算变得复杂和不准确。

21、 Pcb板

22、 图3显示了该电路的设计PCB布局。电路板的两面都用来安装元件。

当我打算设计原理图/PCB时,我总是使用SamacSys组件库,因为这些库遵循工业IPC标准并且都是免费的。我将这些库用于IC1[2]、Q2[3],甚至我还可以找到Arduino-Nano(AR1)[4]库,它节省了很多设计时间。我使用AltiumDesignerCAD软件,所以我使用Altium插件来安装组件库[5]。图4显示了选定的组件。

图3:电池容量测量电路PCB板

当我打算设计原理图/PCB时,我总是使用SamacSys组件库,因为这些库遵循工业IPC标准并且都是免费的。我将这些库用于IC1[2]、Q2[3],甚至我还可以找到Arduino-Nano(AR1)[4]库,它节省了很多设计时间。我使用AltiumDesignerCAD软件,所以我使用Altium插件来安装组件库[5]。图4显示了选定的组件。

图4:从SamacSysAltium插件安装的组件

PCB板比2*16LCD略大,以适应三个触觉按钮。图5、6和7显示了电路板的3D视图。

图5:组装好的PCB板的3D视图(顶部)

图6:组装好的PCB板的3D视图(侧面)

35、 图7:组装的PCB板的三维视图(底部)

36、 组装和测试

37、 我用一块半自制的PCB板构建了一个快速原型并测试了电路。图8显示了电路板的图片。你不需要跟着我,只要把PCB订给专业的PCB制造公司,然后制造设备就行了。您应该为R4使用立式电位计类型,它允许您从板的侧面调整LCD对比度。

38、 在焊接组件并准备好测试条件后,我们准备测试电路。别忘了在MOSFET上安装一个大散热器(Q2) 我选择R7作为3欧姆电阻。这允许我们产生高达750mA的恒定电流,但在代码中,我将最大电流设置为500mA左右,这足以满足我们的目的。降低电阻值(例如1.5欧姆)可以产生更高的电流,但是,您必须使用更强大的电阻并修改Arduino代码。图9显示了电路板及其外部接线。

40、 图9:电池容量测量装置的接线

41、 为电源输入准备7V到9V左右的电压。我使用了Arduino板的调节器来制作+5V轨道。因此,切勿向电源输入施加高于9V的电压,否则可能会损坏调节器芯片。

电路板将通电,您应该在LCD上看到一个文本。如果您使用蓝色背光2*16LCD,电路将消耗大约75mA。

大约3秒后,文本将被清除,在下一个屏幕中,您可以通过上/下按钮调整恒流值。

在将电池连接到设备并测量其容量之前,您可以使用电源检查电路。为此,您应该将P3连接器连接到电源。

重要提示:切勿向电池输入施加任何高于5V或反极性的电压,否则您将永久损坏Arduino的数字转换器引脚。

设置您想要的电流限制(例如100mA)并使用您的电源电压(保持在5V以下)。正如您在任何输入电压下看到的那样,电流保持不变。这正是我们想要的!(图12)。

图12:即使在电压变化之前电流也保持恒定(用4.3V和2.4V输入测试)

第三个按钮是复位。这意味着它只是重新启动电路板。当您计划重新启动程序以测试不同的黄油时,它很有用。

无论如何,现在您确信您的设备可以完美运行。您可以断开电源并将电池连接到电池输入并设置所需的电流限制。

为了开始我自己的测试,我选择了一个全新的8,800mA额定锂离子电池。这看起来是一个惊人的速度,不是吗?!但我无法以某种方式相信这一点:-),所以让我们测试一下。

在将锂电池连接到板子之前,我们必须对其进行充电,所以请准备一个固定的4.20V(500mACC限制或更低)的电源(例如,使用上一篇文章中的可变开关电源)并充电电池直到电流达到低水平。不要用大电流给未知电池充电,因为我们不确定它的真实容量!高充电电流可能会导致电池爆炸!当心。结果,我遵循了这个程序,我们的8,800mA电池已准备好进行容量测量。

我使用电池座将电池连接到电路板。确保使用引入低电阻的粗而短的电线,因为电线中的功耗会导致电压下降和不准确。

让我们将电流设置为500mA并长按“UP”按钮。然后您应该会听到一声哔声,程序开始(图14)。我已将截止电压(低电池阈值)设置为3.2V。如果您愿意,可以在代码中修改此阈值。

图14:电池容量计算程序

基本上,我们应该计算电池在其电压达到低电平阈值之前的“寿命”。图15显示了设备从电池(3.2V)断开直流负载并进行计算的时间。该设备还会发出两声长哔声以指示程序结束。正如您在LCD屏幕上看到的,真正的电池容量为1,190mAh,与声称的容量相去甚远!您可以按照相同的程序测试任何电池(低于5V)。

图15:8.800mA额定锂离子电池的真实计算容量

图16显示了该电路的材料清单。

图16:物料清单

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