Arduino [Lithium-NiMH-NiCd] का उपयोग कर बैटरी क्षमता परीक्षक: १५ कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

विशेषताएं:

• नकली लिथियम-आयन/लिथियम-पॉलिमर/एनआईसीडी/एनआईएमएच बैटरी की पहचान करें
• समायोज्य निरंतर वर्तमान लोड (उपयोगकर्ता द्वारा संशोधित भी किया जा सकता है)
• लगभग किसी भी प्रकार की बैटरी (5V से नीचे) की क्षमता को मापने में सक्षम
• शुरुआती लोगों के लिए भी मिलाप, निर्माण और उपयोग में आसान (सभी घटक डुबकी हैं)
• एक एलसीडी यूजर इंटरफेस

विशेष विवरण:

• बोर्ड की आपूर्ति: 7V से 9V (अधिकतम)
• बैटरी इनपुट: 0-5V (अधिकतम) - कोई रिवर्स पोलरिटी कॉन्स्टेंट नहीं
• वर्तमान लोड: 37mA से 540mA (अधिकतम) - 16 चरण - उपयोगकर्ता द्वारा संशोधित किया जा सकता है

कई परिदृश्यों के लिए बैटरी की क्षमता का सही माप आवश्यक है। क्षमता मापन उपकरण नकली बैटरियों का पता लगाने की समस्या को भी हल कर सकता है। आजकल नकली लिथियम और एनआईएमएच बैटरी हर जगह हैं जो अपनी विज्ञापित क्षमताओं को संभाल नहीं पाती हैं। कई बार असली और नकली बैटरी में फर्क करना मुश्किल हो जाता है। सेल फोन की बैटरी जैसे अतिरिक्त बैटरी बाजार में यह समस्या मौजूद है। इसके अलावा, कई परिदृश्यों में, सेकेंड-हैंड बैटरी (उदाहरण के लिए एक लैपटॉप बैटरी) की क्षमता निर्धारित करना आवश्यक है। इस लेख में, हम प्रसिद्ध Arduino-Nano बोर्ड का उपयोग करके बैटरी क्षमता मापन सर्किट बनाना सीखेंगे। मैंने पीसीबी बोर्ड को डिप घटकों के लिए डिज़ाइन किया है। तो शुरुआती भी मिलाप कर सकते हैं और डिवाइस का उपयोग कर सकते हैं।

1: सर्किट विश्लेषण चित्र 1 डिवाइस का योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। सर्किट का मूल एक Arduino-Nano बोर्ड है।

चरण 1: चित्र 1, बैटरी क्षमता मापन उपकरण का योजनाबद्ध आरेख

IC1 एक LM358 [1] चिप है जिसमें दो ऑपरेशनल एम्पलीफायर होते हैं। R5 और C7 एक कम पास फिल्टर का निर्माण करते हैं जो PWM पल्स को DC वोल्टेज में परिवर्तित करता है। PWM की आवृत्ति लगभग 500Hz है। मैंने PWM और फ़िल्टर के व्यवहार की जांच करने के लिए एक Siglent SDS1104X-E आस्टसीलस्कप का उपयोग किया। मैंने CH1 को PWM आउटपुट (Arduino-D10) और CH2 को फ़िल्टर के आउटपुट (चित्र 2) से जोड़ा। आप बोड प्लॉट द्वारा फ़िल्टर की आवृत्ति प्रतिक्रिया और इसकी कट-ऑफ आवृत्ति "व्यवहार में" की जांच भी कर सकते हैं, जो कि SDS1104X-E की अच्छी पेश की गई विशेषताओं में से एक है।

चरण 2: चित्र 2, PWM सिग्नल (CH1: 2V/div) और R5-C7 RC फ़िल्टर से गुजरने के बाद का परिणाम (CH2: 50mV/div)

R5 एक 1M रेसिस्टर है जो करंट को बेहद सीमित करता है, हालाँकि, फ़िल्टर का आउटपुट वोल्टेज फॉलोअर कॉन्फ़िगरेशन में एक opamp (IC1 का दूसरा opamp) से होकर गुजरता है। IC1, R7 और Q2 का पहला opamp एक निरंतर चालू लोड सर्किट का निर्माण करता है। अब तक, हमने एक पीडब्लूएम नियंत्रणीय निरंतर चालू लोड बनाया है।

एक 2*16 LCD का प्रयोग यूजर इंटरफेस के रूप में किया जाता है जो नियंत्रण/समायोजन को आसान बनाता है। R4 पोटेंशियोमीटर LCD कंट्रास्ट सेट करता है। R6 बैकलाइट करंट को सीमित करता है। P2 एक 2 पिन Molex कनेक्टर है जिसका उपयोग 5V बजर को जोड़ने के लिए किया जाता है। R1 और R2 स्पर्शनीय स्विच के लिए पुल-अप प्रतिरोधक हैं। C3 और C4 का उपयोग पुश-बटन को डिबॉउंस करने के लिए किया जाता है। C1 और C1 का उपयोग सर्किट आपूर्ति वोल्टेज को फ़िल्टर करने के लिए किया जाता है। C5 और C6 का उपयोग निरंतर चालू लोड सर्किट शोर को फ़िल्टर करने के लिए किया जाता है ताकि ADC रूपांतरण प्रदर्शन को कम न किया जा सके। R7 Q2 MOSFET के लिए लोड के रूप में कार्य करता है।

1-1: एक निरंतर चालू डीसी लोड क्या है?

एक निरंतर वर्तमान लोड एक सर्किट है जो हमेशा निरंतर मात्रा में वर्तमान खींचता है, भले ही लागू इनपुट वोल्टेज भिन्न हो। उदाहरण के लिए, यदि हम निरंतर करंट लोड को बिजली की आपूर्ति से जोड़ते हैं और करंट को 250mA पर सेट करते हैं, तो इनपुट वोल्टेज 5V या 12V या कुछ भी होने पर भी करंट ड्रॉ नहीं बदलेगा। निरंतर चालू लोड सर्किट की यह विशेषता हमें बैटरी क्षमता माप उपकरण बनाने की अनुमति देती है। यदि हम बैटरी की क्षमता को मापने के लिए लोड के रूप में एक साधारण अवरोधक का उपयोग करते हैं, तो बैटरी वोल्टेज कम होने पर करंट भी कम हो जाता है जिससे गणना जटिल और गलत हो जाती है।

2: पीसीबी बोर्ड

चित्रा 3 सर्किट के डिज़ाइन किए गए पीसीबी लेआउट को दिखाता है। बोर्ड के दोनों किनारों का उपयोग घटकों को माउंट करने के लिए किया जाता है। जब मैं एक योजनाबद्ध/पीसीबी डिजाइन करने का इरादा रखता हूं, तो मैं हमेशा सैमैकिस घटक पुस्तकालयों का उपयोग करता हूं, क्योंकि ये पुस्तकालय औद्योगिक आईपीसी मानकों का पालन करते हैं और सभी मुफ्त हैं। मैंने इन पुस्तकालयों का उपयोग IC1 [2], Q2 [3] के लिए किया, और यहां तक कि मुझे Arduino-Nano (AR1) [4] पुस्तकालय भी मिला, जिसने डिजाइनिंग के समय से बहुत कुछ बचाया। मैं Altium Designer CAD सॉफ्टवेयर का उपयोग करता हूं, इसलिए मैंने घटक पुस्तकालयों को स्थापित करने के लिए Altium प्लगइन का उपयोग किया [५]। चित्र 4 चयनित घटकों को दिखाता है।

चरण 3: चित्रा 3, बैटरी क्षमता मापन सर्किट का पीसीबी बोर्ड

जब मैं एक योजनाबद्ध/पीसीबी डिजाइन करने का इरादा रखता हूं, तो मैं हमेशा सैमैकिस घटक पुस्तकालयों का उपयोग करता हूं, क्योंकि ये पुस्तकालय औद्योगिक आईपीसी मानकों का पालन करते हैं और सभी मुफ्त हैं। मैंने इन पुस्तकालयों का उपयोग IC1 [2], Q2 [3] के लिए किया, और यहां तक कि मुझे Arduino-Nano (AR1) [4] पुस्तकालय भी मिला, जिसने डिजाइनिंग के समय से बहुत कुछ बचाया। मैं Altium Designer CAD सॉफ्टवेयर का उपयोग करता हूं, इसलिए मैंने घटक पुस्तकालयों को स्थापित करने के लिए Altium प्लगइन का उपयोग किया [५]। चित्र 4 चयनित घटकों को दिखाता है।

चरण 4: चित्र 4, SamacSys Altium प्लगइन से स्थापित घटक

तीन स्पर्शनीय पुश-बटन फिट करने के लिए पीसीबी बोर्ड 2 * 16 एलसीडी से थोड़ा बड़ा है। आंकड़े 5, 6 और 7 बोर्ड के 3डी दृश्य दिखाते हैं।

चरण 5: चित्रा 5: असेंबल पीसीबी बोर्ड (टॉप) का एक 3डी व्यू, चित्रा 6: असेंबल पीसीबी बोर्ड (साइड) का एक 3डी व्यू, चित्रा 7: असेंबल पीसीबी बोर्ड (नीचे) का एक 3डी व्यू

3: असेंबली और टेस्टI ने एक तेज प्रोटोटाइप बनाने और सर्किट का परीक्षण करने के लिए एक अर्ध-घर का बना पीसीबी बोर्ड का उपयोग किया। चित्र 8 बोर्ड की एक तस्वीर दिखाता है। आपको मेरा अनुसरण करने की आवश्यकता नहीं है, बस पीसीबी को एक पेशेवर पीसीबी निर्माण कंपनी को ऑर्डर करें और डिवाइस का निर्माण करें। आपको R4 के लिए एक स्टैंडिंग पोटेंशियोमीटर प्रकार का उपयोग करना चाहिए जो आपको बोर्ड के किनारे से LCD कंट्रास्ट को समायोजित करने की अनुमति देता है।

चरण 6: चित्र 8: अर्ध-घरेलू पीसीबी बोर्ड पर पहले प्रोटोटाइप का चित्र

घटकों को मिलाप करने और परीक्षण की स्थिति तैयार करने के बाद, हम अपने सर्किट का परीक्षण करने के लिए तैयार हैं। MOSFET (Q2) पर एक बड़ा हीट सिंक लगाना न भूलें। मैंने R7 को 3-ओम रेसिस्टर के रूप में चुना। यह हमें 750mA तक निरंतर धाराएँ उत्पन्न करने की अनुमति देता है, लेकिन कोड में, मैंने अधिकतम करंट को लगभग 500mA पर सेट किया है जो हमारे उद्देश्य के लिए पर्याप्त है। रोकनेवाला मान कम करना (उदाहरण के लिए 1.5-ओम) उच्च धाराएँ बना सकता है, हालाँकि, आपको अधिक शक्तिशाली अवरोधक का उपयोग करना होगा और Arduino कोड को संशोधित करना होगा। चित्र 9 बोर्ड और उसके बाहरी तारों को दर्शाता है।

चरण 7: चित्र 9: बैटरी क्षमता मापन उपकरण की वायरिंग

आपूर्ति इनपुट के लिए लगभग 7V से 9V तक किसी चीज़ का वोल्टेज तैयार करें। मैंने +5V रेल बनाने के लिए Arduino बोर्ड के नियामक का उपयोग किया है। इसलिए, आपूर्ति इनपुट पर कभी भी 9V से अधिक वोल्टेज लागू न करें, अन्यथा, आप नियामक चिप को नुकसान पहुंचा सकते हैं। बोर्ड संचालित होगा और आपको एलसीडी पर एक टेक्स्ट देखना चाहिए, जो कि आकृति 10 के समान है। यदि आप नीली बैकलाइट 2*16 एलसीडी का उपयोग करते हैं, तो सर्किट लगभग 75mA की खपत करेगा।

चरण 8: चित्र 10: एलसीडी पर सही सर्किट पावर-अप संकेत

लगभग 3 सेकंड के बाद, टेक्स्ट साफ़ हो जाएगा और अगली स्क्रीन में, आप अप/डाउन पुश बटन (चित्र 11) द्वारा निरंतर वर्तमान मान को समायोजित कर सकते हैं।

चरण 9: चित्र 11: ऊपर/नीचे पुश-बटन द्वारा लगातार चालू लोड समायोजन

बैटरी को डिवाइस से जोड़ने और उसकी क्षमता को मापने से पहले, आप बिजली की आपूर्ति का उपयोग करके सर्किट की जांच कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको P3 कनेक्टर को बिजली की आपूर्ति से जोड़ना चाहिए।

महत्वपूर्ण: बैटरी इनपुट पर कभी भी 5V से अधिक या रिवर्स पोलरिटी में कोई भी वोल्टेज लागू न करें, अन्यथा आप Arduino के डिजिटल से कनवर्टर पिन को स्थायी रूप से नुकसान पहुंचाएंगे।

अपनी वांछित वर्तमान सीमा निर्धारित करें (उदाहरण के लिए 100mA) और अपने बिजली आपूर्ति वोल्टेज के साथ खेलें (5V से नीचे रहें)। जैसा कि आप किसी भी इनपुट वोल्टेज के साथ देख सकते हैं, वर्तमान प्रवाह बरकरार रहता है। ठीक यही हम चाहते हैं! (चित्र 12)।

चरण 10: चित्र 12: वोल्टेज भिन्नताओं के सामने भी वर्तमान प्रवाह स्थिर रहता है (4.3V और 2.4V इनपुट के साथ परीक्षण किया गया)

तीसरा पुश-बटन रीसेट है। इसका मतलब है कि यह बस बोर्ड को पुनरारंभ करता है। यह तब उपयोगी होता है जब आप एक अलग मक्खन का परीक्षण करने के लिए प्रक्रिया को फिर से शुरू करने की योजना बनाते हैं।

वैसे भी, अब आप सुनिश्चित हैं कि आपका डिवाइस त्रुटिपूर्ण रूप से काम करता है। आप बिजली की आपूर्ति को डिस्कनेक्ट कर सकते हैं और अपनी बैटरी को बैटरी इनपुट से कनेक्ट कर सकते हैं और अपनी वांछित वर्तमान सीमा निर्धारित कर सकते हैं।

अपना खुद का परीक्षण शुरू करने के लिए, मैंने एक बिल्कुल नई 8, 800mA रेटेड लिथियम-आयन बैटरी (चित्र 13) का चयन किया। यह एक शानदार दर की तरह लग रहा है, है ना?! लेकिन मैं किसी तरह इस पर विश्वास नहीं कर सकता:-), तो चलिए इसका परीक्षण करते हैं।

चरण 11: चित्र 13: एक 8, 800mA रेटेड लिथियम-आयन बैटरी, असली या नकली ?

लिथियम बैटरी को बोर्ड से जोड़ने से पहले, हमें इसे चार्ज करना होगा, इसलिए कृपया अपनी बिजली आपूर्ति के साथ एक निश्चित 4.20V (500mA CC सीमा या उससे कम) तैयार करें (उदाहरण के लिए, पिछले लेख में चर स्विचिंग बिजली की आपूर्ति का उपयोग करके) और चार्ज करें वर्तमान प्रवाह तक बैटरी निम्न स्तर तक पहुंच जाती है। किसी अज्ञात बैटरी को उच्च धाराओं के साथ चार्ज न करें, क्योंकि हम इसकी वास्तविक क्षमता के बारे में सुनिश्चित नहीं हैं! उच्च चार्जिंग धाराएं बैटरी को विस्फोट कर सकती हैं! सावधान रहे। नतीजतन, मैंने इस प्रक्रिया का पालन किया और हमारी 8,800mA बैटरी क्षमता माप के लिए तैयार है।

मैंने बैटरी को बोर्ड से जोड़ने के लिए बैटरी होल्डर का उपयोग किया। मोटे और छोटे तारों का उपयोग करना सुनिश्चित करें जो कम प्रतिरोध का परिचय देते हैं क्योंकि तारों में बिजली अपव्यय वोल्टेज ड्रॉप और अशुद्धि का कारण बनता है।

आइए वर्तमान को 500mA पर सेट करें और "UP" बटन को लंबे समय तक दबाए रखें। फिर आपको एक बीप सुनाई देनी चाहिए और प्रक्रिया शुरू हो जाती है (चित्र 14)। मैंने कट-ऑफ वोल्टेज (कम बैटरी थ्रेशोल्ड) को 3.2V पर सेट किया है। यदि आप चाहें तो इस सीमा को कोड में संशोधित कर सकते हैं।

चरण 12: चित्र 14: बैटरी क्षमता गणना प्रक्रिया

मूल रूप से, हमें बैटरी के "जीवन-काल" की गणना उसके वोल्टेज के निम्न-स्तर की सीमा तक पहुंचने से पहले करनी चाहिए। चित्र 15 उस समय को दिखाता है जब डिवाइस बैटरी (3.2V) से DC लोड को डिस्कनेक्ट करता है और गणना की जाती है। प्रक्रिया के अंत को इंगित करने के लिए डिवाइस दो लंबी बीप भी उत्पन्न करता है। जैसा कि आप एलसीडी स्क्रीन में देख सकते हैं, असली बैटरी क्षमता 1, 190mAh है जो दावा की गई क्षमता से बहुत दूर है! आप किसी भी बैटरी (5V से कम) का परीक्षण करने के लिए उसी प्रक्रिया का पालन कर सकते हैं।

चरण 13: चित्र 15: 8.800mA रेटेड लिथियम-आयन बैटरी की सही परिकलित क्षमता

चित्र 16 इस सर्किट के लिए सामग्री का बिल दिखाता है।

चरण 14: चित्र 16: सामग्री का बिल

चरण 15: संदर्भ

लेख स्रोत:

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[४]:

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