ARDUINO KONTROLLÜ PİL ŞARJ DEVRESİ

12.03.2022 tarihli güncelleme: Yazı içerisinde geçen bilgiler ve devrelerdeki hatalar giderilerek içerik tamamen yenilenmiştir. İçerikteki bilgiler artık daha güvenilirdir. 

Basit bir devre kurup, bunu arduinoya bağlayarak akıllı hale getirebilirsiniz. Böylelikle elinizdeki analog ve basit yapı, bir anda gelişmiş ve çok yetenkli bir cihaza dönüşmüş olur. Konumuz dahilinde pillerinizi de daha sağlıklı şekilde şarj etmeniz mümkün. Hatta, internet ortamında, arduino sitelerinde bu konuyla ilgili çeşitli örnekler var.

Bu yazımda ise sizlere basit, ama basit olduğu kadar da orijinal bir fikir ile bu işi yaptıracak iki devreyi anlatacağım. Devreler teoriktir ancak bir iki modifikasyonla ya da orjinal haliyle gayet sağlıklı işler halde kullanılabilmektedir.

Yazı içerisinde söz konusu şarj devresinin amacı lityum tabanlı piller olsa da, aslında diğer pil türlerine de uyarlanabilmektedir. Dolayısıyla başlıkta bu nedenle pil türünden bahsetmekten kaçındım.

Devremiz aslında basit bir BMS devresinden oluşur. Pil, belli bir seviyeye geldiğinde bir PNP transistörü, TL431 ile tetiklenerek iletime geçer. Bu, şarj akımını bir direnç (27R-2W) üzerinden aniden eksi(GND) hattına yönlendirir. PNP transistörün “turn-on” olması, kollektör bacağına bağlı olan hattan arduinoya sinyal gitmesine neden olacaktır. Arduino, Analog I/O ucundan bu sinyali alır almaz, bir diğer pininden (DIGITAL I/O), devreye güç veren mosfeti susturur (Logic LOW). Şarj akımı kesilmiş, pil korunmuş olur. 

Bu devreyi bir PCB’ye aktardığınızda, arduino kontrolü ile şarjı denetletmiş olursunuz.

Devre İki Seri Pilli (2S) hale de getirilebilir. 

Bu kez aynı devreden iki tane oluşturularak birbirine seri bağlanmıştır. Devredeki kırmızı ibareler yapılan değişiklikleri vurgulamak içindir. Bu kez devrenin besleme gerilimi 12VDC olmuştur; diğerinde Arduino'nun 5V'si yeterliydi. Mosfet, kendisine Arduino tarafından 5V HIGH uygulandığında şarj başlar. Bir önceki devrede olduğu gibi, piller dolduğunda Arduino'nun Analog pinlerine bildirim gider ve Arduino, DIGITAL pinlerinden Mosfetin Geyt ucuna uyguladığı 5V HIGH voltajı keser. Bu, şarjın durmasına neden olacaktır. Bu devredeki en önemli ayrıntı, şarj akımının kesilmesi için her iki BMS devresinin de turn-on olarak SIG A0 ve SIG A1'e sinyal gitmesi gerektiğidir. 

-Pillerden sadece biri dolduğunda ne olur?

Arduino'ya bu pil ile ilgili sinyal gelir. Programı uygun şekilde kodlarsanız ekrana "Pil-1 doldu" gibi bir mesaj yazdırabilirsiniz. Ancak Arduino diğer pinden hala doldu sinyalini alamadığı için devrenin güç anahtarı olan Mosfet'i sürmeye devam edecektir. Dolu olan pil ise BD244'lü BMS tarafından korunmaktadır. Şayet pil voltajı güvenli sınırı aşacak olursa, kodu uygun şekilde düzenleyerek şarj akımını tamamen kestirebilir, ya da o pile ait 27R direnci küçültmeyi deneyebilirsiniz. Bu esnada dolan pilin BMS'si üzerinden akan akım, ikinci pili hala beslemeye devam edecektir.

-Pillerden biri takılmazsa ne olur?

Pillerden biri dolduğunda olan şeyin aynısı olur. Pili olmayan tarafın voltaj değeri aşmış olduğu için BMS devreye girmiş, üzerinden yük geçirmektedir. Bu geçen yük, sıradaki pile akar. Arduino'ya da "Pil-1 boşta" diye mesaj göstermesini sağyalabilirsiniz.

-Eee? Bunun için arduinoya ne gerek var? 1 adet transistör daha eklenerek arduinosuz yapılabilir?

Evet, bu devrede Mosfet'i BD244 ile ilişkilendirerek şarjı kendi kendine durdurabilirsiniz. Ancak devreyi yukarıdaki gibi kurarsanız pil gerilimini arduinoya daha hassas denetletebiliyorsunuz. Hatta pil uçlarından çekilecek ikinci bir hat, arduino’nun analog pinlerine yönlendirildiğinde, alınan değeri okutabilir, pilin yüzde kaçta olduğunu, dolmasına yaklaşık ne kadar süre kaldığını da ekrana yansıtabilirsiniz. Tabi bunun için programı ona göre yazmanız gerekecektir.

-Daha Basit Olamaz mıydı? Parça Sayısı azaltılabilir miydi?

Devrede pillerin durumu zaten arduino tarafından denetlenmekte olduğu için, aslında BMS devresine gerek görmeyebilirsiniz. Bunun yerine çok daha basit, aşağıdaki devre de kullanılabilirdi:

Devrede eleman değeri vermekten kaçındım ancak yine de 4,2V lityum piller için bazı değerleri belirleyerek işinizi kolaylaştırabilirim. Şayet bazı hatalar görürseniz, bu değerleri kendiniz düzeltebilirsiniz. Devreyi arduino'ya bağlamadan evvel ölçüm aletleri kullanarak mutlaka ön testlerinizi yapın. Arduino'nun analog pinlerine asla 5Volttan fazla gerilim ve 40mA'dan fazla akım gitmemelidir. 

R1: 1k

R2: 1k

R3: 47 Ohm - 5Watt. Bu direnç şarj akımı sınırlama direncidir.

R4(1k): Geyt direnci. Mosfetlerin yapısı gereği kullanmak zorunda değilsiniz ancak 100Ohm yeterli olur. Şayet Mosfet Arduino'dan gelen 5V ile yeteri kadar açılmazsa direnci iptal edip campır atın. Resimdeki 1k değeri varsayımsaldır.

D1: Olası kazalara karşı 5,1V-1Watt zener diyodu. Pil devreden çekildiğinde Arduino'ya gidecek gerilimin 5V ile sınırlandırılması için. Ayrıca Arduino SIG ucundan 5V geldiğini gördüğünde ekrana "Pil Bağlı Değil" mesajı verebilir. Bağlantı sorunu varsa bu çok işinize yarar.

C1: Zener gürültüsünü bastırmak için 100nF ila 330nF mercimek.

Q1 Mosfet: IRFZ44 ya da benzer uygun bir mos. Mümkünse arduino sinyali ile iletime geçebilsin. Dijital pin 5V HIGH verir. 

Devrenin besleme gerilimi: 5VDC. Arduino'dan sağlayabilirsiniz. GND doğrudan Arduino'nun Analog taraftaki GND'ye bağlanır.

-Nasıl Çalışır?

Arduino, ilgili DIGITAL I/O ucundan devredeki mosfetin geytine sinyal uygulamaktadır. Dolayısıyla arduinoyu açtıktan sonra program devreye girer ve 5V hattından pil şarj olmaya başlar. Bu esnada R1 ve R2 gerilim bölücüsü, arduino'nun analog pinlerinden birine voltaj vermektedir. Bu voltaj arduino tarafından bit birimlerine dönüştürülerek yorumlanmaktadır. Pil 4,21Volt'a eriştiğinde arduino, DIGITAL pininden mosfete sinyal vermeyi bırakır. Bu, mosfetin şarj gücünü kesmesine sebep olur. 

Basit halinin PCB görüntüleri:

Devreye ait örnek baskı şeması, gerber dosyası olarak ektedir, >>BURADAN İNDİREBİLİRSİNİZ.<<

İyi çalışmalar dilerim.

seron
basitelektronikprojeler.blogspot.com