Ładowarka akumulatorów litowo-jonowych 4S 18650 Powered by Sun: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Motywacją do podjęcia tego projektu było stworzenie własnej stacji ładowania ogniw 18650, która będzie istotną częścią moich przyszłych projektów bezprzewodowych (pod względem mocy). Wybrałem trasę bezprzewodową, ponieważ sprawia, że projekty elektroniczne są mobilne, mniej nieporęczne i mam stos uratowanych ogniw 18650 leżących dookoła.

Do mojego projektu zdecydowałem się ładować jednocześnie cztery akumulatory litowo-jonowe 18650 i połączone szeregowo, co sprawia, że jest to układ akumulatorów 4S. Dla zabawy postanowiłem zamontować cztery panele słoneczne na górze mojego urządzenia, które ledwo ładują ogniwa baterii… ale wygląda fajnie. Ten projekt jest zasilany zapasową ładowarką do laptopa, ale każde inne źródło zasilania powyżej +16,8 wolta również się sprawdzi. Inne dodatkowe funkcje to wskaźnik naładowania akumulatora litowo-jonowego do śledzenia procesu ładowania oraz port USB 2.0 służący do ładowania smartfona.

Krok 1: Zasoby

Elektronika:

• 4S BMS;
• Uchwyt baterii 4S 18650;
• Wskaźnik naładowania baterii 4S 18650;
• 4 szt. 18650 ogniw litowo-jonowych;
• 4 szt. Panele słoneczne 80x55 mm;
• Gniazdo USB 2.0 żeńskie;
• Gniazdo żeńskie ładowarki do laptopa;
• Konwerter Buck z funkcją ograniczania prądu;
• Mały konwerter złotówki na +5 woltów;
• Dotykowy przycisk wskaźnika naładowania baterii;
• 4 szt. diod Schottky'ego BAT45;
• 1N5822 dioda Schottky'ego lub coś podobnego;
• 2 szt. przełączników SPDT;

Budowa:

• Arkusz szkła organicznego;
• Śruby i nakrętki;
• 9 szt. kątowników;
• 2 szt. zawiasów;
• Gorący klej;
• Piła ręczna;
• Wiertarka;
• Taśma klejąca (opcjonalnie);

Krok 2: BMS

Zanim zacząłem ten projekt, nie wiedziałem zbyt wiele o ładowaniu akumulatorów litowo-jonowych i po tym, co znalazłem, mogę powiedzieć, że BMS (znany również jako System zarządzania baterią) jest głównym rozwiązaniem tego problemu (nie mówię tego To najlepsze i jedyne). To płyta, która zapewnia, że ogniwa 18560 litowo-jonowe pracują w bezpiecznych i stabilnych warunkach. Posiada następujące funkcje ochronne:

• Ochrona przed nadmiernym ładowaniem;

  • napięcie nie będzie wyższe niż +4.195 V na ogniwo akumulatora;
  • ładowanie ogniw akumulatora napięciem wyższym niż maksymalne napięcie pracy (zwykle +4,2 V) spowoduje ich uszkodzenie;
  • jeśli ogniwo akumulatora litowo-jonowego jest naładowane maksymalnie do +4,1 V, jego żywotność będzie dłuższa w porównaniu z akumulatorem naładowanym do +4,2 V;

• Ochrona podnapięciowa;

  • napięcie ogniw akumulatora nie spadnie poniżej +2,55 V;
  • jeśli pozwoli się na rozładowanie poniżej minimalnego napięcia pracy, ogniwo ulegnie uszkodzeniu, straci część swojej pojemności i zwiększy się szybkość samorozładowania;
  • Podczas ładowania ogniwa litowo-jonowego, którego napięcie jest poniżej minimalnego napięcia roboczego, może dojść do zwarcia i narazić otoczenie na niebezpieczeństwo;

• Zabezpieczenie przed zwarciem;

  Twoje ogniwo baterii nie ulegnie uszkodzeniu, jeśli w twoim systemie wystąpi zwarcie;

• Zabezpieczenie nadprądowe;

  BMS nie pozwoli, aby prąd przekroczył wartość znamionową;

• równoważenie baterii;

  • Jeśli system zawiera więcej niż jedno ogniwo akumulatora połączone szeregowo, ta płyta zapewni, że wszystkie ogniwa akumulatora mają ten sam poziom naładowania;
  • Jeśli na przykład. mamy jedno ogniwo litowo-jonowe, które jest bardziej naładowane niż inne, rozładuje się na inne ogniwa, co jest dla nich bardzo niezdrowe;

Istnieje wiele obwodów BMS zaprojektowanych do różnych celów. Mają w sobie różne obwody zabezpieczające i są zbudowane dla różnych konfiguracji akumulatorów. W moim przypadku zastosowałem konfigurację 4S co oznacza, że cztery ogniwa baterii są połączone szeregowo (4S). Da to w przybliżeniu całkowite napięcie +16, 8 woltów i 2 Ah, w zależności od jakości ogniw akumulatora. Ponadto można podłączyć równolegle prawie tyle serii ogniw baterii, ile chcesz dla tej płyty. Zwiększyłoby to pojemność baterii. Aby naładować tę baterię, musisz zasilić BMS około +16,8 woltów. Schemat podłączenia BMS na zdjęciach.

Należy pamiętać, że aby naładować akumulator, należy podłączyć niezbędne napięcie zasilania do pinów P+ i P-. Aby korzystać z naładowanej baterii, podłącz komponenty do pinów B+ i B-.

Krok 3: Zasilanie baterii 18650

Zasilanie mojej baterii 18650 to ładowarka HP + 19 woltów i 4, 74 amperów do laptopa, którą miałem w pobliżu. Ponieważ jego napięcie wyjściowe jest nieco za wysokie, dodałem konwerter buck, aby obniżyć napięcie do +16,8 woltów. Kiedy wszystko było już zbudowane, przetestowałem to urządzenie, aby zobaczyć, jak działa. Zostawiłem go na parapecie, aby ładować go energią słoneczną. Kiedy wróciłem do domu zauważyłem, że moje ogniwa w ogóle nie są naładowane. W rzeczywistości były całkowicie rozładowane i kiedy próbowałem je naładować za pomocą ładowarki do laptopa, chip konwertera buck zaczął wydawać dziwne syczące dźwięki i zrobiło się naprawdę gorąco. Kiedy zmierzyłem prąd płynący do BMS, odczytałem ponad 3,8 ampera! To było znacznie powyżej maksymalnych ocen mojego konwertera złotówki. BMS pobierał tak dużo prądu, ponieważ baterie były całkowicie rozładowane.

Najpierw przerobiłem wszystkie połączenia między BMS a komponentami zewnętrznymi, a następnie poszedłem po problem z rozładowaniem, który wystąpił podczas ładowania solarem. Myślę, że ten problem miał miejsce, ponieważ nie było wystarczającej ilości światła słonecznego, aby włączyć konwerter buck. Kiedy to się stało, myślę, że ładowarka zaczęła jechać w przeciwnym kierunku – od akumulatora do konwertera buck (świeciła się kontrolka konwertera buck). Wszystko to zostało rozwiązane przez dodanie diody Schottky'ego pomiędzy BMS a konwerterem buck. W ten sposób prąd na pewno nie wróci do konwertera złotówki. Ta dioda ma maksymalne napięcie blokujące DC wynoszące 40 woltów i maksymalny prąd przewodzenia 3 amperów.

Aby rozwiązać ogromny problem z prądem obciążenia, zdecydowałem się wymienić konwerter buck na taki, który miał funkcję ograniczania prądu. Ten konwerter buck jest dwa razy większy, ale na szczęście miałem wystarczająco dużo miejsca w obudowie, aby go zmieścić. Gwarantowało to, że prąd obciążenia nigdy nie przekroczy 2 amperów.

Krok 4: Zasilanie energią słoneczną

Do tego projektu zdecydowałem się włączyć do miksu panel słoneczny. W ten sposób chciałem lepiej zrozumieć, jak działają i jak z nich korzystać. Zdecydowałem się połączyć szeregowo cztery panele słoneczne o napięciu 6 woltów i 100 mA, co z kolei zapewnia mi łącznie 24 wolty i 100 mA w najlepszych warunkach nasłonecznienia. To daje nie więcej niż 2,4 wata mocy, co nie jest dużo. Z praktycznego punktu widzenia ten dodatek jest dość bezużyteczny i ledwo może naładować ogniwa 18650, więc jest bardziej ozdobą niż funkcją. Podczas moich testów tej części odkryłem, że ta tablica paneli słonecznych ładuje tylko 18650 ogniw baterii w idealnych warunkach. W pochmurny dzień może nawet nie włączyć konwertera, który następuje po układzie paneli słonecznych.

Zazwyczaj diodę blokującą podłączasz za panelem PV4 (patrz schemat). Zapobiegnie to przepływowi prądu z powrotem do paneli słonecznych, gdy nie ma światła słonecznego, a panele nie będą wytwarzać żadnej energii. Następnie pakiet baterii zacząłby rozładowywać się na matrycę paneli słonecznych, co mogłoby potencjalnie im zaszkodzić. Ponieważ dodałem już diodę D5 między konwerterem buck a akumulatorem 18650, aby zapobiec cofaniu się prądu, nie musiałem dodawać kolejnej. Zaleca się użycie do tego celu diody Schottky'ego, ponieważ mają one mniejszy spadek napięcia niż zwykła dioda.

Kolejną linią środków ostrożności w przypadku paneli słonecznych są diody obejściowe. Są potrzebne, gdy panele słoneczne są połączone w konfiguracji szeregowej. Pomagają w przypadkach, gdy jeden lub więcej podłączonych paneli słonecznych jest zacienionych. Kiedy tak się stanie, zacieniony panel słoneczny nie będzie wytwarzał żadnej energii, a jego rezystancja stanie się wysoka, blokując przepływ prądu z niezacienionych paneli słonecznych. Tutaj pojawia się dioda bocznikująca. Gdy na przykład panel słoneczny PV2 jest zacieniony, prąd wytwarzany przez panel słoneczny PV1 będzie szedł po ścieżce najmniejszego oporu, co oznacza, że będzie przepływał przez diodę D2. Spowoduje to całkowitą mniejszą moc (z powodu zacienionego panelu), ale przynajmniej prąd nie zostanie zablokowany w całości. Gdy żaden z paneli słonecznych nie jest zablokowany, prąd zignoruje diody i popłynie przez panele słoneczne, ponieważ jest to ścieżka najmniejszego oporu. W swoim projekcie zastosowałem diody Schottky'ego BAT45 połączone równolegle z każdym panelem słonecznym. Diody Schottky'ego są zalecane, ponieważ mają mniejszy spadek napięcia, co z kolei spowoduje, że cały układ paneli słonecznych będzie bardziej wydajny (w sytuacjach, gdy niektóre panele słoneczne są zacienione).

W niektórych przypadkach diody obejściowe i blokujące są już zintegrowane z panelem słonecznym, co znacznie ułatwia projektowanie urządzenia.

Cała tablica paneli słonecznych jest podłączona do konwertera A1 buck (obniżającego napięcie do +16,8 woltów) przez przełącznik SPDT. W ten sposób użytkownik może wybrać sposób zasilania 18650 ogniw baterii.

Krok 5: Dodatkowe funkcje

Dla wygody dodałem wskaźnik naładowania akumulatora 4S podłączony przez dotykowy przełącznik, aby pokazać, czy akumulator 18650 był już naładowany. Kolejną cechą, którą dodałem jest port USB 2.0 służący do ładowania urządzenia. Może się to przydać, gdy wyjmę ładowarkę 18650 na zewnątrz. Ponieważ smartfony potrzebują +5 woltów do ładowania, dodałem konwerter obniżający napięcie, aby obniżyć napięcie z +16,8 woltów do +5 woltów. Dodałem również przełącznik SPDT, aby żadna dodatkowa moc nie została zmarnowana przez konwerter A2 buck, gdy port USB nie jest używany.

Krok 6: Budowa mieszkania

Jako podstawę obudowy użyłem przezroczystych tafli szkła organicznego, które wyciąłem piłą ręczną. Jest to stosunkowo tani i łatwy w użyciu materiał. Do spięcia wszystkiego w jednym miejscu użyłem metalowych kątowników w połączeniu ze śrubami i nakrętkami. W ten sposób możesz szybko zmontować i zdemontować obudowę, jeśli zajdzie taka potrzeba. Z drugiej strony takie podejście niepotrzebnie zwiększa wagę urządzenia, ponieważ wykorzystuje metal. Do wykonania otworów potrzebnych na nakrętki użyłem wiertarki elektrycznej. Panele słoneczne zostały przyklejone do szkła organicznego za pomocą gorącego kleju. Po złożeniu wszystkiego do kupy zdałem sobie sprawę, że wygląd tego urządzenia nie jest idealny, ponieważ przez przezroczyste szkło widać cały elektroniczny bałagan. Aby rozwiązać ten problem, pokryłem szkło organiczne taśmą klejącą w różnych kolorach.

Krok 7: Ostatnie słowa

Mimo, że był to stosunkowo łatwy projekt, miałem okazję zdobyć doświadczenie w elektronice, budując obudowy do moich urządzeń elektronicznych i zapoznałem się z nowymi (dla mnie) komponentami elektronicznymi.

Mam nadzieję, że ta instrukcja była dla ciebie interesująca i pouczająca. Jeśli masz jakieś pytania lub sugestie, śmiało możesz skomentować?

Aby otrzymywać najnowsze informacje o moich projektach elektronicznych i innych, śmiało śledź mnie na facebooku:

facebook.com/eRadvilla