4S 18650 литиево-йонно зарядно устройство за батерии, захранвано от слънце: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Мотивацията за предприемането на този проект беше да създам моя собствена станция за зареждане на батерия 18650, която ще бъде жизненоважна част в моите бъдещи проекти за безжична (по отношение на захранването). Избрах да взема безжичен маршрут, защото прави електронните проекти мобилни, по -малко обемисти и имам купчина спасени 18650 батерии.

За моя проект избрах да зареждам четири 18650 литиево-йонни батерии наведнъж и да ги свържа последователно, което прави това 4S батерия. Само за забавление реших да монтирам четири слънчеви панела върху устройството си, което едва зарежда клетките на батериите … но изглежда готино. Този проект се захранва от резервно зарядно устройство за лаптоп, но всеки друг източник на захранване над +16,8 волта също ще се справи. Други допълнителни функции включват индикатор за зареждане на литиево-йонна батерия за проследяване на процеса на зареждане и USB 2.0 порт, използван за зареждане на смартфон.

Стъпка 1: Ресурси

Електроника:

• 4S BMS;
• 4S 18650 държач за клетка на батерията;
• 4S 18650 индикатор за зареждане на батерията;
• 4 броя 18650 литиево-йонни батерийни клетки;
• 4 бр. 80x55 мм Слънчеви панели;
• USB 2.0 женски жак;
• Женски жак за зарядно за лаптоп;
• Преобразувател на долари с функция за ограничаване на тока;
• Малък долар конвертор към +5 волта;
• Тактилен бутон за индикатор за зареждане на батерията;
• 4 бр диоди Шотки BAT45;
• 1N5822 диод Шотки или нещо подобно;
• 2 бр. SPDT превключватели;

Строителство:

• Лист от органично стъкло;
• Болтове и гайки;
• 9 бр ъглови скоби;
• 2 броя панти;
• Горещо лепило;
• Ръчен трион;
• Пробивна машина;
• Тиксо (по избор);

Стъпка 2: BMS

Преди да започна този проект, не знаех много за зареждането на литиево-йонна батерия и за това, което открих, мога да кажа, че BMS (известна още като система за управление на батерията) е основното решение на този проблем (не казвам, че Това е най -доброто и единствено). Това е платка, която гарантира, че 18560 клетки от литиево-йонна батерия работят в безопасни и стабилни условия. Той има следните функции за защита:

• Защита от презареждане;

  • напрежението няма да надвишава +4.195 V на клетка от батерията;
  • зареждането на акумулаторните клетки с напрежение по -високо от максималното работно напрежение (обикновено +4,2 V) ще ги повреди;
  • ако литиево-йонната батерия е заредена до максимум +4,1 V, нейният живот ще бъде по-дълъг в сравнение с батерията, която е била заредена до +4,2 V;

• Защита от понижено напрежение;

  • напрежението на клетката на батерията няма да падне под +2,55 V;
  • ако акумулаторната клетка се остави да разреди по-малко от минималното работно напрежение, тя ще се повреди, загуби част от капацитета си и скоростта на саморазреждане ще се увеличи;
  • По време на зареждане на литиево-йонна клетка, чието напрежение е под минималното му работно напрежение, може да възникне късо съединение и да изложи на опасност околностите му;

• Защита от късо съединение;

  Батерията ви няма да се повреди, ако във вашата система има късо съединение;

• Защита от свръхток;

  BMS няма да позволи на тока да надвиши номиналната стойност;

• Балансиране на батерията;

  • Ако системата съдържа повече от една батерия, свързани последователно, тази платка ще се увери, че всички клетки на батерията имат еднакъв заряд;
  • Ако за напр. имаме една клетка от литиево-йонна батерия, която има по-голям заряд от останалите, която ще разреди в други клетки, което е много нездравословно за тях;

Има различни схеми на BMS, предназначени за различни цели. Те имат различни защитни вериги и са изградени за различни конфигурации на батерията. В моя случай използвах 4S конфигурация, което означава, че четири батерийни клетки са свързани последователно (4S). Това ще генерира приблизително общо напрежение от +16, 8 волта и 2 Ah в зависимост от качеството на клетките на батерията. Също така, можете да свържете почти толкова серии клетки от батерии паралелно, колкото искате за тази платка. Това ще увеличи капацитета на батерията. За да заредите тази батерия, ще трябва да захранвате BMS с около +16, 8 волта. Схемата за свързване на BMS е на снимките.

Обърнете внимание, че за да заредите батерия, свържете необходимото захранващо напрежение към P+ и P- изводите. За да използвате заредена батерия, свържете компонентите си към B+ и B- щифтове.

Стъпка 3: 18650 Захранване на батерията

Захранването за моята батерия 18650 е HP +19 волта и зарядно устройство за лаптоп 4, 74 ампера, което бях сложил наоколо. Тъй като изходното му напрежение е твърде високо, добавих конвертор за понижаване на напрежението до +16, 8 волта. Когато всичко вече беше изградено, тествах това устройство, за да видя как работи. Оставих го на перваза на прозореца, за да го заредя с помощта на слънчева енергия. Когато се върнах у дома, забелязах, че батериите ми изобщо не са заредени. Всъщност те бяха напълно разредени и когато се опитах да ги заредя с помощта на зарядно за лаптоп, чипът за конвертиране на долари започна да издава странни съскащи звуци и стана много горещо. Когато измервах тока, който отива в BMS, имам отчитане на повече от 3,8 ампера! Това беше далеч над максималните оценки на моя долар конвертор. BMS черпи толкова много ток, защото батериите бяха напълно изтощени.

Първо, пренаредих всички връзки между BMS и външни компоненти, след което отидох след проблема с разреждането, възникнал по време на зареждане със слънчева енергия. Мисля, че този проблем се случваше, защото нямаше достатъчно слънчева светлина, за да се включи конверторът. Когато това се случи, мисля, че зарядното устройство започна да върви в обратна посока - от батерия към доларов конвертор (лампичката за конвертор на светене беше включена). Всичко това беше решено чрез добавяне на диод на Шотки между BMS и доларов конвертор. По този начин токът определено няма да се върне към конвертора на долари. Този диод има максимално DC блокиращо напрежение от 40 волта и максимален ток напред 3 ампера.

За да реша огромния проблем с текущото натоварване, реших да заменя моя конвертор с такъв, който има функция за ограничаване на тока. Този конвертор на долари е два пъти по -голям, но за щастие имах достатъчно място в кутията си, за да го побера. Той гарантира, че токът на натоварване никога няма да надхвърли 2 ампера.

Стъпка 4: Слънчево захранване

За този проект реших да включа слънчев панел в сместа. По този начин исках да разбера по -добре как работят и как да ги използват. Избрах да свържа последователно четири слънчеви панела от 6 волта и 100 mA, което от своя страна ми осигурява 24 волта и 100 mA общо при най -добрите условия на слънчева светлина. Това добавя не повече от 2,4 вата мощност, което не е много. От утилитарна гледна точка това допълнение е доста безполезно и едва може да зареди 18650 батерийни клетки, така че е повече като декорация, отколкото като функция. По време на моите тестови проби на тази част открих, че този масив от слънчеви панели зарежда само 18650 батерийни клетки при перфектни условия. В облачен ден той може дори да не включи конвертор, който следва след масива от слънчеви панели.

Обикновено трябва да свържете блокиращ диод след PV4 панел (вижте схемата). Това ще попречи на тока да потече обратно към слънчевите панели, когато няма слънчева светлина и панелите няма да произвеждат никаква енергия. Тогава една батерия ще започне да се разрежда върху масива от слънчеви панели, което може да им навреди. Тъй като вече добавих D5 диод между конвертора на бака и батерията 18650, за да предотвратя протичането на тока, не се наложи да добавям друг. Препоръчително е да използвате диод Шотки за тази цел, тъй като те имат по -нисък спад на напрежението от обикновен диод.

Друга предпазна мярка за слънчевите панели са байпасните диоди. Те са необходими, когато слънчевите панели са свързани в последователна конфигурация. Те помагат в случаите, когато един или повече от свързаните слънчеви панели са засенчени. Когато това се случи, сенчестият слънчев панел няма да генерира никаква мощност и неговото съпротивление ще стане високо, блокирайки потока на ток от незасенчени слънчеви панели. Тук са включени байпасни диоди. Когато например слънчевият панел PV2 е засенчен, токът, произведен от слънчевия панел PV1, ще поеме по пътя на най-малкото съпротивление, което означава, че ще тече през диод D2. Това ще доведе до намаляване на общата мощност (поради засенчения панел), но поне токът няма да бъде блокиран заедно. Когато никой от слънчевите панели не е блокиран, токът ще игнорира диодите и ще тече през слънчевите панели, защото това е пътят с най -малко съпротивление. В моя проект използвах диоди Шотки BAT45, свързани паралелно с всеки слънчев панел. Диодите Шотки се препоръчват, тъй като имат по -нисък спад на напрежението, което от своя страна ще направи целия масив от слънчеви панели по -ефективен (в ситуации, когато някои от слънчевите панели са засенчени).

В някои случаи байпас и блокиращи диоди вече са интегрирани в слънчевия панел, което прави дизайна на вашето устройство много по-лесен.

Целият масив от слънчеви панели е свързан към преобразувател на А1 (понижаване на напрежението до +16,8 волта) чрез SPDT превключвател. По този начин потребителят може да избере как 18650 батерийни клетки да се захранват.

Стъпка 5: Допълнителни функции

За удобство добавих индикатор за зареждане на батерията 4S, свързан чрез тактилен превключвател, за да покажа дали батерията 18650 все още е заредена. Друга функция, която добавих, е USB 2.0 порт, използван за зареждане на устройството. Това може да е полезно, когато изнеса зарядното устройство 18650 навън. Тъй като смартфоните се нуждаят от +5 волта за зареждане, добавих понижаващ конвертор за понижаване на напрежението от +16,8 волта до +5 волта. Също така добавих SPDT превключвател, така че няма да се губи допълнителна мощност от конвертор A2, когато USB порт не се използва.

Стъпка 6: Изграждане на жилища

Като основа на корпуса използвах прозрачни органични стъклени листове, които изрязах с ръчен трион. Това е сравнително евтин и лесен за използване материал. За да закрепя всичко на едно място използвах метални ъглови скоби в комбинация с болтове и гайки. По този начин можете бързо да сглобите и разглобите корпуса, ако е необходимо. От друга страна, този подход добавя ненужно тегло на устройството, защото използва метал. За да направя необходимите отвори за гайки, използвах електрическа бормашина. Слънчевите панели бяха залепени към органично стъкло с помощта на горещо лепило. Когато всичко беше сглобено, разбрах, че външният вид на това устройство не е перфектен, защото можете да видите цялата електронна бъркотия през прозрачно стъкло. За да разреша това, покрих органичното стъкло с различни цветове тиксо.

Стъпка 7: Последни думи

Въпреки че това беше сравнително лесен проект, имах възможност да натрупам опит в електрониката, изграждането на кутии за моите електронни устройства и се запознах с нови (за мен) електронни компоненти.

Надявам се тази инструкция да ви е била интересна и информативна. Ако имате въпроси или предложения, не се колебайте да коментирате?

За да получавате най -новите актуализации на моите електронни и други проекти, продължете и ме последвайте във facebook:

facebook.com/eRadvilla