Φορτιστής μπαταρίας ιόντων λιθίου 4S 18650 Li-ion Powered by Sun: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Το κίνητρο για να αναλάβω αυτό το έργο ήταν να δημιουργήσω τον δικό μου σταθμό φόρτισης κυψελών μπαταρίας 18650 που θα αποτελέσει ζωτικό μέρος στα μελλοντικά μου ασύρματα (ενεργειακά) έργα. Επέλεξα να ακολουθήσω μια ασύρματη διαδρομή επειδή κάνει τα ηλεκτρονικά έργα κινητά, λιγότερο ογκώδη και έχω έναν σωρό σωζόμενων 18650 κυψελών μπαταριών που βρίσκονται γύρω.

Για το έργο μου επέλεξα να φορτίσω τέσσερις μπαταρίες ιόντων λιθίου 18650 ταυτόχρονα και να συνδεθώ σε σειρά, γεγονός που καθιστά τη διάταξη της μπαταρίας 4S. Μόνο για διασκέδαση αποφάσισα να τοποθετήσω τέσσερα ηλιακά πάνελ πάνω από τη συσκευή μου, τα οποία μόλις που φορτίζουν τις μπαταρίες… αλλά φαίνεται δροσερό. Αυτό το έργο τροφοδοτείται από εφεδρικό φορτιστή φορητού υπολογιστή, αλλά οποιαδήποτε άλλη πηγή ενέργειας πάνω από +16,8 βολτ θα κάνει επίσης. Άλλα πρόσθετα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν ένδειξη φόρτισης μπαταρίας ιόντων λιθίου για παρακολούθηση της διαδικασίας φόρτισης και θύρα USB 2.0 που χρησιμοποιείται για τη φόρτιση ενός smartphone.

Βήμα 1: Πόροι

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ:

• 4S BMS;
• 4S 18650 θήκη κυψελών μπαταρίας.
• 4S 18650 ένδειξη φόρτισης μπαταρίας.
• 4 τεμάχια μπαταρίες ιόντων λιθίου 18650?
• 4 τεμάχια Ηλιακά πάνελ 80x55 mm.
• Θύρα θύρας USB 2.0.
• Γυναικεία υποδοχή φορτιστή φορητού υπολογιστή?
• Μετατροπέας Buck με τρέχουσα περιοριστική λειτουργία.
• Μικρός μετατροπέας buck σε +5 βολτ.
• Απλό κουμπί για ένδειξη φόρτισης της μπαταρίας.
• 4 τεμ δίοδοι BAT45 Schottky.
• 1N5822 δίοδος Schottky ή οτιδήποτε παρόμοιο.
• 2 τεμ διακόπτες SPDT.

Κατασκευή:

• Βιολογικό γυάλινο φύλλο.
• Βίδες και παξιμάδια?
• Γωνιακές αγκύλες 9 τεμ.
• 2 τεμάχια μεντεσέδες?
• Ζεστή κόλλα?
• Πριόνι χειρός;
• Τρυπάνι;
• Κολλητική ταινία (προαιρετικά).

Βήμα 2: BMS

Πριν ξεκινήσω αυτό το έργο, δεν ήξερα πολλά για τη φόρτιση μπαταριών ιόντων λιθίου και για αυτό που βρήκα μπορώ να πω ότι το BMS (επίσης γνωστό ως σύστημα διαχείρισης μπαταριών) είναι η κύρια λύση για αυτό το πρόβλημα (δεν το λέω αυτό Είναι το καλύτερο και μοναδικό). Είναι ένας πίνακας που διασφαλίζει ότι οι μπαταρίες μπαταριών ιόντων λιθίου 18560 λειτουργούν σε ασφαλείς και σταθερές συνθήκες. Διαθέτει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά προστασίας:

• Προστασία από υπερφόρτιση.

  • η τάση δεν θα είναι υψηλότερη από +4,195 V ανά κυψέλη μπαταρίας.
  • Η φόρτιση των στοιχείων της μπαταρίας σας με τάση υψηλότερη από τη μέγιστη τάση λειτουργίας (συνήθως +4,2 V) θα τα καταστρέψει.
  • Εάν η μπαταρία λιθίου ιόντων φορτίζεται έως +4,1 V, η διάρκεια ζωής της θα είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με τη μπαταρία που φορτιζόταν στα +4,2 V.

• Προστασία από χαμηλή τάση.

  • η τάση της μπαταρίας δεν θα είναι μικρότερη από +2,55 V
  • Εάν η μπαταρία αφήσει να εκφορτιστεί κάτω από την ελάχιστη τάση λειτουργίας, θα καταστραφεί, θα χάσει μέρος της χωρητικότητάς της και ο ρυθμός αυτόματης εκφόρτισης θα αυξηθεί.
  • Κατά τη φόρτιση μιας κυψέλης ιόντων λιθίου, η τάση της οποίας είναι κάτω από την ελάχιστη τάση λειτουργίας, μπορεί να αναπτύξει βραχυκύκλωμα και να θέσει σε κίνδυνο το περιβάλλον του.

• Προστασία από βραχυκύκλωμα.

  Η μπαταρία σας δεν θα υποστεί ζημιά εάν υπάρχει βραχυκύκλωμα στο σύστημά σας

• Προστασία από υπερβολικό ρεύμα.

  Το BMS δεν θα αφήσει το ρεύμα να ξεπεράσει την ονομαστική τιμή

• Εξισορρόπηση μπαταρίας?

  • Εάν το σύστημα περιέχει περισσότερες από μία κυψέλες μπαταριών συνδεδεμένες σε σειρά, αυτός ο πίνακας θα βεβαιωθεί ότι όλες οι μπαταρίες έχουν την ίδια φόρτιση.
  • Αν για πρώην έχουμε μια μπαταρία ιόντων λιθίου η οποία έχει περισσότερη φόρτιση από τις άλλες και θα αποφορτιστεί σε άλλα κύτταρα, κάτι που είναι πολύ ανθυγιεινό γι 'αυτούς.

Υπάρχει ποικιλία κυκλωμάτων BMS εκεί έξω σχεδιασμένα για διαφορετικούς σκοπούς. Έχουν διαφορετικά κυκλώματα προστασίας και είναι κατασκευασμένα για διαφορετικές διαμορφώσεις μπαταρίας. Στην περίπτωσή μου, χρησιμοποίησα διαμόρφωση 4S που σημαίνει ότι τέσσερις κυψέλες μπαταρίας είναι συνδεδεμένες σε σειρά (4S). Αυτό θα παράγει περίπου συνολική τάση +16, 8 βολτ και 2 Ah ανάλογα με την ποιότητα των στοιχείων της μπαταρίας. Επίσης, θα μπορούσατε να συνδέσετε σχεδόν όσες σειρές μπαταριών παράλληλα θέλετε για αυτόν τον πίνακα. Αυτό θα αυξήσει τη χωρητικότητα της μπαταρίας. Για να φορτίσετε αυτήν την μπαταρία θα πρέπει να τροφοδοτήσετε το BMS με +16, 8 βολτ περίπου. Το κύκλωμα σύνδεσης του BMS είναι στις εικόνες.

Λάβετε υπόψη ότι για να φορτίσετε μια μπαταρία συνδέετε την απαραίτητη τάση τροφοδοσίας σε ακίδες P+ και P-. Για να χρησιμοποιήσετε φορτισμένη μπαταρία συνδέετε τα εξαρτήματά σας με ακίδες B+ και B-.

Βήμα 3: Τροφοδοσία μπαταρίας 18650

Το τροφοδοτικό για την μπαταρία μου 18650 είναι HP +19 volt και φορτιστής φορητού υπολογιστή 4, 74 αμπέρ που είχα τοποθετήσει. Δεδομένου ότι η έξοδος τάσης του είναι λίγο πολύ υψηλή, πρόσθεσα έναν μετατροπέα buck για να μειώσει την τάση στα +16, 8 βολτ. Όταν όλα ήταν ήδη κατασκευασμένα, δοκίμασα αυτήν τη συσκευή για να δω πώς λειτουργεί. Το άφησα στο περβάζι για να φορτιστεί χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια. Όταν γύρισα σπίτι παρατήρησα ότι οι μπαταρίες μου δεν ήταν καθόλου φορτισμένες. Στην πραγματικότητα, αποφορτίστηκαν εντελώς και όταν προσπάθησα να τα φορτίσω χρησιμοποιώντας φορτιστή φορητού υπολογιστή, το τσιπ μετατροπέα buck άρχισε να κάνει περίεργους ήχους σφύριγμα και έγινε πολύ καυτό. Όταν μέτρησα το ρεύμα που πηγαίνει στο BMS, έχω την ένδειξη άνω των 3,8 αμπέρ! Αυτό ήταν πολύ πάνω από τη μέγιστη βαθμολογία του μετατροπέα buck μου. Το BMS αντλούσε πολύ ρεύμα επειδή οι μπαταρίες είχαν τελειώσει.

Πρώτον, ξανακατέβαλα όλες τις συνδέσεις μεταξύ του BMS και των εξωτερικών εξαρτημάτων και μετά πήγα μετά από το πρόβλημα εκφόρτισης που προέκυψε κατά τη φόρτιση με ηλιακό. Νομίζω ότι αυτό το πρόβλημα συνέβαινε επειδή δεν υπήρχε αρκετό ηλιακό φως για να ενεργοποιηθεί ο μετατροπέας buck. Όταν συνέβη αυτό, νομίζω ότι ο φορτιστής άρχισε να πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση - από μετατροπέα μπαταρίας σε buck (η λυχνία μετατροπέα buck ήταν αναμμένη). Όλα λύθηκαν προσθέτοντας μια δίοδο Schottky μεταξύ BMS και μετατροπέα buck. Με αυτόν τον τρόπο το ρεύμα σίγουρα δεν θα επιστρέψει στο μετατροπέα buck. Αυτή η δίοδος έχει μέγιστη τάση αποκλεισμού DC 40 βολτ και μέγιστο ρεύμα εμπρός 3 αμπέρ.

Για να λύσω το τεράστιο πρόβλημα του τρέχοντος φορτίου, αποφάσισα να αντικαταστήσω τον μετατροπέα buck με έναν που είχε περιοριστικό χαρακτηριστικό ρεύματος. Αυτός ο μετατροπέας buck είναι δύο φορές μεγαλύτερος, αλλά ευτυχώς είχα αρκετό χώρο στο περίβλημα μου για να το χωρέσω. Εγγυήθηκε ότι το ρεύμα φορτίου δεν θα ξεπεράσει ποτέ τα 2 αμπέρ.

Βήμα 4: Ηλιακή τροφοδοσία

Για αυτό το έργο αποφάσισα να ενσωματώσω το ηλιακό πάνελ στο μείγμα. Με αυτόν τον τρόπο ήθελα να κατανοήσω καλύτερα πώς λειτουργούν και πώς να τα χρησιμοποιήσω. Επέλεξα να συνδέσω τέσσερα ηλιακά πάνελ 6 βολτ και 100 mA σε σειρά, τα οποία με τη σειρά τους μου παρέχουν 24 βολτ και 100 mA συνολικά στις καλύτερες συνθήκες ηλιακού φωτός. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπερβαίνει τα 2,4 watt ισχύ, που δεν είναι πολλά. Από χρηστική άποψη, αυτή η προσθήκη είναι αρκετά άχρηστη και μπορεί να φορτίσει μόλις 18650 κελιά μπαταρίας, οπότε είναι περισσότερο ως διακόσμηση παρά ως χαρακτηριστικό. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών μου σε αυτό το τμήμα διαπίστωσα ότι αυτή η σειρά ηλιακών συλλεκτών φορτίζει μόνο 18650 μπαταρίες σε τέλειες συνθήκες. Σε μια συννεφιασμένη μέρα, μπορεί να μην ενεργοποιήσει καν έναν μετατροπέα buck που ακολουθεί μετά τη συστοιχία ηλιακών συλλεκτών.

Συνήθως, θα συνδέσετε μια δίοδο αποκλεισμού μετά από πίνακα PV4 (δείτε το σχηματικό). Αυτό θα εμποδίσει το ρεύμα να επιστρέψει πίσω στους ηλιακούς συλλέκτες όταν δεν υπάρχει ηλιακό φως και τα πάνελ δεν θα παράγουν καμία ενέργεια. Στη συνέχεια, μια μπαταρία θα αρχίσει να εκφορτίζεται στη συστοιχία ηλιακών συλλεκτών, η οποία θα μπορούσε ενδεχομένως να τους βλάψει. Δεδομένου ότι έχω ήδη προσθέσει μια δίοδο D5 μεταξύ του μετατροπέα buck και της μπαταρίας 18650 για να αποτρέψω την ροή του ρεύματος προς τα πίσω, δεν χρειάστηκε να προσθέσω άλλη μία. Συνιστάται να χρησιμοποιείτε μια δίοδο Schottky για το σκοπό αυτό επειδή έχουν χαμηλότερη πτώση τάσης από μια κανονική δίοδο.

Μια άλλη προφύλαξη για τους ηλιακούς συλλέκτες είναι οι διόδους παράκαμψης. Χρειάζονται όταν τα ηλιακά πάνελ συνδέονται σε μια διαμόρφωση σειράς. Βοηθούν σε περιπτώσεις όταν ένα ή περισσότερα συνδεδεμένα ηλιακά πάνελ είναι σκιασμένα. Όταν συμβεί αυτό, το σκιασμένο ηλιακό πάνελ δεν θα παράγει ισχύ και η αντίστασή του θα γίνει υψηλή, εμποδίζοντας τη ροή ρεύματος από μη σκιασμένους ηλιακούς συλλέκτες. Εδώ είναι η δίοδος παράκαμψης. Όταν, για παράδειγμα, ο ηλιακός πίνακας PV2 σκιάζεται, το ρεύμα που παράγεται από τον ηλιακό πίνακα PV1 θα πάρει το δρόμο της μικρότερης αντίστασης, που σημαίνει ότι θα ρέει μέσω της διόδου D2. Αυτό θα οδηγήσει σε χαμηλότερη ισχύ συνολικά (λόγω σκιασμένου πίνακα), αλλά τουλάχιστον το ρεύμα δεν θα μπλοκαριστεί όλα μαζί. Όταν κανένας από τους ηλιακούς συλλέκτες δεν είναι μπλοκαρισμένος, το ρεύμα θα αγνοήσει τις διόδους και θα ρέει μέσω των ηλιακών συλλεκτών επειδή είναι η διαδρομή της μικρότερης αντίστασης. Στο έργο μου χρησιμοποίησα διόδους BAT45 Schottky συνδεδεμένες παράλληλα με κάθε ηλιακό πάνελ. Οι δίοδοι Schottky συνιστώνται επειδή έχουν χαμηλότερη πτώση τάσης, η οποία με τη σειρά της θα κάνει όλο τον πίνακα ηλιακών συλλεκτών πιο αποδοτικό (σε περιπτώσεις όπου ορισμένα από τα ηλιακά πάνελ είναι σκιασμένα).

Σε ορισμένες περιπτώσεις, διόδους παράκαμψης και αποκλεισμού είναι ήδη ενσωματωμένες στον ηλιακό πίνακα, γεγονός που καθιστά τον σχεδιασμό της συσκευής σας πολύ πιο εύκολο.

Ολόκληρη η συστοιχία ηλιακών συλλεκτών συνδέεται με τον μετατροπέα buck A1 (μείωση τάσης στα +16,8 βολτ) μέσω του διακόπτη SPDT. Με αυτόν τον τρόπο, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει πώς θα τροφοδοτούνται 18650 μπαταρίες.

Βήμα 5: Πρόσθετες δυνατότητες

Για λόγους ευκολίας, πρόσθεσα μια ένδειξη φόρτισης μπαταρίας 4S συνδεδεμένη μέσω απτικού διακόπτη για να δείξω εάν η μπαταρία 18650 ήταν ακόμη φορτισμένη. Ένα άλλο χαρακτηριστικό που πρόσθεσα είναι η θύρα USB 2.0 που χρησιμοποιείται για τη φόρτιση συσκευών. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο όταν βγάλω τον φορτιστή μπαταρίας 18650 έξω. Δεδομένου ότι τα smartphone χρειάζονται +5 βολτ για φόρτιση, πρόσθεσα έναν μετατροπέα buck down για να μειώσω την τάση από +16,8 βολτ σε +5 βολτ. Επίσης, έχω προσθέσει έναν διακόπτη SPDT, ώστε να μην σπαταλάται επιπλέον ενέργεια από τον μετατροπέα buck A2 όταν δεν χρησιμοποιείται θύρα USB.

Βήμα 6: Κατασκευή κατοικίας

Ως βάση του περιβλήματος του περιβλήματος χρησιμοποίησα διαφανή φύλλα από οργανικό γυαλί που έχω κόψει με ένα πριόνι. Είναι σχετικά φθηνό και εύκολο στη χρήση υλικό. Για να στερεώσω τα πάντα σε ένα μέρος, χρησιμοποίησα μεταλλικά στηρίγματα σε συνδυασμό με μπουλόνια και παξιμάδια. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να συναρμολογήσετε και να αποσυναρμολογήσετε γρήγορα το περίβλημα εάν χρειάζεται. Από την άλλη πλευρά, αυτή η προσέγγιση προσθέτει περιττό βάρος στη συσκευή επειδή χρησιμοποιεί μέταλλο. Για να κάνω τις τρύπες που χρειάζονται για τα παξιμάδια χρησιμοποίησα ένα ηλεκτρικό τρυπάνι. Τα ηλιακά πάνελ κολλήθηκαν σε οργανικό γυαλί χρησιμοποιώντας θερμή κόλλα. Όταν όλα συνδυάστηκαν συνειδητοποίησα ότι η εμφάνιση αυτής της συσκευής δεν ήταν τέλεια επειδή μπορούσατε να δείτε όλο το ηλεκτρονικό χάος μέσα από διαφανές γυαλί. Για να το λύσω, κάλυψα το οργανικό γυαλί με διαφορετικά χρώματα κολλητικής ταινίας.

Βήμα 7: Τελευταίες λέξεις

Αν και αυτό ήταν ένα σχετικά εύκολο έργο, είχα την ευκαιρία να αποκτήσω εμπειρία στον τομέα των ηλεκτρονικών, κατασκευάζοντας περιβλήματα για τις ηλεκτρονικές συσκευές μου και γνώρισα νέα (για μένα) ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Ελπίζω ότι αυτό το διδακτικό ήταν ενδιαφέρον και ενημερωτικό για εσάς. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή προτάσεις, μη διστάσετε να σχολιάσετε;

Για να λάβετε τις τελευταίες ενημερώσεις για τα ηλεκτρονικά και άλλα έργα μου, προχωρήστε και ακολουθήστε με στο facebook:

facebook.com/eRadvilla