4S 18650 Li-ion battericelladdare Drivs av Sun: 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Motiveringen för att genomföra detta projekt var att skapa en egen 18650 batteriladdningsstation som kommer att vara en viktig del i mina framtida trådlösa (kraftmässiga) projekt. Jag valde att ta en trådlös väg eftersom det gör elektroniska projekt mobila, mindre skrymmande och jag har en hög med bärgade 18650 battericeller som ligger runt.

För mitt projekt valde jag att ladda fyra 18650 li-ion-batterier samtidigt och seriekopplade vilket gör detta till ett 4S-batteriarrangemang. Bara för skojs skull bestämde jag mig för att montera fyra solpaneler ovanpå min enhet som knappt ens laddar battericellerna … men det ser coolt ut. Detta projekt drivs av reservdatorladdare, men alla andra strömkällor över +16,8 volt gör det också. Andra ytterligare funktioner inkluderar laddningsindikator för litiumjonbatteri för att spåra laddningsprocessen och USB 2.0-port som används för att ladda en smartphone.

Steg 1: Resurser

Elektronik:

• 4S BMS;
• 4S 18650 battericellhållare;
• 4S 18650 batteriladdningsindikator;
• 4 st 18650 li-ion battericeller;
• 4 st 80x55 mm Solpaneler;
• USB 2.0 honauttag;
• Datorladdare för bärbar dator;
• Buckomvandlare med strömbegränsande funktion;
• Småbockomvandlare till +5 volt;
• Taktil knapp för batteriladdningsindikator;
• 4 st BAT45 Schottky -dioder;
• 1N5822 Schottky -diod eller något liknande;
• 2 st SPDT -switchar;

Konstruktion:

• Organiskt glasskiva;
• Bultar och muttrar;
• 9 st vinkelbeslag;
• 2 st gångjärn;
• Varmt lim;
• Handsåg;
• Borra;
• Gaffatejp (tillval);

Steg 2: BMS

Innan jag startade det här projektet visste jag inte mycket om laddning av li-jonbatterier och för vad jag hittade kan jag berätta att BMS (även känt som Battery management system) är huvudlösningen för detta problem (jag säger inte att Det är det bästa och enda). Det är en bräda som ser till att 18560 litiumjonbatterier fungerar under säkra och stabila förhållanden. Den har följande skyddsfunktioner:

• Överladdningsskydd;

  • spänningen blir inte högre än +4,195 V per battericell;
  • laddning av dina battericeller med högre spänning än maximal driftspänning (vanligtvis +4,2 V) kommer att skada dem;
  • om litiumjonbatteriet laddas till maximalt +4,1 V blir dess livslängd längre jämfört med batteriet som laddades till +4,2 V;

• Underspänningsskydd;

  • battericellsspänningen blir inte mindre än +2,55 V;
  • om battericellen tillåts ladda mindre än lägsta driftspänning kommer den att skadas, tappa en del av dess kapacitet och dess självurladdningshastighet kommer att öka;
  • När en li-joncell laddas, vilken spänning är lägre än den minsta driftspänningen, kan den utveckla en kortslutning och utsätta omgivningen för fara.

• Kortslutningsskydd;

  Din battericell skadas inte om det är kortslutning i ditt system;

• Överströmsskydd;

  BMS låter inte strömmen komma över nominellt värde;

• Batteribalansering;

  • Om systemet innehåller mer än en battericeller anslutna i serie kommer detta kort att se till att alla battericeller har samma laddning;
  • Om för ex. vi har en li-jon battericell som har mer laddning än de andra den kommer att ladda ut på andra celler vilket är mycket ohälsosamt för dem;

Det finns olika BMS -kretsar där ute som är utformade för olika ändamål. De har olika skyddskretsar och är byggda för olika batterikonfigurationer. I mitt fall använde jag 4S -konfiguration vilket innebär att fyra battericeller är seriekopplade (4S). Detta ger ungefär en total spänning på +16, 8 volt och 2 Ah beroende på battericellernas kvalitet. Du kan också ansluta nästan lika många battericellserier parallellt som du vill för detta kort. Detta skulle öka batterikapaciteten. För att ladda detta batteri måste du förse BMS med cirka +16, 8 volt. Anslutningskretsen för BMS finns på bilderna.

Observera att för att ladda ett batteri ansluter du nödvändig matningsspänning till P+ och P-stift. För att använda ett laddat batteri ansluter du dina komponenter till B+ och B-stift.

Steg 3: 18650 batteriförsörjning

Strömförsörjningen för mitt 18650 -batteri är HP +19 volt och 4, 74 ampere bärbar laddare som jag hade lagt runt. Eftersom dess spänningsutgång är lite för hög lade jag till en buck -omvandlare för att minska spänningen till +16, 8 volt. När allt redan var byggt testade jag den här enheten för att se hur den fungerar. Jag lämnade den på fönsterbrädan för att få den att laddas med solenergi. När jag kom hem märkte jag att mina battericeller inte var laddade alls. Faktum är att de var helt urladda och när jag försökte ladda dem med en bärbar laddare började buck -omvandlarchipet göra konstiga väsande ljud och det blev riktigt varmt. När jag mätte strömmen till BMS har jag läst mer än 3,8 ampere! Detta var långt över maxbetygen för min buck -omvandlare. BMS drog så mycket ström eftersom batterierna var helt slut.

För det första gjorde jag om alla anslutningar mellan BMS och externa komponenter, sedan gick jag efter urladdningsproblemet som uppstod under laddning med solceller. Jag tror att det här problemet hände eftersom det inte fanns tillräckligt med solljus för att buck -omvandlaren skulle slå på. När det hände tror jag att laddaren började gå i motsatt riktning - från batteri till buck -omvandlare (lampa för buck -omvandlare var tänd). Allt som löstes genom att lägga till en Schottky -diod mellan BMS och buck -omvandlare. På så sätt kommer strömmen definitivt inte att återgå till buck -omvandlare. Denna diod har maximal DC -spänning på 40 volt och maximal ström framåt på 3 ampere.

För att lösa det enorma belastningsströmsproblemet bestämde jag mig för att ersätta min buck -omvandlare med en som hade strömbegränsande funktion. Denna buck -omvandlare är dubbelt så stor men lyckligtvis hade jag tillräckligt med utrymme i mitt hölje för att passa den. Det garanterade att belastningsströmmen aldrig kommer att gå över 2 ampere.

Steg 4: Solenergiförsörjning

För detta projekt bestämde jag mig för att integrera solpanel i mixen. Genom att göra det ville jag få bättre förståelse för hur de fungerar och hur de används. Jag valde att ansluta fyra 6 volt och 100 mA solpaneler i serie vilket i sin tur ger mig 24 volt och 100 mA totalt vid bästa solljus. Detta ger inte mer än 2,4 watt effekt vilket inte är mycket. Ur utilitaristisk synvinkel är detta tillägg ganska värdelöst och kan knappt ladda 18650 battericeller så det är mer som en dekoration än en funktion. Under mina testkörningar av denna del upptäckte jag att denna uppsättning solpaneler bara laddar 18650 battericeller under perfekta förhållanden. Under en molnig dag kanske det inte ens slår på en buck -omvandlare som följer efter solpanelarray.

Normalt skulle du ansluta en blockeringsdiod efter PV4 -panelen (se schemat). Detta skulle förhindra att strömmen flödar tillbaka till solpaneler när det inte finns solljus och paneler inte producerar någon ström. Då skulle ett batteripaket börja laddas ut på solpaneluppsättningen som potentiellt kan skada dem. Eftersom jag redan lagt till en D5 -diod mellan buck -omvandlaren och 18650 -batteripaketet för att förhindra att strömmen flyter tillbaka behövde jag inte lägga till en till. Det rekommenderas att använda en Schottky -diod för detta ändamål eftersom de har ett lägre spänningsfall än en vanlig diod.

En annan försiktighetsåtgärd för solpaneler är by-pass-dioder. De behövs när solpaneler är anslutna i en seriekonfiguration. De hjälper till när en eller flera anslutna solpaneler är skuggade. När detta händer kommer den skuggade solpanelen inte att producera någon ström och dess motstånd blir högt och blockerar strömmen från oskuggade solpaneler. Här kommer by-pass-dioden in. När till exempel PV2-solpanelen är skuggad kommer strömmen som produceras av PV1-solpanelen att ta vägen med minst motstånd, vilket betyder att den kommer att flöda genom diod D2. Detta kommer att resultera i lägre effekt totalt (på grund av skuggad panel) men åtminstone kommer strömmen inte att blockeras tillsammans. När ingen av solpanelerna är blockerade kommer strömmen att ignorera dioderna och kommer att flöda genom solpaneler eftersom det är vägen med minst motstånd. I mitt projekt använde jag BAT45 Schottky -dioder anslutna parallellt med varje solpanel. Schottky -dioder rekommenderas eftersom de har lägre spänningsfall vilket i sin tur kommer att göra hela solpaneluppsättningen mer effektiv (i situationer då några av solpanelerna är skuggade).

I vissa fall är by-pass och blockeringsdioder redan integrerade i solpanelen vilket gör utformningen av din enhet mycket enklare.

Hela solpanelmatrisen är ansluten till A1 buck -omvandlare (sänker spänningen till +16,8 volt) via SPDT -omkopplare. På så sätt kan användaren välja hur 18650 battericeller ska drivas.

Steg 5: Ytterligare funktioner

För enkelhets skull har jag lagt till en 4S batteriladdningsindikator ansluten via taktilbrytare för att visa om 18650 -batteriet har laddats ännu. En annan funktion som jag lade till är USB 2.0 -port som används för laddning av enheter. Detta kan vara praktiskt när jag tar ut min 18650 batteriladdare utanför. Eftersom smartphones behöver +5 volt för laddning lade jag till en steg-ner-buck-omvandlare för att sänka spänningen från +16,8 volt till +5 volt. Jag har också lagt till en SPDT -omkopplare så att ingen extra ström skulle gå förlorad av A2 -buck -omvandlare när USB -port inte används.

Steg 6: Byggande av bostäder

Som bas i höljet använde jag transparenta organiska glasplåtar som jag har klippt med en handsåg. Det är relativt billigt och lättanvänt material. För att fästa allt på ett ställe använde jag metallvinkelbeslag i kombination med bultar och muttrar. På så sätt kan du snabbt montera och demontera höljet vid behov. Å andra sidan lägger detta tillvägagångssätt till onödig vikt på enheten eftersom den använder metall. För att göra hålen som behövs för muttrar använde jag en elektrisk borr. Solpaneler limmades på organiskt glas med varmt lim. När allt var ihop insåg jag att utseendet på den här enheten inte var perfekt eftersom du kunde se all elektronisk röra genom genomskinligt glas. För att lösa det täckte jag det organiska glaset med olika färger på tejp.

Steg 7: Sista ord

Även om detta var ett relativt enkelt projekt, hade jag en chans att få erfarenhet av elektronik, bygga höljen för mina elektroniska enheter och blev introducerad till nya (för mig) elektroniska komponenter.

Jag hoppas att denna instruerbara var intressant och informativ för dig. Om du har några frågor eller förslag får du gärna kommentera?

För att få de senaste uppdateringarna om mina elektroniska och andra projekt, följ mig på facebook:

facebook.com/eRadvilla