4S 18650 Li-ion baterijski punjač baterija Powered by Sun: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Motivacija za pokretanje ovog projekta bila je stvaranje moje vlastite stanice za punjenje baterija 18650 koja će biti vitalni dio mojih budućih bežičnih (energetski razumljivih) projekata. Odabrao sam bežičnu rutu jer čini elektroničke projekte mobilnima, manje glomaznima i imam hrpu spašenih 18650 baterijskih ćelija naokolo.

Za svoj projekt odlučio sam puniti četiri 18650 litij-ionskih baterija odjednom i spojiti ih u nizu što čini ovo 4S baterijskim rasporedom. Iz zabave sam odlučio montirati četiri solarna panela na svoj uređaj koji jedva da čak i puni baterije … ali izgleda super. Ovaj projekt pokreće rezervni punjač za prijenosno računalo, ali će poslužiti i bilo koji drugi izvor napajanja iznad +16,8 volti. Ostale dodatne značajke uključuju indikator napunjenosti litij-ionske baterije za praćenje procesa punjenja i USB 2.0 priključak za punjenje pametnog telefona.

Korak 1: Resursi

Elektronika:

• 4S BMS;
• Držač baterije 4S 18650;
• 4S 18650 indikator napunjenosti baterije;
• 4 kom 18650 litij-ionskih baterijskih ćelija;
• 4 kom 80x55 mm Solarni paneli;
• USB 2.0 ženski priključak;
• Ženska utičnica za punjač za prijenosno računalo;
• Pretvarač dolara sa značajkom ograničavanja struje;
• Mali pretvarač dolara u +5 volti;
• Taktilni gumb za indikator napunjenosti baterije;
• 4 kom BAT45 Schottky diode;
• 1N5822 Schottkyjeva dioda ili bilo što slično;
• 2 kom SPDT prekidači;

Konstrukcija:

• Organski stakleni lim;
• Vijci i matice;
• 9 kutnih nosača;
• 2 kom šarke;
• Vruće ljepilo;
• Ručna pila;
• Bušilica;
• Ljepljiva traka (izborno);

Korak 2: BMS

Prije nego što sam započeo ovaj projekt, nisam znao mnogo o punjenju li-ionskih baterija i po onome što sam otkrio mogu reći da je BMS (poznat i kao sustav upravljanja baterijom) glavno rješenje za ovaj problem (ne kažem da To je najbolje i jedino). To je ploča koja osigurava da 18560 litij-ionskih baterija radi u sigurnim i stabilnim uvjetima. Ima sljedeće značajke zaštite:

• Zaštita od prekomjernog punjenja;

  • napon neće biti veći od +4,195 V po baterijskoj ćeliji;
  • punjenje baterijskih ćelija naponom većim od maksimalnog radnog napona (obično +4,2 V) oštetit će ih;
  • ako je ćelija litij-ionske baterije napunjena do maksimalno +4,1 V, njezin će vijek biti duži u usporedbi s baterijom koja je napunjena do +4,2 V;

• Podnaponska zaštita;

  • napon ćelija baterije neće pasti ispod +2,55 V;
  • ako se akumulatorska ćelija pusti isprazniti ispod minimalnog radnog napona, ona će se oštetiti, izgubiti dio kapaciteta i stopa samopražnjenja će se povećati;
  • Tijekom punjenja litij-ionske ćelije čiji je napon ispod minimalnog radnog napona može doći do kratkog spoja i dovesti okolinu u opasnost;

• Zaštita od kratkog spoja;

  Baterija se neće oštetiti ako dođe do kratkog spoja u vašem sustavu;

• Prenaponska zaštita;

  BMS neće dopustiti da struja pređe nazivnu vrijednost;

• Uravnoteženje baterije;

  • Ako sustav sadrži više od jedne baterije povezane serijski, ova ploča će se pobrinuti da sve baterije imaju isto punjenje;
  • Ako je za ex. imamo jednu bateriju od litij-ionske baterije koja ima više napunjenosti od ostalih koje će isprazniti u druge ćelije što je za njih vrlo nezdravo;

Postoje različiti BMS sklopovi dizajnirani za različite namjene. U njima su različiti zaštitni krugovi i izrađeni su za različite konfiguracije baterija. U mom slučaju, koristio sam 4S konfiguraciju što znači da su četiri baterije povezane serijski (4S). To će približno proizvesti ukupni napon od +16, 8 volti i 2 Ah, ovisno o kvaliteti ćelija baterije. Također, za ovu ploču možete paralelno spojiti gotovo onoliko serija baterija koliko želite. Time bi se povećao kapacitet baterije. Za punjenje ove baterije potrebno je napajati BMS sa oko +16,8 volti. Priključni krug BMS -a je na slikama.

Imajte na umu da za punjenje baterije priključujete potreban napon napajanja na P+ i P- pinove. Kako biste koristili napunjenu bateriju, svoje komponente spojite na B+ i B- pinove.

Korak 3: Napajanje baterije 18650

Napajanje za moju bateriju 18650 je HP +19 volt i punjač za prijenosno računalo od 4, 74 ampera koje sam imao u blizini. Budući da mu je izlazni napon malo previsok, dodao sam pretvarač u dolarima za smanjenje napona na +16,8 volti. Kad je sve već izgrađeno, testirao sam ovaj uređaj da vidim kako radi. Ostavio sam ga na prozorskoj dasci da se napuni pomoću solarne energije. Kad sam se vratio kući, primijetio sam da mi baterije uopće nisu napunjene. Zapravo, bili su potpuno ispražnjeni i kad sam ih pokušao napuniti pomoću punjača za prijenosno računalo, čip pretvarača dolara počeo je stvarati čudne siktave zvukove i postalo je jako vruće. Kad sam izmjerio struju koja ide u BMS, očitao sam više od 3,8 ampera! To je bilo daleko iznad maksimalnih ocjena mog pretvarača dolara. BMS je crpio toliko struje jer su baterije bile potpuno prazne.

Prvo sam obnovio sve veze između BMS -a i vanjskih komponenti, a zatim sam krenuo nakon problema s pražnjenjem koji se dogodio tijekom punjenja solarnom energijom. Mislim da se ovaj problem događao jer nije bilo dovoljno sunčeve svjetlosti za uključivanje pretvarača dolara. Kad se to dogodilo, mislim da je punjač krenuo u suprotnom smjeru - od baterije do pretvarača dolara (svjetlo pretvarača je bilo uključeno). Sve je to riješeno dodavanjem Schottkyjeve diode između BMS -a i pretvarača dolara. Na taj se način struja definitivno neće vratiti u pretvarač dolara. Ova dioda ima maksimalni istosmjerni blokirajući napon od 40 volti i maksimalnu prednju struju od 3 ampera.

Da bih riješio veliki problem trenutnog opterećenja, odlučio sam zamijeniti svoj pretvarač dolara s onim koji ima značajku ograničavanja struje. Ovaj pretvarač u dolarima je dvostruko veći, ali srećom imao sam dovoljno prostora u kućištu da ga stanem. Jamčio je da struja opterećenja nikada neće preći 2 ampera.

Korak 4: Napajanje solarnom energijom

Za ovaj projekt odlučio sam uključiti solarnu ploču u mješavinu. Time sam htio bolje razumjeti kako oni rade i kako ih koristiti. Odlučio sam spojiti četiri solarna panela od 6 V i 100 mA u seriju, što mi zauzvrat daje 24 V i 100 mA ukupno u najboljim uvjetima sunčeve svjetlosti. To ne daje više od 2,4 W snage, što nije puno. S utilitarističkog stajališta ovaj je dodatak prilično beskoristan i jedva može napuniti 18650 baterijskih ćelija pa je više kao ukras nego kao značajka. Tijekom testiranja ovog dijela otkrio sam da ovaj niz solarnih panela puni samo 18650 baterijskih ćelija u savršenim uvjetima. U oblačnom danu možda se neće ni uključiti pretvarač dolara koji slijedi nakon niza solarnih panela.

Obično biste spojili blokirajuću diodu nakon PV4 ploče (pogledajte shemu). To bi spriječilo struju da teče natrag u solarne ploče kada nema sunčeve svjetlosti, a paneli neće proizvoditi nikakvu energiju. Tada bi se baterija počela prazniti na niz solarnih panela što bi im moglo naštetiti. Budući da sam već dodao D5 diodu između pretvarača dolara i 18650 baterije kako bih spriječio struju da teče unatrag, nisam morao dodati još jednu. Preporučuje se korištenje Schottky diode u tu svrhu jer imaju manji pad napona od obične diode.

Druga linija opreza za solarne panele su by-pass diode. Oni su potrebni kada su solarni paneli spojeni u serijsku konfiguraciju. Pomažu u slučajevima kada je jedan ili više spojenih solarnih panela zasjenjeno. Kada se to dogodi, zasjenjeni solarni panel neće proizvoditi nikakvu energiju, a otpor će mu postati visok, blokirajući protok struje iz zasjenjenih solarnih panela. Evo dolaska by-pass diode. Kada je, na primjer, PV2 solarni panel zasjenjen, struja koju proizvodi solarni panel PV1 ići će putem najmanjeg otpora, što znači da će teći kroz diodu D2. To će rezultirati smanjenjem ukupne snage (zbog zasjenjene ploče), ali barem struja neće biti blokirana zajedno. Kad nijedan solarni panel nije blokiran, struja će zanemariti diode i protjecati kroz solarne ploče jer je to put najmanjeg otpora. U svom projektu koristio sam BAT45 Schottky diode povezane paralelno sa svakom solarnom pločom. Preporučuju se Schottkyjeve diode jer imaju manji pad napona što će zauzvrat učiniti cijeli niz solarnih panela učinkovitijim (u situacijama kada su neke od solarnih ploča zasjenjene).

U nekim slučajevima, zaobilazne i blokirajuće diode već su integrirane u solarnu ploču što znatno olakšava dizajn vašeg uređaja.

Cijeli niz solarnih panela povezan je s pretvaračem napona A1 (snižavajući napon na +16,8 volti) putem SPDT sklopke. Na ovaj način korisnik može odabrati kako će se napajati 18650 baterijskih ćelija.

Korak 5: Dodatne značajke

Radi praktičnosti, dodao sam indikator napunjenosti baterije 4S povezan preko taktilnog prekidača kako bi pokazao je li baterija 18650 već napunjena. Još jedna značajka koju sam dodao je USB 2.0 port koji se koristi za punjenje uređaja. Ovo bi mi moglo dobro doći kada punjač za baterije 18650 ponesem van. Budući da je pametnim telefonima potrebno +5 volti za punjenje, dodao sam stepenasti pretvarač za smanjenje napona sa +16,8 volti na +5 volti. Također, dodao sam SPDT prekidač tako da konverter A2 ne troši dodatnu snagu kada se USB priključak ne koristi.

Korak 6: Izgradnja stambenog prostora

Kao osnovu kućišta koristio sam prozirne organske staklene ploče koje sam izrezao ručnom pilom. Relativno je jeftin i jednostavan za korištenje materijal. Za pričvršćivanje svega na jedno mjesto koristio sam metalne kutne zagrade u kombinaciji s vijcima i maticama. Na taj način možete brzo sastaviti i rastaviti kućište ako je potrebno. S druge strane, ovaj pristup dodaje nepotrebnu težinu uređaju jer koristi metal. Za izradu rupa potrebnih za matice upotrijebio sam električnu bušilicu. Solarne ploče su zalijepljene na organsko staklo vrućim ljepilom. Kad je sve sastavljeno, shvatio sam da izgled ovog uređaja nije savršen jer se kroz prozirno staklo mogao vidjeti sav elektronički nered. Da bih to riješio, organsko staklo obložio sam ljepljivom trakom u različitim bojama.

Korak 7: Posljednje riječi

Iako je ovo bio relativno lagan projekt, imao sam priliku steći iskustvo u elektronici, izgradnji kućišta za svoje elektroničke uređaje i upoznati se s novim (za mene) elektroničkim komponentama.

Nadam se da vam je ovo uputstvo bilo zanimljivo i poučno. Ako imate bilo kakvih pitanja ili prijedloga, slobodno komentirajte?

Da biste dobili najnovija ažuriranja o mojim elektroničkim i drugim projektima, pratite me na Facebooku:

facebook.com/eRadvilla