4S 18650 Încărcător de baterie Li-ion alimentat de Sun: 7 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Motivația de a întreprinde acest proiect a fost crearea propriei stații de încărcare a bateriei 18650, care va fi o parte vitală în viitoarele mele proiecte wireless (înțelepciune). Am ales să iau o rută fără fir, deoarece face ca proiectele electronice să devină mobile, mai puțin voluminoase și am o grămadă de 18650 de baterii recuperate așezate în jur.

Pentru proiectul meu, am ales să încarc patru baterii li-ion 18650 simultan și conectate în serie, ceea ce face ca acesta să fie un aranjament de baterie 4S. Doar pentru distracție, am decis să montez patru panouri solare deasupra dispozitivului meu, care abia încarcă chiar și celulele bateriilor … dar arată grozav. Acest proiect este alimentat de un încărcător de rezervă pentru laptop, dar va funcționa și orice altă sursă de energie de peste 16,8 volți. Alte caracteristici suplimentare includ indicatorul de încărcare a bateriei li-ion pentru a urmări procesul de încărcare și portul USB 2.0 utilizat pentru încărcarea unui smartphone.

Pasul 1: Resurse

Electronică:

• 4S BMS;
• Suport baterie 4S 18650;
• 4S 18650 indicator de încărcare a bateriei;
• 4 buc 18650 celule baterie li-ion;
• 4 buc 80x55 mm Panouri solare;
• Mufă USB 2.0 feminină;
• Mufă pentru încărcător laptop pentru laptop;
• Convertor Buck cu caracteristică de limitare a curentului;
• Convertor mic la +5 volți;
• Buton tactil pentru indicatorul de încărcare a bateriei;
• 4 buc diode Schottky BAT45;
• 1N5822 diodă Schottky sau ceva similar;
• 2 buc SPDT switch-uri;

Constructie:

• Foaie de sticlă organică;
• Suruburi si piulite;
• 9 buc paranteze unghiulare;
• 2 buc balamale;
• Lipici fierbinte;
• Fierastrau;
• Burghiu;
• Bandă adezivă (opțional);

Pasul 2: BMS

Înainte de a începe acest proiect, nu știam prea multe despre încărcarea bateriei Li-ion și, pentru ceea ce am găsit, pot spune că BMS (cunoscut și ca sistemul de gestionare a bateriei) este principala soluție pentru această problemă (nu spun că Este cel mai bun și singur). Este o placă care asigură faptul că bateriile de baterii Li-ion 18560 funcționează în condiții de siguranță și stabilitate. Are următoarele caracteristici de protecție:

• Protecție la suprasarcină;

  • tensiunea nu va depăși +4,195 V per celulă a bateriei;
  • încărcarea celulelor bateriei cu o tensiune mai mare decât tensiunea maximă de funcționare (de obicei +4,2 V) le va deteriora;
  • dacă celula bateriei li-ion este încărcată la maximum 4,1 V, durata de viață a acesteia va fi mai mare în comparație cu bateria care a fost încărcată la +4,2 V;

• Protecție de subtensiune;

  • tensiunea bateriei nu va fi mai mică de +2,55 V;
  • dacă celulei bateriei i se permite să descarce mai puțin decât tensiunea minimă de funcționare, aceasta se va deteriora, își va pierde o parte din capacitatea sa și va crește rata de autodescărcare;
  • În timp ce încarcă o celulă Li-ion a cărei tensiune este sub tensiunea sa minimă de funcționare, aceasta poate dezvolta un scurtcircuit și poate pune în pericol mediul înconjurător;

• Protectie la scurtcircuit;

  Celula bateriei dvs. nu se va deteriora dacă există un scurtcircuit în sistem;

• Protecție la supracurent;

  BMS nu va permite curentului să depășească valoarea nominală;

• Echilibrarea bateriei;

  • Dacă sistemul conține mai multe celule ale bateriei conectate în serie, această placă se va asigura că toate celulele bateriei au aceeași încărcare;
  • Dacă de ex. avem o celulă de baterie Li-ion care are mai multă încărcare decât celelalte pe care le va descărca pe alte celule, ceea ce este foarte nesănătos pentru ele;

Există o varietate de circuite BMS concepute în scopuri diferite. Au circuite de protecție diferite în ele și sunt construite pentru diferite configurații ale bateriei. În cazul meu, am folosit configurația 4S, ceea ce înseamnă că patru celule ale bateriei sunt conectate în serie (4S). Aceasta va produce aproximativ o tensiune totală de +16, 8 volți și 2 Ah, în funcție de calitatea celulelor bateriei. De asemenea, ați putea conecta în paralel aproape cât mai multe serii de baterii pe care doriți pentru această placă. Acest lucru ar crește capacitatea bateriei. Pentru a încărca această baterie, ar trebui să furnizați BMS cu aproximativ +16, 8 volți. Circuitul de conectare al BMS este în imagini.

Rețineți că pentru a încărca o baterie conectați tensiunea de alimentare necesară la pinii P + și P-. Pentru a utiliza bateria încărcată, conectați componentele la pinii B + și B-.

Pasul 3: Alimentarea bateriei 18650

Sursa de alimentare pentru bateria mea 18650 este HP +19 volți și încărcător de laptop de 4, 74 amperi pe care îl aveam în jur. Deoarece ieșirea sa de tensiune este puțin prea mare, am adăugat un convertor Buck pentru a reduce tensiunea la +16, 8 volți. Când totul era deja construit, am testat acest dispozitiv pentru a vedea cum funcționează. L-am lăsat pe pervaz pentru a-l face să se încarce folosind energia solară. Când m-am întors acasă am observat că celulele bateriei mele nu erau deloc încărcate. De fapt, au fost complet descărcate și când am încercat să le încarc folosind un încărcător pentru laptop, cipul convertor Buck a început să scoată sunete ciudate și a devenit foarte fierbinte. Când am măsurat curentul care merge la BMS, am citit mai mult de 3,8 amperi! Acest lucru a fost cu mult peste valorile maxime ale convertizorului meu. BMS a atras atât de mult curent, deoarece bateriile erau complet descărcate.

În primul rând, am refăcut toate conexiunile dintre BMS și componentele externe, apoi am mers după problema descărcării care a apărut în timpul încărcării cu energie solară. Cred că această problemă se întâmpla deoarece nu era suficientă lumina soarelui pentru a porni convertorul Buck. Când s-a întâmplat acest lucru, cred că încărcătorul a început să meargă în direcție opusă - de la baterie la convertorul Buck (becul convertorului Buck era aprins). Toate acestea au fost rezolvate prin adăugarea unei diode Schottky între BMS și convertorul Buck. În acest fel, curentul nu va reveni cu siguranță la convertizor. Această diodă are o tensiune maximă de blocare a curentului continuu de 40 volți și un curent maxim înainte de 3 amperi.

Pentru a rezolva problema imensă a curentului de încărcare, am decis să înlocuiesc convertorul meu cu unul cu caracteristică de limitare a curentului. Acest convertor Buck este de două ori mai mare, dar din fericire am avut suficient spațiu în incintă pentru a se potrivi. A garantat că curentul de încărcare nu va depăși niciodată peste 2 amperi.

Pasul 4: Alimentare cu energie solară

Pentru acest proiect am decis să încorporez panoul solar în mix. Procedând astfel, am vrut să înțeleg mai bine cum funcționează și cum să le folosească. Am ales să conectez patru panouri solare de 6 volți și 100 mA în serie, care, la rândul meu, îmi asigură 24 de volți și 100 mA în total, în cele mai bune condiții de soare. Acest lucru se adaugă la nu mai mult de 2,4 wați de putere, ceea ce nu este mult. Din punct de vedere utilitar, această adăugare este destul de inutilă și abia poate încărca 18650 de baterii, deci este mai mult ca decor decât ca o caracteristică. În timpul testării acestei părți, am constatat că această gamă de panouri solare încarcă doar 18650 de baterii în condiții perfecte. Într-o zi înnorată, s-ar putea să nu pornească nici măcar un convertor Buck care urmează după panoul solar.

De obicei, ați conecta o diodă de blocare după panoul PV4 (consultați schema). Acest lucru ar împiedica curentul să revină la panourile solare atunci când nu există lumină solară și panourile nu vor produce energie. Apoi, un pachet de baterii ar începe să se descarce pe panoul solar, ceea ce le-ar putea dăuna. Deoarece am adăugat deja o diodă D5 între convertorul Buck și pachetul de baterii 18650 pentru a preveni curentul să revină înapoi, nu a trebuit să adaug altul. Se recomandă utilizarea unei diode Schottky în acest scop, deoarece acestea au o cădere de tensiune mai mică decât o diodă obișnuită.

O altă linie de precauție pentru panourile solare sunt diodele by-pass. Sunt necesare atunci când panourile solare sunt conectate într-o configurație de serie. Ele ajută în cazurile în care unul sau mai multe panouri solare conectate sunt umbrite. Când se întâmplă acest lucru, panoul solar umbrit nu va produce nicio putere și rezistența acestuia va deveni mare, blocând fluxul de curent de la panourile solare neumbrite. Iată când intră o diodă by-pass. Când, de exemplu, panoul solar PV2 este umbrit, curentul produs de panoul solar PV1 va lua calea celei mai puțin rezistente, ceea ce înseamnă că va curge prin dioda D2. Acest lucru va duce la o putere mai mică în total (din cauza panoului umbrit), dar cel puțin curentul nu va fi blocat împreună. Când niciunul dintre panourile solare nu este blocat, curentul va ignora diodele și va curge prin panourile solare, deoarece este calea celei mai puțin rezistente. În proiectul meu am folosit diode Schottky BAT45 conectate în paralel cu fiecare panou solar. Diodele Schottky sunt recomandate deoarece au o cădere de tensiune mai mică, ceea ce la rândul său va face întreaga gamă de panouri solare mai eficientă (în situațiile în care unele dintre panourile solare sunt umbrite).

În unele cazuri, by-by-ul și diodele de blocare sunt deja integrate în panoul solar, ceea ce face designul dispozitivului dvs. mult mai ușor.

Întreaga gamă de panouri solare este conectată la convertorul Buck A1 (scăderea tensiunii la +16,8 volți) prin comutatorul SPDT. În acest fel, utilizatorul poate selecta modul în care ar trebui alimentate celulele bateriei 18650.

Pasul 5: Caracteristici suplimentare

Din motive de comoditate, am adăugat un indicator de încărcare a bateriei 4S conectat prin comutator tactil pentru a arăta dacă acumulatorul 18650 a fost încă încărcat. O altă caracteristică pe care am adăugat-o este portul USB 2.0 utilizat pentru încărcarea dispozitivului. Acest lucru ar putea fi util când îmi voi scoate încărcătorul de baterie 18650 afară. Deoarece telefoanele inteligente au nevoie de +5 volți pentru încărcare, am adăugat un convertor redus pentru a reduce tensiunea de la +16,8 volți la +5 volți. De asemenea, am adăugat un comutator SPDT, astfel încât nici o putere suplimentară să nu fie irosită de convertorul A2 Buck atunci când portul USB nu este utilizat.

Pasul 6: Construirea locuințelor

Ca bază a carcasei carcasei am folosit foi transparente de sticlă organică pe care le-am tăiat cu un ferăstrău de mână. Este un material relativ ieftin și ușor de utilizat. Pentru a fixa totul într-un singur loc, am folosit suporturi unghiulare metalice în combinație cu șuruburi și piulițe. În acest fel, puteți asambla și dezasambla rapid carcasa, dacă este necesar. Pe de altă parte, această abordare adaugă o greutate inutilă dispozitivului, deoarece folosește metal. Pentru a face găurile necesare nucilor am folosit un burghiu electric. Panourile solare au fost lipite pe sticlă organică folosind adeziv fierbinte. Când totul a fost pus laolaltă, mi-am dat seama că aspectul acestui dispozitiv nu era perfect, deoarece puteai vedea toată mizeria electronică prin sticlă transparentă. Pentru a rezolva acest lucru, am acoperit sticla organică cu diferite culori de bandă adezivă.

Pasul 7: Ultimele cuvinte

Deși acesta a fost un proiect relativ ușor, am avut șansa de a câștiga experiență în electronică, construind carcase pentru dispozitivele mele electronice și am fost introdus în componentele electronice noi (pentru mine).

Sper că acest instructable a fost interesant și informativ pentru dvs. Dacă aveți întrebări sau sugestii, vă rugăm să nu ezitați să comentați?

Pentru a obține cele mai recente actualizări despre proiectele mele electronice și alte proiecte, continuați și urmați-mă pe facebook:

facebook.com/eRadvilla