4S 18650 litija jonu akumulatora lādētājs, ko darbina Sun: 7 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šī projekta motivācija bija izveidot savu 18650 akumulatora elementu uzlādes staciju, kas būs būtiska daļa manos turpmākajos bezvadu (jaudas ziņā) projektos. Es izvēlējos izmantot bezvadu maršrutu, jo tas padara elektroniskos projektus mobilus, mazāk apjomīgus, un man apkārt ir izglābtas 18650 akumulatora elementu kaudzes.

Savam projektam es izvēlējos uzlādēt četras 18650 litija jonu baterijas vienlaikus un savienot virknē, kas padara to par 4S akumulatora izvietojumu. Tikai sava prieka pēc es nolēmu ierīces augšpusē uzstādīt četrus saules paneļus, kas tik tikko pat uzlādē bateriju šūnas … bet tas izskatās forši. Šo projektu darbina rezerves klēpjdatora lādētājs, taču derēs arī jebkurš cits strāvas avots virs +16,8 voltiem. Citas papildu funkcijas ietver litija jonu akumulatora uzlādes indikatoru, lai izsekotu uzlādes procesu, un USB 2.0 portu, ko izmanto viedtālruņa uzlādēšanai.

1. darbība. Resursi

Elektronika:

• 4S BMS;
• 4S 18650 akumulatora elementu turētājs;
• 4S 18650 akumulatora uzlādes indikators;
• 4 gab. 18650 litija jonu akumulatora elementi;
• 4 gab 80x55 mm Saules paneļi;
• USB 2.0 sieviešu ligzda;
• Klēpjdatora lādētāja ligzda;
• Buck pārveidotājs ar strāvas ierobežošanas funkciju;
• Mazs naudas pārveidotājs līdz +5 voltiem;
• Taktilā poga akumulatora uzlādes indikatoram;
• 4 gab BAT45 Schottky diodes;
• 1N5822 Šotka diode vai kaut kas līdzīgs;
• 2 gab SPDT slēdži;

Konstrukcija:

• Organiskā stikla loksne;
• Skrūves un uzgriežņi;
• 9 gab. Leņķa kronšteini;
• 2 gab. Eņģes;
• Karstā līme;
• Rokas zāģis;
• Urbis;
• Līmlente (pēc izvēles);

2. darbība: BMS

Pirms es sāku šo projektu, es daudz nezināju par litija jonu akumulatora uzlādi, un par to, ko es atklāju, varu teikt, ka BMS (pazīstams arī kā akumulatora pārvaldības sistēma) ir šīs problēmas galvenais risinājums (es to nesaku. Tas ir labākais un vienīgais). Tā ir tāfele, kas nodrošina, ka 18560 litija jonu akumulatora elementi darbojas drošos un stabilos apstākļos. Tam ir šādas aizsardzības funkcijas:

• Aizsardzība pret pārmērīgu uzlādi;

  • spriegums nebūs lielāks par +4,195 V uz akumulatora elementu;
  • uzlādējot akumulatora elementus ar spriegumu, kas pārsniedz maksimālo darba spriegumu (parasti +4,2 V), tie tiks bojāti;
  • ja litija jonu akumulatora elements ir uzlādēts līdz maksimāli +4,1 V, tā kalpošanas laiks būs garāks salīdzinājumā ar akumulatoru, kas tika uzlādēts līdz +4,2 V;

• Aizsardzība pret zemu spriegumu;

  • akumulatora elementa spriegums nebūs mazāks par +2,55 V;
  • ja akumulatora elementam ļaus izlādēties mazāk par minimālo darba spriegumu, tas tiks bojāts, zaudēs daļu no jaudas un palielināsies pašizlādes ātrums;
  • Uzlādējot litija jonu elementu, kura spriegums ir zemāks par minimālo darba spriegumu, tas var radīt īssavienojumu un apdraudēt apkārtni;

• Aizsardzība pret īssavienojumu;

  Akumulatora elements netiks bojāts, ja jūsu sistēmā ir īssavienojums;

• Aizsardzība pret pārslodzi;

  BMS neļaus strāvai pārsniegt nominālo vērtību;

• Akumulatora balansēšana;

  • Ja sistēmā ir vairāk nekā viens sērijveidā pievienots akumulatora elements, šī plate pārliecināsies, ka visiem akumulatora elementiem ir vienāds uzlādes līmenis;
  • Ja par piem. mums ir viena litija jonu akumulatora baterija, kurai ir vairāk uzlādes nekā citiem, un tā tiks izvadīta uz citām šūnām, kas viņiem ir ļoti neveselīgi;

Ir dažādas BMS shēmas, kas paredzētas dažādiem mērķiem. Tajos ir dažādas aizsardzības shēmas un tie ir paredzēti dažādām akumulatoru konfigurācijām. Manā gadījumā es izmantoju 4S konfigurāciju, kas nozīmē, ka četras akumulatora šūnas ir savienotas virknē (4S). Tas aptuveni radīs kopējo spriegumu +16, 8 volti un 2 Ah atkarībā no akumulatora elementu kvalitātes. Turklāt šai plāksnei jūs varētu paralēli savienot gandrīz tik daudz akumulatoru elementu sēriju, cik vēlaties. Tas palielinātu akumulatora jaudu. Lai uzlādētu šo akumulatoru, BMS jāpiegādā aptuveni +16, 8 volti. BMS savienojuma ķēde ir attēlos.

Ņemiet vērā, ka, lai uzlādētu akumulatoru, pievienojiet nepieciešamo barošanas spriegumu P+ un P-tapām. Lai izmantotu uzlādētu akumulatoru, pievienojiet komponentus B+ un B-tapām.

3. darbība: 18650 akumulatora padeve

Manas 18650 baterijas barošanas avots ir HP +19 voltu un 4,74 ampēru klēpjdatora lādētājs, kas man bija klāt. Tā kā tā sprieguma izeja ir nedaudz pārāk augsta, es pievienoju bika pārveidotāju, lai samazinātu spriegumu līdz +16, 8 voltiem. Kad viss jau bija uzbūvēts, es pārbaudīju šo ierīci, lai redzētu, kā tā darbojas. Es to atstāju uz palodzes, lai tā uzlādētos, izmantojot saules enerģiju. Kad es atgriezos mājās, es pamanīju, ka akumulatora elementi nemaz nav uzlādēti. Patiesībā tie bija pilnībā izlādējušies, un, kad es mēģināju tos uzlādēt, izmantojot klēpjdatora lādētāju, buks pārveidotāja mikroshēma sāka radīt dīvainas šņākoņas un kļuva ļoti karsti. Kad es izmērīju strāvu, kas iet uz BMS, man ir rādījumi vairāk nekā 3,8 ampēri! Tas bija krietni virs mana buka pārveidotāja maksimālajiem vērtējumiem. BMS patērēja tik daudz strāvas, jo baterijas bija pilnībā izlādējušās.

Pirmkārt, es pārtaisu visus savienojumus starp BMS un ārējiem komponentiem, pēc tam sekoju izlādes problēmai, kas radās, uzlādējot ar saules enerģiju. Es domāju, ka šī problēma radās, jo nebija pietiekami daudz saules gaismas, lai ieslēgtu buck pārveidotāju. Kad tas notika, es domāju, ka lādētājs sāka iet pretējā virzienā - no akumulatora uz buck pārveidotāju (buck pārveidotāja gaisma bija iedegta). Tas viss tika atrisināts, pievienojot Schottky diode starp BMS un buck pārveidotāju. Tādā veidā strāva noteikti neatgriezīsies pie buka pārveidotāja. Šim diodei ir maksimālais līdzstrāvas bloķēšanas spriegums 40 volti un maksimālā strāva uz priekšu 3 ampēri.

Lai atrisinātu milzīgo slodzes strāvas problēmu, es nolēmu nomainīt savu buck pārveidotāju ar tādu, kuram bija strāvas ierobežošanas funkcija. Šis buks pārveidotājs ir divreiz lielāks, bet par laimi manā korpusā bija pietiekami daudz vietas, lai to ietilptu. Tas garantēja, ka slodzes strāva nekad nepārsniegs 2 ampērus.

4. solis: saules enerģijas padeve

Šim projektam es nolēmu maisījumā iekļaut saules paneli. To darot, es vēlējos labāk izprast, kā tie darbojas un kā tos izmantot. Es izvēlējos sērijveidā pieslēgt četrus 6 voltu un 100 mA saules paneļus, kas savukārt man nodrošina 24 voltus un 100 mA kopumā labākajos saules gaismas apstākļos. Tas nodrošina ne vairāk kā 2,4 vatu jaudu, kas nav daudz. No utilitāra viedokļa šis papildinājums ir diezgan bezjēdzīgs un var tik tikko uzlādēt 18650 akumulatora elementus, tāpēc tas ir vairāk kā rotājums nekā funkcija. Šīs daļas testa laikā es atklāju, ka šis saules paneļu klāsts ideālos apstākļos uzlādē tikai 18650 akumulatora elementus. Mākoņainā dienā tas, iespējams, pat neieslēdz buck pārveidotāju, kas seko pēc saules paneļu masīva.

Parasti pēc PV4 paneļa jūs pievienojat bloķēšanas diodu (skatiet shematiski). Tas novērstu strāvas atgriešanos saules paneļos, ja nav saules gaismas un paneļi neražo enerģiju. Tad akumulators sāk izlādēties saules paneļu blokā, kas tiem var kaitēt. Tā kā es jau esmu pievienojis D5 diodu starp buck pārveidotāju un 18650 akumulatoru, lai novērstu strāvas plūsmu atpakaļ, man nevajadzēja pievienot citu. Šim nolūkam ieteicams izmantot Schottky diode, jo tiem ir mazāks sprieguma kritums nekā parastajai diodei.

Vēl viena piesardzības līnija saules paneļiem ir apvedceļa diodes. Tie ir nepieciešami, ja saules paneļi ir savienoti virknē. Tie palīdz gadījumos, kad viens vai vairāki pieslēgtie saules paneļi ir nokrāsoti. Kad tas notiek, ēnainais saules panelis neražo enerģiju, un tā pretestība kļūs augsta, bloķējot strāvas plūsmu no neēnotiem saules paneļiem. Šeit ir ieeja apvedceļa diode. Ja, piemēram, PV2 saules panelis ir aizēnots, PV1 saules paneļa radītā strāva iet pa vismazākās pretestības ceļu, tas nozīmē, ka tas plūst caur diode D2. Tā rezultātā kopumā tiks samazināta jauda (ēnotā paneļa dēļ), bet vismaz strāva netiks bloķēta kopā. Ja neviens no saules paneļiem nav bloķēts, strāva ignorēs diodes un plūdīs caur saules paneļiem, jo tas ir vismazākās pretestības ceļš. Savā projektā es izmantoju BAT45 Schottky diodes, kas savienotas paralēli ar katru saules paneli. Ieteicamas Schottky diodes, jo tām ir mazāks sprieguma kritums, kas savukārt padarīs visu saules paneļu masīvu efektīvāku (situācijās, kad daži saules paneļi ir nokrāsoti).

Dažos gadījumos apvedceļa un bloķēšanas diodes jau ir integrētas saules panelī, kas ievērojami atvieglo ierīces dizainu.

Viss saules paneļu bloks ir savienots ar A1 buck pārveidotāju (sprieguma pazemināšana līdz +16,8 voltiem), izmantojot SPDT slēdzi. Tādā veidā lietotājs var izvēlēties, kā darbināt 18650 akumulatora elementus.

5. darbība: papildu funkcijas

Ērtības labad esmu pievienojis 4S akumulatora uzlādes indikatoru, kas savienots ar taustes slēdzi, lai parādītu, vai 18650 akumulators jau ir uzlādēts. Vēl viena pievienota funkcija ir USB 2.0 ports, ko izmanto ierīces uzlādēšanai. Tas var noderēt, kad izņemšu ārā savu 18650 akumulatora lādētāju. Tā kā viedtālruņiem uzlādei nepieciešami +5 volti, es pievienoju pazeminošu buck pārveidotāju, lai samazinātu spriegumu no +16,8 voltiem līdz +5 voltiem. Turklāt esmu pievienojis SPDT slēdzi, lai A2 buck pārveidotājs netērētu papildu enerģiju, ja netiek izmantots USB ports.

6. solis: mājokļa celtniecība

Kā korpusa pamatni es izmantoju caurspīdīgas organiskās stikla loksnes, kuras esmu sagriezis ar rokas zāģi. Tas ir salīdzinoši lēts un viegli lietojams materiāls. Lai visu piestiprinātu vienā vietā, es izmantoju metāla leņķa kronšteinus kombinācijā ar skrūvēm un uzgriežņiem. Tādā veidā jūs varat ātri salikt un izjaukt korpusu, ja nepieciešams. No otras puses, šī pieeja ierīcei piešķir nevajadzīgu svaru, jo tā izmanto metālu. Lai izveidotu riekstiem nepieciešamos caurumus, es izmantoju elektrisko urbi. Saules paneļi tika pielīmēti pie organiskā stikla, izmantojot karstu līmi. Kad viss tika salikts kopā, es sapratu, ka šīs ierīces izskats nav ideāls, jo caur caurspīdīgu stiklu varēja redzēt visu elektronisko putru. Lai to atrisinātu, es pārklāju organisko stiklu ar dažādu krāsu līmlenti.

7. solis: pēdējie vārdi

Lai gan tas bija salīdzinoši viegls projekts, man bija iespēja iegūt pieredzi elektronikas jomā, veidot elektronisko ierīču korpusus un iepazīties ar jaunām (man) elektroniskām sastāvdaļām.

Es ceru, ka šī pamācība jums bija interesanta un informatīva. Ja jums ir kādi jautājumi vai ieteikumi, lūdzu, komentējiet?

Lai iegūtu jaunākos atjauninājumus par maniem elektroniskajiem un citiem projektiem, dodieties uz priekšu un sekojiet man Facebook:

facebook.com/eRadvilla