4S 18650 Li-ion battericellader drevet av Sun: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Motivasjonen for å gjennomføre dette prosjektet var å lage min egen 18650 battericelle ladestasjon som vil være en viktig del i mine fremtidige trådløse (kraftmessige) prosjekter. Jeg valgte å ta en trådløs rute fordi det gjør elektroniske prosjekter mobile, mindre omfangsrike og jeg har en haug med bergede 18650 battericeller som ligger rundt.

For mitt prosjekt valgte jeg å lade fire 18650 li-ion-batterier samtidig og seriekoblet, noe som gjør dette til et 4S-batteriarrangement. Bare for moro skyld bestemte jeg meg for å montere fire solcellepaneler på toppen av enheten som knapt lader battericellene … men det ser kult ut. Dette prosjektet drives av ekstra bærbar lader, men alle andre strømkilder over +16,8 volt vil også gjøre det. Andre tilleggsfunksjoner inkluderer ladningsindikator for li-ion-batteri for å spore ladeprosessen og USB 2.0-port som brukes til å lade en smarttelefon.

Trinn 1: Ressurser

Elektronikk:

• 4S BMS;
• 4S 18650 battericelleholder;
• 4S 18650 batteriladningsindikator;
• 4 stk 18650 li-ion battericeller;
• 4 stk 80x55 mm Solcellepaneler;
• USB 2.0 hunnkontakt;
• Laptop lader kvinnelige jack;
• Buck -omformer med strømbegrensende funksjon;
• Small buck converter til +5 volt;
• Taktil knapp for indikator for batterilading;
• 4 stk BAT45 Schottky -dioder;
• 1N5822 Schottky -diode eller lignende;
• 2 stk SPDT -brytere;

Konstruksjon:

• Organisk glassplate;
• Bolter og muttere;
• 9 stk vinkelbeslag;
• 2 stk hengsler;
• Varmt lim;
• Håndsag;
• Bore;
• Duct tape (valgfritt);

Trinn 2: BMS

Før jeg startet dette prosjektet, visste jeg ikke mye om li-ion batterilading, og for det jeg fant kan jeg fortelle at BMS (også kjent som Battery management system) er hovedløsningen for dette problemet (jeg sier ikke det Det er det beste og eneste). Det er et brett som sørger for at 18560 li-ion battericeller opererer under trygge og stabile forhold. Den har følgende beskyttelsesfunksjoner:

• Overladningsbeskyttelse;

  • spenning blir ikke høyere enn +4,195 V per battericelle;
  • å lade battericellene dine med en spenning som er høyere enn maksimal driftsspenning (vanligvis +4,2 V) vil skade dem;
  • hvis li-ion battericellen lades til maksimalt +4,1 V, vil levetiden være lengre sammenlignet med batteriet som ble ladet til +4,2 V;

• Underspenningsbeskyttelse;

  • battericellespenning vil ikke bli mindre enn +2,55 V;
  • hvis battericellen får utladning mindre enn minimum driftsspenning vil den bli skadet, miste noe av kapasiteten og dens egenutladningshastighet vil øke;
  • Mens du lader en li-ion-celle med en spenning som er lavere enn den minste driftsspenningen, kan den utvikle en kortslutning og sette omgivelsene i fare;

• Kortslutningsbeskyttelse;

  Battericellen din blir ikke skadet hvis det er kortslutning i systemet;

• Overstrømsbeskyttelse;

  BMS vil ikke la nåværende komme over nominell verdi;

• Batteribalansering;

  • Hvis systemet inneholder mer enn én battericeller koblet i serie, vil dette kortet sikre at alle battericeller har samme ladning;
  • Hvis for eks. vi har en li-ion battericelle som har mer ladning enn de andre den vil utlade til andre celler, noe som er veldig usunt for dem;

Det finnes en rekke BMS -kretser der ute designet for forskjellige formål. De har forskjellige beskyttelseskretser og er bygget for forskjellige batterikonfigurasjoner. I mitt tilfelle brukte jeg 4S -konfigurasjon, noe som betyr at fire battericeller er seriekoblede (4S). Dette vil omtrent produsere total spenning på +16, 8 volt og 2 Ah avhengig av kvaliteten på battericellene. Du kan også koble til nesten like mange battericelleserier parallelt som du vil for dette kortet. Dette vil øke batterikapasiteten. For å lade dette batteriet må du forsyne BMS med omtrent +16, 8 volt. Tilkoblingskretsen til BMS er på bildene.

Vær oppmerksom på at for å lade et batteri, kobler du den nødvendige forsyningsspenningen til P+ og P- pins. For å bruke oppladet batteri kobler du komponentene til B+ og B- pinner.

Trinn 3: 18650 batteriforsyning

Strømforsyningen til mitt 18650 batteri er HP +19 volt og 4, 74 ampere bærbar lader som jeg hadde liggende. Siden spenningsutgangen er litt for høy, la jeg til en bukkonverter for å senke spenningen til +16, 8 volt. Da alt allerede var bygget testet jeg denne enheten for å se hvordan den fungerer. Jeg lot den stå i vinduskarmen for å få den til å lades med solenergi. Da jeg kom hjem, la jeg merke til at battericellene mine ikke var ladet i det hele tatt. Faktisk var de helt utladet, og da jeg prøvde å lade dem med en bærbar lader, begynte bukkonverteringsbrikken å lage rare hveselyder, og det ble veldig varmt. Da jeg målte strømmen til BMS, hadde jeg avlesningen på mer enn 3,8 ampere! Dette var langt over maksimalverdiene til min buck -omformer. BMS tegnet så mye strøm fordi batteriene var helt døde.

For det første gjorde jeg alle forbindelsene mellom BMS og eksterne komponenter på nytt, så gikk jeg etter utladningsproblemet som oppstod under lading med solceller. Jeg tror dette problemet skjedde fordi det ikke var nok sollys til at bukkomformeren kunne slås på. Da det skjedde, tror jeg at laderen begynte å gå i motsatt retning - fra batteri til bukkonverter (lampe for bukkonverter var på). Alt som ble løst ved å legge til en Schottky -diode mellom BMS og buck -omformer. På den måten vil strømmen definitivt ikke komme tilbake til buck -omformeren. Denne dioden har maksimal DC -blokkeringsspenning på 40 volt og maksimal fremoverstrøm på 3 ampere.

For å løse det enorme belastningsstrømproblemet bestemte jeg meg for å bytte ut bukkomformeren min med en som hadde strømbegrensende funksjon. Denne bukkomformeren er dobbelt så stor, men heldigvis hadde jeg nok plass i skapet til å passe den. Det garanterte at belastningsstrømmen aldri vil gå over 2 ampere.

Trinn 4: Solstrømforsyning

For dette prosjektet bestemte jeg meg for å inkludere solcellepanel i blandingen. Ved å gjøre det ønsket jeg å få bedre forståelse av hvordan de fungerer og hvordan de skal brukes. Jeg valgte å koble fire 6 volt og 100 mA solcellepaneler i serie, som igjen gir meg 24 volt og 100 mA totalt ved de beste sollysforholdene. Dette gir ikke mer enn 2,4 watt effekt, noe som ikke er mye. Fra utilitaristisk synspunkt er dette tillegget ganske ubrukelig og kan knapt lade 18650 battericeller, så det er mer som en dekorasjon enn en funksjon. Under testkjøringene av denne delen fant jeg ut at denne serien med solcellepaneler bare lader 18650 battericeller under perfekte forhold. På en overskyet dag vil det kanskje ikke engang slå på en bukkonverter som følger etter solcellepanelarray.

Vanligvis vil du koble til en blokkeringsdiode etter PV4 -panel (se skjematisk). Dette ville forhindre at strømmen strømmer tilbake til solcellepaneler når det ikke er sollys og panelene ikke produserer strøm. Deretter vil en batteripakke begynne å lades ut på solcellepanelet, noe som potensielt kan skade dem. Siden jeg allerede har lagt til en D5 -diode mellom bukkonverter og 18650 batteripakke for å forhindre at strømmen strømmer tilbake, trengte jeg ikke å legge til en til. Det anbefales å bruke en Schottky -diode til dette formålet fordi de har et lavere spenningsfall enn en vanlig diode.

En annen forhåndsregel for solcellepaneler er by-pass-dioder. De er nødvendige når solcellepaneler er koblet til i en seriekonfigurasjon. De hjelper i tilfeller der ett eller flere av tilkoblede solcellepaneler er skyggelagt. Når dette skjer, vil det skyggelagte solcellepanelet ikke produsere strøm, og motstanden blir høy og blokkerer strømmen fra uskygge solcellepaneler. Her er by-pass-diode som kommer inn. Når for eksempel PV2-solcellepanel er skyggelagt, vil strømmen som produseres av PV1-solcellepanelet ta veien til minst motstand, noe som betyr at det vil strømme gjennom diode D2. Dette vil resultere i lavere effekt totalt (på grunn av skyggelagt panel), men minst vil ikke strømmen bli blokkert alle sammen. Når ingen av solcellepanelene er blokkert, vil strømmen ignorere dioder og flyte gjennom solcellepaneler fordi det er veien til minst motstand. I prosjektet mitt brukte jeg BAT45 Schottky -dioder koblet parallelt med hvert solcellepanel. Schottky -dioder anbefales fordi de har lavere spenningsfall som igjen vil gjøre hele solcellepaneloppsettet mer effektivt (i situasjoner der noen av solcellepanelene er skyggelagte).

I noen tilfeller er by-pass og blokkeringsdioder allerede integrert i solcellepanelet, noe som gjør utformingen av enheten mye enklere.

Hele solcellepaneloppsettet er koblet til A1 buck converter (senker spenningen til +16,8 volt) gjennom SPDT switch. På denne måten kan brukeren velge hvordan 18650 battericeller skal drives.

Trinn 5: Ytterligere funksjoner

For enkelhets skyld har jeg lagt til en 4S batteriladningsindikator som er koblet til via en taktil bryter for å vise om 18650 batteripakken var ladet ennå. En annen funksjon jeg la til er USB 2.0 -port som brukes til lading av enheter. Dette kan komme godt med når jeg tar med meg 18650 batterilader utenfor. Siden smarttelefoner trenger +5 volt for lading, la jeg til en nedtrappingskonverter for å senke spenningen fra +16,8 volt til +5 volt. Jeg har også lagt til en SPDT -bryter, slik at ingen ekstra strøm ville gå til spill av A2 buck -omformer når USB -port ikke brukes.

Trinn 6: Bygging av boliger

Som en base av kabinettet brukte jeg gjennomsiktige organiske glassplater som jeg har kuttet med en håndsag. Det er relativt billig og lett å bruke materiale. For å feste alt på ett sted brukte jeg metallvinkelbeslag i kombinasjon med bolter og muttere. På den måten kan du raskt montere og demontere skapet om nødvendig. På den annen side gir denne tilnærmingen enheten unødvendig vekt fordi den bruker metall. For å lage hullene som trengs for muttere brukte jeg en elektrisk drill. Solcellepaneler ble limt på organisk glass ved hjelp av varmt lim. Da alt ble satt sammen innså jeg at utseendet på denne enheten ikke var perfekt fordi du kunne se alt det elektroniske rotet gjennom gjennomsiktig glass. For å løse det dekket jeg det organiske glasset med forskjellige farger på tape.

Trinn 7: Siste ord

Selv om dette var et relativt enkelt prosjekt, hadde jeg en sjanse til å få erfaring innen elektronikk, bygge skap for mine elektroniske enheter og ble introdusert for nye (for meg) elektroniske komponenter.

Jeg håper denne instruktive var interessant og informativ for deg. Hvis du har spørsmål eller forslag, kan du gjerne kommentere?

For å få de siste oppdateringene om mine elektroniske og andre prosjekter, følg meg på facebook:

facebook.com/eRadvilla