4S 18650 Li-ion akkumulátortöltő: Sun: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Ennek a projektnek a motivációja az volt, hogy létrehoztam egy saját 18650 -es akkumulátorcellás töltőállomást, amely létfontosságú része lesz a jövőbeli vezeték nélküli (energiaellátó) projektjeimnek. Azért döntöttem a vezeték nélküli út mellett, mert ez teszi az elektronikus projekteket mobilisá, kevésbé terjedelmessé, és van egy rakás megmentett 18650 akkumulátorcellám.

A projektemhez úgy döntöttem, hogy egyszerre négy 18650-es lítium-ion akkumulátort töltök, és sorba kapcsolom, ami így 4S akkumulátor-elrendezést jelent. A szórakozás kedvéért úgy döntöttem, hogy négy napelemet szerelek a készülékem tetejére, amely alig tölti fel az elemeket … de jól néz ki. Ezt a projektet tartalék laptop töltő táplálja, de minden más, +16,8 volt feletti áramforrás is megteszi. További további funkciók közé tartozik a töltési folyamat nyomon követésére szolgáló lítium-ion akkumulátor töltésjelző és az okostelefon töltéséhez használt USB 2.0 port.

1. lépés: Erőforrások

Elektronika:

• 4S BMS;
• 4S 18650 elemcellatartó;
• 4S 18650 akkumulátor töltöttség jelző;
• 4 db 18650 lítium-ion akkumulátor;
• 4 db 80x55 mm napelem;
• USB 2.0 női csatlakozó;
• Laptop töltő női csatlakozó;
• Buck konverter áramkorlátozó funkcióval;
• Kis bak konverter +5 voltra;
• Tapintható gomb az akkumulátor töltöttségének jelzésére;
• 4 db BAT45 Schottky dióda;
• 1N5822 Schottky dióda vagy bármi hasonló;
• 2 db SPDT kapcsoló;

Építkezés:

• Szerves üveglap;
• Csavarok és anyacsavarok;
• 9 db szögtartó;
• 2 db zsanér;
• Forró ragasztó;
• Kézifűrész;
• Fúró;
• Ragasztószalag (opcionális);

2. lépés: BMS

Mielőtt elkezdtem ezt a projektet, nem sokat tudtam a lítium-ion akkumulátorok töltéséről, és amit találtam, elmondhatom, hogy a BMS (más néven akkumulátorkezelő rendszer) a fő megoldás erre a problémára (nem mondom, hogy Ez a legjobb és egyetlen). Ez egy tábla, amely biztosítja, hogy 18560 lítium-ion akkumulátor biztonságos és stabil körülmények között működjön. A következő védelmi jellemzőkkel rendelkezik:

• Túltöltés elleni védelem;

  • feszültség nem lesz magasabb, mint +4,195 V elemcellánként;
  • ha az akkumulátorcellákat a maximális üzemi feszültségnél (általában +4,2 V) magasabb feszültséggel tölti fel, azok károsodhatnak;
  • ha a lítium-ion akkumulátor legfeljebb +4,1 V-ra van feltöltve, akkor az élettartama hosszabb lesz, mint a +4,2 V-ra feltöltött akkumulátor;

• Alulfeszültség -védelem;

  • az akkumulátor cella feszültsége nem lesz kevesebb, mint +2,55 V;
  • ha az akkumulátorcellát a minimális üzemi feszültségnél alacsonyabban engedik le, akkor megsérül, elveszíti kapacitásának egy részét, és az önkisülés mértéke nő;
  • Miközben a lítium-ion cellát tölti, amelynek feszültsége a minimális üzemi feszültség alatt van, rövidzárlatot okozhat, és veszélybe sodorhatja környezetét;

• Rövidzárlat elleni védelem;

  Az akkumulátor cella nem sérül meg, ha rövidzárlat van a rendszerben;

• Túlfeszültség védelem;

  A BMS nem engedi, hogy az áram a névleges érték fölé kerüljön;

• Akkumulátor kiegyensúlyozás;

  • Ha a rendszer egynél több akkumulátorcellát tartalmaz sorba kötve, akkor ez a kártya gondoskodik arról, hogy minden akkumulátorcella azonos töltéssel rendelkezzen;
  • Ha pl. van egy lítium-ion akkumulátor cellánk, amely több töltéssel rendelkezik, mint a többi, és más cellákra lemerül, ami nagyon egészségtelen számukra;

Számos BMS áramkör létezik különböző célokra. Különböző védelmi áramkörökkel rendelkeznek, és különböző akkumulátor -konfigurációkhoz vannak kialakítva. Az én esetemben 4S konfigurációt használtam, ami azt jelenti, hogy négy akkumulátorcella sorba van kötve (4S). Ez körülbelül +16, 8 volt és 2 Ah teljes feszültséget eredményez az akkumulátorcellák minőségétől függően. Ezenkívül szinte annyi akkumulátorcellát csatlakoztathat párhuzamosan, mint amennyit szeretne ehhez a laphoz. Ez növelné az akkumulátor kapacitását. Az akkumulátor feltöltéséhez a BMS -nek körülbelül +16, 8 volt feszültséget kell biztosítania. A BMS csatlakozási áramköre a képeken látható.

Vegye figyelembe, hogy az akkumulátor töltéséhez a szükséges tápfeszültséget a P+ és P-érintkezőkhöz kell csatlakoztatni. A feltöltött akkumulátor használatához csatlakoztassa az alkatrészeket a B+ és B-érintkezőkhöz.

3. lépés: 18650 elemellátás

Az 18650 -es akkumulátorom tápellátása HP +19 voltos és 4,74 amper laptop töltő volt, amit lefektettem. Mivel a kimeneti feszültsége kissé túl magas, hozzáadtam egy bak -átalakítót, hogy csökkentse a feszültséget +16, 8 voltra. Amikor már minden meg volt építve, teszteltem ezt az eszközt, hogy lássam, hogyan működik. Az ablakpárkányon hagytam, hogy napenergiával töltse fel. Amikor hazatértem, észrevettem, hogy az akkumulátor celláim egyáltalán nincsenek feltöltve. Valójában teljesen lemerültek, és amikor laptop töltővel próbáltam tölteni őket, a buck converter chip furcsa sziszegő hangokat kezdett kiadni, és nagyon meleg lett. Amikor a BMS -hez áramot mértem, több mint 3,8 amper értéket kaptam! Ez jóval meghaladta a bakkonverterem maximális értékeit. A BMS akkora áramot vett fel, mert az elemek teljesen lemerültek.

Először is újracsináltam az összes kapcsolatot a BMS és a külső komponensek között, majd a napelemes töltés során fellépő kisütési probléma után jártam. Azt hiszem, ez a probléma azért történt, mert nem volt elegendő napfény a bak konverter bekapcsolásához. Amikor ez megtörtént, azt hiszem, a töltő ellentétes irányba indult - az akkumulátortól a buck konverterig (a buck converter jelzőfénye világított). Mindezt úgy oldották meg, hogy Schottky diódát adtak a BMS és a Buck konverter közé. Így az áram biztosan nem tér vissza a bak konverterhez. Ennek a diódának a maximális egyenáramú blokkoló feszültsége 40 volt, és a maximális előremenő áram 3 amper.

A hatalmas terhelési áram probléma megoldása érdekében úgy döntöttem, hogy lecserélem a Buck konverteremet egy olyanra, amely áramkorlátozó funkcióval rendelkezik. Ez a bak konverter kétszer akkora, de szerencsére elég hely volt a házamban, hogy elférjen. Ez garantálta, hogy a terhelési áram soha nem haladja meg a 2 ampert.

4. lépés: Napenergia -ellátás

Ehhez a projekthez úgy döntöttem, hogy a napelemeket beépítem a keverékbe. Ezzel jobban meg akartam érteni, hogyan működnek és hogyan kell használni őket. Úgy döntöttem, hogy négy 6 voltos és 100 mA -es napelemet sorba kapcsolok, ami viszont 24 voltot és összesen 100 mA -t biztosít számomra a legjobb napsütéses körülmények között. Ez legfeljebb 2,4 watt teljesítményt jelent, ami nem sok. Haszonelvű szempontból ez a kiegészítés meglehetősen haszontalan, és alig tölthet fel 18650 akkumulátorcellát, így inkább dekoráció, mint szolgáltatás. Ennek a résznek a tesztelései során azt tapasztaltam, hogy ez a napelem -sorozat csak 18650 akkumulátorcellát tölt fel tökéletes körülmények között. Egy felhős napon előfordulhat, hogy nem is kapcsol be egy buck konvertert, ami a napelemes tömb után következik.

Általában egy blokkoló diódát csatlakoztatna a PV4 panel után (nézze meg a vázlatot). Ez megakadályozná, hogy az áram visszatérjen a napelemekhez, ha nincs napfény, és a panelek nem termelnek energiát. Ekkor egy akkumulátor elkezd lemerülni a napelem panelre, ami potenciálisan károsíthatja őket. Mivel már hozzáadtam egy D5 diódát a buck konverter és az 18650 akkumulátor között, hogy megakadályozzam az áram visszaáramlását, nem kellett hozzá másikat. Erre a célra ajánlott Schottky diódát használni, mert alacsonyabb a feszültségcsökkenésük, mint egy normál dióda.

A napelemek másik elővigyázatossági sorát a bypass-diódák jelentik. Szükség van rájuk, ha a napelemeket soros konfigurációban csatlakoztatják. Segítenek azokban az esetekben, amikor egy vagy több csatlakoztatott napelem el van árnyékolva. Amikor ez megtörténik, az árnyékolt napelem nem termel energiát, és ellenállása magas lesz, és megakadályozza az árnyékolás nélküli napelemek áramlását. Itt vannak a bypass-diódák. Ha például a PV2 napelemeket árnyékolják, akkor a PV1-es napelem által termelt áram a legkisebb ellenállás útjára lép, vagyis átfolyik a D2 diódán. Ez összességében alacsonyabb teljesítményt eredményez (az árnyékolt panel miatt), de legalább az áram nem lesz blokkolva. Ha a napelemek egyike sem blokkolódik, az áram figyelmen kívül hagyja a diódákat, és átfolyik a napelemeken, mert ez a legkisebb ellenállás útja. A projektem során minden egyes napelemmel párhuzamosan csatlakoztatott BAT45 Schottky diódákat használtam. A Schottky diódákat azért ajánljuk, mert alacsonyabb a feszültségcsökkenésük, ami viszont a teljes napelem -tömböt hatékonyabbá teszi (olyan helyzetekben, amikor a napelemek egy része árnyékolt).

Bizonyos esetekben a bypass és a blokkoló diódák már integrálva vannak a napelembe, ami jelentősen megkönnyíti a készülék tervezését.

Az egész napelem -panel az SPDT kapcsolón keresztül csatlakozik az A1 buck konverterhez (+16,8 voltra csökkenti a feszültséget). Ily módon a felhasználó kiválaszthatja, hogy az 18650 akkumulátorcellákat hogyan kell táplálni.

5. lépés: További szolgáltatások

A kényelem kedvéért hozzáadtam egy 4S akkumulátor töltöttség jelzőt a tapintható kapcsolón keresztül, hogy megmutassa, hogy az 18650 akkumulátor már feltöltődött -e. Egy másik funkció, amelyet hozzáadtam, az USB 2.0 port, amelyet az eszköz töltésére használnak. Ez jól jöhet, ha kiviszem az 18650 -es akkumulátortöltőt. Mivel az okostelefonok töltéséhez +5 volt szükséges, hozzáadtam egy lecsökkentett bakkonvertert, hogy csökkentse a feszültséget +16,8 voltról +5 voltra. Ezenkívül hozzáadtam egy SPDT kapcsolót, így az A2 buck konverter nem pazarol további energiát, ha nem használja az USB portot.

6. lépés: Lakásépítés

A ház burkolatának alapjául átlátszó szerves üveglapokat használtam, amelyeket kézi fűrésszel vágtam. Viszonylag olcsó és könnyen használható anyag. Mindent egy helyen rögzíteni, fém sarokkonzolokat használtam csavarokkal és anyákkal. Így szükség esetén gyorsan össze- és szétszerelheti a burkolatot. Másrészt ez a megközelítés felesleges súlyt ad a készüléknek, mert fémet használ. Az anyákhoz szükséges lyukak elkészítéséhez elektromos fúrót használtam. A napelemeket szerves üvegre ragasztották forró ragasztóval. Amikor mindent összeszedtem, rájöttem, hogy ennek a készüléknek a kinézete nem tökéletes, mert átlátszó üvegen keresztül láthatja az összes elektronikus rendetlenséget. Ennek megoldására a szerves üveget különböző színű ragasztószalaggal borítottam.

7. lépés: Utolsó szavak

Bár ez egy viszonylag egyszerű projekt volt, volt alkalmam tapasztalatokat szerezni az elektronikában, az elektronikai eszközeim házának építésében, és megismerkedtem az új (számomra) elektronikus alkatrészekkel.

Remélem, ez a tanulság érdekes és informatív volt az Ön számára. Ha bármilyen kérdése vagy javaslata van, kérjük, írjon megjegyzést?

Ahhoz, hogy megkapja az elektronikus és egyéb projektjeim legfrissebb frissítéseit, kövessen engem a Facebookon:

facebook.com/eRadvilla