4S 18650 Li-ion battericelle oplader Drevet af Sun: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Motivationen til at påtage sig dette projekt var at oprette min egen 18650 battericelle -ladestation, der vil være en vital del i mine fremtidige trådløse (strømmæssige) projekter. Jeg valgte at tage en trådløs rute, fordi det gør elektroniske projekter mobile, mindre omfangsrige, og jeg har en bunke bjærgede 18650 battericeller liggende.

Til mit projekt valgte jeg at oplade fire 18650 li-ion batterier på én gang og serieforbundet, hvilket gør dette til et 4S batteriarrangement. Bare for sjov skyld besluttede jeg at montere fire solpaneler oven på min enhed, som næsten ikke engang oplader battericellerne … men det ser cool ud. Dette projekt drives af en ekstra bærbar oplader, men enhver anden strømkilde over +16,8 volt vil også gøre det. Andre yderligere funktioner inkluderer Li-ion batteriopladningsindikator til sporing af opladningsprocessen og USB 2.0-port, der bruges til at oplade en smartphone.

Trin 1: Ressourcer

Elektronik:

• 4S BMS;
• 4S 18650 battericelleholder;
• 4S 18650 batteriopladningsindikator;
• 4 stk. 18650 li-ion battericeller;
• 4 stk. 80x55 mm Solpaneler;
• USB 2.0 hunstik;
• Laptop oplader hunstik;
• Buck -konverter med strømbegrænsende funktion;
• Small buck converter til +5 volt;
• Taktil knap til indikator for batteriopladning;
• 4 stk. BAT45 Schottky -dioder;
• 1N5822 Schottky -diode eller lignende;
• 2 stk SPDT switches;

Konstruktion:

• Organisk glasplade;
• Bolte og møtrikker;
• 9 stk vinkelbeslag;
• 2 stk hængsler;
• Varm lim;
• Håndsav;
• Bore;
• Gaffatape (valgfrit);

Trin 2: BMS

Inden jeg startede dette projekt, vidste jeg ikke meget om opladning af li-ion-batterier, og for det, jeg fandt, kan jeg fortælle, at BMS (også kendt som Battery management system) er hovedløsningen for dette problem (jeg siger ikke, at Det er det bedste og eneste). Det er et kort, der sørger for, at 18560 li-ion battericeller fungerer under sikre og stabile forhold. Det har følgende beskyttelsesfunktioner:

• Overladningsbeskyttelse;

  • spænding bliver ikke højere end +4,195 V pr. battericelle;
  • opladning af dine battericeller med en spænding, der er højere end den maksimale driftsspænding (typisk +4,2 V), vil beskadige dem;
  • hvis li-ion-battericellen oplades til maksimalt +4,1 V, vil dens levetid være længere i forhold til batteriet, der blev opladet til +4,2 V;

• Underspændingsbeskyttelse;

  • battericellespænding får ikke mindre end +2,55 V;
  • hvis battericellen får lov til at aflade mindre end minimum driftsspænding, vil den blive beskadiget, miste en del af dens kapacitet, og dens selvafladningshastighed vil stige;
  • Under opladning af en li-ion-celle, hvilken spænding er under dens minimumsspænding, kan den udvikle en kortslutning og bringe dens omgivelser i fare;

• Kortslutningsbeskyttelse;

  Din battericelle bliver ikke beskadiget, hvis der er kortslutning i dit system;

• Overstrømsbeskyttelse;

  BMS lader ikke strøm komme over den nominelle værdi;

• Batteribalance;

  • Hvis systemet indeholder mere end én battericeller forbundet i serie, vil dette kort sikre, at alle battericeller har den samme opladning;
  • Hvis der f.eks. vi har en li-ion battericelle, der har mere ladning end de andre, den vil aflade til andre celler, hvilket er meget usundt for dem;

Der findes forskellige BMS -kredsløb derude designet til forskellige formål. De har forskellige beskyttelseskredsløb i dem og er bygget til forskellige batterikonfigurationer. I mit tilfælde brugte jeg 4S -konfiguration, hvilket betyder, at fire battericeller er forbundet i serie (4S). Dette vil cirka producere en samlet spænding på +16, 8 volt og 2 Ah afhængigt af battericellernes kvalitet. Du kan også forbinde næsten lige så mange battericelle -serier parallelt som du ønsker til dette kort. Dette vil øge batterikapaciteten. For at oplade dette batteri skal du forsyne BMS med cirka +16, 8 volt. BMS -forbindelseskredsløbet er på billederne.

Bemærk, at for at oplade et batteri tilsluttes den nødvendige forsyningsspænding til P+ og P-pins. For at bruge opladet batteri tilslutter du dine komponenter til B+ og B- ben.

Trin 3: 18650 batteriforsyning

Strømforsyningen til mit 18650 batteri er HP +19 volt og 4, 74 ampere bærbar oplader, som jeg havde liggende. Da dens spændingsudgang er lidt for høj, tilføjede jeg en bukkonverter til at sænke spændingen til +16, 8 volt. Da alt allerede var bygget, testede jeg denne enhed for at se, hvordan den fungerer. Jeg efterlod den på vindueskarmen for at få den til at oplades ved hjælp af solenergi. Da jeg kom hjem, bemærkede jeg, at mine battericeller slet ikke var opladet. Faktisk blev de helt afladet, og da jeg forsøgte at oplade dem ved hjælp af en bærbar oplader, begyndte buck converter -chippen at lave mærkelige hvæsende lyde, og det blev virkelig varmt. Da jeg målte strømmen til BMS, har jeg læst mere end 3,8 ampere! Dette var langt over de maksimale vurderinger af min buck -konverter. BMS trak så meget strøm, fordi batterierne var helt døde.

For det første redigerede jeg alle forbindelserne mellem BMS og eksterne komponenter, og derefter gik jeg efter afladningsproblemet, der opstod under opladning med solceller. Jeg tror, at dette problem skete, fordi der ikke var nok sollys til, at buck -konverter kunne tænde. Da det skete, tror jeg, at opladeren begyndte at gå i modsat retning - fra batteri til bukkonverter (lampe til bukkonverter var tændt). Alt det blev løst ved at tilføje en Schottky -diode mellem BMS og buck -omformer. På den måde kommer strømmen bestemt ikke tilbage til buck -konverter. Denne diode har maksimal DC -blokeringsspænding på 40 volt og maksimal fremadgående strøm på 3 ampere.

For at løse det enorme belastningsstrømproblem besluttede jeg mig for at udskifte min bukkonverter med en, der havde strømbegrænsende funktion. Denne bukkonverter er dobbelt så stor, men heldigvis havde jeg nok plads i mit kabinet til at passe den. Det garanterede, at belastningsstrømmen aldrig vil gå over 2 ampere.

Trin 4: Solenergiforsyning

Til dette projekt besluttede jeg at integrere solpanel i blandingen. Ved at gøre det ønskede jeg at få en bedre forståelse af, hvordan de fungerer, og hvordan de bruges. Jeg valgte at forbinde fire 6 volt og 100 mA solpaneler i serie, hvilket igen giver mig 24 volt og 100 mA i alt ved de bedste sollysforhold. Dette giver ikke mere end 2,4 watt effekt, hvilket ikke er meget. Fra utilitaristisk synspunkt er denne tilføjelse ret ubrugelig og kan næsten ikke oplade 18650 battericeller, så den er mere som en dekoration end en funktion. Under mine testkørsler af denne del fandt jeg ud af, at denne række solpaneler kun oplader 18650 battericeller under perfekte forhold. På en overskyet dag tænder den måske ikke engang en bukkonverter, der følger efter solpanelarray.

Normalt ville du tilslutte en blokeringsdiode efter PV4 -panel (se i skematisk). Dette ville forhindre strømmen i at strømme tilbage til solpaneler, når der ikke er sollys, og paneler ikke producerer strøm. Så ville en batteripakke begynde at aflade til solpanel -arrayet, som potentielt kan skade dem. Da jeg allerede tilføjede en D5 -diode mellem buck -omformer og 18650 batteripakke for at forhindre, at strømmen flyder tilbage, behøvede jeg ikke at tilføje en anden. Det anbefales at bruge en Schottky -diode til dette formål, fordi de har et lavere spændingsfald end en almindelig diode.

En anden forsigtighedsregel for solpaneler er by-pass-dioderne. De er nødvendige, når solpaneler er forbundet i en seriekonfiguration. De hjælper i tilfælde, hvor et eller flere af tilsluttede solpaneler er skraverede. Når dette sker, vil det skyggefulde solpanel ikke producere nogen strøm, og dets modstand bliver høj, hvilket blokerer strømmen fra uskygge solpaneler. Her kommer by-pass-diode ind. Når f.eks. PV2-solpanel er skraveret, vil den strøm, der produceres af PV1-solpanelet, tage vejen med mindst modstand, hvilket betyder, at det vil strømme gennem diode D2. Dette vil resultere i lavere effekt i alt (på grund af skraveret panel), men i det mindste vil strømmen ikke blive blokeret alle sammen. Når ingen af solpanelerne er blokeret, ignorerer strømmen dioderne og strømmer gennem solpaneler, fordi det er vejen med mindst modstand. I mit projekt brugte jeg BAT45 Schottky -dioder forbundet parallelt med hvert solpanel. Schottky -dioder anbefales, fordi de har et lavere spændingsfald, hvilket igen vil gøre hele solpanel -arrayet mere effektivt (i situationer, hvor nogle af solpanelerne er skraverede).

I nogle tilfælde er by-pass og blokeringsdioder allerede integreret i solpanelet, hvilket gør designet af din enhed meget lettere.

Hele solpanelarrayet er forbundet til A1 buck -konverter (sænker spændingen til +16,8 volt) via SPDT -switch. På denne måde kan brugeren vælge, hvordan 18650 battericeller skal drives.

Trin 5: Yderligere funktioner

For nemheds skyld har jeg tilføjet en 4S batteriopladningsindikator, der er forbundet via taktil switch for at vise, om 18650 batteripakken var opladet endnu. En anden funktion, som jeg tilføjede, er USB 2.0 -port, der bruges til opladning af enheden. Dette kan være praktisk, når jeg tager min 18650 batterioplader udenfor. Da smartphones har brug for +5 volt til opladning, tilføjede jeg en step-down buck converter til at sænke spændingen fra +16,8 volt til +5 volt. Jeg har også tilføjet en SPDT -switch, så ingen ekstra strøm ville blive spildt af A2 buck -konverter, når USB -port ikke bruges.

Trin 6: Opførelse af boliger

Som en base af kabinettet brugte jeg gennemsigtige organiske glasplader, som jeg har skåret med en håndsav. Det er relativt billigt og let at bruge materiale. For at fastgøre alt på ét sted brugte jeg metalvinkelbeslag i kombination med bolte og møtrikker. På den måde kan du hurtigt samle og adskille kabinettet, hvis det er nødvendigt. På den anden side tilføjer denne tilgang unødvendig vægt til enheden, fordi den bruger metal. For at lave de nødvendige huller til møtrikker brugte jeg en elektrisk boremaskine. Solpaneler blev limet til organisk glas ved hjælp af varm lim. Da alt var sat sammen, indså jeg, at denne enheds udseende ikke var perfekt, fordi du kunne se alt det elektroniske rod gennem gennemsigtigt glas. For at løse det dækkede jeg det organiske glas med forskellige farver på tape.

Trin 7: Sidste ord

Selvom dette var et relativt let projekt, havde jeg en chance for at få erfaring inden for elektronik, bygge kabinetter til mine elektroniske enheder og blev introduceret til nye (for mig) elektroniske komponenter.

Jeg håber, at denne instruktive var interessant og informativ for dig. Hvis du har spørgsmål eller forslag, er du velkommen til at kommentere?

For at få de seneste opdateringer om mine elektroniske og andre projekter skal du følge mig på facebook:

facebook.com/eRadvilla