4S 18650 ličio jonų akumuliatoriaus įkroviklis, veikiantis „Sun“: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Motyvacija imtis šio projekto buvo sukurti savo 18650 akumuliatoriaus elementų įkrovimo stotį, kuri bus esminė mano būsimų belaidžių (energijos šaltinių) projektų dalis. Pasirinkau belaidį maršrutą, nes dėl to elektroniniai projektai tampa mobilūs, mažiau didelių gabaritų, ir aš turiu krūvą išgelbėtų 18650 akumuliatoriaus elementų.

Savo projektui pasirinkau įkrauti keturias 18650 ličio jonų baterijas vienu metu ir prijungti nuosekliai, todėl tai yra 4S akumuliatorių išdėstymas. Tiesiog savo malonumui nusprendžiau ant savo prietaiso sumontuoti keturis saulės kolektorius, kurie beveik net neįkrauna baterijų elementų … bet atrodo šauniai. Šį projektą maitina atsarginis nešiojamojo kompiuterio įkroviklis, tačiau tiks ir bet kuris kitas maitinimo šaltinis, viršijantis 16,8 volto įtampą. Kitos papildomos funkcijos apima ličio jonų akumuliatoriaus įkrovos indikatorių, skirtą įkrovimo procesui sekti, ir USB 2.0 prievadą, naudojamą išmaniajam telefonui įkrauti.

1 žingsnis: ištekliai

Elektronika:

• 4S BMS;
• 4S 18650 akumuliatoriaus elementų laikiklis;
• 4S 18650 akumuliatoriaus įkrovos indikatorius;
• 4 vnt 18650 ličio jonų akumuliatoriaus elementų;
• 4 vnt. 80x55 mm saulės kolektoriai;
• USB 2.0 moterų lizdas;
• Nešiojamojo kompiuterio įkroviklio lizdas;
• Buck konverteris su srovės ribojimo funkcija;
• Mažas pinigų keitiklis iki +5 voltų;
• Liečiamas akumuliatoriaus įkrovos indikatoriaus mygtukas;
• 4 vnt BAT45 Schottky diodai;
• 1N5822 Schottky diodas arba kažkas panašaus;
• 2 vnt SPDT jungikliai;

Konstrukcija:

• Organinio stiklo lakštas;
• Varžtai ir veržlės;
• 9 vnt kampiniai laikikliai;
• 2 vnt. Vyriai;
• Karšti klijai;
• Rankinis pjūklas;
• Grąžtas;
• Lipni juosta (neprivaloma);

2 žingsnis: BMS

Prieš pradėdamas šį projektą, aš daug nežinojau apie ličio jonų akumuliatorių įkrovimą, ir, ką radau, galiu pasakyti, kad BMS (taip pat žinoma kaip akumuliatoriaus valdymo sistema) yra pagrindinis šios problemos sprendimas (nesakau, kad Tai geriausias ir vienintelis). Tai plokštė, užtikrinanti, kad 18560 ličio jonų akumuliatoriaus elementai veiktų saugiai ir stabiliai. Jis turi šias apsaugos funkcijas:

• Apsauga nuo per didelio įkrovimo;

  • vieno akumuliatoriaus elemento įtampa nebus didesnė kaip +4,195 V;
  • įkraunant akumuliatoriaus elementus, kurių įtampa yra didesnė nei maksimali darbinė įtampa (paprastai +4,2 V), jie bus sugadinti;
  • jei ličio jonų akumuliatoriaus elementas įkraunamas maksimaliai +4,1 V, jo tarnavimo laikas bus ilgesnis, palyginti su akumuliatoriumi, kuris buvo įkrautas iki +4,2 V;

• Apsauga nuo įtampos;

  • akumuliatoriaus elemento įtampa bus ne mažesnė kaip +2,55 V;
  • jei akumuliatoriaus elementui leidžiama išsikrauti mažiau nei minimali darbinė įtampa, jis bus sugadintas, praras dalį savo talpos ir padidės savaiminio išsikrovimo greitis;
  • Kai įkraunamas ličio jonų elementas, kurio įtampa yra mažesnė už minimalią darbinę įtampą, jis gali sukelti trumpąjį jungimą ir sukelti pavojų aplinkai;

• Apsauga nuo trumpojo jungimo;

  Jei jūsų sistemoje yra trumpasis jungimas, jūsų akumuliatoriaus elementas nebus pažeistas;

• Apsauga nuo viršsrovių;

  BMS neleis srovei pakilti virš vardinės vertės;

• Baterijų balansavimas;

  • Jei sistemoje yra daugiau nei vienas nuosekliai sujungtas akumuliatoriaus elementas, ši plokštė užtikrins, kad visi akumuliatoriaus elementai būtų vienodai įkrauti;
  • Jei dėl buv. mes turime vieną ličio jonų akumuliatoriaus elementą, kuris turi daugiau įkrovimo nei kiti, jis išsikrauna į kitas ląsteles, o tai jiems yra labai nesveika;

Yra įvairių BMS grandinių, skirtų įvairiems tikslams. Jie turi skirtingas apsaugos grandines ir yra pritaikyti skirtingoms baterijų konfigūracijoms. Mano atveju naudojau 4S konfigūraciją, o tai reiškia, kad keturi akumuliatoriaus elementai yra prijungti nuosekliai (4S). Tai maždaug sukuria +16, 8 voltų ir 2 Ah įtampą, priklausomai nuo akumuliatoriaus elementų kokybės. Be to, prie šios plokštės galite lygiagrečiai prijungti beveik tiek pat baterijų elementų serijų. Tai padidintų akumuliatoriaus talpą. Norėdami įkrauti šią bateriją, turėsite tiekti BMS apie +16, 8 voltų. BMS prijungimo grandinė yra nuotraukose.

Atkreipkite dėmesį, kad norint įkrauti akumuliatorių, reikiama maitinimo įtampa prijungiama prie P+ ir P-kaiščių. Norėdami naudoti įkrautą akumuliatorių, prijunkite komponentus prie „B+“ir „B“kaiščių.

3 žingsnis: 18650 baterijos tiekimas

Mano 18650 baterijos maitinimo šaltinis yra HP +19 voltų ir 4,74 amperų nešiojamojo kompiuterio įkroviklis, kurį turėjau. Kadangi jo įtampa yra šiek tiek per didelė, pridėjau „Buck“keitiklį, kad įtampa sumažėtų iki +16, 8 voltų. Kai viskas jau buvo pastatyta, išbandžiau šį įrenginį, kad pamatyčiau, kaip jis veikia. Palikau ant palangės, kad įkrautų naudojant saulės energiją. Grįžusi namo pastebėjau, kad mano akumuliatoriaus elementai visai neįkrauti. Tiesą sakant, jie buvo visiškai išsikrovę ir kai bandžiau juos įkrauti nešiojamojo kompiuterio įkrovikliu, „Buck“keitiklio lustas pradėjo skleisti keistus šnypštimo garsus ir tapo tikrai karšta. Kai matavau srovę, einančią į BMS, gavau daugiau nei 3,8 amperų rodmenis! Tai gerokai viršijo maksimalius mano pinigų konverterio įvertinimus. BMS tiekė srovę, nes baterijos buvo visiškai išsikrovusios.

Pirma, aš perdariau visas jungtis tarp BMS ir išorinių komponentų, tada ėmiausi išsikrovimo problemos, atsiradusios įkraunant saulės energiją. Manau, kad ši problema įvyko, nes nepakanka saulės šviesos, kad įjungtų „Buck“konverterį. Kai tai atsitiko, manau, kad įkroviklis pradėjo važiuoti priešinga kryptimi - nuo akumuliatoriaus iki keitiklio (dega buck keitiklio lemputė). Visa tai buvo išspręsta pridėjus Schottky diodą tarp BMS ir „Buck“keitiklio. Tokiu būdu srovė tikrai negrįš į „Buck“keitiklį. Šio diodo maksimali nuolatinės srovės blokavimo įtampa yra 40 voltų, o didžiausia priekinė srovė - 3 amperai.

Norėdami išspręsti didžiulę apkrovos srovės problemą, nusprendžiau pakeisti savo „Buck“keitiklį tokiu, kuris turėjo srovės ribojimo funkciją. Šis „Buck“keitiklis yra dvigubai didesnis, bet, laimei, savo korpuse turėjau pakankamai vietos, kad tilptų. Tai garantavo, kad apkrovos srovė niekada neviršys 2 amperų.

4 žingsnis: saulės energijos tiekimas

Šiam projektui nusprendžiau į mišinį įtraukti saulės kolektorių. Tai darydamas norėjau geriau suprasti, kaip jie veikia ir kaip juos naudoti. Aš nusprendžiau nuosekliai prijungti keturias 6 voltų ir 100 mA saulės baterijas, o tai savo ruožtu suteikia 24 voltų ir iš viso 100 mA geriausiomis saulės sąlygomis. Tai sukuria ne daugiau kaip 2,4 vatų galios, o tai nėra daug. Naudingumo požiūriu, šis papildymas yra gana nenaudingas ir gali vos įkrauti 18650 akumuliatoriaus elementų, todėl jis yra daugiau kaip puošmena nei funkcija. Per šios dalies bandomuosius važiavimus pastebėjau, kad šis saulės kolektorių rinkinys puikiomis sąlygomis įkrauna tik 18650 akumuliatoriaus elementų. Debesuotą dieną jis gali net neįjungti „Buck“keitiklio, kuris seka po saulės kolektorių masyvo.

Paprastai po PV4 skydo prijungiate blokuojantį diodą (žiūrėkite schemoje). Tai neleistų srovei tekėti atgal į saulės kolektorius, kai nėra saulės šviesos ir plokštės negamina jokios energijos. Tada baterija pradės išsikrauti ant saulės kolektorių bloko, o tai gali jiems pakenkti. Kadangi aš jau pridėjau D5 diodą tarp „Buck“keitiklio ir 18650 akumuliatoriaus, kad srovė nebėgtų atgal, man nereikėjo pridėti kito. Šiam tikslui rekomenduojama naudoti Schottky diodą, nes jie turi mažesnį įtampos kritimą nei įprastas diodas.

Kita atsargumo priemonė saulės kolektoriams yra apėjimo diodai. Jie reikalingi, kai saulės kolektoriai yra prijungti nuosekliai. Jie padeda tais atvejais, kai viena ar daugiau prijungtų saulės baterijų yra užtemdytos. Kai taip atsitiks, tamsintas saulės kolektorius negamins energijos, o jo atsparumas taps didelis, blokuojant srovės srautą iš neužtemdytų saulės kolektorių. Čia įeina aplinkkelio diodas. Kai, pavyzdžiui, saulės kolektorius PV2 yra užtemdytas, saulės kolektoriaus PV1 gaminama srovė eis mažiausio pasipriešinimo keliu, tai reiškia, kad ji tekės per diodą D2. Dėl to iš viso sumažės galia (dėl tamsesnio skydelio), bet bent jau srovė nebus užblokuota kartu. Kai nė viena saulės baterija nėra užblokuota, srovė ignoruos diodus ir tekės per saulės kolektorius, nes tai yra mažiausio pasipriešinimo kelias. Savo projekte naudojau BAT45 Schottky diodus, sujungtus lygiagrečiai su kiekviena saulės baterija. Rekomenduojami Schottky diodai, nes jie turi mažesnį įtampos kritimą, o tai savo ruožtu padarys visą saulės kolektorių masyvą efektyvesnį (kai kai kurios saulės baterijos yra užtemdytos).

Kai kuriais atvejais apėjimo ir blokavimo diodai jau yra integruoti į saulės kolektorių, todėl jūsų prietaiso dizainas yra daug lengvesnis.

Visas saulės kolektorių blokas yra prijungtas prie A1 keitiklio keitiklio (įtampa sumažinama iki +16,8 voltų) per SPDT jungiklį. Tokiu būdu vartotojas gali pasirinkti, kaip turėtų būti maitinami 18650 akumuliatoriaus elementai.

5 veiksmas: papildomos funkcijos

Patogumo dėlei pridėjau 4S akumuliatoriaus įkrovos indikatorių, prijungtą per lytėjimo jungiklį, kad parodytų, ar 18650 akumuliatorius jau buvo įkrautas. Kita mano pridėta funkcija yra USB 2.0 prievadas, naudojamas įrenginiui įkrauti. Tai gali praversti, kai 18650 akumuliatoriaus įkroviklį išnešiu į lauką. Kadangi išmaniesiems telefonams įkrauti reikia +5 voltų, aš pridėjau pakopinį keitiklį, kad įtampa sumažėtų nuo +16,8 voltų iki +5 voltų. Be to, pridėjau SPDT jungiklį, kad A2 buck konverteris nešvaistytų papildomos energijos, kai nenaudojamas USB prievadas.

6 žingsnis: būsto statyba

Kaip korpuso korpuso pagrindą naudojau skaidrius organinio stiklo lakštus, kuriuos nukirpau rankiniu pjūklu. Tai palyginti pigi ir lengvai naudojama medžiaga. Norėdami viską pritvirtinti vienoje vietoje, aš naudoju metalinius kampinius laikiklius kartu su varžtais ir veržlėmis. Tokiu būdu, jei reikia, galite greitai surinkti ir išardyti korpusą. Kita vertus, šis metodas prideda nereikalingą prietaiso svorį, nes jame naudojamas metalas. Norėdami padaryti skylutes, reikalingas veržlėms, naudoju elektrinį grąžtą. Saulės plokštės buvo klijuojamos prie organinio stiklo, naudojant karštus klijus. Kai viskas buvo sudėta, supratau, kad šio prietaiso išvaizda nėra tobula, nes visą skaidrumą galite matyti per skaidrų stiklą. Norėdami tai išspręsti, organinį stiklą padengiau skirtingų spalvų lipnia juosta.

7 žingsnis: paskutiniai žodžiai

Nors tai buvo gana lengvas projektas, turėjau galimybę įgyti patirties elektronikos srityje, statyti korpusus savo elektroniniams prietaisams ir susipažinti su naujais (man) elektroniniais komponentais.

Tikiuosi, kad ši pamoka jums buvo įdomi ir informatyvi. Jei turite klausimų ar pasiūlymų, nedvejodami komentuokite?

Norėdami gauti naujausius mano elektroninių ir kitų projektų atnaujinimus, eikite į priekį ir sekite mane „Facebook“:

facebook.com/eRadvilla