Nabíječka lithium-iontových baterií 4S 18650 Powered by Sun: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Motivací k realizaci tohoto projektu bylo vytvoření vlastní nabíjecí stanice 18650 bateriových článků, která bude důležitou součástí mých budoucích bezdrátových (energeticky) projektů. Vybral jsem si bezdrátovou trasu, protože to dělá elektronické projekty mobilní, méně objemné a mám kolem sebe hromadu zachráněných 18650 bateriových článků.

Pro svůj projekt jsem se rozhodl nabíjet čtyři 18650 li-ionové baterie najednou a zapojit je do série, což z něj činí uspořádání baterie 4S. Jen pro zajímavost, rozhodl jsem se na svůj přístroj namontovat čtyři solární panely, které sotva dokonce nabijí články baterie … ale vypadá to skvěle. Tento projekt je napájen náhradní nabíječkou pro notebook, ale bude fungovat i jakýkoli jiný zdroj napájení nad +16,8 voltů. Mezi další doplňkové funkce patří indikátor nabití li-ion baterie pro sledování procesu nabíjení a port USB 2.0 sloužící k nabíjení smartphonu.

Krok 1: Zdroje

Elektronika:

• 4S BMS;
• 4S 18650 držák baterie;
• Indikátor nabití baterie 4S 18650;
• 4 ks 18650 li-ion bateriových článků;
• 4 ks solární panely 80x55 mm;
• Zásuvka USB 2.0 female;
• Zásuvka nabíječky pro notebook;
• Buck převodník s funkcí omezení proudu;
• Převodník malých peněz na +5 voltů;
• Hmatové tlačítko pro indikátor nabití baterie;
• 4 ks Schottkyho diody BAT45;
• 1N5822 Schottkyho dioda nebo cokoli podobného;
• 2 ks SPDT přepínače;

Konstrukce:

• Tabule z organického skla;
• Šrouby a matice;
• 9 ks úhlové závorky;
• 2 ks závěsy;
• Horké lepidlo;
• Ruční pila;
• Vrtat;
• Lepicí páska (volitelně);

Krok 2: BMS

Než jsem zahájil tento projekt, nevěděl jsem mnoho o nabíjení li-ion baterií a za to, co jsem zjistil, mohu říci, že BMS (také známý jako systém správy baterie) je hlavním řešením tohoto problému (neříkám, že Je to nejlepší a jediné). Je to deska, která zajišťuje, že 18560 li-iontových bateriových článků pracuje v bezpečných a stabilních podmínkách. Má následující ochranné funkce:

• Ochrana proti přebití;

  • napětí nepřesáhne +4,195 V na článek baterie;
  • nabití článků baterie napětím vyšším než maximální provozní napětí (typicky +4,2 V) je poškodí;
  • pokud je li-iontový bateriový článek nabitý maximálně na +4,1 V, jeho životnost bude delší ve srovnání s akumulátorem, který byl nabit na +4,2 V;

• Podpěťová ochrana;

  • napětí baterie nepřekročí +2,55 V;
  • pokud se bateriovému článku nechá vybít méně než minimální provozní napětí, poškodí se, ztratí část své kapacity a zvýší se rychlost jeho samovybíjení;
  • Při nabíjení li-iontového článku, jehož napětí je nižší než jeho minimální provozní napětí, může dojít ke zkratu a ohrožení jeho okolí;

• Ochrana proti zkratu;

  Pokud dojde ke zkratu ve vašem systému, váš bateriový článek se nepoškodí;

• Nadproudová ochrana;

  BMS nenechá proud přesáhnout jmenovitou hodnotu;

• Vyvažování baterií;

  • Pokud systém obsahuje více než jeden bateriový článek zapojený do série, tato deska zajistí, aby všechny články baterie měly stejný náboj;
  • Pokud např. máme jeden li-iontový bateriový článek, který má větší náboj než ostatní, bude se vybíjet do jiných článků, což je pro ně velmi nezdravé;

Existuje celá řada obvodů BMS navržených pro různé účely. Mají různé ochranné obvody a jsou stavěny pro různé konfigurace baterií. V mém případě jsem použil konfiguraci 4S, což znamená, že čtyři články baterie jsou zapojeny do série (4S). To přibližně produkuje celkové napětí +16, 8 voltů a 2 Ah v závislosti na kvalitě článků baterie. Pro tuto desku můžete také připojit paralelně tolik sérií bateriových článků, kolik chcete. Tím by se zvýšila kapacita baterie. K nabíjení této baterie budete potřebovat napájení BMS asi +16, 8 voltů. Připojovací obvod BMS je na obrázcích.

Vezměte na vědomí, že k nabíjení baterie připojíte potřebné napájecí napětí k pinům P+ a P-. Chcete-li použít nabitou baterii, připojte své komponenty k pinům B+ a B.

Krok 3: Napájení baterií 18650

Napájecí zdroj pro moji baterii 18650 je HP +19 voltů a nabíječka notebooků 4,74 ampér, kterou jsem měl položenou kolem. Protože jeho napěťový výstup je příliš vysoký, přidal jsem převodník Buck, abych snížil napětí na +16, 8 voltů. Když už bylo vše postaveno, testoval jsem toto zařízení, abych zjistil, jak funguje. Nechal jsem ho na parapetu, aby se nabíjel pomocí sluneční energie. Když jsem se vrátil domů, všiml jsem si, že moje bateriové články nejsou vůbec nabité. Ve skutečnosti byly úplně vybité, a když jsem se je pokusil nabít pomocí nabíječky na notebook, čip převodníku Buck začal vydávat podivné syčivé zvuky a začalo být opravdu horko. Když jsem změřil proud směřující k BMS, dosáhl jsem hodnoty více než 3,8 ampéru! To bylo mnohem vyšší než maximální hodnocení mého převaděče peněz. BMS čerpalo tolik proudu, protože baterie byly zcela vybité.

Nejprve jsem předělal všechna spojení mezi BMS a externími součástmi a poté jsem pokračoval po problému s vybíjením, ke kterému došlo při nabíjení solární energií. Myslím, že k tomuto problému došlo, protože nebylo dost slunečního světla, aby se zapnul převodník buck. Když se to stalo, myslím, že nabíječka začala jít opačným směrem - od baterie k převodníku buck (kontrolka převaděče buck svítila). Vše bylo vyřešeno přidáním Schottkyho diody mezi BMS a převodník buck. Tímto způsobem se proud rozhodně nevrátí do převodníku buck. Tato dioda má maximální DC blokovací napětí 40 voltů a maximální dopředný proud 3 ampéry.

Abych vyřešil problém s obrovským zatěžovacím proudem, rozhodl jsem se vyměnit svůj buck převodník za ten, který měl funkci omezující proud. Tento převaděč peněz je dvakrát tak velký, ale naštěstí jsem měl ve své skříni dost místa, aby se do něj vešel. Zaručovalo, že proud zátěže nikdy nepřekročí 2 ampéry.

Krok 4: Solární napájení

Pro tento projekt jsem se rozhodl začlenit solární panel do mixu. Chtěl jsem tím lépe porozumět tomu, jak fungují a jak je používat. Rozhodl jsem se připojit čtyři solární panely 6 voltů a 100 mA do série, což mi zase poskytuje 24 voltů a 100 mA celkem za nejlepších slunečních podmínek. To přidává až 2,4 W výkonu, což není mnoho. Z utilitárního hlediska je tento přídavek zcela zbytečný a sotva nabije 18650 bateriových článků, takže je spíše dekorací než funkcí. Během testovacích běhů této části jsem zjistil, že tato řada solárních panelů nabíjí pouze 18650 bateriových článků v perfektních podmínkách. V zataženém dni se možná ani nezapne převodník buck, který následuje po poli solárních panelů.

Obvykle byste za panel PV4 připojili blokovací diodu (podívejte se do schématu). To by zabránilo proudu proudit zpět do solárních panelů, pokud není sluneční světlo a panely nebudou vyrábět žádnou energii. Pak by se baterie začala vybíjet do pole solárních panelů, což by je mohlo potenciálně poškodit. Protože jsem již přidal diodu D5 mezi převodník buck a baterii 18650, aby se zabránilo proudění proudu zpět, nepotřeboval jsem přidat další. K tomuto účelu se doporučuje použít Schottkyho diodu, protože mají nižší úbytek napětí než běžná dioda.

Další linií prevence pro solární panely jsou by-pass diody. Jsou potřebné, když jsou solární panely zapojeny v sériové konfiguraci. Pomáhají v případech, kdy je jeden nebo více připojených solárních panelů zastíněno. Když k tomu dojde, stínovaný solární panel nebude produkovat žádnou energii a jeho odpor se zvýší a zablokuje tok proudu z nestínovaných solárních panelů. Zde jsou vstupy obtokové diody. Když je například solární panel PV2 zastíněn, proud vytvářený solárním panelem PV1 se vydá cestou nejmenšího odporu, což znamená, že protéká diodou D2. To bude mít za následek celkově nižší výkon (kvůli stínovanému panelu), ale alespoň proud nebude blokován dohromady. Když není žádný ze solárních panelů blokován, proud bude ignorovat diody a bude protékat solárními panely, protože je to cesta nejmenšího odporu. Ve svém projektu jsem použil diody BAT45 Schottky zapojené paralelně s každým solárním panelem. Doporučujeme diody Schottky, protože mají nižší pokles napětí, což zase zefektivní celé pole solárních panelů (v situacích, kdy jsou některé solární panely zastíněny).

V některých případech jsou obtokové a blokovací diody již integrovány do solárního panelu, což značně usnadňuje návrh vašeho zařízení.

Celé pole solárních panelů je připojeno k převodníku buck A1 (snížení napětí na +16,8 voltů) pomocí přepínače SPDT. Uživatel si tak může vybrat způsob napájení 18650 článků baterie.

Krok 5: Další funkce

Kvůli pohodlí jsem přidal indikátor nabití baterie 4S připojený hmatovým spínačem, který ukazuje, zda byl akumulátor 18650 ještě nabitý. Další funkcí, kterou jsem přidal, je port USB 2.0 sloužící k nabíjení zařízení. To se může hodit, když vezmu nabíječku baterií 18650 ven. Vzhledem k tomu, že chytré telefony potřebují k nabíjení +5 voltů, přidal jsem převodník pro snížení napětí z +16,8 voltů na +5 voltů. Také jsem přidal přepínač SPDT, aby převodník A2 buck nevyužil žádné další napájení, pokud není používán port USB.

Krok 6: Výstavba bydlení

Jako základ krytu jsem použil průhledné tabule z organického skla, které jsem nařezal ruční pilou. Je to relativně levný a snadno použitelný materiál. K upevnění všeho na jednom místě jsem použil kovové úhlové konzoly v kombinaci se šrouby a maticemi. Tímto způsobem můžete v případě potřeby skříň rychle sestavit a rozebrat. Na druhou stranu tento přístup dodává zařízení zbytečnou váhu, protože používá kov. K vytvoření otvorů potřebných pro matice jsem použil elektrickou vrtačku. Solární panely byly lepeny na organické sklo pomocí horkého lepidla. Když bylo všechno dohromady, uvědomil jsem si, že vzhled tohoto zařízení nebyl dokonalý, protože jste mohli vidět veškerý elektronický nepořádek přes průhledné sklo. Abych to vyřešil, pokryl jsem organické sklo různými barvami lepicí pásky.

Krok 7: Poslední slova

Ačkoli to byl poměrně snadný projekt, měl jsem šanci získat zkušenosti v elektronice, stavět skříně pro svá elektronická zařízení a seznámit se s novými (pro mě) elektronickými součástkami.

Doufám, že tento návod byl pro vás zajímavý a poučný. Pokud máte nějaké dotazy nebo návrhy, neváhejte je komentovat?

Chcete -li získat nejnovější informace o mých elektronických a dalších projektech, pokračujte a sledujte mě na Facebooku:

facebook.com/eRadvilla