4S 18650 liitium-ioon akulaadija, mida toetab Sun: 7 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Selle projekti elluviimise ajendiks oli luua oma 18650 akuelementide laadimisjaam, mis on minu tulevaste traadita (võimsuslike) projektide jaoks oluline osa. Valisin traadita ühenduse, kuna see muudab elektroonilised projektid mobiilseks, vähem mahukateks ja mul on hunnik päästetud 18650 akuelementi.

Oma projekti jaoks otsustasin laadida korraga nelja 18650 liitium-ioonakut ja ühendada need järjestikku, mis teeb sellest 4S aku. Nalja pärast otsustasin oma seadme peale paigaldada neli päikesepaneeli, mis vaevalt isegi akusid laadivad … kuid see näeb lahe välja. Selle projekti toiteallikaks on sülearvuti varulaadija, kuid sobib ka muu toiteallikas üle +16,8 voldi. Muude lisafunktsioonide hulka kuuluvad liitium-ioon aku laetuse indikaator laadimisprotsessi jälgimiseks ja nutitelefoni laadimiseks kasutatav USB 2.0 port.

Samm: ressursid

Elektroonika:

• 4S BMS;
• 4S 18650 akuelemendi hoidik;
• 4S 18650 aku laetuse indikaator;
• 4 tk 18650 liitium-ioonakut;
• 4 tk 80x55 mm Päikesepaneelid;
• USB 2.0 naissoost pesa;
• Sülearvuti laadija emane pistik;
• Buck -muundur voolu piirava funktsiooniga;
• Väike buck muundur +5 voldile;
• Puutetundlik nupp aku laetuse indikaatori jaoks;
• 4 tk BAT45 Schottky dioodid;
• 1N5822 Schottky diood või midagi sarnast;
• 2 tk SPDT lülitid;

Ehitus:

• Orgaaniline klaasleht;
• Poldid ja mutrid;
• 9 tk nurgaklambrid;
• 2 tk hinged;
• Kuum liim;
• Käsisaag;
• Puurida;
• Kleeplint (valikuline);

2. samm: BMS

Enne selle projektiga alustamist ei teadnud ma liitiumpatareide laadimisest palju ja selle kohta, mida leidsin, võin öelda, et BMS (tuntud ka kui akuhaldussüsteem) on selle probleemi peamine lahendus (ma ei ütle, et See on parim ja ainus). See on plaat, mis tagab, et 18560 liitiumioonakud töötavad ohututes ja stabiilsetes tingimustes. Sellel on järgmised kaitsefunktsioonid:

• Kaitse ülelaadimise eest;

  • pinge ei ületa +4,195 V akuelemendi kohta;
  • akuelementide laadimine maksimaalsest tööpingest kõrgema pingega (tavaliselt +4,2 V) kahjustab neid;
  • kui liitium-ioonakut laetakse maksimaalselt +4,1 V, on selle eluiga pikem kui +4,2 V laaditud aku;

• Alapinge kaitse;

  • akuelemendi pinge ei lange alla +2,55 V;
  • kui akuelemendil lastakse tühjeneda alla minimaalse tööpinge, saab see kahjustada, kaotab osa selle mahust ja suureneb isetühjenemise määr;
  • Li-ioonelemendi laadimisel, mille pinge on madalam kui minimaalne tööpinge, võib see tekitada lühise ja seada ohtu ümbritseva;

• Lühisekaitse;

  Teie akuelement ei saa kahjustada, kui teie süsteemis on lühis;

• Ülevoolu kaitse;

  BMS ei lase voolul ületada nimiväärtust;

• Aku tasakaalustamine;

  • Kui süsteem sisaldab rohkem kui ühte järjestikku ühendatud akuelementi, tagab see plaat, et kõigil akuelementidel on sama laeng;
  • Kui nt. meil on üks liitium-ioon aku, millel on rohkem laetust kui teistel, see laeb teistele elementidele, mis on nende jaoks väga ebatervislik;

Seal on mitmesuguseid BMS -ahelaid, mis on mõeldud erinevatel eesmärkidel. Neil on erinevad kaitselülitused ja need on ehitatud erinevatele aku konfiguratsioonidele. Minu puhul kasutasin 4S konfiguratsiooni, mis tähendab, et neli akuelementi on järjestikku ühendatud (4S). See tekitab sõltuvalt akuelementide kvaliteedist ligikaudu +16, 8 volti ja 2 Ah kogupinget. Samuti saate selle plaadi jaoks paralleelselt ühendada peaaegu nii palju akuelemente kui soovite. See suurendaks aku mahtuvust. Selle aku laadimiseks peate BMS -i varustama umbes +16, 8 voltiga. BMS -i ühendusahel on piltidel.

Pange tähele, et aku laadimiseks ühendate vajaliku toitepinge P+ ja P-kontaktidega. Laetud aku kasutamiseks ühendage komponendid B+ ja B- kontaktidega.

3. samm: 18650 aku tarnimine

Minu 18650 aku toiteallikaks on HP +19 -voldine ja 4,74 -amprine sülearvuti laadija, mis mul kaasas oli. Kuna selle väljundpinge on natuke liiga kõrge, lisasin pingemuunduri, et pinge alandada +16, 8 voltini. Kui kõik oli juba ehitatud, katsetasin seda seadet, et näha, kuidas see toimib. Jätsin selle aknalauale, et see laetaks päikeseenergiat kasutades. Koju tagasi tulles märkasin, et mu akuelemendid pole üldse laetud. Tegelikult olid need täiesti tühjad ja kui proovisin neid sülearvuti laadijaga laadida, hakkas buck converter kiip tegema kummalisi susisevaid helisid ja see muutus tõeliselt kuumaks. Kui ma mõõtsin BMS -i voolu, sain näidu üle 3,8 ampri! See ületas mu buck converteri maksimaalseid hinnanguid. BMS tõmbas nii palju voolu, kuna patareid olid täiesti tühjad.

Esiteks muutsin ümber kõik ühendused BMS -i ja väliste komponentide vahel, seejärel läksin pärast päikeseenergiaga laadimise ajal tekkinud tühjenemisprobleemi. Ma arvan, et see probleem tekkis, kuna buck -muunduri sisselülitamiseks ei olnud piisavalt päikesevalgust. Kui see juhtus, siis ma arvan, et laadija hakkas liikuma vastupidises suunas - akult buck -muundurile (buck -muunduri tuli põles). Kõik see lahendati Schottky dioodi lisamisega BMS -i ja buck -muunduri vahele. Nii ei tule vool kindlasti muunduri juurde tagasi. Selle dioodi maksimaalne alalisvoolu blokeerimispinge on 40 volti ja maksimaalne ettevool 3 amprit.

Suure koormusvoolu probleemi lahendamiseks otsustasin oma buck -muunduri asendada sellise voolupiiranguga. See muundur on kaks korda suurem, kuid õnneks oli mul korpuses piisavalt ruumi selle mahutamiseks. See garanteeris, et koormusvool ei ületa kunagi 2 amprit.

Samm: päikeseenergia toide

Selle projekti jaoks otsustasin lisada segusse päikesepaneeli. Seda tehes tahtsin paremini mõista nende toimimist ja kasutamist. Valisin ühendada järjestikku neli 6 volti ja 100 mA päikesepaneeli, mis omakorda annab mulle 24 volti ja kokku 100 mA parimatel päikesevalguse tingimustel. See annab kuni 2,4 vatti võimsust, mis pole palju. Utilitaarsest seisukohast on see lisand üsna kasutu ja suudab vaevalt laadida 18650 akuelementi, nii et see on pigem dekoratsioon kui funktsioon. Selle osa proovisõitude ajal leidsin, et see päikesepaneelide komplekt laeb ideaalsetes tingimustes ainult 18650 akuelementi. Pilvise päeva korral ei pruugi see isegi päikesepaneelide massiivile järgnevat buck -muundurit sisse lülitada.

Tavaliselt ühendate blokeeriva dioodi pärast PV4 paneeli (vaadake skemaatiliselt). See väldiks voolu tagasivoolu päikesepaneelidele, kui päikesevalgust pole ja paneelid ei tooda energiat. Siis hakkab päikesepaneelide massiivi tühjendama aku, mis võib neid kahjustada. Kuna ma juba lisasin buck -muunduri ja 18650 aku vahele D5 -dioodi, et vältida voolu tagasivoolu, ei olnud mul vaja teist lisada. Selleks on soovitatav kasutada Schottky dioodi, kuna neil on väiksem pingelangus kui tavalisel dioodil.

Teine ettevaatusabinõu päikesepaneelide puhul on möödaviigu dioodid. Neid on vaja, kui päikesepaneelid on ühendatud järjestikku. Need aitavad juhtudel, kui üks või mitu ühendatud päikesepaneeli on varjutatud. Kui see juhtub, ei anna varjutatud päikesepaneel energiat ja selle takistus muutub suureks, blokeerides varjutamata päikesepaneelide voolu. Siin on möödaviigu diood. Kui näiteks PV2 päikesepaneel on varjutatud, läheb PV1 päikesepaneeli toodetud vool kõige vähem vastupanu, see tähendab, et see voolab läbi dioodi D2. See toob kaasa väiksema võimsuse (varjutatud paneeli tõttu), kuid vähemalt voolu ei blokeerita kokku. Kui ükski päikesepaneelidest pole blokeeritud, ignoreerib vool dioode ja voolab läbi päikesepaneelide, sest see on kõige vähem takistav tee. Oma projektis kasutasin iga päikesepaneeliga paralleelselt ühendatud BAT45 Schottky dioode. Soovitatav on kasutada Schottky dioode, kuna neil on väiksem pingelangus, mis omakorda muudab kogu päikesepaneelide massiivi tõhusamaks (olukordades, kus mõned päikesepaneelid on varjutatud).

Mõnel juhul on päikesepaneelile juba integreeritud möödaviigu- ja blokeerimisdioodid, mis muudab teie seadme disaini palju lihtsamaks.

Kogu päikesepaneelide massiiv on SPDT -lüliti kaudu ühendatud A1 buck -muunduriga (pinge langetamine +16,8 voltini). Nii saab kasutaja valida, kuidas 18650 akuelementi toita.

Samm: lisafunktsioonid

Mugavuse huvides olen lisanud puutetundliku lüliti kaudu ühendatud 4S aku laetuse indikaatori, mis näitab, kas 18650 aku on juba laetud. Teine lisatud funktsioon on seadme laadimiseks kasutatav USB 2.0 port. See võib olla kasulik, kui viin oma 18650 akulaadija õue. Kuna nutitelefonid vajavad laadimiseks +5 volti, lisasin pinge alandamiseks +16,8 voltilt +5 voltile astmelise buck-muunduri. Lisaks olen lisanud SPDT -lüliti, nii et A2 buck -muundur ei raiskaks täiendavat energiat, kui USB -porti ei kasutata.

6. samm: eluaseme ehitamine

Korpuse korpuse alusena kasutasin läbipaistvaid orgaanilisi klaaslehti, mida olen käsitsi saaginud. See on suhteliselt odav ja hõlpsasti kasutatav materjal. Kõigi ühe koha kinnitamiseks kasutasin metallist nurgaklambreid koos poltide ja mutritega. Nii saate vajadusel korpuse kiiresti kokku panna ja lahti võtta. Teisest küljest lisab see lähenemine seadmele tarbetut kaalu, kuna see kasutab metalli. Pähklite jaoks vajalike aukude tegemiseks kasutasin elektrilist puurit. Päikesepaneelid liimiti kuuma liimi abil orgaanilisele klaasile. Kui kõik kokku pandi, mõistsin, et selle seadme välimus ei ole täiuslik, sest läbipaistvast klaasist näete kogu elektroonilist segadust. Selle lahendamiseks katsin orgaanilise klaasi erinevat värvi kleeplindiga.

Samm: viimased sõnad

Kuigi see oli suhteliselt lihtne projekt, oli mul võimalus saada kogemusi elektroonika alal, oma elektroonikaseadmete korpuste ehitamisel ja tutvusin uute (mulle) elektroonikakomponentidega.

Loodan, et see juhend oli teile huvitav ja informatiivne. Kui teil on küsimusi või ettepanekuid, palun kommenteerige?

Minu elektrooniliste ja muude projektide viimaste värskenduste saamiseks minge edasi ja järgige mind Facebookis:

facebook.com/eRadvilla