شارژر باتری لیتیوم یون 4S 18650 با تغذیه Sun: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

انگیزه برای انجام این پروژه ایجاد ایستگاه شارژ سلول باتری 18650 خودم بود که بخشی حیاتی در پروژه های آینده بی سیم من خواهد بود. من مسیر بی سیم را انتخاب کردم زیرا پروژه های الکترونیکی را متحرک می کند ، حجم کمتری دارد و من انبوهی از 18650 باتری نجات یافته در اطراف دارم.

برای پروژه خود ، من تصمیم گرفتم که چهار باتری لیتیوم یون 18650 را به طور همزمان شارژ کنم و به صورت سری به هم متصل شوم که این امر باعث می شود یک باتری 4S تنظیم شود. فقط برای لذت بردن از آن تصمیم گرفتم چهار پنل خورشیدی را روی دستگاهم نصب کنم که حتی به سختی سلول های باتری را شارژ می کند … اما به نظر جالب می آید. این پروژه از شارژر یدکی لپ تاپ تغذیه می کند اما هر منبع تغذیه بیش از +16.8 ولت نیز این کار را انجام می دهد. سایر ویژگی های اضافی شامل نشانگر شارژ باتری لیتیوم یون برای ردیابی روند شارژ و پورت USB 2.0 است که برای شارژ تلفن هوشمند استفاده می شود.

مرحله 1: منابع

الکترونیک:

• 4S BMS ؛
• نگهدارنده سلول باتری 4S 18650 ؛
• نشانگر شارژ باتری 4S 18650 ؛
• 4 عدد باتری 18650 لیتیوم یون ؛
• 4 عدد پنل خورشیدی 80x55 میلی متر ؛
• USB 2.0 جک زن ؛
• جک زن شارژر لپ تاپ ؛
• مبدل Buck با ویژگی محدود کننده فعلی ؛
• مبدل کوچک باک به +5 ولت ؛
• دکمه لمسی برای نشانگر شارژ باتری ؛
• 4 عدد دیود BAT45 Schottky ؛
• دیود 1N5822 Schottky یا هر چیز مشابه ؛
• 2 عدد سوئیچ SPDT ؛

ساخت و ساز:

• ورق شیشه ای ارگانیک ؛
• پیچ و مهره ؛
• براکت زاویه ای 9 عدد ؛
• لولا 2 عدد ؛
• چسب گرم؛
• اره دستی؛
• مته ؛
• نوار چسب (اختیاری) ؛

مرحله 2: BMS

قبل از شروع این پروژه ، من اطلاعات زیادی در مورد شارژ باتری لیتیوم ندارم و برای آنچه پیدا کردم می توانم بگویم که BMS (همچنین به عنوان سیستم مدیریت باتری نیز شناخته می شود) راه حل اصلی این مشکل است (من نمی گویم که این بهترین و تنها است). این یک تخته است که اطمینان می دهد 18560 سلول باتری لیتیوم یون در شرایط ایمن و پایدار کار می کند. دارای ویژگی های حفاظتی زیر است:

• حفاظت از شارژ بیش از حد ؛

  • ولتاژ بیشتر از 4.195 ولت در هر باتری نمی شود.
  • شارژ سلولهای باتری با ولتاژ بیشتر از حداکثر ولتاژ کار (معمولاً 4/2 ولت) به آنها آسیب می رساند.
  • اگر باتری لیتیوم یون حداکثر تا 4/1 ولت شارژ شود ، طول عمر آن در مقایسه با باتری +4/2 ولت بیشتر خواهد بود.

• حفاظت از ولتاژ پایین ؛

  • ولتاژ سلول باتری کمتر از +2.55 ولت نخواهد بود.
  • اگر سلول باتری مجاز به تخلیه کمتر از حداقل ولتاژ کار باشد ، آسیب می بیند ، بخشی از ظرفیت خود را از دست می دهد و میزان تخلیه خود آن افزایش می یابد.
  • هنگام شارژ یک سلول لیتیوم یونی که ولتاژ آن کمتر از حداقل ولتاژ کاری آن است ، ممکن است یک اتصال کوتاه ایجاد کرده و محیط اطراف خود را در معرض خطر قرار دهد.

• حفاظت از اتصال کوتاه ؛

  در صورت اتصال کوتاه در سیستم ، سلول باتری شما آسیب نمی بیند

• حفاظت از جریان بیش از حد ؛

  BMS اجازه نخواهد داد که جریان از ارزش امتیاز بالاتر برخوردار شود

• تعادل باتری ؛

  • اگر سیستم دارای بیش از یک سلول باتری است که به صورت سری به هم متصل شده اند ، این برد مطمئن می شود که همه سلول های باتری دارای شارژ یکسان هستند.
  • اگر برای سابق ما یک باتری لیتیوم یونی داریم که شارژ بیشتری نسبت به بقیه دارد و به سلولهای دیگر منتقل می شود که برای آنها بسیار ناسالم است.

انواع مختلفی از مدارهای BMS وجود دارد که برای اهداف مختلف طراحی شده اند. آنها مدارهای حفاظتی متفاوتی در خود دارند و برای تنظیمات مختلف باتری ساخته شده اند. در مورد من ، من از پیکربندی 4S استفاده کردم به این معنی که چهار سلول باتری به صورت سری (4S) به هم متصل هستند. بسته به کیفیت سلول های باتری ، تقریباً ولتاژ کلی +16 ، 8 ولت و 2 Ah تولید می شود. همچنین ، می توانید تقریباً هر تعداد سری سلول های باتری را بطور موازی برای این برد متصل کنید. این باعث افزایش ظرفیت باتری می شود. برای شارژ این باتری ، شما باید BMS را با +16 ، 8 ولت تغذیه کنید. مدار اتصال BMS در تصاویر نشان داده شده است.

توجه داشته باشید که برای شارژ باتری ولتاژ تغذیه لازم را به پین های P+ و P وصل می کنید. برای استفاده از باتری شارژ ، اجزای خود را به پین B+ و B- متصل می کنید.

مرحله 3: منبع تغذیه 18650

منبع تغذیه باتری 18650 من HP +19 ولت و 4 ، 74 آمپر شارژر لپ تاپ است که من در اطراف آن قرار داشتم. از آنجا که خروجی ولتاژ آن کمی بیش از حد زیاد است ، یک مبدل باک اضافه کردم تا ولتاژ را به +16 ، 8 ولت کاهش دهد. وقتی همه چیز قبلاً ساخته شده بود ، من این دستگاه را آزمایش کردم تا ببینم چگونه کار می کند. آن را روی طاقچه گذاشتم تا با استفاده از انرژی خورشیدی شارژ شود. وقتی به خانه برگشتم متوجه شدم که سلول های باتری من اصلا شارژ نشده است. در حقیقت ، آنها کاملاً تخلیه شدند و وقتی سعی کردم آنها را با استفاده از شارژر لپ تاپ شارژ کنم ، تراشه مبدل buck شروع به صداهای خش خش دار عجیبی کرد و واقعا داغ شد. وقتی جریان را به BMS اندازه گیری کردم ، خواندن بیش از 3.8 آمپر را دریافت کردم! این بسیار بالاتر از حداکثر رتبه بندی مبدل باک من بود. BMS بسیار جریان داشت زیرا باتری ها کاملاً از بین رفته بودند.

در ابتدا ، من تمام اتصالات بین BMS و اجزای خارجی را مجدداً رد کردم و سپس به دنبال مشکل تخلیه که هنگام شارژ با انرژی خورشیدی رخ داد ، رفتم. من فکر می کنم این مشکل اتفاق می افتد زیرا نور خورشید به اندازه کافی برای روشن شدن مبدل باک وجود نداشت. هنگامی که این اتفاق افتاد ، من فکر می کنم شارژر در جهت مخالف حرکت کرد - از باتری به مبدل باک (چراغ مبدل باک روشن بود). همه اینها با افزودن یک دیود Schottky بین BMS و مبدل باک حل شد. به این ترتیب جریان قطعاً به مبدل باک بر نمی گردد. این دیود دارای حداکثر ولتاژ مسدود کننده DC 40 ولت و حداکثر جریان رو به جلو 3 آمپر است.

برای حل مشکل بزرگ بار فعلی ، تصمیم گرفتم مبدل باک خود را با یکی از ویژگی های محدود کننده جریان جایگزین کنم. این مبدل باک دو برابر بزرگتر است اما خوشبختانه من فضای کافی در محفظه خود برای جا دادن آن داشتم. این تضمین می کند که جریان بار هرگز از 2 آمپر فراتر نمی رود.

مرحله 4: منبع تغذیه خورشیدی

برای این پروژه تصمیم گرفتم پنل خورشیدی را در ترکیب قرار دهم. با این کار می خواستم درک بهتری از نحوه عملکرد و نحوه استفاده از آنها داشته باشم. من تصمیم گرفتم چهار پنل خورشیدی 6 ولت و 100 میلی آمپر را به صورت سری وصل کنم که به نوبه خود 24 ولت و 100 میلی آمپر را در مجموع در بهترین شرایط نور خورشید به من ارائه می دهد. این به حداکثر 2.4 وات قدرت می افزاید که مقدار زیادی نیست. از دیدگاه فایده گرایی ، این افزودنی کاملاً بی فایده است و به سختی می تواند 18650 سلول باتری را شارژ کند ، بنابراین بیشتر به عنوان یک تزئین است تا یک ویژگی. در حین آزمایش این قسمت متوجه شدم که این مجموعه از صفحات خورشیدی فقط 18650 سلول باتری را در شرایط عالی شارژ می کند. در یک روز ابری حتی ممکن است مبدل باک را که بعد از آرایه پنل های خورشیدی اتفاق می افتد روشن نکند.

به طور معمول ، شما یک دیود مسدود کننده را بعد از پانل PV4 متصل می کنید (در شکل). این امر مانع از برگشت جریان به صفحات خورشیدی می شود در حالی که نور خورشید وجود ندارد و صفحات هیچ قدرتی تولید نمی کنند. سپس یک بسته باتری شروع به تخلیه بر روی آرایه پنل خورشیدی می کند که می تواند به طور بالقوه به آنها آسیب برساند. از آنجا که من قبلاً یک دیود D5 بین مبدل باک و بسته باتری 18650 اضافه کرده ام تا از برگشت جریان جلوگیری شود ، نیازی به افزودن دیود دیگری ندارم. توصیه می شود از دیود Schottky برای این منظور استفاده کنید زیرا افت ولتاژ آنها کمتر از دیود معمولی است.

یکی دیگر از اقدامات احتیاطی برای صفحات خورشیدی دیودهای کنار گذر است. هنگامی که صفحات خورشیدی به صورت پیکربندی متصل می شوند ، به آنها نیاز دارند. آنها در مواردی که یک یا چند پنل خورشیدی متصل به یکدیگر سایه دار هستند کمک می کنند. هنگامی که این اتفاق می افتد ، پنل خورشیدی سایه دار هیچ قدرتی تولید نمی کند و مقاومت آن بالا می رود و جریان جریان پنل های خورشیدی بدون سایه را مسدود می کند. در اینجا دیودهای جانبی وارد شده اند. وقتی برای مثال پنل خورشیدی PV2 سایه می افتد ، جریان تولید شده توسط پنل خورشیدی PV1 کمترین مقاومت را در پیش خواهد گرفت ، به این معنی که از طریق دیود D2 جریان می یابد. این به طور کلی منجر به کاهش قدرت می شود (به دلیل پنل سایه دار) ، اما حداقل جریان همه با هم مسدود نمی شود. هنگامی که هیچ یک از صفحات خورشیدی مسدود نمی شوند ، جریان دیودها را نادیده می گیرد و از طریق صفحات خورشیدی عبور می کند زیرا این مسیر کمترین مقاومت را دارد. در پروژه خود از دیودهای BAT45 Schottky استفاده کردم که به طور موازی با هر صفحه خورشیدی متصل شده بودند. دیودهای Schottky توصیه می شوند زیرا افت ولتاژ کمتری دارند که به نوبه خود کل مجموعه پنل های خورشیدی را کارآمدتر می کند (در شرایطی که برخی از صفحات خورشیدی سایه دار هستند).

در برخی موارد ، دیودهای کنارگذر و مسدود کننده قبلاً در پنل خورشیدی ادغام شده اند که طراحی دستگاه شما را بسیار ساده تر می کند.

کل آرایه پنل های خورشیدی از طریق سوئیچ SPDT به مبدل باک A1 (کاهش ولتاژ تا +16.8 ولت) متصل می شود. به این ترتیب کاربر می تواند نحوه تغذیه 18650 باتری را انتخاب کند.

مرحله 5: ویژگی های اضافی

برای سهولت ، یک نشانگر شارژ باتری 4S اضافه کرده ام که از طریق سوئیچ لمسی متصل شده است تا نشان دهد بسته باتری 18650 هنوز شارژ شده است. یکی دیگر از ویژگی هایی که اضافه کردم پورت USB 2.0 است که برای شارژ دستگاه استفاده می شود. وقتی شارژر باتری 18650 را بیرون بیاورم ، ممکن است مفید باشد. از آنجایی که تلفن های هوشمند برای شارژ به +5 ولت نیاز دارند ، یک مبدل باک گام به پایین برای کاهش ولتاژ از +16.8 ولت به +5 ولت اضافه کردم. همچنین ، من یک سوئیچ SPDT اضافه کرده ام تا وقتی از پورت USB استفاده نمی شود ، هیچ مبحث اضافی توسط مبدل باک A2 هدر نرود.

مرحله 6: ساخت مسکن

به عنوان پایه محفظه مسکن ، من از ورق های شیشه ای ارگانیک شفاف که با اره دستی برش داده ام استفاده کردم. نسبتاً ارزان است و استفاده از آن آسان است. برای بستن همه چیز در یک مکان ، من از براکت های زاویه ای فلزی در ترکیب با پیچ و مهره استفاده کردم. به این ترتیب در صورت نیاز می توانید محفظه را به سرعت مونتاژ و جدا کنید. از طرف دیگر ، این رویکرد به دلیل استفاده از فلز ، وزن غیر ضروری را به دستگاه اضافه می کند. برای ایجاد سوراخ های مورد نیاز برای مهره ها از یک مته برقی استفاده کردم. صفحات خورشیدی با استفاده از چسب داغ به شیشه های ارگانیک چسبانده شدند. وقتی همه چیز کنار هم قرار گرفت متوجه شدم که ظاهر این دستگاه بی نقص نیست زیرا می توانید همه آشفتگی های الکترونیکی را از طریق شیشه شفاف مشاهده کنید. برای حل این مشکل ، شیشه های ارگانیک را با رنگ های مختلف نوار چسب پوشاندم.

مرحله 7: آخرین کلمات

اگرچه این یک پروژه نسبتاً آسان بود ، من این شانس را داشتم که در زمینه الکترونیک ، ساختن محوطه برای وسایل الکترونیکی خود تجربه کنم و با قطعات الکترونیکی جدید (به من) آشنا شدم.

امیدوارم این مطلب آموزنده برای شما جالب و آموزنده باشد. اگر س questionsال یا پیشنهادی دارید ، لطفاً نظر دهید؟

برای دریافت آخرین به روزرسانی های پروژه های الکترونیکی و سایر پروژه های من ، فیس بوک را دنبال کنید:

facebook.com/eRadvilla