4S 18650 Li-ion batterijoplader aangedreven door Sun - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

De motivatie om dit project uit te voeren was om mijn eigen 18650 batterijcellaadstation te maken dat een essentieel onderdeel zal zijn van mijn toekomstige draadloze (powerwise) projecten. Ik koos voor een draadloze route omdat het elektronische projecten mobiel maakt, minder omvangrijk en ik heb een stapel geborgen 18650-batterijcellen liggen.

Voor mijn project heb ik ervoor gekozen om vier 18650 li-ion-batterijen tegelijk op te laden en in serie te schakelen, wat dit een 4S-batterijopstelling maakt. Voor de lol heb ik besloten om vier zonnepanelen op mijn apparaat te monteren die zelfs de batterijcellen nauwelijks opladen … maar het ziet er cool uit. Dit project wordt aangedreven door een reserve-laptoplader, maar elke andere stroombron van meer dan 16,8 volt is ook geschikt. Andere extra functies zijn onder meer de oplaadindicator van de li-ionbatterij om het laadproces te volgen en de USB 2.0-poort die wordt gebruikt om een smartphone op te laden.

Stap 1: Bronnen

Elektronica:

• 4S BMS;
• 4S 18650 batterijcelhouder;
• 4S 18650 batterij laadindicator;
• 4 stuks 18650 li-ion batterijcellen;
• 4 stuks 80x55 mm Zonnepanelen;
• USB 2.0 vrouwelijke aansluiting;
• Vrouwelijke aansluiting voor laptopoplader;
• Buck-converter met stroombegrenzingsfunctie;
• Kleine buck-converter naar +5 volt;
• Tastbare knop voor batterij-indicator;
• 4 stuks BAT45 Schottky-diodes;
• 1N5822 Schottky-diode of iets dergelijks;
• 2 stuks SPDT-schakelaars;

Bouw:

• Organische glasplaat;
• Bouten en moeren;
• 9 stuks hoekbeugels;
• 2 stuks scharnieren;
• Hete lijm;
• Handzaag;
• Oefening;
• Duct-tape (optioneel);

Stap 2: GBS

Voordat ik aan dit project begon, wist ik niet veel over het opladen van li-ionbatterijen en voor wat ik vond, kan ik zeggen dat BMS (ook bekend als batterijbeheersysteem) de belangrijkste oplossing voor dit probleem is (ik zeg niet dat Het is de beste en enige). Het is een bord dat ervoor zorgt dat 18560 li-ionbatterijcellen werken onder veilige en stabiele omstandigheden. Het heeft de volgende beveiligingsfuncties:

• Over lading bescherming;

  • spanning wordt niet hoger dan +4.195 V per batterijcel;
  • het opladen van uw batterijcellen met een spanning die hoger is dan de maximale bedrijfsspanning (meestal +4,2 V) zal ze beschadigen;
  • als de li-ion-batterijcel wordt opgeladen tot maximaal +4,1 V, zal de levensduur langer zijn in vergelijking met de batterij die werd opgeladen tot +4,2 V;

• Onderspanningsbeveiliging;

  • batterijcelspanning zal niet minder worden dan +2,55 V;
  • als de batterijcel minder dan de minimale bedrijfsspanning mag ontladen, zal deze beschadigd raken, een deel van zijn capaciteit verliezen en zal de zelfontladingssnelheid toenemen;
  • Tijdens het opladen van een li-ioncel waarvan de spanning lager is dan de minimale bedrijfsspanning, kan deze een kortsluiting ontwikkelen en de omgeving in gevaar brengen;

• Kortsluitingsbeveiliging;

  Uw batterijcel raakt niet beschadigd als er een kortsluiting in uw systeem is;

• Overstroombeveiliging;

  BMS laat de stroom niet boven de nominale waarde komen;

• Batterij balanceren;

  • Als het systeem meer dan één in serie geschakelde batterijcellen bevat, zorgt dit bord ervoor dat alle batterijcellen dezelfde lading hebben;
  • Als bijv. we hebben één li-ionbatterijcel die meer lading heeft dan de andere die hij naar andere cellen zal ontladen, wat erg ongezond voor hen is;

Er zijn verschillende BMS-circuits die voor verschillende doeleinden zijn ontworpen. Ze hebben verschillende beveiligingscircuits en zijn gebouwd voor verschillende batterijconfiguraties. In mijn geval heb ik een 4S-configuratie gebruikt, wat betekent dat vier batterijcellen in serie zijn aangesloten (4S). Dit zal ongeveer een totale spanning van +16, 8 volt en 2 Ah produceren, afhankelijk van de kwaliteit van de batterijcellen. U kunt voor dit bord ook bijna zoveel batterijcelseries parallel aansluiten als u wilt. Dit zou de capaciteit van de batterij vergroten. Om deze batterij op te laden zou je het BMS van ongeveer +16,8 volt moeten voorzien. Het aansluitcircuit van BMS staat op de foto's.

Houd er rekening mee dat u voor het opladen van een accu de benodigde voedingsspanning aansluit op pinnen P+ en P-. Om een opgeladen batterij te gebruiken, sluit u uw componenten aan op B+ en B- pinnen.

Stap 3: 18650 batterijvoeding

De voeding voor mijn 18650-batterij is HP +19 volt en een laptopoplader van 4, 74 ampère die ik had liggen. Omdat de uitgangsspanning een beetje te hoog is, heb ik een buck-converter toegevoegd om de spanning naar +16, 8 volt te verlagen. Toen alles al gebouwd was, heb ik dit apparaat getest om te zien hoe het presteert. Ik liet hem op de vensterbank liggen om hem op zonne-energie op te laden. Toen ik thuiskwam, merkte ik dat mijn batterijcellen helemaal niet waren opgeladen. In feite waren ze volledig ontladen en toen ik ze probeerde op te laden met een laptopoplader, begon de buck-converterchip vreemde sissende geluiden te maken en werd het erg heet. Toen ik de stroom naar BMS heb gemeten, heb ik meer dan 3,8 ampère gelezen! Dit was ver boven de maximale beoordelingen van mijn buck-converter. BMS trok zoveel stroom omdat de batterijen helemaal leeg waren.

Ten eerste heb ik alle verbindingen tussen BMS en externe componenten opnieuw gemaakt, daarna ging ik achter het ontladingsprobleem aan dat zich voordeed tijdens het opladen met zonne-energie. Ik denk dat dit probleem zich voordeed omdat er niet genoeg zonlicht was om de buck-converter in te schakelen. Toen dat gebeurde, denk ik dat de oplader in de tegenovergestelde richting begon te gaan - van batterij naar buck-converter (buck-converter-lampje brandde). Dat werd allemaal opgelost door een Schottky-diode toe te voegen tussen BMS en buck-converter. Op die manier komt de stroom zeker niet terug naar de buck-converter. Deze diode heeft een maximale DC-blokkeerspanning van 40 volt en een maximale voorwaartse stroom van 3 ampère.

Om het enorme laadstroomprobleem op te lossen, besloot ik mijn buck-converter te vervangen door een met een stroombeperkende functie. Deze buck-converter is twee keer zo groot, maar gelukkig had ik genoeg ruimte in mijn behuizing om hem te passen. Het garandeerde dat de belastingsstroom nooit boven de 2 ampère zal komen.

Stap 4: Zonne-energievoorziening

Voor dit project heb ik besloten om zonnepaneel in de mix op te nemen. Door dit te doen wilde ik een beter begrip krijgen van hoe ze werken en hoe ze te gebruiken. Ik heb ervoor gekozen om vier zonnepanelen van 6 volt en 100 mA in serie aan te sluiten, wat me op zijn beurt in totaal 24 volt en 100 mA levert bij de beste zonlichtomstandigheden. Dit komt neer op niet meer dan 2,4 watt vermogen, wat niet veel is. Vanuit utilitair oogpunt is deze toevoeging vrij nutteloos en kan nauwelijks 18650 batterijcellen opladen, dus het is meer een decoratie dan een functie. Tijdens mijn testruns van dit onderdeel ontdekte ik dat deze reeks zonnepanelen alleen 18650 batterijcellen oplaadt in perfecte omstandigheden. Op een bewolkte dag zet het misschien niet eens een buck-converter aan die volgt op een zonnepaneel.

Normaal gesproken zou u een blokkeerdiode aansluiten na het PV4-paneel (kijk in het schema). Dit zou voorkomen dat de stroom terugvloeit naar zonnepanelen als er geen zonlicht is en panelen geen stroom produceren. Dan zou een batterijpakket beginnen te ontladen op het zonnepaneel, wat hen mogelijk zou kunnen schaden. Omdat ik al een D5-diode tussen buck-converter en 18650-batterijpakket had toegevoegd om te voorkomen dat de stroom terugvloeide, hoefde ik er niet nog een toe te voegen. Het is aan te raden om hiervoor een Schottky-diode te gebruiken omdat deze een lagere spanningsval hebben dan een gewone diode.

Een andere voorzorgsmaatregel voor zonnepanelen zijn de bypass-diodes. Ze zijn nodig wanneer zonnepanelen in serie worden aangesloten. Ze helpen in gevallen waarin een of meer aangesloten zonnepanelen in de schaduw staan. Wanneer dit gebeurt, zal het beschaduwde zonnepaneel geen stroom produceren en zal zijn weerstand hoog worden, waardoor de stroom van onbeschadigde zonnepanelen wordt geblokkeerd. Hier komt de bypass-diode binnen. Wanneer bijvoorbeeld het PV2-zonnepaneel in de schaduw staat, zal de stroom die door het PV1-zonnepaneel wordt geproduceerd de weg van de minste weerstand nemen, wat betekent dat deze door diode D2 zal stromen. Dit zal resulteren in een lager vermogen in totaal (vanwege het gearceerde paneel), maar de stroom wordt in ieder geval niet allemaal samen geblokkeerd. Wanneer geen van de zonnepanelen is geblokkeerd, negeert de stroom de diodes en stroomt door zonnepanelen omdat dit de weg van de minste weerstand is. In mijn project heb ik BAT45 Schottky-diodes gebruikt die parallel zijn geschakeld met elk zonnepaneel. Schottky-diodes worden aanbevolen omdat ze een lagere spanningsval hebben, wat op zijn beurt de hele zonnepaneelreeks efficiënter zal maken (in situaties waarin sommige zonnepanelen in de schaduw staan).

In sommige gevallen zijn bypass- en blokkeerdiodes al in het zonnepaneel geïntegreerd wat het ontwerpen van je toestel een stuk eenvoudiger maakt.

De hele zonnepaneelreeks is verbonden met een A1 buck-converter (verlaagde spanning tot +16,8 volt) via SPDT-schakelaar. Op deze manier kan de gebruiker selecteren hoe 18650-batterijcellen moeten worden gevoed.

Stap 5: Extra functies

Voor het gemak heb ik een 4S-batterijoplaadindicator toegevoegd die is aangesloten via een tactiele schakelaar om te laten zien of het 18650-batterijpakket al is opgeladen. Een andere functie die ik heb toegevoegd, is de USB 2.0-poort die wordt gebruikt voor het opladen van apparaten. Dit kan van pas komen als ik mijn 18650-acculader mee naar buiten neem. Omdat smartphones +5 volt nodig hebben om op te laden, heb ik een step-down buck-converter toegevoegd om de spanning te verlagen van +16,8 volt naar +5 volt. Ik heb ook een SPDT-schakelaar toegevoegd, zodat er geen extra stroom wordt verspild door de A2-buck-converter wanneer de USB-poort niet wordt gebruikt.

Stap 6: Bouw van woningen

Als basis van de behuizing heb ik transparante organische glasplaten gebruikt die ik met een handzaag heb gesneden. Het is relatief goedkoop en gemakkelijk te gebruiken materiaal. Om alles op één plek te bevestigen heb ik metalen hoekbeugels gebruikt in combinatie met bouten en moeren. Zo kunt u de behuizing snel monteren en demonteren indien nodig. Aan de andere kant voegt deze benadering onnodig gewicht toe aan het apparaat omdat het metaal gebruikt. Om de gaten te maken die nodig zijn voor moeren heb ik een elektrische boor gebruikt. Zonnepanelen werden met hete lijm op organisch glas gelijmd. Toen alles in elkaar zat, realiseerde ik me dat het uiterlijk van dit apparaat niet perfect was omdat je alle elektronische rotzooi door transparant glas kon zien. Om dat op te lossen heb ik het organische glas bedekt met verschillende kleuren ducttape.

Stap 7: Laatste woorden

Hoewel dit een relatief eenvoudig project was, kreeg ik de kans om ervaring op te doen in elektronica, het bouwen van behuizingen voor mijn elektronische apparaten en maakte ik kennis met nieuwe (voor mij) elektronische componenten.

Ik hoop dat deze instructable interessant en informatief voor je was. Als u vragen of suggesties heeft, aarzel dan niet om commentaar te geven?

Om de laatste updates over mijn elektronische en andere projecten te krijgen, ga je gang en volg me op Facebook:

facebook.com/eRadvilla