4S 18650 Li-ion մարտկոցի բջջային լիցքավորիչ ՝ սնուցված արևի կողմից. 7 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Այս նախագիծն իրագործելու մոտիվացիան էր ստեղծել իմ 18650 մարտկոցի բջիջների լիցքավորման կայանը, որը կարևոր մաս կլինի իմ ապագա անլար (էներգիայի իմաստությամբ) նախագծերում: Ես ընտրեցի անլար երթուղի վերցնելը, քանի որ այն էլեկտրոնային նախագծերը դարձնում է շարժական, ավելի քիչ ծավալուն, և ես ունեմ փրկված 18650 մարտկոցների կույտ, որոնք դրված են շուրջը:

Իմ նախագծի համար ես նախընտրեցի լիցքավորել չորս 18650 լի-իոն մարտկոց միանգամից և միացա շարքով, ինչը դարձնում է 4S մարտկոցի դասավորվածություն: Ուղղակի հաճույքի համար ես որոշեցի սարքի վերևում տեղադրել չորս արևային վահանակ, որը գրեթե չի լիցքավորում մարտկոցների բջիջները … բայց այն թույն է թվում: Այս նախագիծը սնուցվում է նոութբուքի պահեստային լիցքավորիչով, բայց +16.8 վոլտից ավելի էներգիայի ցանկացած այլ աղբյուր նույնպես կանի: Այլ լրացուցիչ գործառույթները ներառում են li-ion մարտկոցի լիցքավորման ցուցիչը `լիցքավորման ընթացքը հետևելու համար և USB 2.0 պորտը, որն օգտագործվում է սմարթֆոնը լիցքավորելու համար:

Քայլ 1: Ռեսուրսներ

Էլեկտրոնիկա:

• 4S BMS;
• 4S 18650 մարտկոցի բջիջի սեփականատեր;
• 4S 18650 մարտկոցի լիցքավորման ցուցիչ;
• 4 հատ 18650 li-ion մարտկոցի բջիջ;
• 4 հատ 80x55 մմ Արևային վահանակներ;
• USB 2.0 իգական jack;
• Նոութբուքի լիցքավորիչ իգական խցիկ;
• Buck փոխարկիչ ընթացիկ սահմանափակող հատկությամբ;
• Փոքրիկ փոխարկիչ +5 վոլտ;
• Մարտկոցի լիցքավորման ցուցիչի շոշափելի կոճակ;
• 4 հատ BAT45 Schottky դիոդներ;
• 1N5822 Schottky դիոդ կամ նմանատիպ այլ բան;
• 2 հատ SPDT անջատիչներ;

Շինարարություն:

• Օրգանական ապակե թերթ;
• Հեղույսներ և ընկույզներ;
• 9 հատ անկյունային փակագծեր;
• 2 հատ ծխնիներ;
• Տաք սոսինձ;
• Ձեռքի սղոց;
• Գայլիկոն;
• Կպչուն ժապավեն (ըստ ցանկության);

Քայլ 2: BMS

Նախքան այս նախագիծը սկսելը, ես շատ բան չգիտեի li-ion մարտկոցի լիցքավորման մասին, և այն, ինչ գտա, կարող եմ ասել, որ BMS- ը (հայտնի է նաև որպես մարտկոցի կառավարման համակարգ) այս խնդրի հիմնական լուծումն է (ես դա չեմ ասում Դա լավագույնն է և միակը): Դա մի տախտակ է, որը համոզված է, որ 18560 li-ion մարտկոցի բջիջները գործում են անվտանգ և կայուն պայմաններում: Այն ունի հետևյալ պաշտպանության հատկությունները.

• Լիցքավորման պաշտպանություն;

  • լարումը չի գերազանցի +4,195 Վ -ից մեկ մարտկոցի բջիջի վրա.
  • մարտկոցի բջիջները լիցքավորելով առավելագույն աշխատանքային լարումից բարձր (սովորաբար +4,2 Վ), դրանք կվնասեն.
  • եթե li-ion մարտկոցի լիցքը լիցքավորվում է առավելագույնը +4.1 Վ, ապա դրա ծառայության ժամկետը կլինի ավելի երկար ՝ համեմատած +4.2 Վ մարտկոցի հետ;

• Ervածր լարման պաշտպանություն;

  • մարտկոցի բջիջի լարումը +2,55 Վ -ից պակաս չի լինի;
  • եթե մարտկոցի բջիջը թույլատրվի լիցքաթափել նվազագույն աշխատանքային լարման պակասից, այն կվնասվի, կկորցնի իր հզորությունը և կբարձրանա ինքնալիցքավորման արագությունը.
  • Լի-իոնային բջիջը լիցքավորելիս, որի լարումը ցածր է իր աշխատանքային նվազագույն լարման ներքո, այն կարող է կարճ միացում առաջացնել և վտանգել իր շրջակայքը.

• Կարճ միացման պաշտպանություն;

  Ձեր մարտկոցի բջիջը չի վնասվի, եթե ձեր համակարգում կարճ միացում լինի

• Overcurrent պաշտպանություն;

  BMS- ը թույլ չի տա, որ ընթացիկն անցնի անվանական արժեքից բարձր

• Մարտկոցի հավասարակշռում;

  • Եթե համակարգը պարունակում է մեկից ավելի մարտկոցի բջիջներ, որոնք միացված են շարքում, ապա այս տախտակը կհամոզվի, որ մարտկոցի բոլոր բջիջներն ունեն նույն լիցքը:
  • Եթե նախկինի համար մենք ունենք մեկ li-ion մարտկոցի բջիջ, որն ավելի շատ լիցք ունի, քան մյուսները, այն կթափվի մյուս բջիջների վրա, ինչը նրանց համար շատ անառողջ է.

Կան բազմաթիվ BMS սխեմաներ, որոնք նախատեսված են տարբեր նպատակների համար: Նրանք ունեն տարբեր պաշտպանական սխեմաներ և կառուցված են մարտկոցի տարբեր կազմաձևերի համար: Իմ դեպքում ես օգտագործել եմ 4S կոնֆիգուրացիա, ինչը նշանակում է, որ չորս մարտկոցի բջիջները միացված են շարքում (4S): Սա մոտավորապես կարտադրի +16, 8 վոլտ և 2 Ահ ընդհանուր լարումը `կախված մարտկոցի բջիջների որակից: Բացի այդ, դուք կարող եք զուգահեռաբար միացնել այնքան մարտկոցների շարք, որքան ցանկանում եք այս տախտակի համար: Սա կբարձրացնի մարտկոցի հզորությունը: Այս մարտկոցը լիցքավորելու համար հարկավոր է BMS- ին մատակարարել մոտ +16, 8 վոլտ: BMS- ի միացման սխեման պատկերված է նկարներում:

Ուշադրություն դարձրեք, որ մարտկոցը լիցքավորելու համար անհրաժեշտ մատակարարման լարումը միացնում եք P+ և P- կապերին: Լիցքավորված մարտկոցից օգտվելու համար ձեր բաղադրիչները միացնում եք B+ և B- կապումներին:

Քայլ 3: 18650 Մարտկոցի մատակարարում

Իմ 18650 մարտկոցի սնուցման աղբյուրը HP +19 վոլտ և 4, 74 ամպեր նոութբուքի լիցքավորիչն է, որը մոտս էր դրված: Քանի որ դրա լարման ելքը մի փոքր չափազանց բարձր է, ես ավելացրեցի հարիչ փոխարկիչ `լարումը իջեցնելու համար մինչև +16, 8 վոլտ: Երբ ամեն ինչ արդեն կառուցված էր, ես փորձեցի այս սարքը `տեսնելու, թե ինչպես է այն աշխատում: Ես այն թողեցի պատուհանագոգին, որպեսզի այն լիցքավորվի ՝ օգտագործելով արևային էներգիան: Տուն վերադառնալիս նկատեցի, որ մարտկոցներս լիցքավորված չեն: Իրականում, նրանք ամբողջովին լիցքաթափվեցին, և երբ ես փորձեցի դրանք լիցքավորել նոութբուքի լիցքավորիչով, Buck Converter չիպը սկսեց տարօրինակ սուլոցներ հնչեցնել, և այն իսկապես տաքացավ: Երբ չափեցի BMS- ի ընթացիկ ընթացքը, ես կարդացի ավելի քան 3.8 ամպեր: Սա շատ ավելի բարձր էր, քան իմ փոխարկիչի առավելագույն վարկանիշը: BMS- ն այնքան հոսանք էր ներշնչում, քանի որ մարտկոցները լիովին մեռած էին:

Նախ, ես վերափոխեցի BMS- ի և արտաքին բաղադրիչների միջև բոլոր կապերը, այնուհետև ես գնացի արևի լիցքավորման ընթացքում առաջացած լիցքաթափման խնդրից հետո: Կարծում եմ, որ այս խնդիրը տեղի էր ունենում, որովհետև արևի լույսը բավարար չէր փոխարկիչի միացման համար: Երբ դա տեղի ունեցավ, ես կարծում եմ, որ լիցքավորիչը սկսեց շարժվել հակառակ ուղղությամբ `մարտկոցից փոխարկիչ փոխարկիչով (բաք փոխարկիչի լույսը միացված էր): Այդ ամենը լուծվեց ՝ ավելացնելով Schottky դիոդ BMS- ի և buck փոխարկիչի միջև: Այդ կերպ հոսանքը հաստատ չի վերադառնա բաք փոխարկիչ: Այս դիոդն ունի DC վոլտացման առավելագույն լարման 40 վոլտ և առավելագույն առաջային հոսանք ՝ 3 ամպեր:

Հսկայական բեռի ընթացիկ խնդիրը լուծելու համար ես որոշեցի փոխարինել իմ buck փոխարկիչը մեկով, որն ուներ ընթացիկ սահմանափակող հատկություն: Այս փոխարկիչն երկու անգամ ավելի մեծ է, բայց բարեբախտաբար, ես բավականաչափ տեղ ունեի իմ պարիսպում `այն տեղավորելու համար: Այն երաշխավորում էր, որ բեռնվածքի հոսանքը երբեք չի գերազանցի 2 ամպեր:

Քայլ 4: Արևային էներգիայի մատակարարում

Այս նախագծի համար ես որոշեցի ներառել արևային վահանակը խառնուրդի մեջ: Դրանով ես ուզում էի ավելի լավ հասկանալ, թե ինչպես են նրանք աշխատում և ինչպես օգտագործել դրանք: Ես որոշեցի միացնել չորս 6 վոլտ և 100 մԱ արևային վահանակներ, որոնք իրենց հերթին ապահովում են 24 վոլտ և 100 մԱ ընդհանուր առմամբ արևի լավագույն լույսի պայմաններում: Սա ավելացնում է մինչև 2,4 վտ հզորություն, ինչը շատ չէ: Օգտակար տեսանկյունից այս հավելումը բավականին անօգուտ է և հազիվ կարող է լիցքավորել 18650 մարտկոցի բջիջ, ուստի այն ավելի շատ որպես զարդարանք է, քան որպես հատկություն: Այս մասի փորձարկման ընթացքում ես պարզեցի, որ արևային վահանակների այս զանգվածը կատարյալ պայմաններում լիցքավորում է միայն 18650 մարտկոց: Ամպամած օրվա ընթացքում այն կարող է նույնիսկ չմիացնել արկղերի փոխարկիչը, որը հետևում է արևային վահանակների զանգվածից հետո:

Սովորաբար, PV4 վահանակից հետո միացնում եք արգելափակման դիոդը (տես սխեմատիկայում): Սա կկանխի հոսանքի վերադարձը դեպի արևային վահանակներ, երբ արև չկա և վահանակները չեն արտադրի որևէ էներգիա: Այնուհետև մարտկոցի տուփը կսկսի լիցքաթափվել արևային վահանակների զանգվածի վրա, ինչը կարող է վնասել նրանց: Քանի որ ես արդեն ավելացրել եմ D5 դիոդ ՝ փոխարկիչի և 18650 մարտկոցի տուփի միջև, որպեսզի հոսանքը հետ չվերադառնա, ես կարիք չունեի ևս մեկը ավելացնել: Այս նպատակով խորհուրդ է տրվում օգտագործել Schottky դիոդ, քանի որ դրանք ավելի ցածր լարման անկում ունեն, քան սովորական դիոդը:

Արևային վահանակների նախազգուշական միջոցներից են շրջանցող դիոդները: Դրանք անհրաժեշտ են, երբ արևային վահանակները միացված են մի շարք կազմաձևերի: Նրանք օգնում են այն դեպքերում, երբ միացված կամ միացված արևային վահանակները ստվերում են: Երբ դա տեղի ունենա, ստվերավորված արևային վահանակը ոչ մի էներգիա չի արտադրի, և դրա դիմադրությունը կդառնա բարձր ՝ արգելափակելով արևային վահանակներից հոսանքի հոսքը: Ահա, որտեղից ներթափանցվում է դիոդ: Երբ, օրինակ, PV2 արևային վահանակը ստվերում է, PV1 արևային վահանակի արտադրած հոսանքը բռնելու է նվազագույն դիմադրության ճանապարհը, այսինքն `այն հոսելու է D2 դիոդի միջով: Դա կհանգեցնի ընդհանուր առմամբ ավելի ցածր էներգիայի (ստվերավորված վահանակի պատճառով), բայց գոնե հոսանքը չի արգելափակվի բոլորը միասին: Երբ արևային վահանակներից ոչ մեկն արգելափակված չէ, հոսանքը անտեսում է դիոդները և հոսելու է արևային վահանակների միջով, քանի որ դա նվազագույն դիմադրության ուղին է: Իմ նախագծում ես օգտագործել եմ BAT45 Schottky դիոդները, որոնք կապված են յուրաքանչյուր արևային վահանակի հետ զուգահեռ: Schottky դիոդները խորհուրդ են տրվում, քանի որ դրանք ունեն ավելի ցածր լարման անկում, որն իր հերթին կդարձնի ամբողջ արևային վահանակների զանգվածը ավելի արդյունավետ (այն իրավիճակներում, երբ արևային վահանակներից մի քանիսը ստվերում են):

Որոշ դեպքերում շրջանցող և արգելափակող դիոդներն արդեն ինտեգրված են արևային վահանակին, ինչը շատ ավելի հեշտացնում է ձեր սարքի դիզայնը:

Ամբողջ արևային վահանակների զանգվածը միացված է A1 բաք փոխարկիչին (լարումը իջեցնելով մինչև +16,8 վոլտ) SPDT անջատիչի միջոցով: Այս կերպ օգտվողը կարող է ընտրել, թե ինչպես պետք է սնուցվեն 18650 մարտկոցի բջիջներ:

Քայլ 5: Լրացուցիչ հնարավորություններ

Հարմարության համար ես ավելացրել եմ 4S մարտկոցի լիցքավորման ցուցիչ, որը միացված է շոշափելի անջատիչով ՝ ցույց տալու համար, թե արդյոք 18650 մարտկոցի փաթեթը դեռ լիցքավորված է: Մեկ այլ առանձնահատկություն, որը ես ավելացրել եմ, USB 2.0 պորտն է, որն օգտագործվում է սարքի լիցքավորման համար: Սա կարող է օգտակար լինել, երբ ես 18650 մարտկոցի լիցքավորիչը դուրս բերեմ դրսում: Քանի որ սմարթֆոններին անհրաժեշտ է +5 վոլտ լիցքավորման համար, ես ավելացրի քայլափոխիչ փոխարկիչ ՝ լարումը +16.8 վոլտից մինչև +5 վոլտ իջեցնելու համար: Բացի այդ, ես ավելացրել եմ SPDT անջատիչ, այնպես որ A2 buck փոխարկիչից լրացուցիչ էներգիա չի վատնվի, երբ USB պորտը չի օգտագործվում:

Քայլ 6: Բնակարանաշինություն

Որպես պատյան հիմք, ես օգտագործեցի թափանցիկ օրգանական ապակու թերթեր, որոնք ես կտրել էի ձեռքի սղոցով: Դա համեմատաբար էժան և հեշտ օգտագործման նյութ է: Ամեն ինչ մեկ տեղում ամրացնելու համար ես օգտագործեցի մետաղական անկյունային փակագծեր `պտուտակների և ընկույզների հետ համատեղ: Այդ կերպ անհրաժեշտության դեպքում կարող եք արագ հավաքել և ապամոնտաժել պարիսպը: Մյուս կողմից, այս մոտեցումը սարքին ավելորդ քաշ է ավելացնում, քանի որ այն օգտագործում է մետաղ: Ընկույզների համար անհրաժեշտ անցքեր պատրաստելու համար ես օգտագործեցի էլեկտրական փորվածք: Արևային վահանակները սոսնձված էին օրգանական ապակու վրա ՝ օգտագործելով տաք սոսինձ: Երբ ամեն ինչ հավաքվեց, ես հասկացա, որ այս սարքի տեսքը կատարյալ չէ, քանի որ թափանցիկ ապակու միջոցով կարելի էր տեսնել ամբողջ էլեկտրոնային խառնաշփոթը: Դա լուծելու համար ես օրգանական ապակին ծածկեցի տարբեր գույների կպչուն ժապավենով:

Քայլ 7: Վերջին բառեր

Չնայած սա համեմատաբար հեշտ նախագիծ էր, ես հնարավորություն ունեցա ձեռք բերել էլեկտրոնիկայի փորձ, իմ էլեկտրոնային սարքերի համար պատյաններ կառուցել և ծանոթացա նոր (ինձ համար) էլեկտրոնային բաղադրիչներին:

Հուսով եմ, որ այս ուսուցողականը հետաքրքիր և տեղեկատվական էր ձեզ համար: Եթե ունեք որևէ հարց կամ առաջարկ, խնդրում ենք ազատ զգալ մեկնաբանել:

Իմ էլեկտրոնային և այլ նախագծերի վերջին թարմացումներն ստանալու համար շարունակեք և հետևեք ինձ facebook- ում.

facebook.com/eRadvilla