4S 18650 Li-ion -akkulaturi Sunin tuottama: 7 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Motivaatio tämän projektin toteuttamiseen oli luoda oma 18650 akkukennolatausasema, joka on tärkeä osa tulevia langattomia (tehoviisaita) projekteja. Valitsin langattoman reitin, koska se tekee sähköisistä projekteista liikkuvia, vähemmän tilaa vieviä ja minulla on kasa pelastettuja 18650 akkukennoa.

Projektiani varten päätin ladata neljä 18650 litiumioniakkua kerralla ja kytkeä ne sarjaan, mikä tekee tästä 4S-akkujärjestelyn. Vain huvin vuoksi päätin asentaa neljä aurinkopaneelia laitteeni päälle, joka tuskin edes lataa akkukennoja … mutta se näyttää siistiltä. Tämä projekti saa virtansa kannettavasta varalaturista, mutta kaikki muut yli 16,8 voltin virtalähteet toimivat myös. Muita lisäominaisuuksia ovat litiumioniakun latauksen ilmaisin latausprosessin seuraamiseen ja älypuhelimen lataamiseen käytettävä USB 2.0 -portti.

Vaihe 1: Resurssit

Elektroniikka:

• 4S BMS;
• 4S 18650 akkukennopidike;
• 4S 18650 akun latauksen ilmaisin;
• 4 kpl 18650 litiumioniakkua;
• 4 kpl 80x55 mm Aurinkopaneelit;
• USB 2.0 naarasliitin;
• Kannettavan tietokoneen laturin naarasliitin;
• Buck -muunnin virranrajoitusominaisuudella;
• Pieni buck -muunnin +5 volttiin;
• Kosketuspainike akun latauksen ilmaisimelle;
• 4 kpl BAT45 Schottky -diodeja;
• 1N5822 Schottky -diodi tai vastaava;
• 2 kpl SPDT -kytkimiä;

Rakenne:

• Orgaaniset lasilevyt;
• Pultit ja mutterit;
• 9 kpl kulmakiinnikkeet;
• 2 kpl saranat;
• Kuuma liima;
• Käsisaha;
• Porata;
• Teippi (valinnainen);

Vaihe 2: BMS

Ennen kuin aloitin tämän projektin, en tiennyt paljon litiumioniakkujen lataamisesta, ja havaitsemani perusteella voin kertoa, että BMS (joka tunnetaan myös nimellä akunhallintajärjestelmä) on tärkein ratkaisu tähän ongelmaan (en sano sitä Se on paras ja ainoa). Se on levy, joka varmistaa, että 18560 litiumioniakku toimii turvallisissa ja vakaissa olosuhteissa. Siinä on seuraavat suojaominaisuudet:

• Ylikuormitussuoja;

  • jännite ei nouse yli +4,195 V akkua kohti;
  • akun kennojen lataaminen korkeammalla käyttöjännitteellä (tyypillisesti +4,2 V) vahingoittaa niitä;
  • jos litiumioniakku ladataan enintään +4,1 V: iin, sen käyttöikä on pidempi verrattuna akkuun, joka on ladattu +4,2 V: iin;

• Alijännitesuoja;

  • akun kennojännite ei laske alle +2,55 V;
  • jos akkukennon annetaan purkautua alle minimijännitteen, se vaurioituu, menettää osan kapasiteetistaan ja sen itsepurkautumisnopeus kasvaa;
  • Kun ladataan litiumionikennoa, jonka jännite on pienempi kuin minimijännite, se voi aiheuttaa oikosulun ja vaarantaa ympäristön;

• Oikosulkusuojaus;

  Akkukenno ei vahingoitu, jos järjestelmässäsi on oikosulku;

• Ylivirtasuoja;

  BMS ei anna virran nousta nimellisarvon yläpuolelle;

• Akun tasapainotus;

  • Jos järjestelmässä on useampi kuin yksi sarjaan kytketty akkukenno, tämä kortti varmistaa, että kaikissa akkukennoissa on sama varaus;
  • Jos esim. meillä on yksi litiumioniakku, jolla on enemmän varausta kuin muilla, ja se purkaa muille kennoille, mikä on heille erittäin epäterveellistä;

Siellä on erilaisia BMS -piirejä, jotka on suunniteltu eri tarkoituksiin. Niissä on erilaiset suojapiirit ja ne on rakennettu erilaisille akkukokoonpanoille. Minun tapauksessani käytin 4S -kokoonpanoa, mikä tarkoittaa, että neljä akkukennoa on kytketty sarjaan (4S). Tämä tuottaa noin +16, 8 voltin ja 2 Ah: n kokonaisjännitteen akkukennojen laadusta riippuen. Voit myös kytkeä tähän korttiin lähes yhtä monta paristokennosarjaa rinnakkain kuin haluat. Tämä lisäisi akun kapasiteettia. Tämän akun lataamiseksi sinun on toimitettava BMS: lle noin +16, 8 volttia. BMS: n liitäntäpiiri on kuvissa.

Huomaa, että akun lataamiseksi kytket tarvittavan syöttöjännitteen P+ ja P-nastoihin. Jos haluat käyttää ladattua akkua, kytke komponentit B+ ja B- nastoihin.

Vaihe 3: 18650 -akun syöttö

18650 -akun virtalähde on HP +19 voltin ja 4,74 ampeerin kannettavan tietokoneen laturi, jonka minulla oli käytössä. Koska sen jännitelähtö on hieman liian korkea, lisäsin buck -muuntimen alentamaan jännitteen +16, 8 volttiin. Kun kaikki oli jo rakennettu, testasin tätä laitetta nähdäkseni, miten se toimii. Jätin sen ikkunalaudalle, jotta se latautuu aurinkoenergialla. Palatessani kotiin huomasin, että akkukennot eivät olleet lainkaan ladattuja. Itse asiassa ne olivat täysin tyhjentyneet ja kun yritin ladata niitä kannettavan tietokoneen laturilla, buck -muunninsiru alkoi antaa outoja sihiseviä ääniä ja siitä tuli todella kuuma. Kun mittasin BMS: ään menevän virran, lukema on yli 3,8 ampeeria! Tämä oli reilusti yli taakseni muuntimen maksimiarvojen. BMS otti niin paljon virtaa, koska paristot olivat täysin tyhjät.

Ensinnäkin tein uudelleen kaikki liitännät BMS: n ja ulkoisten komponenttien välillä ja sitten seurasin purkausongelmaa, joka ilmeni aurinkoenergiaa ladattaessa. Luulen, että tämä ongelma tapahtui, koska buck -muuntimen käynnistämiseen ei ollut tarpeeksi auringonvaloa. Kun näin tapahtui, luulen, että laturi alkoi mennä vastakkaiseen suuntaan - akusta buck -muuntimeen (buck -muuntimen valo palaa). Kaikki tämä ratkaistiin lisäämällä Schottky -diodi BMS: n ja buck -muuntimen väliin. Näin virta ei varmasti palaa buck -muuntimeen. Tämän diodin suurin DC -estojännite on 40 volttia ja suurin eteenpäin suuntautuva virta 3 ampeeria.

Ratkaistakseni valtavan kuormitusvirran ongelman päätin korvata buck -muuntimeni sellaisella, jolla oli virranrajoitusominaisuus. Tämä buck -muunnin on kaksi kertaa suurempi, mutta onneksi minulla oli tarpeeksi tilaa kotelossani sen sovittamiseksi. Se takaa, että kuormitusvirta ei koskaan ylitä 2 ampeeria.

Vaihe 4: Aurinkosähkö

Tätä projektia varten päätin sisällyttää aurinkopaneelin seokseen. Näin halusin saada paremman käsityksen siitä, miten ne toimivat ja miten niitä käytetään. Päätin yhdistää neljä 6 voltin ja 100 mA: n aurinkopaneelia sarjaan, mikä puolestaan tarjoaa minulle 24 volttia ja yhteensä 100 mA parhaassa auringonvalossa. Tämä tuottaa enintään 2,4 wattia tehoa, mikä ei ole paljon. Hyödyllisestä näkökulmasta tämä lisäys on melko hyödytön ja voi tuskin ladata 18650 akkukennoa, joten se on enemmän koriste kuin ominaisuus. Tämän osan koeajoissa huomasin, että tämä aurinkopaneeliryhmä lataa vain 18650 akkukennoa täydellisissä olosuhteissa. Pilvisenä päivänä se ei ehkä edes käynnistä buck -muunninta, joka seuraa aurinkopaneeliryhmää.

Tyypillisesti liität esto -diodin PV4 -paneelin jälkeen (katso kaavio). Tämä estäisi virran virtaamisen takaisin aurinkopaneeleihin, kun auringonvaloa ei ole ja paneelit eivät tuota virtaa. Sitten akku alkaa purkautua aurinkopaneeliryhmään, mikä voi vahingoittaa niitä. Koska olen jo lisännyt D5 -diodin buck -muuntimen ja 18650 -akun väliin virran virtaamisen estämiseksi, minun ei tarvinnut lisätä toista. On suositeltavaa käyttää Schottky -diodia tähän tarkoitukseen, koska niillä on pienempi jännitehäviö kuin tavallisella diodilla.

Toinen aurinkopaneeleille tarkoitettu varotoimenpide on ohitusdiodit. Niitä tarvitaan, kun aurinkopaneelit on kytketty sarjaan. Ne auttavat tapauksissa, joissa yksi tai useampi liitetty aurinkopaneeli on varjostettu. Kun näin tapahtuu, varjostettu aurinkopaneeli ei tuota virtaa ja sen vastus kasvaa suureksi, mikä estää varjostamattomien aurinkopaneelien virran. Tässä oli ohitusdiodi. Kun esimerkiksi PV2-aurinkopaneeli on varjostettu, PV1-aurinkopaneelin tuottama virta kulkee vähiten vastustaen, eli se virtaa diodin D2 läpi. Tämä johtaa pienempään tehoon (varjostetun paneelin vuoksi), mutta ainakaan virtaa ei estetä yhdessä. Kun yksikään aurinkopaneeleista ei ole tukossa, virta jättää diodit huomiotta ja virtaa aurinkopaneelien läpi, koska se on vähiten vastustava tie. Projektissani käytin BAT45 Schottky -diodeja, jotka oli kytketty rinnakkain jokaisen aurinkopaneelin kanssa. Schottky -diodeja suositellaan, koska niillä on pienempi jännitehäviö, mikä puolestaan tekee koko aurinkopaneeliryhmästä tehokkaamman (tilanteissa, joissa osa aurinkopaneeleista on varjostettu).

Joissakin tapauksissa ohitus- ja estodiodit on jo integroitu aurinkopaneeliin, mikä helpottaa laitteen suunnittelua.

Koko aurinkopaneeliryhmä on kytketty A1 buck -muuntimeen (jännitteen alentaminen +16,8 volttiin) SPDT -kytkimen kautta. Tällä tavalla käyttäjä voi valita, miten 18650 -paristokennot saavat virran.

Vaihe 5: Lisäominaisuudet

Mukavuuden vuoksi olen lisännyt 4S -akun latauksen ilmaisimen, joka on kytketty kosketuskytkimen kautta, näyttääkseen, onko 18650 -akku ladattu vielä. Toinen lisätty ominaisuus on USB 2.0 -portti, jota käytetään laitteen lataamiseen. Tästä voi olla hyötyä, kun vien 18650 -akkulaturini ulos. Koska älypuhelimet tarvitsevat lataamiseen +5 volttia, lisäsin alennetun buck-muuntimen jännitteen alentamiseksi +16,8 voltista +5 volttiin. Lisäksi olen lisännyt SPDT -kytkimen, joten A2 -buck -muunnin ei tuhlaa lisävirtaa, kun USB -porttia ei käytetä.

Vaihe 6: Asunnon rakentaminen

Kotelon pohjana käytin läpinäkyviä orgaanisia lasilevyjä, jotka olen leikannut käsisahalla. Se on suhteellisen halpaa ja helppokäyttöistä materiaalia. Kaiken kiinnittämiseen yhteen paikkaan käytin metallisia kulmakiinnikkeitä yhdessä pulttien ja muttereiden kanssa. Näin voit koota ja purkaa kotelon tarvittaessa nopeasti. Toisaalta tämä lähestymistapa lisää laitteelle tarpeetonta painoa, koska se käyttää metallia. Pähkinöihin tarvittavien reikien tekemiseen käytin sähköporaa. Aurinkopaneelit liimattiin orgaaniseen lasiin kuumaliimalla. Kun kaikki oli koottu, tajusin, että tämän laitteen ulkonäkö ei ollut täydellinen, koska voit nähdä kaiken elektronisen sotkun läpinäkyvän lasin läpi. Tämän ratkaisemiseksi peitin orgaanisen lasin erivärisillä teipillä.

Vaihe 7: Viimeiset sanat

Vaikka tämä oli suhteellisen helppo projekti, minulla oli mahdollisuus hankkia kokemusta elektroniikasta, koteloiden rakentamisesta elektroniikkalaitteilleni ja tutustua uusiin (minulle) elektronisiin komponentteihin.

Toivottavasti tämä ohje oli sinulle mielenkiintoinen ja informatiivinen. Jos sinulla on kysyttävää tai ehdotuksia, voit kommentoida?

Saadaksesi viimeisimmät päivitykset sähköisistä ja muista projekteistani mene eteenpäin ja seuraa minua facebookissa:

facebook.com/eRadvilla