4S 18650 Carregador de cèl·lules de bateria d’ió li Li alimentat per Sun: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

La motivació per emprendre aquest projecte va ser crear la meva pròpia estació de càrrega de cèl·lules de bateria 18650 que serà una part vital en els meus futurs projectes sense fils (energèticament). Vaig escollir una ruta sense fils perquè fa que els projectes electrònics siguin mòbils, menys voluminosos i tinc una pila de 18650 piles recuperades.

Per al meu projecte, vaig optar per carregar quatre bateries de 18650 li-ion alhora i connectar-les en sèrie, cosa que fa que aquesta sigui una disposició de bateria 4S. Només per divertir-me, vaig decidir muntar quatre panells solars a sobre del meu dispositiu, que amb prou feines carreguen les piles de les bateries … però sembla genial. Aquest projecte funciona amb un carregador de portàtil de recanvi, però també ho farà qualsevol altra font d’energia de més de +16,8 volts. Altres funcions addicionals inclouen l’indicador de càrrega de la bateria de li-ion per fer un seguiment del procés de càrrega i el port USB 2.0 que s’utilitza per carregar un telèfon intel·ligent.

Pas 1: recursos

Electrònica:

• 4S BMS;
• Porta cel·les de bateria 4S 18650;
• Indicador de càrrega de la bateria 4S 18650;
• 4 unitats de cèl·lules de bateria de ions de 18650;
• 4 unitats Panells solars de 80x55 mm;
• Connector femella USB 2.0;
• Presa carregador portàtil femella femella;
• Convertidor Buck amb funció de limitació de corrent;
• Convertidor petit de dòlar a +5 volts;
• Botó tàctil per a l'indicador de càrrega de la bateria;
• 4 unitats díodes Schottky BAT45;
• 1N5822 díode Schottky o qualsevol cosa similar;
• 2 interruptors SPDT;

Construcció:

• Full de vidre orgànic;
• Cargols i femelles;
• 9 suports angulars;
• 2 frontisses;
• Cola calenta;
• Serra de mà;
• Trepant;
• Cinta adhesiva (opcional);

Pas 2: BMS

Abans de començar aquest projecte, no sabia gaire sobre la càrrega de la bateria de li-ion i, pel que vaig trobar, puc dir que BMS (també conegut com a sistema de gestió de bateries) és la solució principal per a aquest problema (no ho dic És el millor i l’únic). És un tauler que assegura que les cèl·lules de la bateria de li-ion de 18560 funcionin en condicions segures i estables. Té les funcions de protecció següents:

• Protecció contra sobrecàrrega;

  • el voltatge no superarà els +4,195 V per cel·la de la bateria;
  • carregar les cèl·lules de la bateria amb un voltatge superior al voltatge màxim de funcionament (normalment +4,2 V) les danyarà;
  • si la cèl·lula de la bateria d’ió li li carrega fins a un màxim de +4,1 V, la seva vida útil serà més llarga en comparació amb la bateria que s’ha carregat a +4,2 V;

• Protecció contra baixa tensió;

  • el voltatge de la pila de la bateria no obtindrà menys de +2,55 V;
  • si es permet que la cèl·lula de la bateria descarregui menys del voltatge mínim de funcionament, es perjudicarà, en perdrà part de la capacitat i augmentarà la velocitat d’autodescàrrega;
  • Mentre es carrega una cèl·lula de ió-li amb una tensió inferior a la seva tensió mínima de funcionament, pot desenvolupar un curtcircuit i posar en perill el seu entorn;

• Protecció contra curtcircuits;

  La cèl·lula de la bateria no es farà malbé si hi ha un curtcircuit al sistema;

• Protecció contra sobrecorrent;

  BMS no permetrà que el corrent superi el valor nominal;

• Equilibri de la bateria;

  • Si el sistema conté més d'una cèl·lula de bateria connectada en sèrie, aquesta placa s'assegurarà que totes les cèl·lules de la bateria tinguin la mateixa càrrega;
  • Si per ex. tenim una cèl·lula de bateria de ions de li que té més càrrega que les altres que descarregarà a altres cèl·lules, cosa que per a ells és molt poc saludable;

Hi ha una gran varietat de circuits BMS dissenyats per a diferents propòsits. Tenen diferents circuits de protecció i estan dissenyats per a diferents configuracions de bateries. En el meu cas, he utilitzat la configuració 4S que vol dir que hi ha quatre cel·les de bateria connectades en sèrie (4S). Això produirà aproximadament un voltatge total de +16, 8 volts i 2 Ah en funció de la qualitat de les cel·les de la bateria. A més, podeu connectar gairebé tantes sèries de piles de bateria en paral·lel com vulgueu per a aquesta placa. Això augmentaria la capacitat de la bateria. Per carregar aquesta bateria hauríeu de subministrar al BMS uns +16, 8 volts. El circuit de connexió de BMS es troba a les imatges.

Tingueu en compte que per carregar una bateria connecteu la tensió d’alimentació necessària als pins P + i P-. Per utilitzar la bateria carregada, connecteu els components als pins B + i B.

Pas 3: subministrament de bateria 18650

La font d'alimentació de la meva bateria 18650 és HP +19 volts i un carregador de portàtil de 4, 74 amperes que tenia al voltant. Com que la seva sortida de tensió és una mica massa elevada, he afegit un convertidor per reduir la tensió a +16, 8 volts. Quan ja estava tot construït, vaig provar aquest dispositiu per veure com funciona. El vaig deixar al davall de la finestra perquè es carregés amb energia solar. Quan vaig tornar a casa, vaig notar que les piles de la bateria no estaven gens carregades. De fet, estaven completament descarregats i quan vaig provar de carregar-los amb un carregador de portàtils, el xip convertidor Buck va començar a produir sons estranys i va fer molt de calor. Quan he mesurat el corrent que va a BMS, tinc la lectura de més de 3,8 amperes. Això va superar les valoracions màximes del meu convertidor de dòlars. BMS estava prenent tanta corrent perquè les bateries estaven completament esgotades.

En primer lloc, vaig tornar a refer totes les connexions entre BMS i components externs i després vaig anar després del problema de descàrrega que es va produir mentre es carregava amb energia solar. Crec que aquest problema s’estava produint perquè no hi havia prou llum solar per encendre el convertidor de dòlars. Quan va passar això, crec que el carregador va començar a anar en direcció contrària: de la bateria al convertidor de buck (la llum del convertidor de buck estava encesa). Tot el que es va solucionar afegint un díode Schottky entre BMS i el convertidor Buck. D'aquesta manera, el corrent definitivament no tornarà al convertidor de dòlars. Aquest díode té una tensió màxima de bloqueig de CC de 40 volts i un corrent màxim màxim de 3 amperes.

Per resoldre l’enorme problema de la càrrega actual, vaig decidir substituir el meu convertidor de dòlars per un altre que tingués la funció de limitació de corrent. Aquest convertidor de dòlars és el doble de gran, però, per sort, tenia prou espai al meu recinte per adaptar-lo. Es garantia que el corrent de càrrega mai superarà els 2 amperes.

Pas 4: font d'alimentació solar

Per a aquest projecte vaig decidir incorporar panells solars a la barreja. En fer-ho, volia entendre millor com funcionen i com s’utilitzen. Vaig escollir connectar quatre plaques solars de 6 volts i 100 mA en sèrie que, al seu torn, em proporcionen 24 volts i 100 mA en total en les millors condicions de llum solar. Això suma no més de 2,4 watts de potència, cosa que no és gran. Des del punt de vista utilitari, aquesta addició és força inútil i amb prou feines pot carregar 18650 cel·les de bateria, de manera que és més com a decoració que com a característica. Durant les proves de prova d’aquesta part, vaig trobar que aquest conjunt de panells solars només carrega 18650 cèl·lules de bateria en condicions perfectes. En un dia ennuvolat, ni tan sols pot activar un convertidor de dòlars que segueix després de la matriu de panells solars.

Normalment, es connectaria un díode de bloqueig després del panell PV4 (consulteu l'esquema). Això evitaria que el corrent tornés a les plaques solars quan no hi ha llum solar i els panells no produiran energia. Aleshores, un paquet de bateries començaria a descarregar-se a la matriu de panells solars, cosa que podria perjudicar-los. Com que ja he afegit un díode D5 entre el convertidor i el paquet de bateries 18650 per evitar que el corrent torni a fluir, no he necessitat afegir-ne un altre. Es recomana utilitzar un díode Schottky per a aquest propòsit, ja que tenen una caiguda de tensió inferior a un díode normal.

Una altra línia de precaució per als panells solars són els díodes de by-pass. Es necessiten quan els panells solars estan connectats en una configuració en sèrie. Ajuden en casos en què un o més panells solars connectats estan ombrejats. Quan això passi, el panell solar ombrejat no produirà cap energia i la seva resistència augmentarà, bloquejant el flux de corrent dels panells solars sense ombra. Aquí hi ha un díode de by-pass. Quan, per exemple, el panell solar PV2 està ombrejat, el corrent produït pel panell solar PV1 prendrà el camí de menor resistència, és a dir, que fluirà pel díode D2. Això provocarà una menor potència total (a causa del tauler ombrejat), però almenys el corrent no es bloquejarà junt. Quan cap dels panells solars està bloquejat, el corrent ignorarà els díodes i fluirà a través dels panells solars perquè és el camí de menor resistència. Al meu projecte he utilitzat díodes Schottky BAT45 connectats en paral·lel amb cada panell solar. Es recomanen els díodes Schottky perquè tenen una caiguda de tensió més baixa que al seu torn farà que tota la matriu de panells solars sigui més eficient (en situacions en què alguns dels panells solars estiguin ombrejats).

En alguns casos, els díodes de by-pass i de bloqueig ja estan integrats al panell solar, cosa que facilita molt el disseny del dispositiu.

Tot el conjunt de panells solars està connectat al convertidor Buck A1 (reduint el voltatge a +16,8 volts) mitjançant un commutador SPDT. D’aquesta manera, l’usuari pot seleccionar com s’alimenten les bateries 18650.

Pas 5: funcions addicionals

Per motius de comoditat, he afegit un indicador de càrrega de la bateria 4S connectat mitjançant un interruptor tàctil per mostrar si el paquet de bateries 18650 encara s’ha carregat. Una altra característica que he afegit és el port USB 2.0 que s’utilitza per carregar el dispositiu. Pot ser que sigui útil si treuré el carregador de bateria 18650 a fora. Com que els telèfons intel·ligents necessiten +5 volts per carregar-se, he afegit un convertidor reduït per reduir el voltatge de +16,8 volts a +5 volts. A més, he afegit un commutador SPDT, de manera que el convertidor Buck A2 no perdria energia addicional quan no s’utilitza el port USB.

Pas 6: construcció d'habitatges

Com a base del recinte de l’habitatge vaig utilitzar làmines de vidre orgànic transparent que he tallat amb una serra de mans. És relativament barat i fàcil d’utilitzar. Per subjectar-ho tot en un lloc, he utilitzat mènsules angulars metàl·liques en combinació amb cargols i femelles. D'aquesta manera, podeu muntar i desmuntar ràpidament el recinte si cal. D'altra banda, aquest enfocament afegeix pes innecessari al dispositiu perquè utilitza metall. Per fer els forats necessaris per a les femelles, he utilitzat un trepant elèctric. Els panells solars es van enganxar al vidre orgànic mitjançant cola calenta. Quan es va muntar tot, em vaig adonar que l’aspecte d’aquest dispositiu no era perfecte perquè es veia tot l’embolic electrònic mitjançant vidres transparents. Per solucionar-ho, vaig cobrir el vidre orgànic amb diferents colors de cinta adhesiva.

Pas 7: Últimes paraules

Tot i que es tractava d’un projecte relativament senzill, vaig tenir l’oportunitat d’adquirir experiència en electrònica, construint recintes per als meus dispositius electrònics i em van introduir nous components electrònics (per a mi).

Espero que aquesta instrucció us hagi estat interessant i informativa. Si teniu alguna pregunta o suggeriment, no dubteu a comentar?

Per obtenir les darreres actualitzacions sobre els meus projectes electrònics i altres, seguiu-me a Facebook:

facebook.com/eRadvilla