4S 18650 Li-ion Battery Cell Charger ขับเคลื่อนโดย Sun: 7 Steps

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

แรงจูงใจในการทำโครงการนี้คือการสร้างสถานีชาร์จเซลล์แบตเตอรี่ 18650 ของตัวเองซึ่งจะเป็นส่วนสำคัญในโครงการไร้สาย (ที่ชาญฉลาด) ในอนาคตของฉัน ฉันเลือกใช้เส้นทางไร้สายเพราะมันทำให้โปรเจ็กต์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ได้ เทอะทะน้อยลง และฉันมีเซลล์แบตเตอรี่ 18650 ที่กู้คืนมาได้จำนวนมาก

สำหรับโครงการของฉัน ฉันเลือกที่จะชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 18650 สี่ก้อนในคราวเดียวและเชื่อมต่อแบบอนุกรม ซึ่งทำให้เป็นการจัดแบตเตอรี่ 4S เพื่อความสนุกเท่านั้น ฉันตัดสินใจติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์สี่แผงที่ด้านบนของอุปกรณ์ ซึ่งแทบจะไม่แม้แต่จะชาร์จเซลล์แบตเตอรี่… แต่มันก็ดูเท่ โปรเจ็กต์นี้ใช้พลังงานจากที่ชาร์จแล็ปท็อปสำรอง แต่แหล่งพลังงานอื่นๆ ที่เกิน +16.8 โวลต์ก็ใช้ได้เช่นกัน คุณสมบัติเพิ่มเติมอื่นๆ ได้แก่ ไฟแสดงสถานะการชาร์จแบตเตอรี่ Li-ion เพื่อติดตามกระบวนการชาร์จและพอร์ต USB 2.0 ที่ใช้ชาร์จสมาร์ทโฟน

ขั้นตอนที่ 1: ทรัพยากร

อิเล็กทรอนิกส์:

• 4S BMS;
• ที่ยึดเซลล์แบตเตอรี่ 4S 18650;
• 4S 18650 ไฟแสดงสถานะการชาร์จแบตเตอรี่;
• เซลล์แบตเตอรี่ li-ion 18650 4 ชิ้น;
• 4 ชิ้น 80x55 มม. แผงโซลาร์เซลล์;
• แจ็ค USB 2.0 หญิง;
• แจ็คตัวเมียที่ชาร์จแล็ปท็อป;
• ตัวแปลงบั๊กพร้อมคุณสมบัติการจำกัดปัจจุบัน
• ตัวแปลงบั๊กขนาดเล็กเป็น +5 โวลต์;
• ปุ่มสัมผัสสำหรับไฟแสดงสถานะการชาร์จแบตเตอรี่;
• 4 ชิ้น BAT45 ไดโอด Schottky;
• 1N5822 ไดโอด Schottky หรืออะไรที่คล้ายกัน
• สวิตช์ SPDT 2 ชิ้น;

การก่อสร้าง:

• แผ่นแก้วอินทรีย์
• สลักเกลียวและถั่ว
• วงเล็บมุม 9 ชิ้น;
• บานพับ 2 ชิ้น;
• กาวร้อน
• เลื่อยมือ;
• เจาะ;
• เทปพันสายไฟ (อุปกรณ์เสริม);

ขั้นตอนที่ 2: BMS

ก่อนที่ฉันจะเริ่มโปรเจ็กต์นี้ ฉันไม่ค่อยรู้เรื่องการชาร์จแบตเตอรี li-ion มากนัก และจากสิ่งที่ฉันพบ ฉันบอกได้เลยว่า BMS (หรือที่รู้จักในชื่อระบบจัดการแบตเตอรี) เป็นวิธีแก้ปัญหาหลักสำหรับปัญหานี้ (ฉันไม่ได้บอกว่า ดีที่สุดและเท่านั้น) เป็นบอร์ดที่ทำให้แน่ใจว่าเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 18560 ทำงานภายใต้สภาวะที่ปลอดภัยและเสถียร มีคุณสมบัติการป้องกันดังต่อไปนี้:

• การป้องกันการชาร์จเกิน;

  • แรงดันไฟจะไม่เกิน +4.195 V ต่อเซลล์แบตเตอรี่
  • การชาร์จเซลล์แบตเตอรี่ของคุณด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานสูงสุด (โดยทั่วไปคือ +4.2 V) จะทำให้เซลล์เสียหาย
  • หากเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชาร์จสูงสุด +4.1 V อายุการใช้งานจะยาวนานขึ้นเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ที่ชาร์จที่ +4.2 V

• การป้องกันแรงดันตก;

  • แรงดันเซลล์แบตเตอรี่จะไม่น้อยกว่า +2.55 V;
  • หากเซลล์แบตเตอรี่ได้รับอนุญาตให้คายประจุน้อยกว่าแรงดันไฟในการทำงานขั้นต่ำ เซลล์แบตเตอรี่จะเสียหาย สูญเสียความจุบางส่วนและอัตราการคายประจุเองจะเพิ่มขึ้น
  • ขณะชาร์จเซลล์ลิเธียมไอออนที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำในการทำงาน อาจทำให้ไฟฟ้าลัดวงจรและทำให้สภาพแวดล้อมตกอยู่ในอันตราย

• ป้องกันการลัดวงจร

  เซลล์แบตเตอรี่ของคุณจะไม่ได้รับความเสียหายหากมีไฟฟ้าลัดวงจรในระบบของคุณ

• การป้องกันกระแสเกิน;

  BMS จะไม่ยอมให้กระแสเกินค่านิยม

• การปรับสมดุลแบตเตอรี่

  • หากระบบมีเซลล์แบตเตอรี่มากกว่าหนึ่งเซลล์เชื่อมต่อเป็นอนุกรม บอร์ดนี้จะทำให้แน่ใจว่าเซลล์แบตเตอรี่ทั้งหมดมีประจุเท่ากัน
  • ถ้าสำหรับอดีต เรามีเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหนึ่งเซลล์ซึ่งมีประจุมากกว่าเซลล์อื่น ซึ่งจะปล่อยสู่เซลล์อื่นซึ่งไม่ดีต่อสุขภาพอย่างมาก

มีวงจร BMS มากมายที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน พวกเขามีวงจรป้องกันที่แตกต่างกันและสร้างขึ้นสำหรับการกำหนดค่าแบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน ในกรณีของฉัน ฉันใช้การกำหนดค่า 4S ซึ่งหมายความว่าเซลล์แบตเตอรี่สี่เซลล์เชื่อมต่อแบบอนุกรม (4S) ซึ่งจะผลิตแรงดันไฟฟ้ารวมประมาณ +16, 8 โวลต์ และ 2 Ah ขึ้นอยู่กับคุณภาพของเซลล์แบตเตอรี่ นอกจากนี้คุณยังสามารถเชื่อมต่อชุดเซลล์แบตเตอรี่ได้มากเกือบเท่าที่คุณต้องการสำหรับบอร์ดนี้ สิ่งนี้จะเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ ในการชาร์จแบตเตอรี่นี้ คุณจะต้องจ่ายไฟให้กับ BMS ประมาณ +16, 8 โวลต์ วงจรเชื่อมต่อของ BMS อยู่ในรูปภาพ

โปรดทราบว่าในการชาร์จแบตเตอรี่ คุณต้องเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นกับพิน P+ และ P- ในการใช้แบตเตอรี่ที่ชาร์จแล้ว คุณต้องเชื่อมต่อส่วนประกอบของคุณกับพิน B+ และ B-

ขั้นตอนที่ 3: การจ่ายแบตเตอรี่ 18650

แหล่งจ่ายไฟสำหรับแบตเตอรี่ 18650 ของฉันคือ HP +19 โวลต์และเครื่องชาร์จแล็ปท็อป 4, 74 แอมแปร์ที่ฉันวางไว้ เนื่องจากแรงดันไฟขาออกสูงเกินไป ฉันจึงเพิ่มตัวแปลงบั๊กเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ +16, 8 โวลต์ เมื่อทุกอย่างถูกสร้างขึ้นแล้ว ฉันทดสอบอุปกรณ์นี้เพื่อดูว่ามันทำงานอย่างไร ฉันทิ้งมันไว้บนขอบหน้าต่างเพื่อชาร์จโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อฉันกลับบ้าน ฉันสังเกตเห็นว่าเซลล์แบตเตอรี่ของฉันไม่ได้ชาร์จเลย อันที่จริง มันคายประจุออกมาหมดแล้ว และเมื่อฉันลองชาร์จพวกมันโดยใช้ที่ชาร์จแล็ปท็อป ชิปตัวแปลงบั๊กก็เริ่มส่งเสียงฟู่แปลกๆ และมันก็ร้อนมาก เมื่อฉันวัดกระแสไปที่ BMS ฉันได้ค่าที่อ่านได้มากกว่า 3.8 แอมแปร์! นี่เป็นวิธีที่สูงกว่าการให้คะแนนสูงสุดของตัวแปลงบั๊กของฉัน BMS กำลังดึงกระแสไฟออกมามากเพราะแบตเตอรี่หมด

ประการแรก ฉันแก้ไขการเชื่อมต่อทั้งหมดระหว่าง BMS และส่วนประกอบภายนอก จากนั้นจึงดำเนินการตามปัญหาการคายประจุที่เกิดขึ้นขณะชาร์จด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ ฉันคิดว่าปัญหานี้เกิดขึ้นเพราะมีแสงแดดไม่เพียงพอสำหรับเปิดตัวแปลงบั๊ก เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ฉันคิดว่าที่ชาร์จเริ่มไปในทิศทางตรงกันข้าม – จากแบตเตอรี่ไปจนถึงตัวแปลงบั๊ก (ไฟตัวแปลงบั๊กเปิดอยู่) ทั้งหมดที่ได้รับการแก้ไขโดยการเพิ่มไดโอด Schottky ระหว่าง BMS และตัวแปลงบั๊ก ด้วยวิธีนี้กระแสจะไม่กลับมาแปลงเป็นเจ้าชู้อย่างแน่นอน ไดโอดนี้มีแรงดันบล็อก DC สูงสุด 40 โวลต์และกระแสไฟไปข้างหน้าสูงสุด 3 แอมแปร์

เพื่อแก้ปัญหากระแสโหลดขนาดใหญ่ ฉันตัดสินใจเปลี่ยนตัวแปลงบั๊กเป็นตัวแปลงที่มีคุณสมบัติจำกัดปัจจุบัน ตัวแปลงบั๊กนี้ใหญ่เป็นสองเท่า แต่โชคดีที่ฉันมีพื้นที่เพียงพอในตู้ที่จะใส่ได้พอดี รับประกันได้ว่ากระแสโหลดจะไม่เกิน 2 แอมแปร์

ขั้นตอนที่ 4: แหล่งจ่ายไฟพลังงานแสงอาทิตย์

สำหรับโครงการนี้ ฉันตัดสินใจรวมแผงโซลาร์เซลล์เข้าไว้ด้วยกัน การทำเช่นนี้ฉันต้องการทำความเข้าใจวิธีการทำงานและวิธีการใช้งานให้ดีขึ้น ฉันเลือกที่จะเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 6 โวลต์และ 100 มิลลิแอมป์สี่แผงเป็นชุด ซึ่งจะทำให้ฉันมี 24 โวลต์และ 100 มิลลิแอมป์โดยรวมในสภาพแสงแดดที่ดีที่สุด ซึ่งเพิ่มกำลังไฟฟ้าได้ไม่เกิน 2.4 วัตต์ ซึ่งถือว่าไม่มาก จากมุมมองที่เป็นประโยชน์ การเพิ่มนี้ค่อนข้างไร้ประโยชน์และแทบจะไม่สามารถชาร์จเซลล์แบตเตอรี่ 18650 ได้ ดังนั้นจึงเป็นการตกแต่งมากกว่าคุณลักษณะ ในระหว่างการทดสอบของฉันในส่วนนี้ ฉันพบว่าแผงโซลาร์เซลล์เหล่านี้ชาร์จเซลล์แบตเตอรี่ 18650 ในสภาพที่สมบูรณ์เท่านั้น ในวันที่มีเมฆมาก ระบบอาจไม่เปิดตัวแปลงบั๊กซึ่งตามหลังแผงโซลาร์เซลล์

โดยปกติ คุณจะต้องเชื่อมต่อบล็อกกิ้งไดโอดหลังแผง PV4 (ดูในแผนผัง) สิ่งนี้จะป้องกันไม่ให้กระแสไหลกลับไปยังแผงโซลาร์เซลล์เมื่อไม่มีแสงแดดและแผงจะไม่ผลิตพลังงานใดๆ จากนั้นก้อนแบตเตอรี่จะเริ่มปล่อยประจุไปยังแผงโซลาร์เซลล์ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อแบตเตอรี่ได้ เนื่องจากฉันได้เพิ่มไดโอด D5 ระหว่างตัวแปลงบั๊กกับชุดแบตเตอรี่ 18650 เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไหลย้อนกลับ ฉันจึงไม่จำเป็นต้องเพิ่มอีกอัน ขอแนะนำให้ใช้ไดโอด Schottky เพื่อจุดประสงค์นี้เนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าตกต่ำกว่าไดโอดปกติ

ข้อควรระวังอีกประการหนึ่งสำหรับแผงโซลาร์เซลล์คือไดโอดบายพาส จำเป็นต้องใช้เมื่อเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ในการกำหนดค่าแบบอนุกรม ช่วยในกรณีที่แผงโซลาร์เซลล์ที่เชื่อมต่ออย่างน้อยหนึ่งแผงถูกแรเงา เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น แผงโซลาร์ที่แรเงาจะไม่ผลิตพลังงานใดๆ และความต้านทานของแผงโซลาร์เซลล์จะสูง ซึ่งจะปิดกั้นกระแสไฟจากแผงโซลาร์ที่ไม่มีเงา นี่คือไดโอดบายพาสที่เข้ามา ตัวอย่างเช่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์ PV2 ถูกแรเงา กระแสไฟฟ้าที่ผลิตโดยแผงโซลาร์เซลล์ PV1 จะใช้เส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด ซึ่งหมายความว่าจะไหลผ่านไดโอด D2 ซึ่งจะส่งผลให้พลังงานโดยรวมลดลง (เนื่องจากแผงแรเงา) แต่อย่างน้อยกระแสจะไม่ถูกบล็อกทั้งหมดเข้าด้วยกัน เมื่อไม่มีแผงโซลาร์เซลล์ใดถูกปิดกั้น กระแสไฟจะเพิกเฉยต่อไดโอดและจะไหลผ่านแผงโซลาร์เซลล์เพราะเป็นเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด ในโครงการของฉัน ฉันใช้ไดโอด BAT45 Schottky ที่เชื่อมต่อแบบขนานกับแผงโซลาร์แต่ละแผง แนะนำให้ใช้ไดโอดชอตต์กี้เนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าตกต่ำ ซึ่งจะทำให้แผงโซลาร์เซลล์ทั้งหมดมีประสิทธิภาพมากขึ้น (ในสถานการณ์ที่แผงโซลาร์บางแผงถูกแรเงา)

ในบางกรณี ไดโอดบายพาสและบล็อกเกอร์ถูกรวมเข้ากับแผงโซลาร์เซลล์แล้ว ซึ่งทำให้การออกแบบอุปกรณ์ของคุณง่ายขึ้นมาก

แผงโซลาร์เซลล์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับตัวแปลงบั๊ก A1 (ลดแรงดันไฟฟ้าเป็น +16.8 โวลต์) ผ่านสวิตช์ SPDT วิธีนี้ผู้ใช้สามารถเลือกว่าควรใช้พลังงานเซลล์แบตเตอรี่ 18650 อย่างไร

ขั้นตอนที่ 5: คุณสมบัติเพิ่มเติม

เพื่อความสะดวกฉันได้เพิ่มตัวบ่งชี้การชาร์จแบตเตอรี่ 4S ที่เชื่อมต่อผ่านสวิตช์สัมผัสเพื่อแสดงว่ามีการชาร์จแบตเตอรี่ 18650 แล้วหรือยัง คุณสมบัติอื่นที่ฉันเพิ่มคือพอร์ต USB 2.0 ที่ใช้สำหรับการชาร์จอุปกรณ์ สิ่งนี้อาจมีประโยชน์เมื่อฉันนำเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ 18650 ออกไปข้างนอก เนื่องจากสมาร์ทโฟนต้องใช้ไฟ +5 โวลต์ในการชาร์จ ฉันจึงเพิ่มตัวแปลงบั๊กแบบสเต็ปดาวน์เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าจาก +16.8 โวลต์เป็น +5 โวลต์ นอกจากนี้ ฉันได้เพิ่มสวิตช์ SPDT เพื่อไม่ให้ใช้พลังงานเพิ่มเติมโดยตัวแปลงบั๊ก A2 เมื่อไม่ได้ใช้พอร์ต USB

ขั้นตอนที่ 6: การก่อสร้างที่อยู่อาศัย

ฉันใช้แผ่นกระจกออร์แกนิกแบบโปร่งใสซึ่งใช้เลื่อยมือตัดเป็นฐานของโครงตัวเรือน วัสดุค่อนข้างถูกและใช้งานง่าย ในการยึดทุกอย่างให้แน่นในที่เดียว ฉันใช้ฉากยึดแบบโลหะร่วมกับสลักเกลียวและน็อต ด้วยวิธีนี้ คุณจึงสามารถประกอบและถอดชิ้นส่วนกล่องหุ้มได้อย่างรวดเร็ว หากจำเป็น ในทางกลับกัน วิธีนี้จะเพิ่มน้ำหนักที่ไม่จำเป็นให้กับอุปกรณ์เพราะใช้โลหะ ในการทำรูที่จำเป็นสำหรับน็อต ฉันใช้สว่านไฟฟ้า แผงโซลาร์เซลล์ติดกระจกอินทรีย์โดยใช้กาวร้อน เมื่อทุกอย่างถูกรวมเข้าด้วยกัน ฉันตระหนักว่ารูปลักษณ์ของอุปกรณ์นี้ไม่สมบูรณ์แบบเพราะคุณสามารถเห็นความยุ่งเหยิงทางอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดผ่านกระจกใส เพื่อแก้ปัญหานั้นฉันจึงปิดกระจกออร์แกนิกด้วยเทปพันท่อสีต่างๆ

ขั้นตอนที่ 7: คำพูดสุดท้าย

แม้ว่าโครงการนี้จะเป็นโครงการที่ค่อนข้างง่าย แต่ฉันมีโอกาสได้รับประสบการณ์ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ สร้างเปลือกสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของฉัน และได้รู้จักกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ใหม่ (สำหรับฉัน)

ฉันหวังว่าคำแนะนำนี้น่าสนใจและให้ข้อมูลกับคุณ หากคุณมีคำถามหรือข้อเสนอแนะโปรดแสดงความคิดเห็น?

หากต้องการรับข้อมูลอัปเดตล่าสุดเกี่ยวกับโครงการอิเล็กทรอนิกส์และโครงการอื่นๆ ของฉัน โปรดติดตามฉันบน Facebook:

facebook.com/eRadvilla