4S 18650 Lithium-Ionen-Akkuladegerät von Sun - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Die Motivation für dieses Projekt bestand darin, meine eigene Ladestation für 18650-Batteriezellen zu schaffen, die ein wichtiger Bestandteil meiner zukünftigen drahtlosen (leistungsweisen) Projekte sein wird. Ich habe mich für eine drahtlose Route entschieden, weil sie elektronische Projekte mobil und weniger sperrig macht und ich einen Haufen geborgener 18650-Batteriezellen herumliegen habe.

Für mein Projekt habe ich mich dafür entschieden, vier 18650 Li-Ionen-Akkus gleichzeitig aufzuladen und in Reihe zu schalten, was dies zu einer 4S-Batterieanordnung macht. Aus Spaß habe ich beschlossen, vier Solarpanels auf meinem Gerät zu montieren, die die Akkuzellen kaum aufladen… aber es sieht cool aus. Dieses Projekt wird mit einem Ersatz-Laptop-Ladegerät betrieben, aber jede andere Stromquelle über +16,8 Volt reicht auch. Weitere zusätzliche Funktionen sind die Ladeanzeige des Li-Ion-Akkus zur Verfolgung des Ladevorgangs und der USB 2.0-Anschluss zum Aufladen eines Smartphones.

Schritt 1: Ressourcen

Elektronik:

• 4S-BMS;
• 4S 18650 Batteriezellenhalter;
• 4S 18650 Batterieladeanzeige;
• 4 Stück 18650 Li-Ion-Batteriezellen;
• 4 Stück 80x55 mm Sonnenkollektoren;
• USB 2.0-Buchse;
• Buchse für Laptop-Ladegerät;
• Abwärtswandler mit Strombegrenzungsfunktion;
• Kleiner Abwärtswandler auf +5 Volt;
• Taktile Taste für Batterieladeanzeige;
• 4 Stück BAT45 Schottky-Dioden;
• 1N5822 Schottky-Diode oder ähnliches;
• 2 Stück SPDT-Schalter;

Konstruktion:

• Organische Glasscheibe;
• Schrauben und Muttern;
• 9 Stück Winkelhalterungen;
• 2 Stück Scharniere;
• Heißkleber;
• Handsäge;
• Bohren;
• Klebeband (optional);

Schritt 2: BMS

Bevor ich mit diesem Projekt begann, wusste ich nicht viel über das Laden von Li-Ionen-Batterien und für das, was ich gefunden habe, kann ich sagen, dass BMS (auch als Batteriemanagementsystem bekannt) die Hauptlösung für dieses Problem ist (das sage ich nicht) Es ist das Beste und Einzige). Es ist eine Platine, die dafür sorgt, dass 18560 Li-Ionen-Batteriezellen unter sicheren und stabilen Bedingungen betrieben werden. Es verfügt über folgende Schutzfunktionen:

• Überladungsschutz;

  • Spannung wird nicht höher als +4,195 V pro Batteriezelle;
  • Das Aufladen Ihrer Batteriezellen mit einer Spannung über der maximalen Betriebsspannung (typischerweise +4,2 V) führt zu Schäden.
  • wenn die Li-Ion-Akkuzelle mit maximal +4,1 V geladen wird, verlängert sich ihre Lebensdauer im Vergleich zu der Batterie, die mit +4,2 V geladen wurde;

• Unterspannungsschutz;

  • Batteriezellenspannung wird nicht weniger als +2,55 V betragen;
  • Wenn die Batteriezelle weniger als die minimale Betriebsspannung entladen darf, wird sie beschädigt, verliert einen Teil ihrer Kapazität und ihre Selbstentladungsrate nimmt zu;
  • Beim Laden einer Li-Ionen-Zelle, deren Spannung unter ihrer minimalen Betriebsspannung liegt, kann sie einen Kurzschluss entwickeln und ihre Umgebung gefährden;

• Kurzschlussschutz;

  Ihre Batteriezelle wird nicht beschädigt, wenn in Ihrem System ein Kurzschluss auftritt;

• Überstromschutz;

  BMS lässt den Strom nicht über den Nennwert steigen;

• Batterieausgleich;

  • Wenn das System mehr als eine in Reihe geschaltete Batteriezelle enthält, stellt diese Platine sicher, dass alle Batteriezellen die gleiche Ladung haben;
  • Wenn für z. Wir haben eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, die mehr Ladung hat als die anderen, die sie auf andere Zellen entlädt, was für sie sehr ungesund ist;

Es gibt eine Vielzahl von BMS-Schaltungen, die für unterschiedliche Zwecke entwickelt wurden. Sie verfügen über unterschiedliche Schutzschaltungen und sind für unterschiedliche Batteriekonfigurationen ausgelegt. In meinem Fall habe ich die 4S-Konfiguration verwendet, was bedeutet, dass vier Batteriezellen in Reihe geschaltet sind (4S). Dadurch ergibt sich je nach Qualität der Batteriezellen eine Gesamtspannung von ca. +16, 8 Volt und 2 Ah. Außerdem können Sie für dieses Board fast so viele Batteriezellenreihen parallel schalten, wie Sie möchten. Dies würde die Batteriekapazität erhöhen. Um diesen Akku aufzuladen, müssen Sie das BMS mit ca. +16, 8 Volt versorgen. Die Anschlussschaltung von BMS ist in den Bildern.

Beachten Sie, dass Sie zum Laden eines Akkus die erforderliche Versorgungsspannung an die Pins P+ und P- anschließen. Um einen geladenen Akku zu verwenden, verbinden Sie Ihre Komponenten mit den Pins B+ und B-.

Schritt 3: 18650 Batterieversorgung

Die Stromversorgung für meinen 18650-Akku ist HP +19 Volt und ein 4, 74 Ampere Laptop-Ladegerät, das ich herumgelegt hatte. Da der Spannungsausgang etwas zu hoch ist, habe ich einen Abwärtswandler hinzugefügt, um die Spannung auf +16, 8 Volt zu senken. Als alles schon gebaut war, habe ich dieses Gerät getestet, um zu sehen, wie es funktioniert. Ich habe es auf der Fensterbank gelassen, damit es mit Solarstrom aufgeladen wird. Als ich nach Hause kam, bemerkte ich, dass meine Batteriezellen überhaupt nicht geladen waren. Tatsächlich waren sie vollständig entladen und als ich versuchte, sie mit einem Laptop-Ladegerät aufzuladen, begann der Abwärtswandler-Chip seltsame Zischgeräusche zu machen und es wurde wirklich heiß. Als ich den Strom zum BMS gemessen habe, habe ich mehr als 3,8 Ampere gemessen! Dies war weit über den maximalen Bewertungen meines Abwärtswandlers. BMS zog so viel Strom, weil die Batterien komplett leer waren.

Zuerst habe ich alle Verbindungen zwischen BMS und externen Komponenten neu hergestellt, dann bin ich dem Entladeproblem nachgegangen, das beim Laden mit Solar aufgetreten ist. Ich denke, dieses Problem trat auf, weil nicht genug Sonnenlicht zum Einschalten des Abwärtswandlers vorhanden war. Als das passierte, begann das Ladegerät meiner Meinung nach in die entgegengesetzte Richtung zu gehen – von der Batterie zum Abwärtswandler (die Abwärtswandlerleuchte war an). All dies wurde durch Hinzufügen einer Schottky-Diode zwischen BMS und Abwärtswandler gelöst. Auf diese Weise wird der Strom definitiv nicht zum Abwärtswandler zurückkehren. Diese Diode hat eine maximale DC-Sperrspannung von 40 Volt und einen maximalen Durchlassstrom von 3 Ampere.

Um das enorme Laststromproblem zu lösen, beschloss ich, meinen Abwärtswandler durch einen mit Strombegrenzungsfunktion zu ersetzen. Dieser Abwärtswandler ist doppelt so groß, aber zum Glück hatte ich genug Platz in meinem Gehäuse, um ihn zu montieren. Es garantiert, dass der Laststrom nie über 2 Ampere ansteigt.

Schritt 4: Solarstromversorgung

Für dieses Projekt habe ich mich entschieden, Solarpanel in den Mix zu integrieren. Auf diese Weise wollte ich besser verstehen, wie sie funktionieren und wie man sie verwendet. Ich entschied mich, vier 6-Volt- und 100-mA-Solarmodule in Reihe zu schalten, was mir wiederum bei besten Sonnenlichtbedingungen insgesamt 24 Volt und 100 mA zur Verfügung stellt. Das macht zusammen nicht mehr als 2,4 Watt Leistung, was nicht viel ist. Aus utilitaristischer Sicht ist diese Ergänzung ziemlich nutzlos und kann kaum 18650 Batteriezellen aufladen, also ist sie eher eine Dekoration als ein Feature. Bei meinen Testläufen dieses Teils habe ich festgestellt, dass dieses Solarpanel-Array nur 18650 Batteriezellen unter perfekten Bedingungen auflädt. An einem bewölkten Tag schaltet es möglicherweise nicht einmal einen Abwärtswandler ein, der nach dem Solarpanel-Array folgt.

Normalerweise würden Sie eine Sperrdiode nach dem PV4-Panel anschließen (siehe Schaltplan). Dies würde verhindern, dass der Strom zu den Solarmodulen zurückfließt, wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist und die Module keinen Strom produzieren. Dann würde sich ein Akkupack auf das Solarpanel-Array entladen, was ihnen möglicherweise schaden könnte. Da ich bereits eine D5-Diode zwischen Abwärtswandler und 18650-Akku hinzugefügt habe, um ein Zurückfließen des Stroms zu verhindern, musste ich keine weitere hinzufügen. Es wird empfohlen, zu diesem Zweck eine Schottky-Diode zu verwenden, da diese einen geringeren Spannungsabfall als eine normale Diode hat.

Eine weitere Vorsichtsmaßnahme für Sonnenkollektoren sind die Bypass-Dioden. Sie werden benötigt, wenn Solarmodule in Reihe geschaltet werden. Sie helfen in Fällen, in denen ein oder mehrere angeschlossene Sonnenkollektoren beschattet sind. In diesem Fall erzeugt das abgeschattete Solarmodul keinen Strom und sein Widerstand wird hoch, wodurch der Stromfluss von nicht abgeschatteten Solarmodulen blockiert wird. Hier kommt die Bypass-Diode zum Einsatz. Wenn zum Beispiel das PV2-Solarmodul abgeschattet wird, nimmt der vom PV1-Solarmodul erzeugte Strom den Weg des geringsten Widerstands, dh er fließt durch die Diode D2. Dies führt zu einer insgesamt geringeren Leistung (wegen des schattierten Panels), aber zumindest wird der Strom nicht insgesamt blockiert. Wenn keines der Solarmodule blockiert ist, ignoriert der Strom die Dioden und fließt durch die Solarmodule, da dies der Weg des geringsten Widerstands ist. In meinem Projekt habe ich BAT45 Schottky-Dioden verwendet, die parallel zu jedem Solarpanel geschaltet sind. Schottky-Dioden werden empfohlen, da sie einen geringeren Spannungsabfall haben, was wiederum das gesamte Solarpanel-Array effizienter macht (in Situationen, in denen einige der Solarpanels abgeschattet sind).

In einigen Fällen sind Bypass- und Sperrdioden bereits in das Solarpanel integriert, was das Design Ihres Gerätes erheblich erleichtert.

Das gesamte Solarpanel-Array ist über den SPDT-Schalter mit dem A1-Abwärtswandler (Absenken der Spannung auf +16,8 Volt) verbunden. Auf diese Weise kann der Benutzer auswählen, wie 18650 Batteriezellen mit Strom versorgt werden sollen.

Schritt 5: Zusätzliche Funktionen

Der Einfachheit halber habe ich eine 4S-Akkuladeanzeige hinzugefügt, die über einen Tastschalter angeschlossen ist, um anzuzeigen, ob der 18650-Akku bereits aufgeladen wurde. Eine weitere Funktion, die ich hinzugefügt habe, ist der USB 2.0-Anschluss zum Aufladen des Geräts. Dies könnte sich als nützlich erweisen, wenn ich mein 18650-Ladegerät nach draußen nehme. Da Smartphones zum Laden +5 Volt benötigen, habe ich einen Abwärtswandler hinzugefügt, um die Spannung von +16,8 Volt auf +5 Volt zu senken. Außerdem habe ich einen SPDT-Schalter hinzugefügt, damit kein zusätzlicher Strom durch den A2-Abwärtswandler verschwendet wird, wenn der USB-Anschluss nicht verwendet wird.

Schritt 6: Bau des Gehäuses

Als Basis des Gehäuses habe ich transparente organische Glasscheiben verwendet, die ich mit einer Handsäge geschnitten habe. Es ist relativ billig und einfach zu verwendendes Material. Um alles an einem Ort zu befestigen, habe ich Metallwinkel in Kombination mit Schrauben und Muttern verwendet. So können Sie das Gehäuse bei Bedarf schnell auf- und abbauen. Andererseits fügt dieser Ansatz dem Gerät unnötiges Gewicht hinzu, da es Metall verwendet. Um die Löcher für Nüsse zu machen, benutzte ich eine elektrische Bohrmaschine. Sonnenkollektoren wurden mit Heißkleber auf organisches Glas geklebt. Als alles zusammengebaut war, stellte ich fest, dass das Aussehen dieses Geräts nicht perfekt war, da man das ganze elektronische Durcheinander durch transparentes Glas sehen konnte. Um das zu lösen, bedeckte ich das organische Glas mit verschiedenen Farben von Klebeband.

Schritt 7: Letzte Worte

Obwohl dies ein relativ einfaches Projekt war, hatte ich die Möglichkeit, Erfahrungen in der Elektronik zu sammeln, Gehäuse für meine elektronischen Geräte zu bauen und neue (für mich) elektronische Komponenten kennenzulernen.

Ich hoffe, dieses instructable war interessant und informativ für Sie. Wenn Sie Fragen oder Anregungen haben, können Sie gerne einen Kommentar abgeben?

Um die neuesten Updates zu meinen elektronischen und anderen Projekten zu erhalten, folgen Sie mir auf Facebook:

facebook.com/eRadvilla