4S 18650 Li-ion ბატარეის უჯრედის დამტენი ენერგიით მზით: 7 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ამ პროექტის განხორციელების მოტივაცია იყო ჩემი 18650 ბატარეის დატენვის სადგურის შექმნა, რომელიც მნიშვნელოვანი ნაწილი იქნება ჩემი მომავალი უკაბელო (ენერგიის თვალსაზრისით) პროექტებში. მე ავირჩიე უკაბელო მარშრუტის გავლა, რადგან ის ელექტრონულ პროექტებს უფრო მობილურს ხდის, ნაკლებად მოცულობითია და ირგვლივ მაქვს გადარჩენილი 18650 ბატარეის გროვა.

ჩემი პროექტისთვის მე შევარჩიე ოთხი 18650 ლითიუმ-იონური ბატარეის ერთდროულად დატენვა და სერიულად დაკავშირება, რაც ქმნის 4S ბატარეის მოწყობას. მხოლოდ გასართობად გადავწყვიტე ჩემი მოწყობილობის თავზე დავამონტაჟო ოთხი მზის პანელი, რომელიც ძლივს ამუხტავს ბატარეების უჯრედებს … მაგრამ ეს მაგარია. ეს პროექტი იკვებება სათადარიგო ლეპტოპის დამტენით, მაგრამ ნებისმიერი სხვა ენერგიის წყარო +16.8 ვოლტზეც ასევე გააკეთებს. სხვა დამატებითი ფუნქციებია ლითიუმ-იონური ბატარეის დატენვის მაჩვენებელი დატენვის პროცესის თვალყურის დევნებისთვის და სმარტფონის დასატენად გამოყენებული USB 2.0 პორტი.

ნაბიჯი 1: რესურსები

ელექტრონიკა:

• 4S BMS;
• 4S 18650 ბატარეის უჯრედის დამჭერი;
• 4S 18650 ბატარეის დატენვის მაჩვენებელი;
• 4 ცალი 18650 li-ion ბატარეის უჯრედები;
• 4 ცალი 80x55 მმ მზის პანელები;
• USB 2.0 ქალის ბუდე;
• ლეპტოპის დამტენი ქალი ჯეკი;
• მამალი კონვერტორი მიმდინარე შეზღუდვის ფუნქციით;
• მცირე მამალი კონვერტორი +5 ვოლტზე;
• ტაქტილური ღილაკი ბატარეის დატენვის ინდიკატორისთვის;
• 4 ცალი BAT45 Schottky დიოდები;
• 1N5822 შოთკის დიოდი ან მსგავსი რამ;
• 2 ცალი SPDT გადამრთველი;

მშენებლობა:

• ორგანული მინის ფურცელი;
• ჭანჭიკები და თხილი;
• 9 ცალი კუთხის ფრჩხილები;
• 2 ცალი დამოკიდებული;
• ცხელი წებო;
• Ხელის ხერხი;
• საბურღი;
• წებოვანი ლენტი (სურვილისამებრ);

ნაბიჯი 2: BMS

სანამ ამ პროექტს დავიწყებდი, ბევრი არაფერი ვიცოდი ლითიუმ-იონური ბატარეის დატენვის შესახებ და რისთვისაც აღმოვაჩინე შემიძლია გითხრათ, რომ BMS (ასევე ცნობილია როგორც ბატარეის მართვის სისტემა) არის ამ პრობლემის მთავარი გადაწყვეტა (მე არ ვამბობ ამას ეს არის საუკეთესო და ერთადერთი). ეს არის დაფა, რომელიც დარწმუნებულია, რომ 18560 ლითიუმ-იონური ბატარეა მუშაობს უსაფრთხო და სტაბილურ პირობებში. მას აქვს დაცვის შემდეგი მახასიათებლები:

• ზედმეტი დატენვის დაცვა;

  • ძაბვა არ აღემატება +4,195 ვ -ს ერთ ბატარეაზე;
  • ბატარეის უჯრედების დატენვა მაქსიმალურ ძაბვაზე მაღალი (ჩვეულებრივ +4.2 V) დააზიანებს მათ;
  • თუ ლითიუმ-იონური ბატარეა დატენილია მაქსიმუმ +4.1 ვ-მდე, მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობა უფრო გრძელი იქნება ვიდრე ბატარეა +4.2 ვ-მდე;

• დაბალი ძაბვის დაცვა;

  • ბატარეის უჯრედის ძაბვა არ მიიღებს +2.55 ვ -ზე ნაკლებს;
  • თუ ბატარეის უჯრედს მინიმუმი აქვს მინიმალურ სამუშაო ძაბვაზე ნაკლები, ის დაზიანდება, დაკარგავს თავის ტევადობას და გაიზრდება მისი თვითგანთავისუფლების მაჩვენებელი;
  • ლითიონური უჯრედის დატენვისას, რომლის ძაბვა მისი მინიმალური საოპერაციო ძაბვის ქვემოთაა, შეიძლება განვითარდეს მოკლე ჩართვა და საფრთხე შეუქმნას მის შემოგარენს;

• მოკლე ჩართვის დაცვა;

  ბატარეის უჯრედი არ დაზიანდება, თუ თქვენს სისტემაში არის მოკლე ჩართვა;

• ზედმეტი დენის დაცვა;

  BMS არ დაუშვებს დენის მიღებას რეიტინგული მნიშვნელობის ზემოთ;

• ბატარეის დაბალანსება;

  • თუ სისტემა შეიცავს ერთზე მეტ ბატარეულ უჯრედს, რომელიც დაკავშირებულია სერიულად, ეს დაფა დარწმუნდება, რომ ყველა ბატარეის უჯრედს აქვს ერთნაირი დატენვა;
  • თუ ყოფილი. ჩვენ გვაქვს ერთი ლითიუმ-იონური ბატარეა, რომელსაც აქვს სხვა მუხტზე მეტი მუხტი, რომელიც გამოიყოფა სხვა უჯრედებზე, რაც მათთვის ძალიან არაჯანსაღია;

არსებობს BMS სქემები, რომლებიც შექმნილია სხვადასხვა მიზნებისათვის. მათ აქვთ განსხვავებული დაცვის სქემები და აგებულია ბატარეის სხვადასხვა კონფიგურაციისთვის. ჩემს შემთხვევაში, მე გამოვიყენე 4S კონფიგურაცია, რაც იმას ნიშნავს, რომ ოთხი ბატარეის უჯრედი უკავშირდება სერიას (4S). ეს დაახლოებით გამოიმუშავებს საერთო ძაბვას +16, 8 ვოლტსა და 2 აჰზე, რაც დამოკიდებულია ბატარეის უჯრედების ხარისხზე. ასევე, თქვენ შეგიძლიათ დააკავშიროთ თითქმის იმდენი ბატარეის სერია, რამდენიც გსურთ ამ დაფაზე. ეს გაზრდის ბატარეის ტევადობას. ამ ბატარეის დასატენად თქვენ უნდა მიაწოდოთ BMS დაახლოებით +16, 8 ვოლტი. BMS– ის შეერთების სქემა სურათებშია.

გაითვალისწინეთ, რომ ბატარეის დასატენად თქვენ აკავშირებთ საჭირო ძაბვას P+ და P- ქინძისთავებთან. დატენული ბატარეის გამოსაყენებლად თქვენ აერთებთ თქვენს კომპონენტებს B+ და B- ქინძისთავებს.

ნაბიჯი 3: 18650 ბატარეის მიწოდება

ჩემი 18650 ბატარეის კვების ბლოკი არის HP +19 ვოლტი და 4, 74 ამპერიანი ლეპტოპის დამტენი, რომელსაც გარშემო ვდებდი. ვინაიდან მისი ძაბვის გამომუშავება ცოტათი მაღალია, დავამატე მამლის კონვერტორი ძაბვის შესამცირებლად +16, 8 ვოლტამდე. როდესაც ყველაფერი უკვე აშენებული იყო, მე გამოვცადე ეს მოწყობილობა, თუ როგორ მუშაობს იგი. მე ის ფანჯრის რაფაზე დავტოვე, რათა დამუხტვა მზის ენერგიის გამოყენებით. როდესაც სახლში დავბრუნდი, შევნიშნე, რომ ჩემი ბატარეა საერთოდ არ იყო დამუხტული. ფაქტობრივად, ისინი მთლიანად განთავისუფლდნენ და როდესაც მე შევეცადე მათი დატენვა ლეპტოპის დამტენის გამოყენებით, მამალი კონვერტორის ჩიპმა დაიწყო უცნაური ჩხუბის ხმები და ის მართლაც ცხელოდა. როდესაც გავზომე BMS– ზე მიმდინარე დენი, მივიღე კითხვა 3.8 ამპერზე მეტი! ეს ბევრად აღემატებოდა ჩემი მამალი კონვერტორის მაქსიმალურ რეიტინგებს. BMS იმდენად მიმდინარეობდა, რადგან ბატარეები სრულიად მკვდარი იყო.

პირველ რიგში, მე გადავაბრუნე ყველა კავშირი BMS- სა და გარე კომპონენტებს შორის, შემდეგ მივდექი გამონადენის პრობლემას, რომელიც წარმოიშვა მზის ენერგიის დატენვისას. მე ვფიქრობ, რომ ეს პრობლემა ხდებოდა იმის გამო, რომ არ იყო საკმარისი მზის შუქი მამრობითი გადამყვანის ჩართვისთვის. როდესაც ეს მოხდა, მე ვფიქრობ, რომ დამტენი დაიწყო საპირისპირო მიმართულებით - ბატარეიდან გადასაყვან კონვერტორზე (შუქის გადამყვანი იყო ჩართული). ეს ყველაფერი გადაწყდა Schottky დიოდის დამატებით BMS და მამალი კონვერტორს შორის. ამ გზით მიმდინარე ნამდვილად არ დაბრუნდება მამრობითი კონვერტორი. ამ დიოდს აქვს მაქსიმალური DC ბლოკირების ძაბვა 40 ვოლტი და მაქსიმალური წინსვლა დენი 3 ამპერი.

უზარმაზარი დატვირთვის მიმდინარე პრობლემის გადასაჭრელად, მე გადავწყვიტე შეცვალო ჩემი მამალი კონვერტორი, რომელსაც გააჩნდა მიმდინარე შეზღუდვის ფუნქცია. ეს მამალი კონვერტორი ორჯერ უფრო დიდია, მაგრამ საბედნიეროდ მე მქონდა საკმარისი ადგილი ჩემს შიგთავსში მის შესაცვლელად. ეს გარანტირებული იყო, რომ დატვირთვის დენი არასოდეს არ აღემატება 2 ამპერს.

ნაბიჯი 4: მზის ენერგიის მიწოდება

ამ პროექტისათვის მე გადავწყვიტე მზის პანელის ჩართვა მიქსში. ამით მინდოდა უკეთ გამეგო როგორ მუშაობენ და როგორ გამოიყენონ ისინი. მე ავირჩიე ოთხი 6 ვოლტიანი და 100 mA მზის პანელების სერიულად დაკავშირება, რაც თავის მხრივ მაძლევს 24 ვოლტს და ჯამში 100 mA- ს საუკეთესო მზის შუქის პირობებში. ეს ამატებს არაუმეტეს 2.4 ვატის სიმძლავრეს, რაც არც ისე ბევრია. უტილიტარული თვალსაზრისით ეს დამატება საკმაოდ უსარგებლოა და ძლივს დატენავს 18650 ბატარეის უჯრედს, ასე რომ ის უფრო დეკორატიულია ვიდრე ფუნქცია. ამ ნაწილის საცდელი მუშაობისას აღმოვაჩინე, რომ მზის პანელების მასივი მხოლოდ 18650 ბატარეის უჯრედს იტენება იდეალურ პირობებში. მოღრუბლულ დღეს ის შეიძლება არც კი ჩართოს მამლის გადამყვანს, რომელიც მოყვება მზის პანელების მასივის შემდეგ.

როგორც წესი, თქვენ დააკავშირებთ ბლოკირების დიოდს PV4 პანელის შემდეგ (შეხედეთ სქემატურს). ეს ხელს შეუშლის დენის დაბრუნებას მზის პანელებზე, როდესაც მზის შუქი არ არის და პანელები არ გამოიმუშავებენ ენერგიას. შემდეგ ბატარეის პაკეტი იწყებს ჩაშვებას მზის პანელის მასივზე, რამაც შესაძლოა მათ ზიანი მიაყენოს. მას შემდეგ, რაც მე უკვე დავამატე D5 დიოდი მამალ კონვერტორსა და 18650 ბატარეას შორის, რათა თავიდან ავიცილოთ დენის უკან დაბრუნება, მე არ დამჭირდა კიდევ ერთი დამატება. მიზანშეწონილია გამოიყენოთ Schottky დიოდი ამ მიზნით, რადგან მათ აქვთ დაბალი ძაბვის ვარდნა, ვიდრე ჩვეულებრივ დიოდს.

მზის პანელების სიფრთხილის კიდევ ერთი ხაზი არის შემოვლითი დიოდები. ისინი საჭიროა, როდესაც მზის პანელები დაკავშირებულია სერიული კონფიგურაციით. ისინი ეხმარება იმ შემთხვევებში, როდესაც ერთი ან მეტი დაკავშირებული მზის პანელი დაჩრდილულია. როდესაც ეს მოხდება, დაჩრდილული მზის პანელი არ გამოიმუშავებს ენერგიას და მისი წინააღმდეგობა გახდება მაღალი, რაც დაბლოკავს მზის დაჩრდილული მზის პანელების დენის ნაკადს. აი შემოვიდა შემოვლითი დიოდი. როდესაც, მაგალითად, PV2 მზის პანელი დაჩრდილულია, PV1 მზის პანელის მიერ გამომუშავებული დენი მიიღებს ყველაზე მცირე წინააღმდეგობის გზას, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის გაივლის D2 დიოდში. ეს გამოიწვევს სულ უფრო დაბალ ენერგიას (დაჩრდილული პანელის გამო), მაგრამ მაინც დენი არ დაიბლოკება ყველა ერთად. როდესაც არცერთი მზის პანელი არ არის დაბლოკილი, დენი იგნორირებას უკეთებს დიოდებს და შემოვა მზის პანელებში, რადგან ეს არის უმცირესი წინააღმდეგობის გზა. ჩემს პროექტში გამოვიყენე BAT45 Schottky დიოდები, რომლებიც დაკავშირებულია თითოეული მზის პანელის პარალელურად. Schottky დიოდები რეკომენდირებულია, რადგან მათ აქვთ დაბალი ძაბვის ვარდნა, რაც თავის მხრივ გახდის მთლიანი მზის პანელების მასივს უფრო ეფექტურს (იმ სიტუაციებში, როდესაც ზოგიერთი მზის პანელი დაჩრდილულია).

ზოგიერთ შემთხვევაში, შემოვლითი და ბლოკირების დიოდები უკვე ინტეგრირებულია მზის პანელში, რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს თქვენი მოწყობილობის დიზაინს.

მთელი მზის პანელის მასივი დაკავშირებულია A1 მამლის გადამყვანთან (ძაბვის შემცირება +16.8 ვოლტამდე) SPDT გადამრთველის საშუალებით. ამ გზით მომხმარებელს შეუძლია აირჩიოს როგორ უნდა იკვებებოდეს 18650 ბატარეის ელემენტი.

ნაბიჯი 5: დამატებითი მახასიათებლები

მოხერხებულობისთვის მე დავამატე 4S ბატარეის დატენვის მაჩვენებელი, რომელიც დაკავშირებულია ტაქტილური გადამრთველის საშუალებით, რათა ნახოთ თუ 18650 ბატარეა ჯერ კიდევ დატენილი იყო. კიდევ ერთი მახასიათებელი, რომელიც მე დავამატე არის USB 2.0 პორტი, რომელიც გამოიყენება მოწყობილობის დატენვისთვის. ეს შეიძლება გამომადგეს, როდესაც ჩემს ბატარეის 18650 დამტენს გარეთ გამოვიყვან. მას შემდეგ, რაც სმარტფონებს სჭირდებათ +5 ვოლტი დატენვისთვის, მე დავამატე ნაბიჯ-ნაბიჯ გადამყვანი, რომ ძაბვა შემცირდეს +16.8 ვოლტიდან +5 ვოლტამდე. ასევე, მე დავამატე SPDT გადამრთველი, ასე რომ დამატებითი ენერგია არ დაიხარჯება A2 buck კონვერტორით, როდესაც USB პორტი არ გამოიყენება.

ნაბიჯი 6: საცხოვრებლის მშენებლობა

როგორც საბინაო კორპუსის საფუძველი, მე გამოვიყენე გამჭვირვალე ორგანული მინის ფურცლები, რომლებიც ხელებით დავჭერი. ეს არის შედარებით იაფი და ადვილად გამოსაყენებელი მასალა. ყველაფრის ერთ ადგილას დასაფიქსირებლად გამოვიყენე ლითონის კუთხის ფრჩხილები ჭანჭიკებთან და კაკლებთან ერთად. ამ გზით თქვენ შეგიძლიათ სწრაფად შეიკრიბოთ და დაიშალოთ სათავსო საჭიროების შემთხვევაში. მეორეს მხრივ, ეს მიდგომა ამატებს არასაჭირო წონას მოწყობილობას, რადგან ის იყენებს ლითონს. თხილით საჭირო ხვრელების გასაკეთებლად გამოვიყენე ელექტრო საბურღი. მზის პანელები იყო წებოვანი ორგანულ მინაზე ცხელი წებოს გამოყენებით. როდესაც ყველაფერი ერთად მოვათავსე, მივხვდი, რომ ამ მოწყობილობის გარეგნობა არ იყო სრულყოფილი, რადგან გამჭვირვალე შუშის საშუალებით ხედავდი მთელ ელექტრონულ არეულობას. ამის გადასაჭრელად, მე დაფარული ორგანული მინა სხვადასხვა ფერის წებოვანი ლენტით.

ნაბიჯი 7: ბოლო სიტყვები

მიუხედავად იმისა, რომ ეს იყო შედარებით მარტივი პროექტი, მე მქონდა შანსი შემეძინა ელექტრონიკაში, შემექმნა ჩემი ელექტრონული მოწყობილობების გარსები და გავეცანი ახალ (ჩემთვის) ელექტრონულ კომპონენტებს.

ვიმედოვნებ, რომ ეს სასწავლო იყო თქვენთვის საინტერესო და ინფორმაციული. თუ თქვენ გაქვთ რაიმე შეკითხვა ან შემოთავაზება, გთხოვთ მოგერიდებათ კომენტარის გაკეთება?

ჩემს ელექტრონულ და სხვა პროექტებზე უახლესი განახლებების მისაღებად წადი და გამომყევი ფეისბუქზე:

facebook.com/eRadvilla