Güneş Enerjili 4S 18650 Li-ion Pil Hücresi Şarj Cihazı: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bu projeyi üstlenme motivasyonum, gelecekteki kablosuz (power wise) projelerimin hayati bir parçası olacak kendi 18650 pil hücresi şarj istasyonumu yaratmaktı. Kablosuz bir rotayı seçtim çünkü elektronik projeleri mobil, daha az hacimli hale getiriyor ve etrafta bir sürü kurtarılmış 18650 pil hücresi var.

Projem için dört adet 18650 li-ion pili aynı anda şarj etmeyi ve seri olarak bağlamayı seçtim, bu da bunu bir 4S pil düzenlemesi haline getiriyor. Sadece eğlence olsun diye, pil hücrelerini zar zor şarj eden cihazımın üstüne dört güneş paneli takmaya karar verdim… ama harika görünüyor. Bu proje yedek dizüstü bilgisayar şarj cihazı ile desteklenmektedir, ancak +16,8 volt üzerindeki diğer herhangi bir güç kaynağı da işe yarayacaktır. Diğer ek özellikler arasında, şarj sürecini izlemek için li-ion pil şarj göstergesi ve bir akıllı telefonu şarj etmek için kullanılan USB 2.0 bağlantı noktası bulunur.

1. Adım: Kaynaklar

Elektronik:

• 4S BMS;
• 4S 18650 pil hücresi tutucusu;
• 4S 18650 pil şarj göstergesi;
• 4 adet 18650 li-ion pil hücresi;
• 4 adet 80x55 mm Güneş paneli;
• USB 2.0 Dişi jak;
• Dizüstü bilgisayar şarj cihazı dişi jakı;
• Akım sınırlama özelliğine sahip Buck dönüştürücü;
• +5 volta küçük para dönüştürücü;
• Pil şarj göstergesi için dokunsal düğme;
• 4 adet BAT45 Schottky diyot;
• 1N5822 Schottky diyot veya benzeri;
• 2 adet SPDT anahtarı;

Yapı:

• Organik cam levha;
• Cıvata ve somunlar;
• 9 adet köşeli ayraç;
• 2 adet menteşe;
• Sıcak tutkal;
• El testeresi;
• Delmek;
• koli bandı (isteğe bağlı);

2. Adım: BMS

Bu projeye başlamadan önce, li-ion pil şarjı hakkında pek bir şey bilmiyordum ve bulduklarım için BMS'nin (Pil yönetim sistemi olarak da bilinir) bu sorunun ana çözümü olduğunu söyleyebilirim (bunu söylemiyorum). En iyisi ve tek). 18560 li-ion pil hücrelerinin güvenli ve kararlı koşullarda çalışmasını sağlayan bir karttır. Aşağıdaki koruma özelliklerine sahiptir:

• Aşırı şarj koruması;

  • voltaj, pil hücresi başına +4.195 V'tan yüksek olmayacak;
  • pil hücrelerinizi maksimum çalışma voltajından (tipik olarak +4,2 V) daha yüksek voltajla şarj etmek onlara zarar verir;
  • li-ion pil hücresi maksimum +4,1 V'a şarj edilirse, ömrü +4,2 V'a şarj edilen pile kıyasla daha uzun olacaktır;

• Düşük voltaj koruması;

  • pil hücresi voltajı +2,55 V'tan az olmaz;
  • pil hücresinin minimum çalışma voltajından daha az deşarj olmasına izin verilirse hasar görecek, kapasitesinin bir kısmını kaybedecek ve kendi kendine deşarj oranı artacaktır;
  • Voltajı minimum çalışma voltajının altında olan bir li-ion pili şarj ederken kısa devre oluşturabilir ve çevresini tehlikeye atabilir;

• Kısa devre koruması;

  Sisteminizde kısa devre olursa pil hücreniz zarar görmez;

• Aşırı akım koruması;

  BMS, akımın nominal değerin üzerine çıkmasına izin vermez;

• Pil dengeleme;

  • Sistem, seri bağlı birden fazla pil hücresi içeriyorsa, bu kart tüm pil hücrelerinin aynı şarja sahip olmasını sağlayacaktır;
  • Ör. diğerlerinden daha fazla şarjı olan ve diğer hücrelere boşalacağı ve onlar için çok sağlıksız olan bir li-ion pil hücremiz var;

Farklı amaçlar için tasarlanmış çeşitli BMS devreleri vardır. İçlerinde farklı koruma devreleri vardır ve farklı pil konfigürasyonları için üretilmiştir. Benim durumumda 4S konfigürasyonu kullandım, bu da dört pil hücresinin seri (4S) bağlı olduğu anlamına geliyor. Bu, pil hücrelerinin kalitesine bağlı olarak yaklaşık olarak +16, 8 volt ve 2 Ah toplam voltaj üretecektir. Ayrıca, bu kart için neredeyse istediğiniz kadar pil hücre serisini paralel bağlayabilirsiniz. Bu pil kapasitesini artıracaktır. Bu pili şarj etmek için BMS'ye yaklaşık +16,8 volt beslemeniz gerekir. BMS bağlantı devresi resimlerdedir.

Bir pili şarj etmek için gerekli besleme voltajını P+ ve P- pinlerine bağladığınızı unutmayın. Şarjlı pil kullanmak için bileşenlerinizi B+ ve B- pinlerine bağlarsınız.

Adım 3: 18650 Pil Kaynağı

18650 pilimin güç kaynağı, etrafımda döşediğim HP +19 volt ve 4, 74 amper dizüstü bilgisayar şarj cihazı. Voltaj çıkışı biraz fazla olduğu için voltajı +16,8 volta düşürmek için bir dönüştürücü ekledim. Her şey zaten yapıldığında, nasıl performans gösterdiğini görmek için bu cihazı test ettim. Güneş enerjisiyle şarj etmesi için pencere pervazına bıraktım. Eve döndüğümde pil hücrelerimin hiç şarjlı olmadığını fark ettim. Aslında tamamen boşalmışlardı ve onları dizüstü bilgisayar şarj cihazıyla şarj etmeye çalıştığımda, dönüştürücü çip garip tıslama sesleri çıkarmaya başladı ve gerçekten ısındı. BMS'ye giden akımı ölçtüğümde 3,8 amperden fazla okuma aldım! Bu, para dönüştürücümün maksimum puanlarının çok üzerindeydi. Piller tamamen bittiği için BMS çok fazla akım çekiyordu.

Öncelikle BMS ile harici bileşenler arasındaki tüm bağlantıları yeniden yaptım, ardından solar ile şarj olurken oluşan deşarj sorununun peşine düştüm. Sanırım bu sorun, dönüştürücünün açılması için yeterli güneş ışığı olmadığı için oluyordu. Bu olduğunda, şarj cihazının aküden dönüştürücü dönüştürücüye ters yönde gitmeye başladığını düşünüyorum (kova dönüştürücü ışığı yanıyordu). Bütün bunlar, BMS ve buck dönüştürücü arasına bir Schottky diyotu ekleyerek çözüldü. Bu şekilde akım kesinlikle dönüştürücüye geri dönmeyecek. Bu diyot, 40 voltluk maksimum DC engelleme voltajına ve 3 amperlik maksimum ileri akıma sahiptir.

Devasa yük akımı sorununu çözmek için, dönüştürücümü akım sınırlama özelliği olan bir dönüştürücüyle değiştirmeye karar verdim. Bu para dönüştürücü iki kat daha büyük ama neyse ki kasamda buna sığacak kadar yerim vardı. Yük akımının asla 2 amperin üzerine çıkmayacağını garanti eder.

Adım 4: Güneş Enerjisi Kaynağı

Bu proje için karışıma güneş panelini dahil etmeye karar verdim. Bunu yaparak nasıl çalıştıklarını ve nasıl kullanılacağını daha iyi anlamak istedim. Dört adet 6 volt ve 100 mA güneş panelini seri bağlamayı seçtim, bu da bana en iyi güneş ışığı koşullarında toplamda 24 volt ve 100 mA sağlıyor. Bu, çok fazla olmayan 2,4 watt'tan fazla olmayan bir güç ekler. Faydacı bakış açısından, bu ekleme oldukça yararsızdır ve 18650 pil hücresini zar zor şarj edebilir, bu nedenle bir özellikten çok bir dekorasyondur. Bu parçanın test çalışmaları sırasında, bu güneş paneli dizisinin yalnızca mükemmel koşullarda 18650 pil hücresini şarj ettiğini buldum. Bulutlu bir günde, güneş paneli dizisinden sonra gelen bir dönüştürücüyü bile açmayabilir.

Tipik olarak, PV4 panelinden sonra bir engelleme diyotu bağlarsınız (şemaya bakın). Bu, güneş ışığı olmadığında akımın güneş panellerine geri akmasını önleyecektir ve paneller herhangi bir güç üretmeyecektir. Ardından, güneş paneli dizisine potansiyel olarak zarar verebilecek bir pil takımı boşalmaya başlar. Akımın geri akmasını önlemek için buck dönüştürücü ile 18650 pil takımı arasına zaten bir D5 diyot eklediğim için başka bir tane eklemeye gerek duymadım. Normal bir diyottan daha düşük voltaj düşüşüne sahip oldukları için bu amaç için bir Schottky diyotu kullanılması önerilir.

Güneş panelleri için bir diğer önlem hattı da by-pass diyotlardır. Güneş panelleri seri konfigürasyonda bağlandığında gereklidirler. Bir veya daha fazla bağlı güneş panelinin gölgelendiği durumlarda yardımcı olurlar. Bu olduğunda, gölgeli güneş paneli herhangi bir güç üretmeyecek ve direnci yükselecek ve gölgelenmemiş güneş panellerinden akım akışını engelleyecektir. İşte by-pass diyotu devreye giriyor. Örneğin PV2 güneş paneli gölgelendiğinde PV1 güneş panelinin ürettiği akım en az dirençli yolu izleyecek yani D2 diyotundan akacaktır. Bu, toplamda daha düşük güçle sonuçlanacaktır (gölgeli panel nedeniyle), ancak en azından akım hep birlikte engellenmeyecektir. Güneş panellerinden hiçbiri bloke edilmediğinde, akım diyotları görmezden gelecek ve en az dirençli yol olduğu için güneş panellerinden akacaktır. Projemde her güneş paneline paralel bağlanmış BAT45 Schottky diyotları kullandım. Schottky diyotları, daha düşük voltaj düşüşüne sahip oldukları için tavsiye edilir, bu da tüm güneş paneli dizisini daha verimli hale getirecektir (bazı güneş panellerinin gölgelendiği durumlarda).

Bazı durumlarda, by-pass ve engelleme diyotları, cihazınızın tasarımını çok daha kolay hale getiren güneş paneline zaten entegre edilmiştir.

Tüm güneş paneli dizisi, SPDT anahtarı aracılığıyla A1 dönüştürücüye (voltajı +16.8 volta düşürerek) bağlanır. Bu şekilde kullanıcı, 18650 pil hücrelerinin nasıl çalıştırılacağını seçebilir.

Adım 5: Ek Özellikler

Kolaylık uğruna, 18650 pil paketinin henüz şarj edilip edilmediğini göstermek için dokunmatik anahtarla bağlanmış bir 4S pil şarj göstergesi ekledim. Eklediğim bir diğer özellik ise cihaz şarjı için kullanılan USB 2.0 portu. 18650 pil şarj cihazımı dışarı çıkardığımda bu işe yarayabilir. Akıllı telefonlar şarj için +5 volta ihtiyaç duyduğundan, voltajı +16,8 volttan +5 volta düşürmek için kademeli bir dönüştürücü ekledim. Ayrıca, bir SPDT anahtarı ekledim, böylece USB bağlantı noktası kullanılmadığında A2 kova dönüştürücü tarafından ek güç boşa harcanmaz.

Adım 6: Konut İnşaatı

Gövde muhafazasının tabanı olarak, el testeresi ile kestiğim şeffaf organik cam levhalar kullandım. Nispeten ucuz ve kullanımı kolay bir malzemedir. Her şeyi tek bir yere sabitlemek için cıvata ve somunlarla birlikte metal köşeli ayraçlar kullandım. Bu şekilde, gerekirse muhafazayı hızlı bir şekilde monte edebilir ve demonte edebilirsiniz. Öte yandan bu yaklaşım, metal kullandığı için cihaza gereksiz ağırlık katıyor. Somunlar için gerekli delikleri açmak için elektrikli matkap kullandım. Güneş panelleri, sıcak tutkal kullanılarak organik cama yapıştırıldı. Her şey bir araya getirildiğinde, bu cihazın görünüşünün mükemmel olmadığını anladım çünkü şeffaf camdan tüm elektronik karmaşayı görebiliyordunuz. Bunu çözmek için organik camı farklı renklerde koli bandıyla kapladım.

7. Adım: Son Sözler

Bu nispeten kolay bir proje olmasına rağmen, elektronik konusunda deneyim kazanma şansım oldu, elektronik cihazlarım için muhafazalar yaptım ve yeni (bana göre) elektronik bileşenlerle tanıştım.

Umarım bu talimat sizin için ilginç ve bilgilendirici olmuştur. Herhangi bir sorunuz veya öneriniz varsa, lütfen yorum yapmaktan çekinmeyin?

Elektronik ve diğer projelerim hakkında en son güncellemeleri almak için devam edin ve beni facebook'ta takip edin:

facebook.com/eRadvilla