Bộ sạc pin Li-ion 4S 18650 chạy bằng mặt trời: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Động lực để thực hiện dự án này là tạo ra trạm sạc pin 18650 của riêng tôi, sẽ là một phần quan trọng trong các dự án không dây (điện khôn ngoan) trong tương lai của tôi. Tôi đã chọn sử dụng tuyến không dây vì nó làm cho các dự án điện tử di động, ít cồng kềnh hơn và tôi có một đống pin 18650 tận dụng được đặt xung quanh.

Đối với dự án của mình, tôi đã chọn sạc bốn pin li-ion 18650 cùng một lúc và được kết nối nối tiếp, điều này làm cho đây là một sự sắp xếp pin 4S. Để giải trí, tôi đã quyết định gắn bốn tấm pin mặt trời lên trên thiết bị của mình mà thậm chí hầu như không sạc được pin… nhưng nó trông rất tuyệt. Dự án này được cung cấp bởi bộ sạc dự phòng của máy tính xách tay nhưng bất kỳ nguồn điện nào khác trên +16,8 volt cũng sẽ hoạt động. Các tính năng bổ sung khác bao gồm chỉ báo sạc pin li-ion để theo dõi quá trình sạc và cổng USB 2.0 được sử dụng để sạc điện thoại thông minh.

Bước 1: Tài nguyên

Thiết bị điện tử:

• 4S BMS;
• Giá đỡ pin 4S 18650;
• 4S 18650 chỉ báo sạc pin;
• 4 tế bào pin li-ion 18650;
• 4 tấm pin mặt trời 80x55 mm;
• Giắc cắm USB 2.0 Female;
• Giắc cắm sạc máy tính xách tay cái;
• Bộ chuyển đổi Buck với tính năng hạn chế dòng điện;
• Bộ chuyển đổi buck nhỏ sang +5 volt;
• Nút xúc giác để chỉ báo sạc pin;
• 4 chiếc điốt Schottky BAT45;
• 1N5822 Schottky diode hoặc bất kỳ thứ gì tương tự;
• 2 chiếc công tắc SPDT;

Sự thi công:

• Tấm kính hữu cơ;
• Bu lông và đai ốc;
• 9 cái giá đỡ góc;
• 2 chiếc bản lề;
• Keo nóng;
• Cưa tay;
• Máy khoan;
• Băng keo (tùy chọn);

Bước 2: BMS

Trước khi bắt đầu dự án này, tôi không biết nhiều về sạc pin li-ion và vì những gì tôi tìm thấy, tôi có thể nói rằng BMS (còn được gọi là hệ thống quản lý pin) là giải pháp chính cho vấn đề này (tôi không nói vậy Nó là tốt nhất và duy nhất). Đây là bảng đảm bảo rằng 18560 tế bào pin li-ion hoạt động trong điều kiện an toàn và ổn định. Nó có các tính năng bảo vệ sau:

• Bảo vệ quá tải;

  • điện áp sẽ không cao hơn +4.195 V trên mỗi ô pin;
  • sạc các tế bào pin của bạn với điện áp cao hơn điện áp hoạt động tối đa (thường là +4,2 V) sẽ làm hỏng chúng;
  • nếu pin li-ion được sạc đến tối đa +4,1 V, tuổi thọ của nó sẽ dài hơn so với pin được sạc đến +4,2 V;

• Bảo vệ dưới điện áp;

  • điện áp của tế bào pin sẽ không được nhỏ hơn +2,55 V;
  • nếu tế bào pin được phép phóng điện ít hơn điện áp hoạt động tối thiểu, nó sẽ bị hỏng, mất một phần công suất và tốc độ tự phóng điện của nó sẽ tăng lên;
  • Trong khi sạc pin li-ion có điện áp thấp hơn điện áp hoạt động tối thiểu của nó, nó có thể bị đoản mạch và gây nguy hiểm cho môi trường xung quanh;

• Bảo vệ ngắn mạch;

  Tế bào pin của bạn sẽ không bị hỏng nếu xảy ra đoản mạch trong hệ thống của bạn;

• Bảo vệ quá dòng;

  BMS sẽ không để dòng điện vượt quá giá trị định mức;

• Cân bằng pin;

  • Nếu hệ thống chứa nhiều hơn một tế bào pin mắc nối tiếp, bảng này sẽ đảm bảo rằng tất cả các tế bào pin đều có cùng mức sạc;
  • Nếu cho người yêu cũ. chúng ta có một tế bào pin li-ion có nhiều điện tích hơn những tế bào khác, nó sẽ phóng sang các tế bào khác, điều này rất không tốt cho sức khỏe của chúng;

Có rất nhiều mạch BMS được thiết kế cho các mục đích khác nhau. Chúng có các mạch bảo vệ khác nhau và được chế tạo cho các cấu hình pin khác nhau. Trong trường hợp của tôi, tôi đã sử dụng cấu hình 4S có nghĩa là bốn tế bào pin được kết nối theo chuỗi (4S). Điều này sẽ tạo ra khoảng điện áp tổng cộng là +16, 8 volt và 2 Ah tùy thuộc vào chất lượng của các tế bào pin. Ngoài ra, bạn có thể kết nối song song gần như nhiều loạt cell pin tùy thích cho bo mạch này. Điều này sẽ làm tăng dung lượng pin. Để sạc pin này, bạn sẽ cần cung cấp cho BMS khoảng +16, 8 volt. Mạch kết nối của BMS như trong hình.

Lưu ý rằng để sạc pin, bạn kết nối điện áp cung cấp cần thiết với các chân P + và P-. Để sử dụng pin đã sạc, bạn kết nối các thành phần của mình với chân B + và B-.

Bước 3: Cung cấp pin 18650

Nguồn cung cấp cho pin 18650 của tôi là HP +19 volt và bộ sạc máy tính xách tay 4, 74 ampe mà tôi đã đặt xung quanh. Vì đầu ra điện áp của nó hơi quá cao, tôi đã thêm một bộ chuyển đổi buck để giảm điện áp xuống +16, 8 volt. Khi mọi thứ đã được xây dựng xong, tôi đã thử nghiệm thiết bị này để xem nó hoạt động như thế nào. Tôi để nó trên bệ cửa sổ để sạc bằng năng lượng mặt trời. Khi tôi trở về nhà, tôi nhận thấy rằng các tế bào pin của tôi không hề được sạc. Trên thực tế, chúng đã được xả hoàn toàn và khi tôi thử sạc chúng bằng bộ sạc máy tính xách tay, chip chuyển đổi buck bắt đầu phát ra những âm thanh rít lạ và nó trở nên thực sự nóng. Khi tôi đo dòng điện tới BMS, tôi đã đọc được hơn 3,8 ampe! Đây là cách cao hơn xếp hạng tối đa của công cụ chuyển đổi buck của tôi. BMS đã tạo ra quá nhiều dòng điện vì pin đã chết hoàn toàn.

Đầu tiên, tôi làm lại tất cả các kết nối giữa BMS và các thành phần bên ngoài, sau đó tôi xử lý sự cố phóng điện xảy ra khi sạc bằng năng lượng mặt trời. Tôi nghĩ rằng sự cố này đã xảy ra vì không có đủ ánh sáng mặt trời để bật bộ chuyển đổi buck. Khi điều đó xảy ra, tôi nghĩ rằng bộ sạc bắt đầu đi theo hướng ngược lại - từ pin sang bộ chuyển đổi buck (đèn bộ chuyển đổi buck đang sáng). Tất cả điều đó đã được giải quyết bằng cách thêm một diode Schottky giữa BMS và bộ chuyển đổi buck. Bằng cách đó, dòng điện chắc chắn sẽ không quay trở lại bộ chuyển đổi buck. Diode này có điện áp chặn DC tối đa là 40 vôn và dòng điện thuận tối đa là 3 ampe.

Để giải quyết vấn đề dòng tải lớn, tôi đã quyết định thay thế bộ chuyển đổi buck của mình bằng một bộ chuyển đổi có tính năng hạn chế dòng điện. Bộ chuyển đổi buck này lớn gấp đôi nhưng may mắn là tôi có đủ không gian trong bao vây để lắp nó. Nó đảm bảo rằng dòng tải sẽ không bao giờ vượt quá 2 ampe.

Bước 4: Cung cấp năng lượng mặt trời

Đối với dự án này, tôi quyết định kết hợp bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào hỗn hợp. Bằng cách đó, tôi muốn hiểu rõ hơn về cách chúng hoạt động và cách sử dụng chúng. Tôi đã chọn kết nối bốn tấm pin mặt trời 6 volt và 100 mA nối tiếp, lần lượt cung cấp cho tôi tổng cộng 24 volt và 100 mA ở điều kiện ánh sáng mặt trời tốt nhất. Điều này làm tăng thêm không quá 2,4 watt điện, không phải là nhiều. Từ quan điểm thực dụng, sự bổ sung này khá vô dụng và hầu như không thể sạc các tế bào pin 18650 vì vậy nó giống như một vật trang trí hơn là một tính năng. Trong quá trình chạy thử nghiệm phần này, tôi nhận thấy rằng dãy các tấm pin mặt trời này chỉ sạc được 18650 tế bào pin trong điều kiện hoàn hảo. Trong một ngày nhiều mây, nó thậm chí có thể không bật bộ chuyển đổi buck theo sau mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Thông thường, bạn sẽ kết nối một diode chặn sau bảng PV4 (xem trong sơ đồ). Điều này sẽ ngăn dòng điện chạy ngược trở lại các tấm pin mặt trời khi không có ánh sáng mặt trời và các tấm pin sẽ không tạo ra bất kỳ năng lượng nào. Sau đó, một bộ pin sẽ bắt đầu phóng điện vào mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể gây hại cho chúng. Vì tôi đã thêm một diode D5 giữa bộ chuyển đổi buck và bộ pin 18650 để ngăn dòng điện chạy ngược trở lại nên tôi không cần thêm một cái khác. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng diode Schottky cho mục đích này vì chúng có điện áp giảm thấp hơn so với diode thông thường.

Một cách phòng ngừa khác cho các tấm pin mặt trời là các điốt đi-ốt. Chúng cần thiết khi các tấm pin mặt trời được kết nối trong một cấu hình nối tiếp. Chúng giúp ích trong trường hợp một hoặc nhiều tấm pin mặt trời được kết nối bị che bóng. Khi điều này xảy ra, tấm pin mặt trời được che bóng sẽ không tạo ra bất kỳ nguồn điện nào và điện trở của nó sẽ trở nên cao, chặn dòng điện từ các tấm pin mặt trời không được che nắng. Đây là đi-ốt đi-ốt đi kèm. Ví dụ: khi bảng điều khiển năng lượng mặt trời PV2 được che bóng, dòng điện được tạo ra bởi bảng điều khiển năng lượng mặt trời PV1 sẽ đi theo đường có điện trở ít nhất, có nghĩa là nó sẽ chạy qua đi-ốt D2. Điều này sẽ dẫn đến tổng công suất thấp hơn (do bảng điều khiển bóng mờ) nhưng ít nhất dòng điện sẽ không bị chặn tất cả cùng nhau. Khi không có tấm pin mặt trời nào bị chặn, dòng điện sẽ bỏ qua các điốt và sẽ chạy qua các tấm pin mặt trời vì đó là con đường có ít điện trở nhất. Trong dự án của mình, tôi đã sử dụng điốt BAT45 Schottky được kết nối song song với mỗi bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Điốt Schottky được khuyên dùng vì chúng có độ sụt điện áp thấp hơn, do đó sẽ làm cho toàn bộ mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả hơn (trong các tình huống khi một số tấm pin mặt trời bị bóng mờ).

Trong một số trường hợp, điốt chặn và đi-ốt đã được tích hợp vào bảng điều khiển năng lượng mặt trời giúp thiết kế thiết bị của bạn dễ dàng hơn nhiều.

Toàn bộ mảng bảng điều khiển năng lượng mặt trời được kết nối với bộ chuyển đổi A1 buck (hạ điện áp xuống +16,8 volt) thông qua công tắc SPDT. Bằng cách này, người dùng có thể chọn cách cấp nguồn cho các ô pin 18650.

Bước 5: Các tính năng bổ sung

Để thuận tiện, tôi đã thêm chỉ báo sạc pin 4S được kết nối thông qua công tắc xúc giác để hiển thị xem bộ pin 18650 đã được sạc chưa. Một tính năng khác mà tôi đã thêm là cổng USB 2.0 được sử dụng để sạc thiết bị. Điều này có thể hữu ích khi tôi mang bộ sạc pin 18650 ra bên ngoài. Vì điện thoại thông minh cần +5 volt để sạc nên tôi đã thêm một bộ chuyển đổi buck từng bước để giảm điện áp từ +16,8 volt xuống +5 volt. Ngoài ra, tôi đã thêm một công tắc SPDT để không có bộ chuyển đổi A2 buck nào bị lãng phí nguồn điện bổ sung khi không sử dụng cổng USB.

Bước 6: Xây dựng nhà ở

Để làm nền cho vỏ bọc nhà ở, tôi đã sử dụng các tấm thủy tinh hữu cơ trong suốt mà tôi đã cắt bằng cưa tay. Đây là vật liệu tương đối rẻ và dễ sử dụng. Để gắn chặt mọi thứ vào một chỗ, tôi đã sử dụng giá đỡ góc kim loại kết hợp với bu lông và đai ốc. Bằng cách đó, bạn có thể nhanh chóng lắp ráp và tháo rời vỏ nếu cần. Mặt khác, cách làm này làm tăng thêm trọng lượng không cần thiết cho thiết bị vì nó sử dụng kim loại. Để tạo các lỗ cần thiết cho đai ốc, tôi đã sử dụng một máy khoan điện. Các tấm pin mặt trời được dán vào thủy tinh hữu cơ bằng cách sử dụng keo nóng. Khi mọi thứ được ghép lại với nhau, tôi nhận ra rằng vẻ ngoài của thiết bị này không hoàn hảo vì bạn có thể nhìn thấy tất cả những thứ lộn xộn điện tử qua lớp kính trong suốt. Để giải quyết vấn đề đó, tôi đã phủ một lớp băng keo có màu sắc khác nhau lên tấm kính hữu cơ.

Bước 7: Từ cuối cùng

Mặc dù đây là một dự án tương đối dễ dàng, nhưng tôi đã có cơ hội tích lũy kinh nghiệm trong lĩnh vực điện tử, xây dựng vỏ bọc cho các thiết bị điện tử của mình và được làm quen với các linh kiện điện tử mới (đối với tôi).

Tôi hy vọng hướng dẫn này thú vị và nhiều thông tin cho bạn. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc đề xuất xin vui lòng bình luận?

Để nhận được những cập nhật mới nhất về các dự án điện tử và các dự án khác của tôi, hãy tiếp tục và theo dõi tôi trên facebook:

facebook.com/eRadvilla