شاحن خلية بطارية ليثيوم أيون 4S 18650 مدعوم من الشمس: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

كان الدافع وراء تنفيذ هذا المشروع هو إنشاء محطة شحن خلية بطارية 18650 الخاصة بي والتي ستكون جزءًا حيويًا في مشاريعي اللاسلكية المستقبلية (من حيث الطاقة). لقد اخترت اتباع مسار لاسلكي لأنه يجعل المشاريع الإلكترونية متنقلة ، وأقل حجمًا ولديّ كومة من 18650 خلية بطارية تم إنقاذها.

بالنسبة لمشروعي ، اخترت شحن أربع بطاريات ليثيوم أيون 18650 مرة واحدة وتوصيلها في سلسلة مما يجعل هذا ترتيب بطارية 4S. من أجل المتعة فقط قررت تركيب أربعة ألواح شمسية فوق جهازي والتي بالكاد تقوم بشحن خلايا البطاريات … لكنها تبدو رائعة. يتم تشغيل هذا المشروع بواسطة شاحن كمبيوتر محمول احتياطي ولكن أي مصدر طاقة آخر يزيد عن +16.8 فولت سيفي بالغرض أيضًا. تشمل الميزات الإضافية الأخرى مؤشر شحن بطارية ليثيوم أيون لتتبع عملية الشحن ومنفذ USB 2.0 المستخدم لشحن الهاتف الذكي.

الخطوة 1: الموارد

الإلكترونيات:

• 4S BMS ؛
• 4S 18650 بطارية خلية حامل ؛
• 4S 18650 مؤشر شحن البطارية ؛
• 4 قطعة 18650 خلايا بطارية ليثيوم أيون ؛
• 4 قطع 80x55 مم الألواح الشمسية ؛
• مقبس USB 2.0 أنثى ؛
• شاحن كمبيوتر محمول أنثى جاك؛
• محول باك مع ميزة التحديد الحالية ؛
• محول باك صغير إلى +5 فولت ؛
• زر اللمس لمؤشر شحن البطارية ؛
• 4 قطع BAT45 الثنائيات شوتكي ؛
• 1N5822 صمام ثنائي شوتكي أو أي شيء مشابه ؛
• 2 قطعة مفاتيح SPDT ؛

بناء:

• لوح زجاج عضوي
• البراغي والصواميل؛
• 9 قطع زاوية بين قوسين.
• مفصلات 2 قطعة
• الغراء الساخن؛
• منشار؛
• تدريبات؛
• شريط لاصق (اختياري) ؛

الخطوة 2: BMS

قبل أن أبدأ هذا المشروع ، لم أكن أعرف الكثير عن شحن بطارية ليثيوم أيون وما وجدته يمكنني أن أقول إن BMS (المعروف أيضًا باسم نظام إدارة البطارية) هو الحل الرئيسي لهذه المشكلة (لا أقول ذلك إنه الأفضل والوحيد). إنها لوحة تتأكد من أن 18560 خلية بطارية ليثيوم أيون تعمل في ظروف آمنة ومستقرة. يحتوي على ميزات الحماية التالية:

• أكثر من حماية تهمة.

  • لن يزيد الجهد عن +4.195 فولت لكل خلية بطارية ؛
  • سيؤدي شحن خلايا البطارية بجهد أعلى من الحد الأقصى لجهد التشغيل (عادةً +4.2 فولت) إلى إتلافها ؛
  • إذا تم شحن خلية بطارية li-ion بحد أقصى +4.1 فولت ، فسيكون عمرها أطول مقارنة بالبطارية التي تم شحنها إلى +4.2 فولت ؛

• حماية الجهد المنخفض.

  • لن يحصل جهد خلية البطارية على أقل من +2.55 فولت ؛
  • إذا سمح لخلية البطارية بتفريغ أقل من الحد الأدنى لجهد التشغيل ، فسوف تتضرر وتفقد بعضًا من قدرتها ويزداد معدل تفريغها الذاتي ؛
  • أثناء شحن خلية ليثيوم أيون ذات جهد أقل من الحد الأدنى لجهد التشغيل ، قد تتطور دائرة قصر وتعرض محيطها للخطر ؛

• حماية ماس كهربائى

  لن تتضرر خلية البطارية في حالة وجود ماس كهربائي في نظامك ؛

• حماية التيار الزائد

  لن تسمح شركة BMS الحالية بالحصول على قيمة أعلى من التصنيف ؛

• موازنة البطارية

  • إذا كان النظام يحتوي على أكثر من خلية بطارية متصلة في سلسلة ، فستتأكد هذه اللوحة من أن جميع خلايا البطارية لها نفس الشحنة ؛
  • إذا كان على سبيل المثال. لدينا خلية بطارية ليثيوم أيون واحدة تحتوي على شحنة أكثر من الخلايا الأخرى التي سيتم تفريغها في الخلايا الأخرى وهو أمر غير صحي للغاية بالنسبة لهم ؛

هناك مجموعة متنوعة من دوائر BMS مصممة لأغراض مختلفة. لديهم دوائر حماية مختلفة بداخلهم ومصممة لتكوينات مختلفة للبطارية. في حالتي ، استخدمت تكوين 4S مما يعني أن أربع خلايا بطارية متصلة في سلسلة (4S). سيؤدي هذا إلى إنتاج جهد إجمالي تقريبًا +16 و 8 فولت و 2 آه اعتمادًا على جودة خلايا البطارية. أيضًا ، يمكنك توصيل ما يقرب من العديد من سلاسل خلايا البطارية بالتوازي كما تريد لهذه اللوحة. سيؤدي ذلك إلى زيادة سعة البطارية. لشحن هذه البطارية ، ستحتاج إلى تزويد BMS بحوالي +16 ، 8 فولت. دائرة اتصال BMS موجودة في الصور.

لاحظ أنه لشحن البطارية ، تقوم بتوصيل جهد الإمداد الضروري بـ P + و P- دبابيس. لاستخدام بطارية مشحونة ، تقوم بتوصيل المكونات الخاصة بك إلى دبابيس B + و B.

الخطوة 3: بطارية 18650

مزود الطاقة لبطاريتي 18650 هو شاحن HP +19 فولت و 4 ، 74 أمبير للكمبيوتر المحمول الذي كنت أضعه. نظرًا لأن ناتج الجهد مرتفع جدًا ، فقد أضفت محول باك لتخفيض الجهد إلى +16 ، 8 فولت. عندما تم بناء كل شيء بالفعل ، اختبرت هذا الجهاز لمعرفة كيفية أدائه. تركتها على حافة النافذة لشحنها باستخدام الطاقة الشمسية. عندما عدت إلى المنزل ، لاحظت أن خلايا بطاريتي لم تكن مشحونة على الإطلاق. في الواقع ، تم تفريغهم تمامًا وعندما حاولت شحنهم باستخدام شاحن الكمبيوتر المحمول ، بدأت شريحة محول باك في إصدار أصوات هسهسة غريبة وأصبح الجو حارًا حقًا. عندما قمت بقياس التيار المتجه إلى BMS ، حصلت على قراءة أكثر من 3.8 أمبير! كان هذا أعلى بكثير من الحد الأقصى لتصنيفات محول باك الخاص بي. كانت BMS ترسم الكثير من التيار لأن البطاريات كانت ميتة تمامًا.

أولاً ، أعدت جميع التوصيلات بين BMS والمكونات الخارجية ، ثم تابعت مشكلة التفريغ التي حدثت أثناء الشحن باستخدام الطاقة الشمسية. أعتقد أن هذه المشكلة كانت تحدث لأنه لم يكن هناك ما يكفي من ضوء الشمس لتشغيل محول باك. عندما حدث ذلك ، أعتقد أن الشاحن بدأ في الاتجاه المعاكس - من البطارية إلى محول باك (كان ضوء محول باك مضاء). تم حل كل ذلك عن طريق إضافة صمام ثنائي شوتكي بين BMS ومحول باك. بهذه الطريقة بالتأكيد لن يعود التيار إلى باك المحول. هذا الصمام الثنائي لديه أقصى جهد مانع للتيار المستمر يبلغ 40 فولت وأقصى تيار أمامي 3 أمبير.

لحل مشكلة الحمل الضخمة الحالية ، قررت استبدال محول باك الخاص بي بآخر يحتوي على ميزة الحد الحالية. محول باك هذا أكبر بمرتين ولكن لحسن الحظ كان لدي مساحة كافية في العلبة الخاصة بي لتلائمها. يضمن أن تيار الحمل لن يتجاوز 2 أمبير.

الخطوة 4: مصدر الطاقة الشمسية

بالنسبة لهذا المشروع ، قررت دمج الألواح الشمسية في المزيج. من خلال القيام بذلك ، كنت أرغب في الحصول على فهم أفضل لكيفية عملها وكيفية استخدامها. اخترت توصيل أربعة ألواح شمسية بقوة 6 فولت و 100 مللي أمبير في سلسلة والتي بدورها توفر لي 24 فولت و 100 مللي أمبير في المجموع في أفضل ظروف ضوء الشمس. هذا يضيف ما لا يزيد عن 2.4 واط من الطاقة وهو ليس كثيرًا. من وجهة النظر النفعية ، هذه الإضافة عديمة الفائدة تمامًا ويمكن بالكاد شحن 18650 خلية بطارية ، لذا فهي بمثابة زخرفة أكثر من كونها ميزة. خلال الاختبارات التي أجريتها لهذا الجزء ، وجدت أن هذه المجموعة من الألواح الشمسية تشحن فقط 18650 خلية بطارية في ظروف مثالية. في يوم غائم ، قد لا يتم تشغيل محول باك الذي يتبع مجموعة الألواح الشمسية.

عادةً ما تقوم بتوصيل الصمام الثنائي الحاجب بعد لوحة PV4 (انظر في المخطط). هذا من شأنه أن يمنع التيار من العودة مرة أخرى إلى الألواح الشمسية عندما لا يكون هناك ضوء الشمس والألواح لن تنتج أي طاقة. ثم تبدأ حزمة البطارية في التفريغ على مجموعة الألواح الشمسية مما قد يؤدي إلى إلحاق الضرر بها. منذ أن أضفت بالفعل الصمام الثنائي D5 بين محول باك وحزمة بطارية 18650 لمنع التيار من التدفق مرة أخرى ، لم أكن بحاجة إلى إضافة واحدة أخرى. يوصى باستخدام الصمام الثنائي Schottky لهذا الغرض لأن لديه انخفاض في الجهد الكهربائي أقل من الصمام الثنائي العادي.

خط آخر من الاحتياطات للألواح الشمسية هو الثنائيات الالتفافية. هناك حاجة إليها عند توصيل الألواح الشمسية في تكوين تسلسلي. إنها تساعد في الحالات التي يكون فيها واحد أو أكثر من الألواح الشمسية المتصلة مظللة. عندما يحدث هذا ، فإن الألواح الشمسية المظللة لن تنتج أي طاقة وستصبح مقاومتها عالية ، مما يمنع تدفق التيار من الألواح الشمسية غير المظللة. هنا يأتي الصمام الثنائي الجانبي. على سبيل المثال ، عندما تكون اللوحة الشمسية PV2 مظللة ، فإن التيار الذي تنتجه اللوحة الشمسية PV1 سيأخذ المسار الأقل مقاومة ، مما يعني أنه سيتدفق عبر الصمام الثنائي D2. سيؤدي ذلك إلى انخفاض إجمالي الطاقة (بسبب اللوحة المظللة) ولكن على الأقل لن يتم حظر التيار معًا. عندما لا يتم حظر أي من الألواح الشمسية ، سيتجاهل التيار الثنائيات وسيتدفق عبر الألواح الشمسية لأنه المسار الأقل مقاومة. في مشروعي ، استخدمت الثنائيات BAT45 Schottky المتصلة بالتوازي مع كل لوحة شمسية. يوصى باستخدام الثنائيات Schottky لأن لديها انخفاض في الجهد المنخفض مما يجعل مجموعة الألواح الشمسية بأكملها أكثر كفاءة (في المواقف التي تكون فيها بعض الألواح الشمسية مظللة).

في بعض الحالات ، تم بالفعل دمج الثنائيات الالتفافية والحواجز في اللوحة الشمسية مما يجعل تصميم جهازك أسهل بكثير.

يتم توصيل مجموعة الألواح الشمسية بالكامل بمحول A1 باك (خفض الجهد إلى +16.8 فولت) من خلال مفتاح SPDT. بهذه الطريقة يمكن للمستخدم تحديد كيفية تشغيل 18650 خلية بطارية.

الخطوة 5: ميزات إضافية

من أجل الراحة ، أضفت مؤشر شحن بطارية 4S متصل من خلال مفتاح اللمس لإظهار ما إذا كانت بطارية 18650 مشحونة أم لا. ميزة أخرى أضفتها هي منفذ USB 2.0 المستخدم لشحن الجهاز. قد يكون هذا مفيدًا عندما آخذ شاحن البطارية 18650 للخارج. نظرًا لأن الهواتف الذكية تحتاج إلى +5 فولت للشحن ، فقد أضفت محول باك تنحي لخفض الجهد من +16.8 فولت إلى +5 فولت. لقد أضفت أيضًا مفتاح SPDT حتى لا يتم إهدار أي طاقة إضافية بواسطة محول باك A2 عند عدم استخدام منفذ USB.

الخطوة السادسة: بناء المساكن

كقاعدة لحاوية السكن ، استخدمت صفائح زجاجية عضوية شفافة قطعتها بالمنشار اليدوي. إنها مادة رخيصة نسبيًا وسهلة الاستخدام. لربط كل شيء في مكان واحد ، استخدمت أقواس زاوية معدنية مع البراغي والصواميل. بهذه الطريقة يمكنك تجميع وتفكيك العلبة بسرعة إذا لزم الأمر. من ناحية أخرى ، يضيف هذا الأسلوب وزناً غير ضروري للجهاز لأنه يستخدم المعدن. لعمل الثقوب اللازمة للمكسرات ، استخدمت مثقابًا كهربائيًا. تم لصق الألواح الشمسية على الزجاج العضوي باستخدام الغراء الساخن. عندما تم تجميع كل شيء ، أدركت أن مظهر هذا الجهاز لم يكن مثاليًا لأنه كان بإمكانك رؤية كل الفوضى الإلكترونية من خلال الزجاج الشفاف. لحل ذلك غطيت الزجاج العضوي بألوان مختلفة من الشريط اللاصق.

الخطوة 7: الكلمات الأخيرة

على الرغم من أن هذا كان مشروعًا سهلاً نسبيًا ، فقد أتيحت لي الفرصة لاكتساب الخبرة في مجال الإلكترونيات ، وبناء حاويات لأجهزتي الإلكترونية وتعرفت على المكونات الإلكترونية الجديدة (بالنسبة لي).

آمل أن تكون هذه التعليمات ممتعة ومفيدة لك. إذا كان لديك أي أسئلة أو اقتراحات فلا تتردد في التعليق؟

للحصول على آخر التحديثات حول مشاريعي الإلكترونية وغيرها ، تابع واتبعني على facebook:

facebook.com/eRadvilla