Pengisi Daya Sel Baterai Li-ion 4S 18650 Didukung oleh Matahari: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Motivasi untuk melakukan proyek ini adalah untuk membuat stasiun pengisian sel baterai 18650 saya sendiri yang akan menjadi bagian penting dalam proyek nirkabel (bijaksana) masa depan saya. Saya memilih mengambil rute nirkabel karena membuat proyek elektronik mobile, tidak terlalu besar dan saya memiliki tumpukan sel baterai 18650 yang tersisa.

Untuk proyek saya, saya memilih untuk mengisi empat baterai li-ion 18650 sekaligus dan dihubungkan secara seri yang menjadikan ini pengaturan baterai 4S. Hanya untuk bersenang-senang, saya memutuskan untuk memasang empat panel surya di atas perangkat saya yang bahkan hampir tidak mengisi daya sel baterai… tetapi terlihat keren. Proyek ini ditenagai oleh pengisi daya laptop cadangan, tetapi sumber daya lain di atas +16,8 volt juga dapat digunakan. Fitur tambahan lainnya termasuk indikator pengisian baterai li-ion untuk melacak proses pengisian dan port USB 2.0 yang digunakan untuk mengisi daya smartphone.

Langkah 1: Sumber Daya

Elektronik:

• 4S BMS;
• 4S 18650 dudukan sel baterai;
• Indikator pengisian baterai 4S 18650;
• 4 buah 18650 sel baterai li-ion;
• 4 buah panel surya 80x55 mm;
• Soket USB 2.0 Perempuan;
• Soket pengisi daya laptop perempuan;
• Konverter uang dengan fitur pembatas arus;
• Konverter uang kecil ke +5 volt;
• Tombol taktil untuk indikator pengisian daya baterai;
• 4 buah dioda BAT45 Schottky;
• 1N5822 dioda Schottky atau sejenisnya;
• 2 buah sakelar SPDT;

Konstruksi:

• lembaran kaca organik;
• Baut dan mur;
• 9 pcs kurung sudut;
• 2 buah engsel;
• Lem panas;
• Gergaji tangan;
• Mengebor;
• Lakban (opsional);

Langkah 2: BMS

Sebelum saya memulai proyek ini, saya tidak tahu banyak tentang pengisian baterai li-ion dan untuk apa yang saya temukan, saya dapat mengatakan bahwa BMS (juga dikenal sebagai sistem manajemen baterai) adalah solusi utama untuk masalah ini (saya tidak mengatakan bahwa Ini yang terbaik dan satu-satunya). Ini adalah papan yang memastikan bahwa 18560 sel baterai li-ion beroperasi dalam kondisi aman dan stabil. Ini memiliki fitur perlindungan berikut:

• Perlindungan biaya berlebih;

  • tegangan tidak akan lebih tinggi dari +4.195 V per sel baterai;
  • mengisi sel baterai Anda dengan tegangan lebih tinggi dari tegangan operasi maksimum (biasanya +4.2 V) akan merusaknya;
  • jika sel baterai li-ion diisi hingga maksimum +4,1 V, masa pakainya akan lebih lama dibandingkan dengan baterai yang diisi hingga +4,2 V;

• Perlindungan tegangan rendah;

  • tegangan sel baterai tidak akan kurang dari +2,55 V;
  • jika sel baterai dibiarkan mengeluarkan kurang dari tegangan operasi minimum, sel baterai akan rusak, kehilangan sebagian kapasitasnya dan laju pengosongan otomatisnya akan meningkat;
  • Saat mengisi sel li-ion yang tegangannya di bawah tegangan operasi minimumnya, sel li-ion dapat mengalami korsleting dan membahayakan sekelilingnya;

• Perlindungan sirkuit pendek;

  Sel baterai Anda tidak akan rusak jika terjadi korsleting di sistem Anda;

• Perlindungan arus lebih;

  BMS tidak akan membiarkan arus melebihi nilai pengenal;

• Penyeimbangan baterai;

  • Jika sistem berisi lebih dari satu sel baterai yang terhubung secara seri, papan ini akan memastikan bahwa semua sel baterai memiliki muatan yang sama;
  • Jika untuk mantan kami memiliki satu sel baterai li-ion yang memiliki muatan lebih banyak daripada yang lain yang akan dibuang ke sel lain yang sangat tidak sehat bagi mereka;

Ada berbagai sirkuit BMS di luar sana yang dirancang untuk tujuan yang berbeda. Mereka memiliki sirkuit perlindungan yang berbeda di dalamnya dan dibuat untuk konfigurasi baterai yang berbeda. Dalam kasus saya, saya menggunakan konfigurasi 4S yang berarti empat sel baterai dihubungkan secara seri (4S). Ini kira-kira akan menghasilkan tegangan total +16, 8 volt dan 2 Ah tergantung pada kualitas sel baterai. Selain itu, Anda dapat menghubungkan hampir banyak seri sel baterai secara paralel seperti yang Anda inginkan untuk papan ini. Ini akan meningkatkan kapasitas baterai. Untuk mengisi baterai ini, Anda perlu mensuplai BMS dengan sekitar +16, 8 volt. Rangkaian koneksi BMS ada di gambar.

Perhatikan bahwa untuk mengisi baterai, Anda menghubungkan tegangan suplai yang diperlukan ke pin P+ dan P-. Untuk menggunakan baterai yang terisi daya, Anda menghubungkan komponen ke pin B+ dan B-.

Langkah 3: Pasokan Baterai 18650

Catu daya untuk baterai 18650 saya adalah HP +19 volt dan charger laptop 4, 74 ampere yang saya miliki. Karena output tegangannya agak terlalu tinggi, saya menambahkan konverter buck untuk menurunkan tegangan menjadi +16, 8 volt. Ketika semuanya sudah dibuat, saya menguji perangkat ini untuk melihat kinerjanya. Saya meninggalkannya di ambang jendela untuk mengisi daya menggunakan tenaga surya. Ketika saya kembali ke rumah saya melihat bahwa sel baterai saya tidak terisi sama sekali. Faktanya, mereka benar-benar habis dan ketika saya mencoba mengisinya menggunakan pengisi daya laptop, chip konverter buck mulai mengeluarkan suara mendesis yang aneh dan menjadi sangat panas. Ketika saya mengukur arus yang mengalir ke BMS, saya mendapatkan pembacaan lebih dari 3,8 ampere! Ini jauh di atas peringkat maksimum konverter uang saya. BMS menarik begitu banyak arus karena baterainya benar-benar mati.

Pertama, saya membuat ulang semua koneksi antara BMS dan komponen eksternal kemudian saya mencari masalah debit yang terjadi saat mengisi daya dengan solar. Saya pikir masalah ini terjadi karena tidak ada cukup sinar matahari untuk menyalakan konverter buck. Ketika itu terjadi, saya pikir pengisi daya mulai bergerak ke arah yang berlawanan – dari baterai ke konverter uang (lampu konverter uang menyala). Semua itu diselesaikan dengan menambahkan dioda Schottky antara BMS dan buck converter. Dengan begitu arus pasti tidak akan kembali ke konverter uang. Dioda ini memiliki tegangan pemblokiran DC maksimum 40 volt dan arus maju maksimum 3 ampere.

Untuk mengatasi masalah arus beban yang besar, saya memutuskan untuk mengganti konverter uang saya dengan yang memiliki fitur pembatas arus. Konverter uang ini dua kali lebih besar tetapi untungnya saya memiliki cukup ruang di kandang saya untuk memuatnya. Ini menjamin bahwa arus beban tidak akan pernah melebihi 2 ampere.

Langkah 4: Catu Daya Tenaga Surya

Untuk proyek ini saya memutuskan untuk memasukkan panel surya ke dalam campuran. Dengan melakukan itu, saya ingin mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang cara kerjanya dan cara menggunakannya. Saya memilih untuk menghubungkan empat panel surya 6 volt dan 100 mA secara seri yang pada gilirannya memberi saya total 24 volt dan 100 mA pada kondisi sinar matahari terbaik. Ini menambahkan hingga tidak lebih dari 2,4 watt daya yang tidak banyak. Dari sudut pandang utilitarian, penambahan ini sangat tidak berguna dan hampir tidak dapat mengisi 18650 sel baterai sehingga lebih sebagai hiasan daripada fitur. Selama pengujian saya pada bagian ini, saya menemukan bahwa susunan panel surya ini hanya mengisi 18650 sel baterai dalam kondisi sempurna. Di hari berawan bahkan mungkin tidak menyalakan konverter uang yang mengikuti setelah susunan panel surya.

Biasanya, Anda akan menghubungkan dioda pemblokiran setelah panel PV4 (lihat skema). Ini akan mencegah arus mengalir kembali ke panel surya ketika tidak ada sinar matahari dan panel tidak akan menghasilkan daya apa pun. Kemudian paket baterai akan mulai digunakan ke susunan panel surya yang berpotensi membahayakan mereka. Karena saya sudah menambahkan dioda D5 antara konverter buck dan baterai 18650 untuk mencegah arus mengalir kembali, saya tidak perlu menambahkan yang lain. Dianjurkan untuk menggunakan dioda Schottky untuk tujuan ini karena mereka memiliki penurunan tegangan yang lebih rendah daripada dioda biasa.

Garis pencegahan lain untuk panel surya adalah dioda by-pass. Mereka dibutuhkan ketika panel surya dihubungkan dalam konfigurasi seri. Mereka membantu dalam kasus ketika satu atau lebih panel surya yang terhubung diarsir. Ketika ini terjadi, panel surya yang diarsir tidak akan menghasilkan daya apa pun dan resistansinya akan menjadi tinggi, menghalangi aliran arus dari panel surya yang tidak diarsir. Berikut adalah by-pass diode yang masuk. Ketika misalnya panel surya PV2 diarsir, arus yang dihasilkan oleh panel surya PV1 akan mengambil jalur dengan hambatan paling kecil, artinya akan mengalir melalui dioda D2. Ini akan menghasilkan daya yang lebih rendah secara total (karena panel berbayang) tetapi setidaknya arus tidak akan diblokir secara bersamaan. Ketika tidak ada panel surya yang terhalang, arus akan mengabaikan dioda dan akan mengalir melalui panel surya karena itu adalah jalur yang paling sedikit hambatannya. Dalam proyek saya, saya menggunakan dioda BAT45 Schottky yang terhubung secara paralel dengan setiap panel surya. Dioda Schottky direkomendasikan karena memiliki penurunan tegangan yang lebih rendah yang pada gilirannya akan membuat seluruh susunan panel surya lebih efisien (dalam situasi ketika beberapa panel surya diarsir).

Dalam beberapa kasus, dioda pemintas dan pemblokiran sudah terintegrasi ke dalam panel surya yang membuat desain perangkat Anda lebih mudah.

Seluruh rangkaian panel surya terhubung ke konverter buck A1 (menurunkan tegangan menjadi +16,8 volt) melalui sakelar SPDT. Dengan cara ini pengguna dapat memilih bagaimana sel baterai 18650 harus diberi daya.

Langkah 5: Fitur Tambahan

Demi kenyamanan, saya telah menambahkan indikator pengisian daya baterai 4S yang terhubung melalui sakelar taktil untuk menunjukkan apakah paket baterai 18650 telah diisi dayanya. Fitur lain yang saya tambahkan adalah port USB 2.0 yang digunakan untuk pengisian daya perangkat. Ini mungkin berguna ketika saya akan membawa pengisi daya baterai 18650 saya ke luar. Karena smartphone membutuhkan +5 volt untuk mengisi daya, saya menambahkan konverter step-down untuk menurunkan voltase dari +16,8 volt menjadi +5 volt. Juga, saya telah menambahkan sakelar SPDT sehingga tidak ada daya tambahan yang terbuang oleh konverter A2 saat port USB tidak digunakan.

Langkah 6: Konstruksi Perumahan

Sebagai dasar selungkup perumahan, saya menggunakan lembaran kaca organik transparan yang telah saya potong dengan gergaji tangan. Bahannya relatif murah dan mudah digunakan. Untuk mengencangkan semuanya di satu tempat, saya menggunakan braket sudut logam yang dikombinasikan dengan baut dan mur. Dengan begitu Anda dapat dengan cepat merakit dan membongkar enklosur jika diperlukan. Di sisi lain, pendekatan ini menambah bobot yang tidak perlu pada perangkat karena menggunakan logam. Untuk membuat lubang yang diperlukan untuk mur saya menggunakan bor listrik. Panel surya direkatkan ke kaca organik menggunakan lem panas. Ketika semuanya disatukan, saya menyadari bahwa tampilan perangkat ini tidak sempurna karena Anda dapat melihat semua kekacauan elektronik melalui kaca transparan. Untuk mengatasi itu saya menutupi kaca organik dengan berbagai warna lakban.

Langkah 7: Kata-kata Terakhir

Meskipun ini adalah proyek yang relatif mudah, saya memiliki kesempatan untuk mendapatkan pengalaman dalam elektronik, membangun penutup untuk perangkat elektronik saya dan diperkenalkan dengan komponen elektronik baru (untuk saya).

Saya harap instruksi ini menarik dan informatif bagi Anda. Jika Anda memiliki pertanyaan atau saran, jangan ragu untuk berkomentar?

Untuk mendapatkan pembaruan terbaru tentang proyek elektronik saya dan lainnya, silakan ikuti saya di facebook:

facebook.com/eRadvilla