Chargeur de batterie Li-ion 4S 18650 alimenté par Sun : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

La motivation pour entreprendre ce projet était de créer ma propre station de charge de cellules de batterie 18650 qui sera un élément essentiel de mes futurs projets sans fil (en termes d'alimentation). J'ai choisi de prendre un itinéraire sans fil car cela rend les projets électroniques mobiles, moins encombrants et j'ai un tas de cellules de batterie 18650 récupérées qui traînent.

Pour mon projet, j'ai choisi de charger quatre batteries li-ion 18650 à la fois et de les connecter en série, ce qui en fait un arrangement de batterie 4S. Juste pour le plaisir, j'ai décidé de monter quatre panneaux solaires sur mon appareil qui charge à peine les cellules de la batterie… mais ça a l'air cool. Ce projet est alimenté par un chargeur d'ordinateur portable de rechange, mais toute autre source d'alimentation supérieure à 16,8 volts fera également l'affaire. Parmi les autres fonctionnalités supplémentaires, citons l'indicateur de charge de la batterie Li-ion pour suivre le processus de charge et le port USB 2.0 utilisé pour charger un smartphone.

Étape 1: Ressources

Électronique:

• BMS 4S;
• Support de batterie 4S 18650;
• Indicateur de charge de la batterie 4S 18650;
• 4 cellules de batterie li-ion 18650;
• 4 panneaux solaires 80x55 mm;
• Prise USB 2.0 femelle;
• Prise femelle de chargeur d'ordinateur portable;
• Convertisseur Buck avec fonction de limitation de courant;
• Petit convertisseur buck à +5 volts;
• Bouton tactile pour indicateur de charge de la batterie;
• 4 diodes Schottky BAT45;
• 1N5822 Diode Schottky ou quelque chose de similaire;
• 2 commutateurs SPDT;

Construction:

• feuille de verre organique;
• Boulons et écrous;
• 9 équerres d'équerre;
• 2 charnières;
• Colle chaude;
• Scie à main;
• Percer;
• Ruban adhésif (facultatif);

Étape 2: BMS

Avant de commencer ce projet, je ne connaissais pas grand-chose à la charge de la batterie li-ion et pour ce que j'ai trouvé, je peux dire que BMS (également connu sous le nom de système de gestion de batterie) est la principale solution à ce problème (je ne dis pas que C'est le meilleur et le seul). C'est une carte qui garantit que les cellules de batterie li-ion 18560 fonctionnent dans des conditions sûres et stables. Il possède les caractéristiques de protection suivantes:

• Protection contre les surcharges;

  • la tension ne dépassera pas +4,195 V par cellule de batterie;
  • charger vos cellules de batterie avec une tension supérieure à la tension de fonctionnement maximale (généralement +4,2 V) les endommagera;
  • si la cellule de la batterie li-ion est chargée au maximum de +4,1 V, sa durée de vie sera plus longue par rapport à la batterie qui a été chargée à +4,2 V;

• Protection contre les sous-tensions;

  • la tension des cellules de la batterie ne sera pas inférieure à +2,55 V;
  • si la cellule de la batterie est autorisée à se décharger moins que la tension de fonctionnement minimale, elle sera endommagée, perdra une partie de sa capacité et son taux d'autodécharge augmentera;
  • Lors de la charge d'une cellule li-ion dont la tension est inférieure à sa tension de fonctionnement minimale, elle peut développer un court-circuit et mettre son environnement en danger;

• Protection de court circuit;

  Votre cellule de batterie ne sera pas endommagée s'il y a un court-circuit dans votre système;

• Protection contre les surintensités;

  BMS ne laissera pas le courant dépasser la valeur nominale;

• Équilibrage de la batterie;

  • Si le système contient plusieurs cellules de batterie connectées en série, cette carte s'assurera que toutes les cellules de batterie ont la même charge;
  • Si par ex. nous avons une cellule de batterie li-ion qui a plus de charge que les autres, elle se déchargera sur d'autres cellules, ce qui est très malsain pour elles;

Il existe une variété de circuits BMS conçus à des fins différentes. Ils contiennent différents circuits de protection et sont conçus pour différentes configurations de batterie. Dans mon cas, j'ai utilisé la configuration 4S, ce qui signifie que quatre cellules de batterie sont connectées en série (4S). Cela produira environ une tension totale de +16, 8 volts et 2 Ah en fonction de la qualité des cellules de la batterie. En outre, vous pouvez connecter presque autant de séries de cellules de batterie en parallèle que vous le souhaitez pour cette carte. Cela augmenterait la capacité de la batterie. Pour charger cette batterie, vous devez alimenter le BMS avec environ +16, 8 volts. Le circuit de connexion de BMS est dans les images.

Notez que pour charger une batterie, vous connectez la tension d'alimentation nécessaire aux broches P+ et P-. Pour utiliser une batterie chargée, vous connectez vos composants aux broches B+ et B-.

Étape 3: alimentation de la batterie 18650

L'alimentation de ma batterie 18650 est un chargeur d'ordinateur portable HP +19 volts et 4,74 ampères que j'avais à disposition. Comme sa tension de sortie est un peu trop élevée, j'ai ajouté un convertisseur abaisseur pour abaisser la tension à +16, 8 volts. Lorsque tout était déjà construit, j'ai testé cet appareil pour voir comment il fonctionnait. Je l'ai laissé sur le rebord de la fenêtre pour le faire charger à l'énergie solaire. Quand je suis rentré chez moi, j'ai remarqué que mes cellules de batterie n'étaient pas du tout chargées. En fait, ils étaient complètement déchargés et lorsque j'ai essayé de les charger à l'aide d'un chargeur pour ordinateur portable, la puce du convertisseur buck a commencé à émettre des sifflements étranges et il est devenu très chaud. Quand j'ai mesuré le courant allant au BMS, j'ai la lecture de plus de 3,8 ampères ! C'était bien au-dessus des cotes maximales de mon convertisseur buck. BMS consommait tellement de courant parce que les batteries étaient complètement mortes.

Tout d'abord, j'ai refait toutes les connexions entre le BMS et les composants externes puis je me suis attaqué au problème de décharge qui s'est produit lors de la charge au solaire. Je pense que ce problème se produisait parce qu'il n'y avait pas assez de soleil pour que le convertisseur buck s'allume. Lorsque cela s'est produit, je pense que le chargeur a commencé à aller dans la direction opposée - de la batterie au convertisseur buck (le voyant du convertisseur buck était allumé). Tout cela a été résolu en ajoutant une diode Schottky entre le BMS et le convertisseur buck. De cette façon, le courant ne reviendra certainement pas au convertisseur buck. Cette diode a une tension de blocage CC maximale de 40 volts et un courant direct maximal de 3 ampères.

Pour résoudre l'énorme problème de courant de charge, j'ai décidé de remplacer mon convertisseur abaisseur par un autre doté d'une fonction de limitation de courant. Ce convertisseur buck est deux fois plus gros mais heureusement, j'avais assez d'espace dans mon boîtier pour l'adapter. Il garantit que le courant de charge ne dépassera jamais 2 ampères.

Étape 4: Alimentation solaire

Pour ce projet, j'ai décidé d'incorporer des panneaux solaires dans le mélange. Ce faisant, je voulais mieux comprendre comment ils fonctionnent et comment les utiliser. J'ai choisi de connecter quatre panneaux solaires 6 volts et 100 mA en série qui à leur tour me fournissent 24 volts et 100 mA au total dans les meilleures conditions d'ensoleillement. Cela ne représente pas plus de 2,4 watts de puissance, ce qui n'est pas beaucoup. D'un point de vue utilitaire, cet ajout est tout à fait inutile et peut à peine charger 18650 cellules de batterie, il s'agit donc plus d'une décoration que d'une fonctionnalité. Au cours de mes tests de cette partie, j'ai constaté que cette gamme de panneaux solaires ne charge que 18650 cellules de batterie dans des conditions parfaites. Par temps nuageux, il se peut même qu'il n'allume pas un convertisseur buck qui suit le réseau de panneaux solaires.

En règle générale, vous connectez une diode de blocage après le panneau PV4 (regardez dans le schéma). Cela empêcherait le courant de retourner vers les panneaux solaires lorsqu'il n'y a pas de soleil et que les panneaux ne produiront aucune électricité. Ensuite, une batterie commencerait à se décharger sur le réseau de panneaux solaires, ce qui pourrait potentiellement les endommager. Comme j'ai déjà ajouté une diode D5 entre le convertisseur buck et la batterie 18650 pour empêcher le courant de revenir, je n'ai pas eu besoin d'en ajouter une autre. Il est recommandé d'utiliser une diode Schottky à cet effet car ils ont une chute de tension plus faible qu'une diode ordinaire.

Une autre ligne de précaution pour les panneaux solaires sont les diodes de dérivation. Ils sont nécessaires lorsque les panneaux solaires sont connectés dans une configuration en série. Ils aident dans les cas où un ou plusieurs panneaux solaires connectés sont ombragés. Lorsque cela se produit, le panneau solaire ombragé ne produira aucune puissance et sa résistance deviendra élevée, bloquant le flux de courant des panneaux solaires non ombragés. Voici où la diode de dérivation entre en jeu. Lorsque, par exemple, le panneau solaire PV2 est ombragé, le courant produit par le panneau solaire PV1 empruntera le chemin de moindre résistance, ce qui signifie qu'il traversera la diode D2. Cela se traduira par une puissance totale inférieure (à cause du panneau ombré) mais au moins le courant ne sera pas bloqué tous ensemble. Lorsqu'aucun des panneaux solaires n'est bloqué, le courant ignorera les diodes et traversera les panneaux solaires car c'est le chemin de moindre résistance. Dans mon projet, j'ai utilisé des diodes Schottky BAT45 connectées en parallèle avec chaque panneau solaire. Les diodes Schottky sont recommandées car elles ont une chute de tension plus faible, ce qui rendra l'ensemble du réseau de panneaux solaires plus efficace (dans les situations où certains des panneaux solaires sont ombragés).

Dans certains cas, des diodes de by-pass et de blocage sont déjà intégrées au panneau solaire ce qui facilite grandement la conception de votre appareil.

L'ensemble du réseau de panneaux solaires est connecté au convertisseur buck A1 (abaissement de la tension à +16,8 volts) via un commutateur SPDT. De cette façon, l'utilisateur peut sélectionner la façon dont les cellules de batterie 18650 doivent être alimentées.

Étape 5: Fonctionnalités supplémentaires

Pour plus de commodité, j'ai ajouté un indicateur de charge de batterie 4S connecté via un interrupteur tactile pour indiquer si la batterie 18650 était déjà chargée. Une autre fonctionnalité que j'ai ajoutée est le port USB 2.0 utilisé pour le chargement de l'appareil. Cela pourrait être utile lorsque je sortirai mon chargeur de batterie 18650 à l'extérieur. Étant donné que les smartphones ont besoin de +5 volts pour se charger, j'ai ajouté un convertisseur abaisseur pour abaisser la tension de +16,8 volts à +5 volts. De plus, j'ai ajouté un commutateur SPDT afin qu'aucune alimentation supplémentaire ne soit gaspillée par le convertisseur buck A2 lorsque le port USB n'est pas utilisé.

Étape 6: Construction du logement

Comme base du boîtier du boîtier, j'ai utilisé des feuilles de verre organique transparent que j'ai découpées avec une scie à main. C'est un matériau relativement bon marché et facile à utiliser. Pour tout fixer au même endroit, j'ai utilisé des équerres métalliques en combinaison avec des boulons et des écrous. De cette façon, vous pouvez rapidement assembler et démonter le boîtier si nécessaire. D'autre part, cette approche ajoute un poids inutile à l'appareil car il utilise du métal. Pour faire les trous nécessaires pour les écrous, j'ai utilisé une perceuse électrique. Des panneaux solaires ont été collés sur du verre organique à l'aide de colle chaude. Lorsque tout a été assemblé, j'ai réalisé que l'apparence de cet appareil n'était pas parfaite car on pouvait voir tout le désordre électronique à travers le verre transparent. Pour résoudre ce problème, j'ai recouvert le verre organique de différentes couleurs de ruban adhésif.

Étape 7: derniers mots

Bien qu'il s'agisse d'un projet relativement facile, j'ai eu la chance d'acquérir de l'expérience en électronique, en construisant des boîtiers pour mes appareils électroniques et en découvrant de nouveaux composants électroniques (pour moi).

J'espère que cette instructable était intéressante et instructive pour vous. Si vous avez des questions ou des suggestions, n'hésitez pas à commenter ?

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