Как зарядить литиевый аккумулятор от солнечной батареи

Зарядное устройство от солнечной батареи своими руками

В этом уроке мы покажем вам, как заряжать литиевую батарейку 18650, используя чип TP4056 и солнечную энергию.

Комплектующие

Было бы здорово, если бы вы могли заряжать батарею мобильных телефонов, используя солнце вместо зарядного устройства USB, неправда ли?

Общая стоимость этого проекта, за исключением батареи, составляет чуть менее 5 долларов США. Батарея добавит еще от $4 до $5 баксов. В итоге у нас получится портативный блок питания.

Таким образом, общая стоимость проекта составляет около 10 долларов США. Все компоненты доступны на АлиЭкспресс по действительно хорошей цене.

Для этого проекта нам понадобятся:

1. 5В солнечная батарея (убедитесь, что она составляет 5В и не меньше);
2. монтажная плата общего назначения, макетная плата;
3. 1N4007 высоковольтный высокоомный диод (для защиты от обратного напряжения). Этот диод рассчитан на ток в прямом направлении 1А с пиковым значением обратного напряжения 1000 В;
4. Медный провод;
5. 2x клеммные колодки PCB;
6. держатель батареи 18650;
7. аккумулятор 3.7V 18650;
8. плата защиты аккумулятора TP4056 (с защитой IC или без нее);
9. усилитель мощности 5В;
10. некоторые соединительные провода;
11. оборудование для пайки.

Как работает TP4056

Если посмотреть на саму плату, то мы увидим, что она имеет чип TP4056 наряду с несколькими другими компонентами, представляющими для нас интерес.

На плате один красный и один синий светодиод. Красный загорается, когда он заряжается, а синий — при полной зарядке. Также есть мини-USB-разъем для зарядки аккумулятора от внешнего USB-зарядного устройства. Еще есть также два места куда вы можете припаять свою собственную зарядную единицу. Эти места отмечены как IN- и IN +.

Мы будем использовать их для питания этой платы. Батарея будет подключена к этим двум точкам, обозначенным как BAT + и BAT-. Плата требует входного напряжения от 4,5 до 5,5 В для зарядки аккумулятора.

На рынке доступны две версии этой платы. Один с модулем защиты от разряда батареи и один без него. Обе платы имеют ток зарядки 1А и отключении по завершении.

Кроме того, один с защитой отключает нагрузку, когда напряжение аккумулятора падает ниже 2,4 В, чтобы защитить батарею от слишком низкого тока (например, в пасмурный день), а также защищает от перенапряжения и обратной полярности (обычно уничтожает себя вместо батареи), однако, пожалуйста, проверьте, правильно ли вы всё подключили в самый первый раз.

Схема устройства

Эти платы действительно очень сильно нагреваются, поэтому мы будем паять их немного над печатной платой. Для этого мы будем использовать жесткий медный провод, чтобы сделать ножки для печатной платы. У нас будет 4 кусочка медных проводов, чтобы сделать 4 ножки для монтажной платы. Для этого вы также можете использовать — штыревые разъемы вместо медного провода.

Солнечный элемент подключается к клеммам IN + и IN-платы зарядки TP4056 соответственно. Диод вставлен в положительный конец для защиты от обратного напряжения. Затем BAT + и BAT- платы подключаются к + ve и -ve концам батареи. Это все, что нам нужно для зарядки аккумулятора.

Теперь для питания платы Arduino нам нужно увеличить выход до 5В. Итак, мы добавляем усилитель напряжения 5 В к этой схеме. Подключите -ve батареи к IN- усилителя и ve+ к IN+, добавив переключатель между ними. Мы подключили бустерную плату прямо к зарядному устройству, но мы рекомендуем установить там SPDT-переключатель. Поэтому, когда устройство заряжает батарею, она заряжается и не используется.

Солнечные элементы подключены к входу зарядного устройства литиевой батареи (TP4056), выход которого подключен к литиевой батарее 18560. Усилитель напряжения 5 В также подключен к аккумулятору и используется для преобразования от 3,7 В постоянного тока до 5 В постоянного тока.

Напряжение зарядки обычно составляет около 4,2 В. Вход усилителя напряжения варьируется от 0,9 до 5,0 В. Таким образом, он увидит около 3,7 В на его входе, когда батарея разряжается, и 4.2 В, когда она подзаряжается. Выходной сигнал усилителя до остальной части цепи будет поддерживать его значение 5 В.

Этот проект будет очень полезен для питания удаленного регистратора данных. Как известно, источник питания всегда является проблемой для удаленного регистратора, и в большинстве случаев нет доступной розетки.

Подобная ситуация заставляет вас использовать некоторые батареи для питания вашей цепи. Но в конце концов, батарея умрет. Наш недорогой проект солнечного зарядного устройства станет отличным решением для такой ситуации.

Источник

Технический блог — металургия — альтернативная энергетика

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы напрямую от солнечных батарей

Возможно ли использовать солнечную панель как зарядное для литиевых аккумуляторов li ion типа 18650. Мы решили проверить, и вот что у нас получилось

Для нетерпеливых сразу отвечу. Да, заряжать литиевые аккумуляторы напрямую от солнечных батарей можно. Нужно только чтобы солнечная панель отвечала определенным требованиям.

Каким должно быть правильное зарядное для литиевых аккумуляторов

Заряжать литиевые аккумуляторы 18650 мы будем напрямую от солнечной панели. Панель изготовим сами, такую, чтобы максимально подходила для нашей цели. Но как правильно заряжать литиевый аккумулятор? Давайте разбираться.

• Усредненное, расчетное напряжение на литий-ионном Li-ion аккумуляторе типа 18650 считается U=3,7V. Но оно не постоянно и изменяется по мере разряда аккумулятора.
• Заряженным считается аккумулятор у которого U=4,2V (значение может незначительно отличаться у разных производителей)
• Разряженным считается li ion аккумулятор напряжение которого 2.8V
• Разряжать литиевый аккумулятор ниже 2.8V и заряжать его выше 4,2V категорически не рекомендуется. Иначе в батарее начнутся необратимые процессы, что плохо скажется на емкости и времени жизни.

Li ion аккумуляторы заряжают по принципу CC-CV (constant current — constant voltage) Приблизительно, кривые заряда во многих зарядных устройствах выглядят так:Вначале заряда, устройство устанавливает максимальный ток, допустимый для данного вида аккумуляторов. Это этап CC — constant current. По достижению 80-90% емкости аккумулятора ток сбрасывается и аккумулятор заряжается постоянным напряжением — этап CV — constant Voltage.

Рассчитываем солнечное зарядное для литиевых аккумуляторов

Исходя из вышесказанного наша задача при заряде литиевого аккумулятора от солнечной батареи — ограничить зарядный ток и не допустить перезаряда батареи свыше 4,2В.

По поводу максимального тока. Некоторые li ion аккумуляторы допускают заряд током в 3С, где С это заявленная емкость. Т.е. если С = 2000 mAh то можем заряжать током 6А. Некоторые 1С. Но несомненно для всех аккумуляторов — чем меньше зарядный ток тем меньшим «стрессам» мы подвергаем батарею. Правда, в таком случае мы проигрываем в длительности заряда.

Для практически всех моделей 18650 подойдет ток 1000 mA (1A) — такой ток мы и выберем для нашего зарядного. Как его обеспечить?

Монокристаллическая кремниевая пластина 125х125 мм купленная на Aliexpress выдает ток короткого замыкания Iкз 5,4А — при интенсивности солнца 1000 Вт/м² (центр Украины около 950 Вт/м² в солнечный июльский полдень).

Значит чтобы получить с нашей солнечной батареи, ток 1А нам нужно изготовить ее из элементов в 1/5 от целой пластины. При резке пластины на части, общая производительность ее частично теряется. Поэтому кроить каждую пластину мы будем на 4 равных элемента. С расчетом получить с каждой из частей ток около 1 — 1,3А. Точнее сказать трудно, т.к. много факторов влияют на конечные характеристики частей полученных при порезке пластины.

Напряжение Uxx холостого хода каждого из кремниевых солнечных элементов приблизительно равно 0,55 V. Может незначительно отличаться в зависимости от качества изготовления солнечной пластины.

Если солнечные элементы мы будем соединять параллельно то общий ток такой сборки будет суммироваться а напряжение будет равно не более 0,55V. Если же их соединять последовательно, то ток останется неизменным и будет зависеть от размера каждого из элементов, а напряжение станет суммироваться.

Давайте посмотрим на Вольт-Амперную кривую нашего китайского солнечного элемента

Из графика мы понимаем, что максимальный ток который способен генерировать элемент зависит от яркости солнца. А напряжение в меньшей мере зависит от погоды. И даже в пасмурный день наш аккумулятор будет заряжаться до максимального напряжения, только за более длительное время.

Изготовление солнечного модуля для зарядки литиевых аккумуляторов

Итак конфигурация нашей солнечной панели будет следующая. Одну пластину 125х125 кроим на 4 равных части. Таких частей берем 8 штук и соединяем последовательно. Рассчитываем получить модуль с Uxx около 4,5V и 1,2 А.

Более подробно о том как самостоятельно изготовить солнечную панель мы писали ранее. А сейчас перед вами уже готовый тестовый модуль — зарядное для литиевых аккумуляторов, изготовленный по нашим расчетам при содействии специалистов из киевской фирмы «Пролог Семикор».

Давайте проверим его характеристики. Направляем модуль на солнце и измеряем Uxx=4,57V; Ikz=1,16A. Через пол часа модуль прогревается на солнце и мы получаем Uxx=4,42V; Ikz=1,15A. Подключаем модуль напрямую к аккумулятору. Плюс на плюс, минус на минус. Последовательно с аккумулятором включаем резистор 0,1 Ом. Измерив напряжение на этом резисторе и умножив его на 10, мы узнаем текущий ток заряда.

Результаты измерений

Далее данные замеров тока и напряжения при испытании зарядного устройства литиевых аккумуляторов от солнца, приведем сразу в виде графиков.

Как видим данные немного скачут, это связанно с тем что небо в день эксперимента было не идеально чистым. И еще приходилось разворачивать и направлять модуль на солнце. Но общая картина вполне однозначна. И вот что мы видим из полученных данных:

• Аккумулятор зарядился до 4,42V что равно Uxx модуля. И что конечно же многовато для литиевого аккумулятора 18650
• Кривые очень схожи с кривыми зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Это говорит о том что такой метод зарядки хорошо подходит для данного типа АКБ.
• Чем ближе напряжение на аккумуляторе к Uxx, тем меньше ток заряда
• несмотря на то что Ikz у нас был свыше 1А, максимальный ток заряда не превышал 600 mA. Возможно стоит изготовить модуль не из четвертинок а из половин.

Решаем проблему перезаряда

Здесь все на самом деле очень просто. Мы имеем 4,42V, значит 0,2V нам надо где-то потерять. Включаем последовательно с солнечным модулем диод Шоттки, как показано на схеме ниже. Он выполняет двойную функцию. Первое — на диоде падает как-раз 0,2V, второе — диод Шоттки защищает литиевый аккумулятор от разряда на модуль при плохом освещении (это если у элементов вдруг высокие обратные токи, что может случиться при некачественной порезке солнечной пластины)

Резистор 0,1 ом на нуже для того чтобы измерить текущий ток заряда. В свою схему вы можете его не включать. Помимо этого, при токе в 1А на резисторе упадет 0,1В.

Выводы

Ну что же, я и не ожидал что результат окажется настолько положительным. Солнечное зарядное для литиевых аккумуляторов, при подключении напрямую, отлично справляется со своей задачей. В начале оно выдает большой зарядный ток, который ограничен размерами пластин. По мере заряда ток уменьшается к минимуму, что очень хорошо для долговечности Li-ion элемента.

Если выходное напряжения солнечного модуля было бы значительно выше, ну к примеру 30V. То подключив этот модуль напрямую к литиевому аккумулятору, ток заряда все равно не смог бы превысить Ikz. Не причинив никакого вреда нашему аккумулятору. А напряжение провалилось бы до ≈ 4V. Это я к тому что даже если у вас под рукой отсутствует подходящее зарядное для литиевых аккумуляторов. Вы можете зарядить их с помощью солнечного модуля. Но если его напряжение выше 4,2 V, то следите за напряжением на АКБ, дабы не допустить перезаряд.

В следующей статье мы попробуем заряжать литиевые аккумуляторы от солнечного модуля 5,5V (десять последовательных солнечных элементов) и платы защиты TR4056. Следите за нашими материалами.

Эндоскоп с Aliexpress. Обзор, примеры фото и видео.

Эндоскоп представляет из себя шнур диаметром 5мм , на конце котор�…

Как летнюю жару превратить в тепло зимой. Автономное отопление на солнечных батареях.

В этом материале постараемся теоретически решить задачу автоном…

Трехфазный регулятор мощности на тиристорах

Данный трехфазный регулятор мощности был разработан для управле…

Садовый пруд на солнечных батареях. Биоплато, экопруд.

Чтобы очистить садовый пруд нужно организовать биоплато. Чем бол…

Можно ли заряжать литиевые аккумуляторы напрямую от солнечных батарей

Возможно ли использовать солнечную панель как зарядное для лити�…

Aiek M-5 телефон-кредитка. Обзор

Aiek M5 из магазина AliExpress. Начну с главного. Телефончик действительн…

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Источник