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Bauen Sie ein Solar-Ladegerät für Ni-MH-Akkus

Ladegerät für 18650 Akkus selber bauen (Februar 2019).

Anonim

Bauen Sie ein Solar-Ladegerät für Ni-MH-Akkus


Sie könnten ein solarbetriebenes Ladegerät kaufen, aber es ist billiger und macht mehr Spaß, es selber herzustellen.

Wenn du wie ich bist und du viel Zeit im Backcountry verbringst, bedeutet das, dass du keine Möglichkeit hast, deine Geräte aufzuladen. Sie können sich ein kommerzielles Solar-Batterieladegerät ansehen, aber für beliebte Marken können diese leicht 100 $ oder mehr kosten. Warum also nicht selbst einen bauen? "" Src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/solar-battery-charger.jpg" />

Aufladen einer einzelnen AAA-Batterie

Batterieauswahl

Gegenwärtig gibt es 3 übliche wiederaufladbare Batteriechemikalien, die für Verbrauchergeräte verwendet werden. Wir haben Lithium-Ionen, Nickel-Metallhydrid (Ni-MH) und Nickel-Cadmium (NiCd). Beginnen wir also mit der Nennspannung für Lithiumionen. Es variiert von 3, 2 V bis 3, 7 V, Ni-MH ist 1, 2 V und NiCd ist auch 1, 2 V. Weil die meisten Verbraucher verwenden entweder interne Batterien, AA oder AAA-Batterien. Entfernen wir das Lithium-Ion, weil seine Nennspannung doppelt so hoch ist wie die Spannung von AA- oder AAA-Batterien. Wenn wir dann die Energiedichte von Ni-MH und NiCd vergleichen, finden wir, dass Ni-MH eine Energiedichte von 140-1.000 Wh / L und NiCd eine Energiedichte von 50-150 Wh / L hat. Also werde ich Ni-MH für die bessere Energiedichte verwenden.

Batterielademethoden

Es gibt Details zu den Ladeverfahren für alle Batteriechemikalien, und ich empfehle, eine gute Informationsquelle für die Chemie zu finden, mit der Sie arbeiten möchten. Für Ni-MH haben Panasonic und Energizer beide hervorragende Materialien zur Verfügung gestellt.

Um eine Batterie schnell zu laden (in weniger als ein paar Stunden), wird normalerweise ein Mikrocontroller verwendet, um sowohl die Batteriespannung als auch die Temperatur zu überwachen. Wenn die Spannung abzufallen beginnt, hat die Batterie einen Überladungszustand erreicht und das Ladegerät schaltet sich ab. Wenn die Temperatur schnell ansteigt, könnte dies zu Schäden an der Batterie führen, oder ein Zustand der Überladung ist erreicht und das Ladegerät schaltet sich ab.

Wenn die Zeit keine Rolle spielt, besteht eine andere Methode darin, die Batterie langsam mit einem Timer zu laden, um sie nach 12 bis 14 Stunden abzuschalten. Um eine Überladung zu vermeiden, muss das Ladegerät eine Mindestkapazität haben. Wenn die Batterien jedoch eine größere Kapazität haben als das Minimum, für das das Ladegerät ausgelegt ist, werden sie nicht vollständig geladen. Eine einfache Lösung, aber fast benötigt Batteriekapazität durch das Ladegerät angegeben werden.

Eine andere Option ist das Erhaltungsladen der Batterien. Das vollständige Aufladen einer leeren Batterie nach den Empfehlungen von Energizer würde 60 Stunden dauern. Es ist nicht sehr praktisch, um eine Batterie vollständig aufzuladen, sondern wird oft als sekundäre Lademethode verwendet. Sobald die Batterien voll sind, wird eine Erhaltungsladung gestartet, um die Batterien "aufgefüllt" zu halten.

Lassen Sie uns überlegen, was die beste Methode für unser Solarladegerät sein könnte. Die Erhaltungsladung wird zu lange dauern, also lassen Sie es uns abwerten. Das zeitbasierte Ladegerät gerät auch schnell in Probleme; Wenn das Solarladegerät Strom verliert, wird der Timer zurückgesetzt, was zu einer Überladung führt. Dies könnte durch Hinzufügen einer Batterie nur für den Timer gelöst werden. Wenn jedoch der Strom verloren ging, würde der Timer immer noch laufen, aber nicht die Batterien aufladen, was zu einer Batterie führte, die nicht geladen war. Wegen der langen Ladezeit der Timer-Methode verliert sie fast immer Strom. Also ist die Timer-Methode out. Die Verwendung eines Mikrocontrollers scheint eine gute Wahl zu sein, aber es ist ein viel komplexeres System. Es muss einen Thermistor für jeden Batterieschlitz haben und einen, um die Umgebungstemperatur zu messen. Wir müssen dann auch die Spannung an jeder Batterie messen, und es ist möglicherweise nicht in der Lage, die Schnellladung durchzuführen, weil die Leistungsbegrenzung vom Solarpanel abhängt.

Jede der vorgestellten Methoden scheint Einschränkungen zu haben, die Anlass zur Sorge geben. Anstatt nur eine dieser Methoden zu verwenden, schlage ich eine Methode vor, die Komponenten der Timer- und Mikrocontroller-Methoden verwendet. Wir verwenden einen Komparator, um die Spannung zu überwachen und eine Überladung zu verhindern, aber verwenden Sie die niedrige Laderate des Timers, um die Batterie zu schützen. Dies weist einige Einschränkungen auf, bietet jedoch ein einfacheres Design, das einfach zu skalieren ist; ein System, das keine Dauerleistung benötigt und sicher ist.

Design

Da sich dieses Gerät nicht in einer temperaturgeregelten Umgebung befindet, empfehle ich, dass alle Komponenten eine maximale Betriebstemperatur von mindestens 70 ° C und mindestens -25 ° C aufweisen. Obwohl 70C höher als die erwartete Lufttemperatur ist, wird das Ladegerät in der Sonne sitzen, wodurch die Gerätetemperatur höher wird und Temperaturen über 50 ° C erreicht werden können.

Zuerst müssen wir ein Solarpanel auswählen. Ich habe ein 5 W Panel gewählt, es hat eine Leerlaufspannung (Voc) von 22 V und einen Kurzschlussstrom (Isc) von 300 mA. Die hohe Spannung dieses Panels erlaubt es, 12 V Autobatterien zu laden, was ich für wünschenswert hielt. Es war auch ziemlich erschwinglich. Der Strom von 300 mA begrenzt die Anzahl der Batterien, die wir gleichzeitig auf ein paar kleine oder große Batterien aufladen können.

Wir haben früher über die Batteriechemie gesprochen, aber wir haben nicht über Kapazität oder Formfaktor gesprochen. Sie haben wahrscheinlich einen Formfaktor (AA, AAA usw.) im Hinterkopf, da Sie wahrscheinlich ein bestimmtes Gerät haben, für das Sie Batterien aufladen möchten. Ich werde meine für 1100 mAh AAA Ni-MH entwerfen, aber die Chemie und Kapazität definieren wirklich die elektrischen Eigenschaften. Als allgemeine Faustregel gilt, je größer die Batterie, desto größer die Kapazität. Kleine Unterschiede in der Verpackung und Technologie bedeuten jedoch, dass ein AAA eine andere Kapazität als ein anderes AAA haben kann.

Wir haben eine Stromquelle und Batterien zum Aufladen, also fangen wir mit dem Rest der Konstruktionsarbeiten an. Ich habe bereits erwähnt, dass ich einen Komparator verwenden würde, was bedeutet, dass wir eine Referenzspannung benötigen. Oft kann dies mit einem Spannungsteiler gemacht werden, aber weil unsere Stromversorgung sehr variabel ist, habe ich mich für einen Spannungsregler entschieden. Der LM317 ist ein gebräuchlicher Spannungsregler, einfach zu bedienen, preiswert und hat eine hohe Betriebstemperatur. Die Ausgangsspannung wird von 2 Widerständen gesteuert. Ich werde einen zweiten zweiten LM317 verwenden, um eine 12 V-Leitung herzustellen, die ich als VCC für den Rest der Schaltung verwenden werde.

Solarladerschema für eine einzelne Batterie

Vorschläge für die nächsten Schritte

Fügen Sie weitere Batterien hinzu
Fügen Sie eine Anzeigeleuchte für die Stromversorgung des Ladegeräts hinzu
Fügen Sie nach dem ersten Laden ein Erhaltungsladegerät hinzu

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