คุณสามารถซื้อเครื่องชาร์จ แบตเตอรี่ พลังงานแสงอาทิตย์ แต่เราน่าจะได้เครื่องชาร์จที่ราคาถูกกว่า และสนุกกว่าหากเราทำด้วยตัวเอง

หากคุณคิดเหมือนกัน และคุณชอบใช้เวลาส่วนใหญ่พื้นที่ที่ไม่มีทางชาร์จอุปกรณ์ได้ คุณสามารถไปดูเครื่องชาร์จ แบตเตอรี่ พลังงานแสงอาทิตย์ แต่สำหรับแบรนด์ยอดนิยมสิ่งเหล่านี้อาจมีราคา 100 เหรียญขึ้นไป แล้วทำไมไม่สร้างด้วยตัวเองล่ะ?

เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ปกติแล้วจะให้แรงดันไฟฟ้า หรือกระแสไฟฟ้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่ เพื่อชาร์จ แบตเตอรี่ และทำให้แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น เราจึงสามารถชาร์จแบตเตอรี่ด้วยระบบง่ายๆ เพียงแค่ให้แรงดันไฟฟ้ากับแบตเตอรี่ แต่ไม่มีระบบป้องกัน แบตเตอรี่ รวมไปถึงสารเคมีของ แบตเตอรี่ ทุกชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุด อัตราการปลดปล่อยตัวเอง ความต้านทานภายใน และวงจรแตกต่างกันออกไป

การเลือกแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ เคมีแบบชาร์จได้ทั่วไป 3 ชนิด เรามี ลิเธียมไอออน นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Ni-MH) และนิกเกิลแคดเมียม (NiCd) โดยแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยสำหรับลิเธียมไอออน แตกต่างกันไปตั้งแต่ 3.2 V ถึง 3.7 V, Ni-MH คือ 1.2 V และ NiCd ยังเป็น 1.2 V เนื่องจากอุปกรณ์ใช้แบตเตอรี่ภายอย่าง AA หรือแบตเตอรี่ AAA ถูกแทนที่ด้วยลิเธียมไอออนกันที่ดีกว่าเพราะแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่าสองเท่าของแรงดันแบตเตอรี่ AA หรือ AAA ถ้าเราเปรียบเทียบพลังงานของ Ni-MH และ NiCd เราจะพบว่า Ni-MH มีพลังงาน 140-1,000 Wh / L และ NiCd มีพลังงาน 50 – 150 Wh / L ในที่นี้เราจะใช้ Ni-MH เพราะพลังงานที่ดีขึ้น

วิธีการชาร์จ แบตเตอรี่

ในการชาร์จ แบตเตอรี่ อย่างรวดเร็ว โดยปกติไมโครคอนโทรลเลอร์จะใช้เพื่อตรวจสอบทั้งแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ หากแรงดันไฟฟ้าเริ่มลดลงแสดงว่าแบตเตอรี่อยู่ในสถานะเกิน แล้วเครื่องชาร์จจะปิดลง หากอุณหภูมิเริ่มสูงขึ้นอาจจะทำความเสียหายต่อ แบตเตอรี่ หรือสถานะของการชาร์จไฟเกินแล้วที่ชาร์จจะปิดลง

การชาร์จ แบตเตอรี่ อย่างช้าๆ โดยใช้ตัวจับเวลาเพื่อปิดเครื่องหลังจาก 12 ถึง 14 ชั่วโมง เพื่อหลีกเลี่ยงการชาร์จไฟมากเกินไปเครื่องชาร์จ แบตเตอรี่ ต้องการให้ แบตเตอรี่ มีความจุขั้นต่ำ แต่ถ้า แบตเตอรี่ มีความจุมากกว่าค่าต่ำสุดที่เครื่องชาร์จได้รับการออกแบบมาก็จะชาร์จไม่เต็ม วิธีแก้ปัญหาง่ายๆ คือใช้ความจุแบตเตอรี่ตามที่เครื่องชาร์จระบุ

การชาร์จ แบตเตอรี่ แบบหยด ในการชาร์จแบตเตอรี่เปล่าให้เต็มตามคำแนะนำของ Energizer จะใช้เวลา 60 ชั่วโมง ไม่ค่อยเป็นประโยชน์สำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็ม แต่มักใช้เพื่อเป็นการชาร์จสำรอง เมื่อแบตเตอรี่เต็มแล้วจะเริ่มมีการชาร์จแบบหยดเพื่อให้แบตเตอรี่ “ปิดไฟ”

อะไรเป็นวิธีที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องชาร์จ พลังงานแสงอาทิตย์ ของเรา หยดจะใช้เวลานานเกินไป เครื่องชาร์จตามเวลายังประสบปัญหาเรื่องพลังงาน และเวลา เนื่องจากเครื่องชาร์จ พลังงานแสงอาทิตย์ จะสูญเสียพลังงานตัวจับเวลาจะรีเซ็ตส่งผลให้เกิดการชาร์จไฟเกิน สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มแบตเตอรี่สำหรับตัวจับเวลา อย่างไรก็ตามหากพลังงานของตัวจับเวลาจะยังคงทำงานต่อไป แต่ไม่ได้ชาร์จแบตเตอรี่ส่งผลให้แบตเตอรี่ไม่ได้ชาร์จ เนื่องจากใช้เวลาชาร์จนานของวิธีจับเวลาจึงแทบจะทำให้สูญเสียพลังงาน ดังนั้นวิธีจับเวลาจึงไม่ดีนัก การใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ดูเหมือนจะเป็นทางเลือกที่ดี แต่เป็นระบบที่ซับซ้อนกว่ามาก จะต้องมีเทอร์มิสเตอร์สำหรับแต่ละช่อง แบตเตอรี่ และอีกอันหนึ่งเพื่อวัดอุณหภูมิโดยรอบ จากนั้นเราต้องวัดแรงดันไฟฟ้าของ แบตเตอรี่ ทุกก้อนและอาจไม่สามารถทำการชาร์จอย่างรวดเร็วได้เนื่องจากข้อ จำกัด ด้านพลังงานจากแผง โซล่าร์เซลล์

ทุกวิธีมีข้อจำกัด ดังนั้นแทนที่จะใช้วิธีใดวิธีหนึ่งเหล่านี้เราขอเสนอวิธีที่ใช้ส่วนประกอบของตัวจับเวลา และวิธีไมโครคอนโทรลเลอร์ เราใช้เครื่องเปรียบเทียบเพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและป้องกันการชาร์จไฟเกิน แต่ใช้อัตราการชาร์จที่ต่ำของตัวจับเวลาเพื่อป้องกันแบตเตอรี่

ออกแบบ

เนื่องจากเราไม่สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมได้ เราจึงขอแนะนำให้ใช้ระบบที่สามารถทำงานได้ในอุณหภูมิ 70C และ -25C แม้ว่า 70C จะสูงกว่าอุณหภูมิอากาศที่คาดไว้ แต่เครื่องชาร์จอยู่กลางแดดทำให้อุณหภูมิของอุปกรณ์สูงขึ้น และอาจถึงอุณหภูมิที่สูงกว่า 50C ได้อย่างง่ายดาย

อย่างแรกเราต้องเลือกแผง โซล่าร์เซลล์ เราเลือกแผง 5 W มีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (Voc) 22 V และกระแสลัดวงจร (Isc) 300 mA แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแผง โซล่าร์เซลล์ นี้ช่วยให้สามารถใช้ชาร์จ แบตเตอรี่ รถยนต์ 12 V นอกจากนี้ยังมีราคาไม่แพงอีกด้วย กระแส 300 mA จำกัด จำนวน แบตเตอรี่ ที่เราสามารถชาร์จพร้อมกันกับ แบตเตอรี่ ขนาดเล็กสองสามก้อน หรือ แบตเตอรี่ ขนาดใหญ่หนึ่งก้อน

ความจุหรือฟอร์มแฟคเตอร์ คุณอาจมีฟอร์มแฟคเตอร์ (AA, AAA ฯลฯ ) อยู่ในใจเนื่องจากคุณอาจมีอุปกรณ์เฉพาะที่คุณต้องการชาร์จแบตเตอรี่ ฉันจะออกแบบของฉันสำหรับ 1100 mAh AAA Ni-MH แต่เคมีและความจุเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าจริงๆ ตามหลักทั่วไปแบตเตอรี่ยิ่งมีขนาดใหญ่ความจุก็จะมากขึ้น อย่างไรก็ตามความแตกต่างเล็กน้อยในบรรจุภัณฑ์และเทคโนโลยีหมายความว่า AAA หนึ่งก้อนอาจมีความจุต่างจาก AAA อื่น

ตอนนี้เรามีแหล่งพลังงานและแบตเตอรี่สำหรับชาร์จ ดังนั้นเรามาออกแบบที่เหลือกันดีกว่า เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ว่าฉันจะใช้เครื่องเปรียบเทียบหมายความว่า ต้องการแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟของเรามีความแปรปรวนสูง จึงเลือกใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM317 เป็นเครื่องควบคุมแรงดันไฟฟ้าทั่วไปใช้งานง่ายราคาไม่แพง และมีอุณหภูมิในการทำงานสูง แรงดันขาออกถูกควบคุมโดยตัวต้านทาน 2 ตัว ใช้ LM317 เพื่อสร้างสาย 12 V ที่ฉันจะใช้เป็น VCC สำหรับวงจรที่เหลือ

สำหรับทรานซิสเตอร์สำหรับ LED เราใช้ 2N3904 ตัวปล่อยเชื่อมต่อ กับตัวต้านทาน จำกัด กระแสและ LED เป็นอนุกรม สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า แบตเตอรี่ กำลังชาร์จและเมื่อแบตเตอรี่ของเราเต็ม

สำหรับทรานซิสเตอร์ที่ควบคุมกระแส แบตเตอรี่ ใช้ทรานซิสเตอร์กำลัง IRF840 เนื่องด้วยข้อกำหนดและราคาไม่แพง แต่สามารถแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์ที่คุณเลือกได้ ทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อแบบอนุกรมโดยมีตัวต้านทาน จำกัด กระแสและแบตเตอรี่

ตอนนี้จะเป็นการชาร์จแบตเตอรี่ของคุณ แต่ฉันตัดสินใจที่จะไปต่ออีกเล็กน้อยและเพิ่มระบบอื่นเพื่อ จำกัด กระแส ฉันเพิ่มทรานซิสเตอร์กำลังอีกตัวและเชื่อมต่อประตูเข้ากับตัวจับเวลา 555 ตัวจับเวลา 555 ได้รับการกำหนดค่าให้มีรอบการทำงาน 80% โดยมีความถี่ 1KHz สิ่งนี้จะ จำกัด กระแสไฟฟ้าโดยเฉลี่ย แต่ยังรับประกันได้ว่า LED ตัวบ่งชี้จะมีช่วงเวลาที่มีกระแสไฟฟ้าเพียงพอที่จะทำงานสว่างเพียงพอที่จะมองเห็นภายใต้ดวงอาทิตย์ที่สว่างจ้า

ฉันสร้างต้นแบบของวงจรบนเขียงหั่นขนมที่มีพื้นที่สำหรับชาร์จแบตเตอรี่ AAA ก้อนเดียว การไหลของกระแสไฟฟ้าเฉลี่ยตามเวลาไปยังแบตเตอรี่วัดได้ที่ 90 mA ในวันฤดูหนาวที่มีแดดจัด ฉันปลดแบตเตอรี่ออกแล้วชาร์จแบตเตอรี่สี่ก้อนด้วยเครื่องชาร์จ พลังงานแสงอาทิตย์ จากนั้นชาร์จสี่ก้อนด้วยเครื่องชาร์จเชิงพาณิชย์ที่ผลิตโดย Duracell วัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แต่ละก้อนเพื่อทำการเปรียบเทียบที่ จำกัด

แรงดันไฟฟ้าของ แบตเตอรี่

แบตเตอรี่ Solar Charger มีแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย 1274mV และแบตเตอรี่ Duracell Charger มีแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย 1295mV แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเล็กน้อยไม่น่าแปลกใจเพราะเครื่องชาร์จ พลังงานแสงอาทิตย์ ได้รับการออกแบบมาเพื่อสิ้นสุดรอบการชาร์จ 30mV ภายใต้แรงดันไฟฟ้าสูงสุด ตอนนี้คุณมีการออกแบบที่สมบูรณ์สำหรับเครื่องชาร์จ พลังงานแสงอาทิตย์ ของคุณเองแล้ว

เครื่องชาร์จ แบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์ พลังงานแสงอาทิตย์ แบบประหยัดพลังงาน คืออุปกรณ์ที่แปลง พลังงานแสงอาทิตย์ ไปเติม แบตเตอรี่ 12 โวลต์ มีระบบตัดไฟอัตโนมัติเมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเต็ม โดยทำงานกับแผงโซลาร์เซลล์ 24 โวลต์เป็นอินพุต

วงจรใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบแปรผัน IC LM 317 เพื่อตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตให้คงที่ประมาณ 16 โวลต์ ตัวต้านทานตัวแปร VR ควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออก เมื่อแผง โซล่าร์เซลล์ สร้างกระแส D1 ไปข้างหน้าอคติและ Regulator IC กระแสอินพุต แรงดันขาออกขึ้นอยู่กับการตั้งค่าของ VR และกระแสไฟขาออกจะถูกควบคุมโดย R1 กระแสนี้ผ่าน D2 และ R3 เมื่อแรงดันเอาต์พุตสูงกว่า (ตามที่กำหนดโดย VR) 16 โวลต์ซีเนอร์ไดโอด ZD2 จะดำเนินการและให้แรงดันไฟฟ้า 15 โวลต์ที่เสถียรสำหรับการชาร์จ

กระแสไฟชาร์จขึ้นอยู่กับ R1 และ R3 จะมีกระแสไฟฟ้าประมาณ 250 ถึง 300 mA สำหรับการชาร์จ ไฟ LED สีเขียวแสดงสถานะการชาร์จ เมื่อ แบตเตอรี่ มีแรงดันไฟฟ้าเต็มที่ประมาณ 13 โวลต์ซีเนอร์ไดโอด ZD1 จะดำเนินการและอคติไปข้างหน้า T1

สิ่งนี้จะระบายกระแสไฟฟ้าขาออกจาก IC ควบคุมผ่าน T1 และ กระบวนการชาร์จจะหยุดลง เมื่อแรงดันแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่า 12 โวลต์ ZD1 จะปิดและการชาร์จ แบตเตอรี่ จะเริ่มขึ้นอีกครั้ง

แผนผังวงจรเครื่องชาร์จ แบตเตอรี่ โซลาร์อินเวอร์เตอร์

ตัวอย่างเครื่องชาร์จ แบตเตอรี่ LM317 เอกสารข้อมูลสินค้า

เชื่อมต่อวงจรกับแผง โซล่าร์เซลล์ และวัดแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสูงกว่า 18 โวลต์ เชื่อมต่อวงจรกับ แบตเตอรี่ ด้วยขั้วที่ถูกต้องและปรับ VR จนถึงไฟ LED การนำของ ZD2 และแรงดันขาออก ใช้ฮีตซิงก์สำหรับ LM317 และ TIP 122 เพื่อกระจายความร้อน

หมายเหตุ: วงจรเดียวกันสามารถแก้ไขได้สำหรับการชาร์จ แบตเตอรี่ ประเภทต่างๆ การปรับเปลี่ยนของ ZD1 และ ZD2 เลือกค่า ZD2 สำหรับแรงดันไฟฟ้าเอาพุต และ ZD1 สำหรับตัดระดับแรงดันไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ 6 โวลต์ ZD1 ควรเป็น 6.1 โวลต์และ ZD2 6.8 โวลต์ สำหรับ แบตเตอรี่ มือถือ ZD1 ควรเป็น 4.7 โวลต์และ ZD2 5.1 โวลต์ ส่วนประกอบอื่น ๆ ทั้งหมดยังคงเหมือนเดิม