Unidade de fonte de alimentação portátil: 3 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

A inspiração para este projeto veio de querer um método para recarregar minhas baterias de drones em campo. Outro bom momento de uso seria para acampar. Esta compilação não é necessariamente a alternativa mais barata. Existem muitos produtos disponíveis no mercado que oferecem muito por um preço razoável. Eu tinha cerca de metade dos componentes necessários apenas parados. Além disso, eu queria algo para fazer no passado, então decidi construir em vez de comprar. Se você não tiver nenhum dos itens na seção de materiais e custos, espere gastar mais de 400 dólares americanos no total. Essa quantia pode comprar uma configuração decente já concluída. Caso contrário, se dinheiro e tempo são algo que você pretende gastar em troca de uma fonte de alimentação portátil que funcione, juntamente com a experiência, então esta construção é perfeita.

As especificações da minha construção:

• 4S (série) 20P (paralelo) Banco de baterias de 16,8 V (93,6 watts / hora)
• 4S 40Amp BMS
• Inversor 300 Watt
• 6 portas de carregamento USB
• 1 tomada US 120V
• Painel solar de 100 watts
• 11 Amp Charge Controller

Este dispositivo pode atender às suas próprias especificações de acordo com como você deseja construí-lo e o que deseja incluir. Se você deseja uma bateria de maior capacidade, ou mais tomadas, uma maior saída de energia (inversor maior), e assim por diante, você deve considerar a dimensão desses objetos antes de comprar o gabinete. A mala que usei escolhi pelo preço, disponibilidade e também pelo lacre impermeabilizante. Se você pretende replicar tudo exatamente do que apenas comprar o que está listado abaixo.

Não tenho nenhuma afiliação com os sites vinculados, apenas um consumidor deles. Costumo pesquisar na Internet por um tempo antes de fazer as compras e descobri que esses são o maior valor pela menor quantia em dólares no momento em que os comprei em comparação com o que mais estava disponível. Para obter os preços mais baixos absolutos para a maioria dos itens, recomendo comprar diretamente da China. A única desvantagem é esperar que a entrega chegue em um a dois meses, em média. Fiz centenas de pedidos do Aliexpress.com somente este ano e recebi exatamente o que esperava às vezes em três semanas

Materiais e Custo

Baterias (80) 18.650 células

Tiras de níquel.1,.12, OR.15 de espessura

4S BMS

Fio de silicone calibre 14

26 Gauge Silicon Wire Precisa ter duas cores diferentes

(2) Chaves oscilantes Só precisa de uma chave se quiser instalar um sensor / controlador de temperatura para controlar automaticamente os ventiladores.

Controlador digital de temperatura

Conectores XT60 (não soldados) OU conectores XT60 (já soldados)

Ventiladores (2) 12 V DC

Indicador de bateria

Medidor Digital

Carregador USB de seis portas

Conversor Step Down Buck

Caixa Se você for com outra caixa, esses designs não caberão nela. O Pelican tem arquivos que você pode baixar para software CAD para incorporar seus próprios designs de placa frontal.

Selante de silicone

Painel solar, controlador de carga e inversor

1 kg de PETG ou ABS Filamento

Variedade de parafuso M1-M5

Tubulação encolhida

Fita VHB

Tubulação retrátil de 300 mm

(16) Ímãs de 10 x 3 mm

Super cola

Custo total $ 550 +/- incluindo painel solar, que a maioria dos produtos comerciais vende separadamente, e dependendo da capacidade da bateria que você comprar pode ser reduzida significativamente. Também depende da oferta e da demanda, portanto, os preços podem mudar.

Ferramentas necessárias

3D PrinterSoldering Iron

Solda

Pistola de calor ou tocha pequena

Soldador de ponto de bateria

Decapantes de arame

Ferramenta de crimpagem de fio com luvas terminais

Flathead pequeno

Chaves hexagonais de 2,5 mm, 3 mm, 4 mm

Wowstick não é necessário, mas é útil se você fizer muitos projetos com parafusos pequenos.

Carregador de bateria c4 18650

Multímetro digital

Furar

Conjunto de broca de perfuração

Etapa 1: Banco de bateria

Esta etapa é realmente um outro projeto em si mesma. Comprei baterias usadas que tinham cicatrizes de soldagem por pontos anteriores, então usei uma ferramenta rotativa e um pequeno disco de corte para retificá-las. Depois que ambas as extremidades são limpas em todas as células, é recomendável carregá-las usando um carregador inteligente como o C4 listado na seção de ferramentas.

Para bons tutoriais sobre como montar seus próprios bancos de baterias e também como conectar BMSs, recomendo os canais escolares Jehu Garcia e Ebike. Se você já fez a montagem do banco de baterias, tem experiência com baterias de soldagem por pontos e fiação de BMS, provavelmente poderá pular para Impressão e montagem.

Assim que todas as células estiverem carregadas, teste a voltagem de cada célula. Qualquer coisa abaixo de 3,6 volts deve ser descartada. Em média, eu tinha células em torno de 4 volts cada. Os multímetros variam muito em sua aparência. Talvez consulte o manual para encontrar o ícone, símbolo ou letra exata para o teste de tensão DC. No meu medidor, para verificar a tensão, mudei o multímetro digital para uma configuração DC 6V e apliquei o preto no negativo e o vermelho no positivo.

Para organizar as células, coloque as baterias em uma das placas 18650 4S 10P impressas. No entanto, uma linha em toda a extensão deve ter a mesma extremidade voltada para cima (positiva ou negativa). A próxima linha deve ter a extremidade oposta voltada para cima (positiva ou negativa). Consulte as fotos incluídas.

Depois que todas as células estão organizadas e pressionadas na placa inferior. Coloque a outra placa em cima das baterias. Se parecer um ajuste apertado, comece em uma extremidade e martele levemente nas baterias, uma ou duas células de cada vez, e vá gradualmente em direção à outra extremidade do banco de baterias. As duas placas devem mantê-los todos no lugar, sem flexão.

AVISO:

Tenha muito cuidado e demore o próximo passo, pois isso pode causar um choque e, possivelmente, causar curto-circuito nas baterias. Limpe qualquer material condutor próximo para que você não coloque acidentalmente a bateria em cima dela fazendo uma conexão elétrica.

Se você está satisfeito com o seu tijolo de baterias, então é hora de soldar por pontos. Se você usar o mesmo soldador por pontos que eu usei, você terá que obter uma espessura de 0,1 a 0,15, este soldador não pode soldar mais espesso do que isso. A colocação das tiras de níquel é importante. A maneira mais fácil de explicar é consultar as fotos que incluí para ver o layout exato. Corte e coloque as tiras de níquel na bateria. Segure sua bateria contra o soldador com uma boa pressão e prenda-a uma vez, verifique, prenda-a mais uma vez e passe para a próxima célula.

Eventualmente, você terá terminado a soldagem por pontos. Agora é hora de instalar o sistema de gerenciamento de bateria (BMS). Um BMS monitora e distribui a corrente uniformemente em todas as células conectadas. O fio mais grosso (bitola 14-18) que é vermelho e preto era para que eu pudesse transformar 10P em um banco de bateria 20P. Normalmente, isso seria feito soldando por pontos mais tiras no mesmo padrão, mas para caber neste caso específico, eu precisava que os dois tijolos estivessem lado a lado, em vez de um retângulo longo.

Monte (cola quente) o BMS em um material do tipo isolante, como plástico rígido, espuma ou papelão. Não monte-o diretamente na lateral das baterias.

Os outros fios mais finos (bitola 28-30) são todos conectados a vários pontos no BMS. Usei os mesmos códigos de cores para o mesmo ponto no BMS. Preto é 0 V, amarelo é 4,2 V, Verde é 8,4 V, Vermelho é 12,6 V e rosado é 16,8 V. Cada número possui dois fios, pois precisa ser conectado nas primeiras células e nas últimas células em paralelo. Se você fizesse um longo banco de bateria retangular, seus fios começariam na extremidade do banco e os segundos fios se estenderiam até a outra extremidade do bloco. Usei um ferro de soldar nas tiras de níquel para não danificar a célula.

Terminar a bateria é fácil. Solde um fio vermelho e um preto grosso (calibre 14) com pelo menos 6 polegadas de comprimento, com um conector XT60 na extremidade. Isso vai para os símbolos + e - no BMS. Eu apliquei um pouco de fita adesiva para evitar que o bloco se movesse. Deslize o banco de baterias em um plástico retrátil de 300 mm, corte o excesso e aplique uma pistola de ar quente ou tocha com alguma distância. O banco de baterias agora está completo.

Etapa 2: Impressão e montagem

Se você é completamente novo na impressão 3D, sugiro que leia abaixo, caso contrário, você pode pular para a seção de configurações de impressão.

Eu tenho dois Ender 3's. Ambos são realmente de boa qualidade em termos de preço e podem lidar com PLA, ABS e PETG. A adesão ao leito costuma ser o maior problema, apesar de dominar o nivelamento do leito. A única coisa que eliminou esse problema para mim foi jogar fora as camas de estoque e substituí-las por vidro temperado. Claro, tive que nivelá-lo novamente, mas apenas uma vez. Antes de cada impressão, limpo com álcool isopropílico 70%. Deixe sua impressora pré-aquecer totalmente. Mantenha a impressora e o filamento em uma área seca. Mais umidade significa mais problemas. As contas provavelmente não laminarão corretamente, causando fácil separação entre duas camadas no meio de uma peça acabada.

Se você ainda não tem uma impressora 3D e está pensando em obter uma Ender 3, siga este tutorial de construção de perto. Segui todos os passos em ambas as impressoras que montei e fiquei perfeito na primeira tentativa. Eu uso Cura para o fatiador. Muitas opções de configuração incluídas e seu uso é gratuito.

Configurações de impressão

Este link é para os arquivos STL

ABS ou PETG recomendado. Quanto maior a porcentagem de preenchimento, melhor. Escolhi 25% para todas as quatro placas faciais. Usei bico de 0,8 com qualidade de rascunho e tive um produto de aparência decente em uma média de cinco horas por peça. Estes precisam de apoios e de serem orientados com letras voltadas para o céu.

Os componentes internos foram impressos usando bico 0,6 com qualidade padrão.

(1) Suporte plano 100% preenchimento

(4) Bowties 100% preenchido

(2) Barras magnéticas 75% - 100%

(1) Suporte do controlador de carga 75% - 100%

(1) Suporte de montagem do conversor Buck 50% preenchido. Existem duas versões. Você só precisa de dois parafusos para montá-lo na caixa, então projetei um furo de 2 e também o de 4. Mas só precisa imprimir um ou outro.

Bateria 18650 4S 10P Placas 100% preenchidas com bico 0,4 na qualidade padrão. Fiz isso com o PLA, pois ele será embalado e, em seguida, colocado novamente em uma caixa. Dependendo de quantas baterias você pretende usar (40 células = 2 placas 4S 10P no total necessárias) (80 células = 4 placas 4S 10P no total necessárias)

Montá-los juntos é basicamente como blocos de lego. Os laços são para ajudar a segurar as placas, mas não são necessários. O que mantém tudo unido da melhor maneira são as barras magnéticas, bem como a pressão do encaixe apertado da caixa. Ao inserir ímãs nas peças, eu tinha uma pilha em mãos, apliquei um pouco de super cola na peça e pressionei em um ímã com a pilha em cima dela. Isso acontecia para que a polaridade fosse invertida e os ímãs fossem colados acidentalmente de maneira incorreta.

Uma vez que uma barra magnética tinha quatro ímãs colados e pressionados até o fim, deixei secar por algumas horas. Dei a cada um dos quatro ímãs um segundo ímã para ficar conectado a ele. Desta forma a polaridade já está correta para quando as placas frontais forem coladas e pressionadas sobre esses ímãs.

Etapa 3: montagem e fiação

Consulte os fluxogramas incluídos para saber como eu conectei as coisas.

Conectar tudo junto não é muito complicado, é assim que parece. Para a maioria dos componentes, eles envolvem apenas fios positivos e negativos. É nas opções que fica um pouco complicado. Se você pretende ter um controle automatizado do ventilador usando um controlador / sensor digital de temperatura, tudo o que você precisa é de um interruptor para ligar e desligar o dispositivo. Se você quiser outros utilitários, como uma barra de luz LED ou algo assim, nesse caso você provavelmente desejará usar um segundo switch.

Antes de soldar qualquer coisa, lembre-se de colocar os medidores e interruptores nas placas de face impressa primeiro. Ou então você terá que fazer isso duas vezes. Aprendi isso da maneira mais difícil. Ao montar os ventiladores, o ideal é que você queira que o ar circule para um deles puxar o ar para dentro e o outro soprar para fora. O inversor também possui um ventilador que sopra o ar pela parte de trás.

Para o inversor, desmontei-o apenas temporariamente na placa de circuito. Você não precisa fazer muito, mas para estender o alcance da tomada de 120 V você terá que fazer uma desmontagem. Não faça isso enquanto estiver conectado a nada. Quatro parafusos na placa inferior expõem tudo. Mais quatro parafusos na placa frontal (com as saídas) precisam ser desfeitos. Retire os plugues de saída da placa frontal. A placa não era removível, a menos que os fios fossem cortados ou a placa frontal fosse cortada. Você provavelmente pode apenas cortar os fios porque a próxima etapa envolve cortá-los de qualquer maneira para estender o alcance.

Escolhi uma rota diferente e cortei pequenos entalhes na placa com cuidado usando uma ferramenta rotativa. Em seguida, peguei um alicate e dobrei-os para que eu pudesse deslizar os soquetes de saída. Então percebi que preciso emendar e soldar cerca de 15 centímetros de fio. Só tem um total de três fios para estender. Eu sugiro que eles sejam cortados, emendados, soldados e encolhidos com um fio de cada vez. Isso permite que a extensão do soquete de saída alcance a placa frontal do gabinete. Depois que essa modificação foi feita, você precisará colocar o painel inferior de volta no inversor e preparar os suportes de montagem.

Eu usei a barra angular de extrusão de alumínio. Posição marcada para furos, furos perfurados e serrada a peça do estoque da barra. Eu projetei os suportes para que possam ser impressos em 3D para tornar sua vida um pouco mais fácil. Consulte as fotos para ver como os montei no gabinete. Antes de fazer qualquer furo, certifique-se de que está satisfeito com o layout e de que a bateria não desliza muito. Eu empurrei meu banco de baterias até o canto direito da caixa, o inversor bem próximo a ele, e então fiz os furos. Quando você faz seus furos, o suporte de montagem do conversor Buck deve ser montado primeiro porque não há espaço suficiente para fazer os furos com o inversor montado no caminho.

Eu apenas faço furos na caixa para esses dois suportes e dois furos para o suporte de montagem designado para o conversor de buck DC-DC. Antes de colocar um parafuso / parafuso através do orifício, eu aplicaria selante de silicone no interior e no exterior para mantê-lo à prova d'água. Eu também usei arruelas em ambas as extremidades dos parafusos. Eu projetei as barras magnéticas para poderem ser fixadas à caixa por parafusos também.

No meu PPSU, usei fita VHB para colar o controlador de carregamento na lateral do gabinete. Ao criar este instrutível, reservei um tempo para criar um suporte que você pode imprimir em 3D e fazer furos para aparafusar, se desejar. A única outra área em que usei uma pequena quantidade de fita VHB foi entre o suporte plano e o plugue solar para não escorregar ao conectar no conector do painel solar.

Espero que tenha sido inspirador, informativo ou divertido para você. Obrigado por ver meu projeto.