Bateria supersize de 9 volts feita de células de ácido-chumbo antigas: 11 etapas (com fotos)

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

Já aconteceu com você, que você estava mastigando alguns lanches e de repente percebeu que os consumiu em excesso, muito mais do que sua cota de dieta diária permite ou você foi fazer compras no mercado e por causa de algum erro de cálculo, estocou em excesso algum produto. Ambas as coisas aconteceram comigo, várias vezes, mas só desta vez, foi algo diferente que eu overstock. Eram baterias, não aquelas baterias AA padrão, mas aquelas baterias de chumbo-ácido volumosas. Deixe-me dizer-lhe como.

Antes, quando eu ainda estava aprendendo sobre microcontroladores e outras coisas, eu costumava fazer muitos projetos baseados em circuitos integrados e circuitos integrados. Como todos esses projetos poderiam ser facilmente alimentados por uma única bateria de chumbo-ácido ou com diferentes variações dessas baterias, eu costumava comprá-las a granel. Com o passar do tempo, comecei a substituir circuitos por microcontroladores e baterias de chumbo-ácido por baterias de íon-lítio melhores devido à sua confiabilidade e eficiência.

Poucos dias atrás, olhei para o meu recipiente de bateria e encontrei um grande naco de baterias, simplesmente jogado e desperdiçando horas extras. Eu não sabia na época o que fazer com eles, então os deixei como estão. Recentemente, minha bateria de chumbo-ácido de 12v, que usei prontamente para verificar e fazer o protótipo dos circuitos, morreu devido a algum motivo incerto. Em vez de gastar dinheiro e comprar uma bateria nova, pensei em colocar essas velhas baterias de 4v em uso e fazer uma fonte de alimentação variável portátil com elas.

Inicialmente, planejei, apenas colocar as baterias em um grupo e ligar um módulo regulador de tensão a ele, mas depois pensei que poderia tornar este projeto muito mais bonito e bonito. Estou planejando colocar essas baterias em um grupo e cobri-las com um invólucro metálico para que se pareçam com uma bateria de 9v. Portanto, tendo as características de uma fonte de alimentação variável portátil incluída em um pacote de bateria superdimensionada de 9V. Não seria legal e trazer de volta todas aquelas memórias, quando as baterias de 9V costumavam ser as mais proeminentes do mercado.

Suprimentos

• Baterias velhas (estou usando baterias de chumbo-ácido de 4V. Se você não tiver baterias de chumbo-ácido, pode recuperar baterias de íon-lítio de laptops e dispositivos eletrônicos antigos)
• Conversor Buck (LM2596)
• Voltímetro
• Potenciômetro de 10K (escolha um potenciômetro de tamanho médio e não se esqueça do botão)
• Chave ON / OFF
• Conector de alimentação DC
• Folha de alumínio
• Placa de MDF
• algumas cores (tinta spray funcionaria bem)

Etapa 1: carregar as baterias antigas

Minhas baterias ficaram no armário por muito tempo e por causa disso, perderam parte de sua carga. Geralmente, as baterias de chumbo-ácido perdem 4% a 5% de sua carga total em um ano, mas essa porcentagem pode variar de acordo com a vida útil da bateria. Portanto, antes de prosseguir, tive que me certificar de que todas as minhas baterias estavam carregadas com um nível de voltagem semelhante, ou seja, cerca de 4V. Para o carregamento, não usei nenhum carregador balanceado ou qualquer carga especializada. Abaixo, mencionei dois métodos de cobrança. Ambos são igualmente eficientes e fáceis de usar.

MÉTODO 1:

Eu pessoalmente usei um método para carregar minhas baterias. Simplesmente conectei a bateria a uma fonte de alimentação variável e aumentei sua tensão para cerca de 4,2V. Como muitas das minhas baterias estavam em níveis de tensão semelhantes, juntei-as em um grupo (conectei-as em paralelo) e as carreguei com uma única fonte de alimentação. Você não deve praticar este método se a diferença de tensão entre as baterias for alta, pois isso pode causar um carregamento desequilibrado ou um aumento repentino de corrente e pode prejudicar ou danificar sua química interna.

MÉTODO 2:

Se você não tiver um suprimento variável, pode simplesmente carregar as baterias ligando-as a um carregador de celular. Hoje, quase todos os carregadores de smartphone produzem uma corrente constante de 5 V (o carregamento rápido é desprezado). Se conectarmos um diodo de silicone em série com o carregador, teremos 4,3 volts na saída. Isso ocorre porque o diodo de silício tem um potencial de barreira de 0,7 V e usá-lo em série causará uma queda de tensão. Como o carregamento de baterias de chumbo-ácido com 4,3 V anda de mãos dadas, você pode carregá-las facilmente com este método. Apenas certifique-se de que o diodo seja polarizado diretamente, caso contrário, nenhuma corrente passará por ele. Para polarizar diretamente o diodo, conecte seu cátodo ao positivo do carregador e o ânodo ao positivo da bateria. Conecte o negativo do carregador ao negativo da bateria.

Etapa 2: Fazendo uma bateria

Quando todas as baterias estavam carregadas, comecei a agrupá-las. Ao integrar as baterias, tive que manter três aspectos em mente, que eram:

1. Dimensão da bateria. Quando tudo estiver pronto, todo o pacote deve se parecer com uma bateria de 9V (a relação volumétrica de uma bateria de 9V e nossa bateria deve ser semelhante). Como a maior parte do espaço é adquirido pelas baterias, elas precisam ser posicionadas corretamente.
2. Os terminais das baterias devem ser alinhados corretamente para que conectar o fio a eles não seja um incômodo e não deve haver tensão nos fios depois de concluída a fiação.
3. Deve haver um espaço ou vazio para a eletrônica, de forma que a estrutura também forneça suporte e proteção além da acomodação.

Eu estava usando nove dessas baterias de 4V e decidi dividi-las em grupos de dois. O primeiro grupo terá seis baterias e o segundo terá três. O grupo menor de três baterias ficará em cima do grupo maior. O pacote maior terá a forma de um retângulo e atuará como a base do sistema e o pacote menor terá a forma de 'L' e ficará sobre ele. O vazio ou lacuna da 4ª bateria acomodará os componentes eletrônicos e os protegerá.

Para colar as baterias, usei fita dupla-face espessa. Tem uma pegada forte e também fornece amortecimento contra choques. No momento, farei apenas as duas baterias. Vou ligá-los quando a parte eletrônica estiver pronta, pois é mais fácil trabalhar quando eles estão separados.

Etapa 3: conectando os terminais da bateria juntos

Os terminais da bateria de chumbo-ácido também são feitos de chumbo. Quando ficam expostos ao ar por muito tempo, o chumbo se oxida e forma uma camada protetora ao seu redor. Este revestimento evita mais oxidação, bem como não permite que a solda grude no chumbo. Portanto, antes de conectar qualquer fio aos terminais, temos que nos livrar desse revestimento. Uma boa maneira de fazer isso é lixando. Você pode usar uma lixa de grão fino ou uma lima. Não lixe a superfície inteira, apenas faça o suficiente para conectar os fios a eles. Com dois três golpes de lima em cima dos terminais, fui capaz de soldá-los facilmente.

Como você sabe, tenho 9 baterias no total. Passando por várias combinações, descobri que colocar três baterias em paralelo e formar um grupo e, em seguida, conectar esses três grupos em série funciona melhor para mim. Esta combinação produz 12V a 4,5Ah, o que é suficiente para o meu dia a dia de trabalho.

Como mencionei acima, fiz o mesmo. Conectar 3 baterias em paralelo me deu três conjuntos de baterias de 4V 4,5Ah de saída e, em seguida, conectando esses três conjuntos de bateria em série, ganhei uma saída líquida de 12V a 4,5Ah.

Etapa 4: adicionar um regulador de tensão e um interruptor de alimentação

A partir de agora, nossa bateria pode ser usada como está e produzirá uma corrente constante de 12 V, mas quero que seja mais flexível e atenda a diferentes níveis de tensão também. Para conseguir isso, adicionei um conversor de dólar variável à bateria. Fazendo isso, agora posso obter tensões como 5 V e 3,3 V, que são muito comuns em eletrônicos digitais e microcontroladores. Se você trabalha com tensões superiores a 12 V, pode conectar um conversor boost em vez de um conversor buck e obter os resultados desejados. O processo é quase o mesmo, apenas certifique-se de que seu voltímetro seja classificado para o tipo de alta voltagem.

Estou usando o conversor de buck LM2596 porque eles são muito baratos e também podem ter uma tensão estável com boa eficiência. De acordo com a ficha técnica do IC, ele pode produzir 5Amps de corrente e chegar a 1V quando alimentado por uma fonte de 12V. A este conversor buck, eu também adicionei um interruptor LIGA / DESLIGA de uso geral, uma vez que não tem nenhum interruptor embutido ou modo de economia de energia. Se você notar, o potenciômetro (geralmente na cor azul) no conversor Buck é muito pequeno e precisa ser ajustado com uma chave de fenda. Para superar essa restrição, desoldei o potenciômetro padrão e soldei um novo potenciômetro de tamanho médio de 10K. Agora podemos alterar facilmente os níveis de tensão. Abaixo estão as etapas de fiação:

• Conecte a entrada negativa do conversor de buck diretamente à bateria
• Conecte a entrada positiva do conversor de Buck ao pino 1 de um interruptor
• Conecte o pino 2 do interruptor a + 12V da bateria
• Solde um par de fios no terminal de saída do conversor Buck e deixe a outra extremidade como está. Vamos conectá-los mais tarde

DICA: Para dessoldar o potenciômetro, você pode usar um pavio dessoldante, mas se não tiver, você pode removê-lo através do método de solda excessiva. Derreta um pouco do fio de solda nos terminais até que a solda forme trilhas derretidas. Quando a faixa de solda derretida estiver quente o suficiente, puxe o potenciômetro da parte inferior. Deve sair imediatamente. Dê um pequeno toque no módulo e todo o excesso de solda cairá.

Etapa 5: Instalando o Voltímetro

Nossa fonte de alimentação variável está instalada e funcionando perfeitamente. Agora, para ver quanta tensão ele está emitindo, precisaremos de um voltímetro. Para isso, podemos usar nosso multímetro amigável e confiável, mas para tal tarefa, um multímetro seria um exagero. Além disso, a maioria de nós tem apenas um multímetro e, se ele estiver conectado à nossa fonte de alimentação, não podemos usá-lo para outros fins. Portanto, instalar um voltímetro que sempre pode nos fornecer uma leitura de saída ao vivo parece uma boa escolha.

Eu pessoalmente gosto deste pequeno voltímetro digital que estou usando atualmente. Funciona em 12V e pode operar em níveis de tensão que variam de 0V a 99V. Tem uma forma muito compacta e fornece leituras bastante precisas. Para conectar seu voltímetro, siga estas etapas:

• Conecte a potência positiva do voltímetro à entrada do conversor de Buck
• Conecte a potência negativa do voltímetro à entrada negativa do conversor de Buck
• Conecte o sinal do voltímetro à saída positiva do conversor de Buck
• (Opcional) Se seu voltímetro tiver um pino ou fio de sinal negativo, conecte-o à saída negativa do conversor de Buck

Etapa 6: Como carregar a bateria?

Depois que o projeto estiver feito e usarmos por algum tempo, vamos precisar de alguma fonte para recarregar as baterias gastas. Tirar todo o conjunto e recarregar cada célula individualmente é muito agitado. Precisamos de um carregador que possa recarregar as baterias enquanto mantém todo o conjunto intacto. Como nossas baterias de chumbo-ácido são flexíveis em termos de recarga, usarei um carregador especializado de 12V para recarga.

Eu costumava usar este carregador para carregar minha velha bateria de chumbo-ácido de 12V. Ele produz em torno de 14,4 V e pode facilmente carregar nossa bateria. Ele detecta automaticamente o nível de carga e corta a energia quando a bateria está totalmente carregada. Carregar as baterias com um carregador especializado nos dará o máximo de vida útil e eficiência da bateria. Mas se você não tiver um carregador especializado, pode conectá-los diretamente a uma fonte de tensão constante de 14,4 V e carregá-los.

Para acessar os terminais da bateria de fora, eu simplesmente conectei um conector de alimentação DC à bateria.

• Conecte o positivo do terminal do conector de alimentação a + 12V da bateria
• Aterramento do conector de alimentação para o terminal negativo da bateria

Etapa 7: embalando as baterias juntas

A parte eletrônica deste projeto está concluída agora. Como eu disse antes, colocarei o grupo de bateria menor (de 3 baterias) em cima do grupo de bateria maior (de 6 baterias). Colocar as baterias diretamente uma sobre a outra pode danificar os terminais e, portanto, todo o sistema. Portanto, precisamos de algum tipo de amortecimento entre os dois. Para isso, estou usando um algodão para medicamentos de uso geral. Este algodão é macio por natureza e oferece excelente amortecimento. Você também pode colocar uma esponja fina em vez de algodão, mas eu não tenho nenhum deles por aí, então tive que trabalhar para sair apenas com algodão. Use uma tesoura para cortar o algodão em forma de bateria e não use em excesso. Algodão extra fluirá apenas das laterais e ganhará espaço, aumentando o tamanho desnecessariamente. Para manter toda essa montagem unida, usei um pouco de fita adesiva. Você pode usar qualquer fita de uso geral, desde que tenha um bom poder adesivo e resistência à tração. Tente colocar uma boa quantidade de fita ali. Também coloque um pouco de fita no algodão, pois ele pode tentar escorrer e vazar pelas laterais.

Etapa 8: Fazendo o revestimento externo

Para o revestimento externo, inicialmente planejei usar placa de MDF ou compensado. Então eu mudei para chapas de acrílico, pois era muito mais fácil trabalhar com acrílico. Mais tarde, rejeitei todas essas opções e optei por folhas finas de alumínio. Eles eram baratos e se assemelhavam ao corpo de uma bateria de 9V muito melhor do que as outras.

Comprei esta folha de uma loja de ferragens local há algum tempo. Embora não seja totalmente rígido e não possa fornecer grande resistência estrutural, certamente funcionará em nosso caso, pois as próprias baterias têm resistência estrutural boa o suficiente para manter toda a estrutura unida.

Comecei fazendo um desenho CAD da caixa e desenhei na folha de metal usando uma régua e um marcador. Você pode fazer isso mais facilmente imprimindo um desenho de estêncil. Usando uma tesoura de metal, removi a peça necessária da folha de metal. Eu localizei os pontos onde a folha deveria ser dobrada e removi pequenos triângulos equiláteros das extremidades desses pontos. Esses vazios triangulares nos ajudarão a dobrar o metal facilmente.

Para dobrar a folha, coloquei-a sob uma grande placa de MDF e, olhando fixamente, apliquei pressão na borda dobrada usando minha mão. Você também pode usar algum pedaço de madeira ou martelo para aplicar pressão. Para unir as duas pontas, usei uma junta de costura dupla. Se você não sabe o que é uma junta de costura e como fazer, recomendo que vá ao youtube e assista a alguns vídeos. É muito fácil de fazer e um processo de junção muito comum. Os três segmentos de 10 mm nas extremidades do estêncil são usados para fazer essa junta. Assim que a junta foi feita, fixei-a com um pouco de supercola. A brasagem também pode ser feita para fixar a junta, mas eu não tinha solda de alumínio, então tive que fazer com supercola.

Etapa 9: Fazendo os terminais e a base do gabinete

Para os lados, a folha de alumínio funcionou bem, mas para a base, eles não aguentaram o peso das baterias. Eu precisava de algo resistente e duro para a base, então usei uma placa de MDF de 4 mm de espessura. Era difícil o suficiente para suportar todas as baterias e nem mesmo flexionava. Tirei duas peças da placa de MDF, uma para a parte superior e outra para a parte inferior. As dimensões das peças eram iguais às do invólucro externo, que é 102 mm X 50 mm.

Na placa de MDF superior, fiz furos para os fios de saída do conversor Buck, do potenciômetro e do switch. Usei uma combinação de broca e Dremel para fazer orifícios perfeitos. Para o voltímetro e o conector de força DC, fiz orifícios na caixa de alumínio. Para o switch, coloquei-o dentro do terminal de alimentação positivo, pois era um encaixe perfeito ali.

Para fazer os terminais da bateria grande, usei a mesma folha de alumínio que usei para o invólucro externo. O alumínio, sendo um metal condutor, pode transmitir eletricidade, portanto, podemos usar nossos terminais de mostruário como terminais de saída reais e canalizar a energia por meio deles.

• Para fazer o terminal positivo, simplesmente enrolei uma tira fina em um círculo e, usando um pouco de supercola, conectei as duas pontas. Também enrolei as bordas da parte superior dos terminais para que fiquem cegos e não cortem nossa pele.
• Para o terminal negativo, fiz dois círculos concêntricos em uma folha de alumínio com o raio externo sendo o dobro do círculo interno. Em seguida, fiz três diâmetros, cada um com um ângulo de 120 graus do outro. A partir dos pontos onde o dimetro corta o círculo interno, projetei linhas retas no círculo externo. Fazer isso me deu uma estrutura de estrela. Tirei aquela estrutura em estrela da folha principal e dobrei seus braços perpendicularmente à base. Foi assim que fiz o terminal negativo.

Etapa 10: Pintar

A essa altura, a bateria começou a tomar forma, mas parecia um pouco monótona e inacabada. Decidi dar-lhe algumas camadas de cor, para realçar a imagem e a semelhança. Eu tinha uma bateria velha de 9V por perto que usei como referência. Usando um marcador, desenhei as partições necessárias na caixa e pintei o corpo com tinta spray. Como a bateria em miniatura que tenho é a mais comum em meu país, usei exatamente a mesma combinação de cores de vermelho, branco e azul no meu design. Para as peças de MDF superior e inferior, usei apenas tinta preta. Depois que a cor secou, desenhei alguns detalhes e texto para torná-la mais realista.

Etapa 11: Resumindo o Projeto

Tudo está feito agora, só precisamos montar. Comecei colocando a tampa externa em cima da parte eletrônica. Em seguida, colou a quente o voltímetro e o conector de força DC ao invólucro de alumínio. Primeiro, desliguei o interruptor da parte eletrônica, colei-o a quente na placa de MDF e reconectei ao conversor de Buck.

Você se lembra daqueles fios de saída que deixamos desconectados, pegue-os e conecte aos terminais que fizemos alguns minutos atrás. Coloque um pouco de cola quente nos terminais e cole-os na placa de MDF. Junte tudo e feche as tampas metálicas do invólucro externo.

Ei, o projeto está concluído agora. Obrigado por ficar tanto tempo e dedicar seu tempo a este projeto. Espero que você tenha gostado. Curta e inscreva-se no meu canal no YouTub e também se inscreva no instructables para nunca perder nenhum projeto feito por mim.