Fonte de alimentação portátil Listrik L585 585Wh AC DC: 17 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

No meu primeiro Instructable, vou mostrar como fiz esta fonte de alimentação portátil. Existem muitos termos para este tipo de dispositivo, como banco de energia, estação de energia, gerador solar e muitos outros, mas prefiro o nome "Fonte de alimentação portátil Listrik L585".

O Listrik L585 tem uma bateria de lítio integrada de 585Wh (6S 22,2V 26, 364mAh, testada) que pode realmente durar. Também é bastante leve para a capacidade fornecida. Se você quiser compará-lo com o banco de potência do cliente típico, poderá fazê-lo facilmente dividindo a classificação mAh por 1.000 e, em seguida, multiplicá-la por 3,7. Por exemplo, a PowerHouse (um dos maiores bancos de energia de consumo bem conhecidos) tem capacidade de 120.000mAh. Agora, vamos fazer as contas. 120.000 / 1.000 * 3,7 = 444Wh. 444Wh VS 585Wh. Fácil, não é?

Tudo está embalado dentro desta bela pasta de alumínio. Desta forma, o Listrik L585 pode ser transportado facilmente e a tampa superior protegerá os instrumentos sensíveis internos enquanto não forem usados. Tive essa ideia depois que vi alguém construir um gerador solar usando a caixa de ferramentas, mas a caixa de ferramentas não parece tão boa, certo? Então, eu subi um nível com a maleta de alumínio e ficou muito melhor.

O Listrik L585 tem várias saídas que podem cobrir quase todos os dispositivos eletrônicos de consumo.

O primeiro é a saída AC que é compatível com quase 90% dos dispositivos de rede abaixo de 300W, nem todos devido à saída não senoidal, mas você pode consertar isso usando um inversor de onda senoidal puro, que é muito mais caro do que o padrão modificado inversor de onda senoidal que usei aqui. Eles geralmente são maiores também.

A segunda saída é a saída USB. Existem 8 portas USB, o que é meio exagero. Um par deles pode fornecer corrente máxima de 3A contínua. A retificação síncrona o torna muito eficiente.

O terceiro é E / S auxiliar. Pode ser usado para carregar ou descarregar a bateria interna a uma taxa máxima de 15A (300W +) contínua e 25A (500W +) instantânea. Ele não tem nenhuma regulação, basicamente apenas a tensão da bateria, mas tem várias proteções, incluindo curto-circuito, sobrecorrente, sobrecarga e descarga excessiva.

O último e meu favorito é a saída DC ajustável, que pode produzir 0-32 V, 0-5 A em todas as faixas de tensão. Ele pode alimentar uma grande variedade de aparelhos DC como laptop típico com saída de 19V, roteador de internet a 12V e muito mais. Esta saída DC ajustável elimina a necessidade de usar fonte de alimentação AC para DC, o que a propósito piorará a eficiência porque todo o sistema converte DC para AC e depois para DC novamente. Também pode ser usado como fonte de alimentação de bancada com função de tensão e corrente constante, o que é muito útil para pessoas como eu que costumam trabalhar com eletrônica.

Etapa 1: os materiais e ferramentas

Materiais principais:

* 1X Maleta de alumínio DJI Spark

* 60X 80 * 57 * células prismáticas de lítio de 4,7 mm (você pode substituí-las pelas mais comuns 18650, mas descobri que essa célula tem o formato e a dimensão perfeitos)

* 1X 300W 24V DC para inversor AC

* Fonte de alimentação programável 1X DPH3205

* Conversores de buck USB 2X 4 portas

* 1X verificador de bateria Cellmeter 8

* 1X 6S 15A BMS

* Conector de equilíbrio 1X 6S

* Parafusos 12X M4 de 10 mm

* 12X porcas M4

* 6X suportes de aço inoxidável

* 1X 6A chave seletora de pólo único

* 1X 6A chave seletora de pólo duplo

* 1X 15A chave seletora de pólo único

* Suporte LED de aço inoxidável 4X 3mm

* 4 conectores XT60 fêmea

* 4 espaçadores de latão M3 de 20 mm

* 4 parafusos de máquina M3 30 mm

* 2 parafusos de máquina M3 de 8 mm

* 6X porcas M3

* Terminal de 3 pinos 1X 25A

* 4 espadas de cabo de 4,5 mm

* Painel de instrumentos com corte personalizado de 3 mm

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Consumíveis:

* Heatshrinks

* Solda

* Fluxo

* Fio de cobre sólido de 2,5 mm

* Fita dupla face resistente (obtenha a mais alta qualidade)

* Fita dupla-face fina

* Fita Kapton

* Epóxi

* Tinta preta

* Fio 26 AWG para indicadores LED

* Fio trançado de prata 20 AWG para fiação de baixa corrente

* Fio trançado de prata 16 AWG para fiação de alta corrente (AWG inferior é preferível. O meu é classificado para fiação de chassi contínua de 17A, apenas o suficiente)

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Ferramentas:

* Ferro de solda

* Alicate

* Chave de fenda

* Tesoura

* Faca de passatempo

* Pinça

* Furar

Etapa 2: o esquema

O esquema deve ser autoexplicativo. Desculpe pelo desenho ruim, mas deve ser mais do que suficiente.

Etapa 3: O Painel de Instrumentos

Eu projetei o painel de instrumentos primeiro. Você pode baixar o arquivo PDF gratuitamente. O material pode ser madeira, folha de alumínio, acrílico ou qualquer coisa com propriedades semelhantes. Usei acrílico neste "estojo". A espessura deve ser de 3 mm. Você pode cortá-lo CNC, ou apenas imprimi-lo em papel com escala 1: 1 e cortá-lo manualmente.

Etapa 4: a caixa (pintura e suportes de montagem)

Para o case, usei uma maleta de alumínio para DJI Spark, ela tem a dimensão certa. Ele veio com uma coisa de espuma para segurar a aeronave, então eu o tirei e pintei a parte interna de preto. Eu fiz 6 furos de 4 mm de acordo com a distância do furo no meu painel de instrumentos de corte personalizado e instalei os suportes lá. Em seguida, colei porcas M4 em cada suporte para que possa aparafusar os parafusos por fora, sem segurar as porcas.

Etapa 5: a bateria, parte 1 (teste de células e criação de grupos)

Para a bateria, usei células de lítio prismáticas LG rejeitadas que comprei por menos de US $ 1 cada. A razão pela qual eles são tão baratos é porque eles queimaram o fusível e foram marcados como defeituosos. Tirei os fusíveis e eles estão como novos. Pode ser um pouco inseguro, mas por menos de um dólar cada, não posso reclamar. Afinal, usarei um sistema de gerenciamento de bateria para as proteções. Se você vai usar células usadas ou desconhecidas, tenho bons instrutivos sobre como testar e classificar células de lítio usadas aqui: (EM BREVE).

Já vi muitas pessoas usando bateria de chumbo-ácido para esse tipo de dispositivo. Claro que eles são fáceis de trabalhar e baratos, mas usar bateria de chumbo-ácido para aplicações portáteis é uma grande desvantagem para mim. Um equivalente de chumbo-ácido pesará cerca de 15 quilos! Isso é 500% mais pesado do que a bateria que fiz (3 kg). Devo lembrar que também terá um volume maior?

Comprei 100 deles e testei um por um. Tenho a planilha do resultado do teste. Eu filtrei, classifiquei e terminei com as melhores 60 células. Eu os divido igualmente pela capacidade para que cada grupo tenha capacidade semelhante. Dessa forma, a bateria ficará equilibrada.

Já vi muitas pessoas construírem sua bateria sem mais testes em cada célula, o que acho que é obrigatório se você pretende fazer uma bateria com células desconhecidas.

O teste mostrou que a capacidade de descarga média de cada célula é de 2636mAh com corrente de descarga de 1,5A. Com corrente mais baixa, a capacidade será maior devido à menor perda de energia. Consegui obter 2700mAh + com uma corrente de descarga de 0,8A. Eu terei 20% a mais de capacidade se carregar a célula até 4,35 V / célula (a célula permite a voltagem de carga de 4,35 V), mas o BMS não permite isso. Além disso, carregar a célula até 4,2 V prolongará sua vida útil.

De volta às instruções. Primeiro, juntei 10 células usando uma fita dupla-face fina. Depois, reforcei com fita kapton. Lembre-se de ser extremamente cuidadoso ao lidar com a bateria de lítio. Essas células prismáticas de lítio têm partes positivas e negativas extremamente próximas, então é fácil encurtar uma delas.

Etapa 6: A bateria, parte 2 (juntando-se aos grupos)

Depois de terminar de fazer os grupos, o próximo passo é juntá-los. Para juntá-los, usei fita fina dupla-face e reforcei novamente com fita kapton. Muito importante, certifique-se de que os grupos estejam isolados uns dos outros! Caso contrário, você terá um curto-circuito muito desagradável ao soldá-los juntos em série. O corpo da célula prismática é referenciado ao cátodo da bateria e vice-versa para 18.650 células. Por favor, tenha isso em mente.

Etapa 7: A bateria, parte 3 (soldagem e acabamento)

Esta é a parte mais difícil e perigosa, soldar as células umas às outras. Você precisará de um ferro de solda de pelo menos 100 W para uma soldagem fácil. O meu era 60W e era um PITA total para soldar. Não se esqueça do fluxo, uma tonelada de fluxo do inferno. Isso realmente ajuda.

** Seja extremamente cuidadoso nesta etapa! Bateria de lítio de alta capacidade não é algo com que você queira ser desajeitado. **

Primeiro, cortei meu fio de cobre sólido de 2,5 mm no comprimento desejado e, em seguida, retirei o isolamento. Em seguida, soldei o fio de cobre na guia da célula. Faça isso devagar o suficiente para permitir que a solda flua, mas rápido o suficiente para evitar o acúmulo de calor. Realmente requer habilidade. Eu recomendo praticar em outra coisa antes de tentar com a coisa real. Dê um tempo à bateria após vários minutos de solda para esfriar, porque o calor não é bom para nenhum tipo de bateria, especialmente para bateria de lítio.

Para o acabamento, colei o BMS com 3 camadas de fitas de espuma dupla-face e conectei tudo de acordo com o esquema. Eu soldava espadas de cabo na saída da bateria e imediatamente instalei essas espadas no terminal de alimentação principal para evitar que as espadas se tocassem e causassem um curto.

Lembre-se de soldar um fio do lado negativo do conector da balança e um fio do lado negativo do BMS. Precisamos abrir este circuito para desativar o Cellmeter 8 (indicador de bateria) para que ele não ligue para sempre. A outra extremidade vai para um pólo de um switch mais tarde.

Etapa 8: A bateria, parte 4 (instalação)

Para a instalação, usei fita dupla-face. Eu recomendo usar fita dupla-face resistente de alta qualidade para este gabinete porque a bateria é bastante pesada. Usei fita dupla-face 3M VHB. Até agora, a fita segura a bateria muito bem. Não há problema algum.

A bateria se encaixa muito bem ali, uma das razões pelas quais escolhi esta célula de lítio prismática em vez da célula de lítio cilíndrica. O entreferro em torno da bateria é muito importante para a dissipação de calor.

Sobre a dissipação de calor, não estou muito preocupado com isso. Para carregar, usarei meu IMAX B6 Mini, que só pode fornecer 60W. Isso não é nada comparado com a bateria 585Wh. O carregamento demorou mais de 10 horas, tão lento que nenhum calor é gerado. O carregamento lento também é bom para qualquer tipo de bateria. Para descarregar, a corrente máxima que posso extrair do pacote de bateria está bem abaixo da taxa de descarga de 1C (26A) em apenas 15A contínuo, 25A instantâneo. Minha bateria tem cerca de 33mOhm de resistência interna. A equação da potência dissipada é I ^ 2 * R. 15 * 15 * 0,033 = 7,4 W de potência perdida como calor na corrente de descarga de 15 A. Para algo tão grande, isso não é grande coisa. O teste do mundo real mostra que em alta carga, a temperatura da bateria sobe para cerca de 45-48 graus Celsius. Não é realmente uma temperatura confortável para a bateria de lítio, mas ainda dentro da faixa de temperatura de trabalho (máximo de 60º)

Etapa 9: O Inversor Parte 1 (desmontagem e instalação do dissipador de calor)

Para o inversor, retirei-o da caixa para caber dentro da maleta de alumínio e instalei um par de dissipadores de calor que peguei de uma fonte de alimentação quebrada. Também levei a ventoinha de refrigeração, a tomada AC e o interruptor para uso posterior.

O inversor funciona até 19 V antes que a proteção de subtensão seja ativada. Isso é bom o suficiente.

Uma coisa incomum é que a etiqueta diz claramente 500W, enquanto a serigrafia no PCB diz que é 300W. Além disso, este inversor tem proteção de polaridade reversa real, ao contrário da maioria dos inversores lá fora, que usam um diodo burro + engenhoca de fusível para proteção de polaridade reversa. Bom, mas não muito útil neste caso.

Etapa 10: O inversor (instalação e montagem)

Primeiro, aumentei a potência de entrada, os indicadores LED, o interruptor e o fio da tomada de CA para que fossem longos o suficiente. Em seguida, instalei o inversor no case usando fita dupla-face. Eu soldava espadas de cabos na outra extremidade dos fios de entrada de energia e os conectava ao terminal principal. Montei os indicadores LED, ventilador e tomada CA no painel de instrumentos.

Descobri que o inversor tem corrente quiescente zero (<1mA) quando conectado à fonte de alimentação, mas desativado, então decidi conectar o fio de alimentação do inversor diretamente, sem qualquer interruptor. Dessa forma, não preciso de um interruptor de alta corrente volumoso e menos energia desperdiçada no fio e no interruptor.

Etapa 11: O Módulo USB (Instalação e Fiação)

Primeiro, estendi os indicadores LED em ambos os módulos. Em seguida, empilhei os módulos com os espaçadores de latão M3 de 20 mm. Soldei os fios de força de acordo com o esquema e coloquei todo o conjunto no painel de instrumentos e amarrei com laços. Eu soldei os 2 fios da bateria que mencionei anteriormente no outro pólo do switch.

Etapa 12: Módulo DPH3205 Parte 1 (Instalação e fiação de entrada)

Fiz 2 furos de 3 mm na placa inferior diagonalmente e instalei o módulo DPH3205 com parafusos M3 de 8 mm que passam por esses furos. Eu conectei a entrada com fios grossos de 16 AWG. O negativo vai direto para o módulo. O positivo vai para um switch primeiro e depois para o módulo. Eu soldou espadas de cabo na outra extremidade que será conectada ao terminal principal.

Etapa 13: O Módulo DPH3205 Parte 2 (Montagem da Tela e Fiação de Saída)

Montei a tela no painel frontal e conectei os fios. Em seguida, montei os conectores XT60 no painel de instrumentos usando epóxi de duas partes e conectei esses conectores em paralelo. Em seguida, o fio vai para a saída do módulo.

Etapa 14: A E / S auxiliar (montagem e fiação)

Montei 2 conectores XT60 com 2 partes de epóxi e soldou os conectores em paralelo com fios grossos 16 AWG. Eu soldou pás de cabos na outra extremidade que vão para o terminal principal. O fio do módulo USB também vai para aqui.

Etapa 15: QC (inspeção rápida)

Certifique-se de que não há nada fazendo barulho por dentro. Itens condutores indesejados podem induzir curto-circuito.

Etapa 16: acabamento e teste

Fechei a tampa, aparafusei os parafusos e pronto! Testei todas as funções e tudo funciona como eu esperava. Definitivamente, muito útil para mim. Custou-me um pouco mais de $ 150 (apenas material, sem incluir falhas), o que é muito barato para algo assim. O processo de montagem demorou cerca de 10 horas, mas o planeamento e a investigação demoraram cerca de 3 meses.

Embora eu tenha feito muitas pesquisas antes de construir minha fonte de alimentação, ela ainda tem muitas falhas. Não estou muito satisfeito com o resultado. No futuro, irei construir o Listrik V2.0 com muitas melhorias. Não quero estragar todo o plano, mas aqui está um pouco:

1. Mudar para células 18650 de alta capacidade
2. Capacidade ligeiramente maior
3. Potência de saída muito maior
4. Recursos de segurança muito melhores
5. Carregador MPPT interno
6. Melhor seleção de materiais
7. Automação Arduino
8. Indicador de parâmetro dedicado (capacidade da bateria, energia consumida, temperatura e assim por diante)
9. Saída DC controlada por app e muitos outros que não vou contar agora;-)

Etapa 17: atualizações

Atualização nº 1: adicionei um botão de cancelamento manual para a ventoinha de resfriamento para poder ligá-la manualmente se quiser usar a fonte de alimentação com carga total para que as peças internas permaneçam frias.

Atualização # 2: O BMS pegou fogo, então refaço todo o sistema de bateria com um melhor. O novo possui configuração 7S8P em vez de 6S10P. Um pouco menos de capacidade, mas melhor dissipação de calor. Cada grupo agora é espaçado para melhor segurança e resfriamento. Voltagem de carga de 4,1 V / célula em vez de 4,2 V / célula para maior longevidade.