Batteria funzionante Supersize da 9 Volt realizzata con vecchie celle al piombo: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ti è mai capitato di sgranocchiare degli snack e improvvisamente ti sei accorto di averli consumati troppo, molto più di quanto ti consente la tua quota giornaliera di dieta o sei andato a fare la spesa e a causa di qualche errore di calcolo, hai sovraccaricato un po' di prodotto. Entrambe queste cose mi sono successe, diverse volte, ma solo questa volta è stato qualcosa di diverso che ho sovraccaricato. Erano batterie, e non quelle batterie AA standard, ma quelle ingombranti batterie al piombo. Lascia che ti dica come.

In passato, quando stavo ancora imparando a conoscere i microcontrollori e cose del genere, realizzavo molti progetti basati su circuiti integrati e circuiti. Dal momento che tutti quei progetti potevano essere facilmente alimentati da una singola batteria al piombo o con diverse varianti di quelle batterie, le acquistavo all'ingrosso. Col passare del tempo, ho iniziato a sostituire i circuiti con microcontrollori e batterie al piombo con batterie agli ioni di litio migliori per la loro affidabilità ed efficienza.

Pochi giorni fa, ho guardato il mio contenitore della batteria e ho trovato un enorme pezzo di batterie, semplicemente in giro e sprecato per gli straordinari. A quel tempo non sapevo cosa fare con loro, quindi li ho lasciati così com'è. Recentemente la mia batteria al piombo da 12 V che ho usato molto facilmente per controllare e prototipare i circuiti, è morta a causa di qualche motivo incerto. Invece di spendere soldi e acquistare una nuova batteria, ho pensato di utilizzare queste vecchie batterie da 4v e creare un alimentatore variabile portatile con esso.

Inizialmente, avevo pianificato solo di mettere le batterie in un gruppo e collegarvi un modulo regolatore di tensione, ma poi ho pensato di poter rendere questo progetto molto più bello e di bell'aspetto. Sto progettando di mettere queste batterie in un gruppo e coprirle in un involucro metallico in modo che assomiglino a una batteria da 9 V. Avendo quindi le caratteristiche di un alimentatore variabile portatile racchiuso in una confezione di batteria da 9V sovradimensionata. Non sarebbe bello riportare tutti quei ricordi, quando le batterie da 9V erano le più importanti sul mercato.

Forniture

• Vecchie batterie (sto usando batterie al piombo da 4 V. Se non hai batterie al piombo, puoi recuperare le batterie agli ioni di litio da vecchi laptop e dispositivi elettronici)
• Convertitore buck (LM2596)
• Voltmetro
• Potenziometro 10K (scegliere un potenziometro di medie dimensioni e non dimenticare la manopola)
• Interruttore ON/OFF
• Presa di alimentazione CC
• Foglio di alluminio
• pannello MDF
• alcuni colori (la vernice spray andrebbe bene)

Passaggio 1: ricarica delle vecchie batterie

Le mie batterie sono state conservate nell'armadio per molto tempo e per questo motivo avevano perso una parte della loro carica. Generalmente le batterie al piombo perdono dal 4% al 5% della loro carica totale in un anno, ma questa percentuale può variare in base alla durata della batteria. Quindi, prima di andare oltre, dovevo assicurarmi che tutte le mie batterie fossero caricate a un livello di tensione simile, cioè circa 4V. Per la ricarica, non ho utilizzato alcun caricatore bilanciato o alcuna carica specializzata. Di seguito, ho menzionato due metodi per la ricarica. Entrambi sono ugualmente efficienti e facili da usare.

METODO 1:

Personalmente ho usato il metodo per caricare le mie batterie. Ho semplicemente collegato la batteria a un alimentatore variabile e ho aumentato la sua tensione a circa 4,2 V. Poiché molte delle mie batterie avevano livelli di voltaggio simili, le ho riunite in un gruppo (collegandole in parallelo) e le ho caricate da un unico alimentatore. Non dovresti praticare questo metodo se il gap di tensione tra le batterie è alto, poiché potrebbe causare una carica sbilanciata o un improvviso aumento di corrente e potrebbe ostacolare o danneggiare la loro chimica interna.

METODO 2:

Se non disponi di un'alimentazione variabile, puoi semplicemente caricare le batterie collegandole a un caricabatterie per cellulare. Oggi, quasi tutti i caricabatterie per smartphone emettono una corrente costante di 5 V (la ricarica rapida viene trascurata). Se colleghiamo un diodo al silicone in serie con il caricabatterie, otteniamo 4,3 volt in uscita. Questo perché il diodo al silicio ha un potenziale di barriera di 0,7 V e il suo utilizzo in serie causerà una caduta di tensione. Poiché la ricarica delle batterie al piombo con 4,3 V va di pari passo, puoi ricaricarle molto facilmente con questo metodo. Assicurati solo che il diodo sia polarizzato in avanti, altrimenti la corrente non scorrerà attraverso di esso. Per polarizzare in avanti il diodo, collegare il suo catodo al positivo del caricabatterie e l'anodo al positivo della batteria. Collegare il negativo del caricabatterie al negativo della batteria.

Passaggio 2: creazione di un pacco batteria

Quando tutte le batterie furono cariche, cominciai a raggrupparle. Durante l'integrazione delle batterie, ho dovuto tenere a mente tre aspetti, che erano:

1. Dimensione del pacco batteria. Quando tutto sarebbe stato fatto, l'intero pacchetto dovrebbe assomigliare a una batteria da 9 V (il rapporto volumetrico di una batteria da 9 V e il nostro pacco batteria dovrebbero essere simili). Poiché la maggior parte dello spazio è occupato dalle batterie, queste devono essere posizionate correttamente.
2. I terminali delle batterie devono essere allineati correttamente in modo che il collegamento del filo non sia un problema e non ci dovrebbe essere tensione nei fili una volta eseguito il cablaggio.
3. Dovrebbe avere uno spazio o un vuoto per l'elettronica, in modo tale che la struttura fornisca anche supporto e protezione oltre all'alloggio.

Stavo usando nove di queste batterie da 4 V e ho deciso di romperle in un gruppo di due. Il primo gruppo avrà sei batterie e il secondo ne avrà tre. Il gruppo più piccolo di tre batterie riposerà sopra il gruppo più grande. Il pacco più grande avrà la forma di un rettangolo e fungerà da base del sistema e il pacco più piccolo sarà a forma di 'L' e appoggiato su di esso. Il vuoto o lo spazio vuoto della quarta batteria ospiterà l'elettronica e la proteggerà.

Per incollare le batterie, ho usato del nastro biadesivo spesso. Ha una presa forte e fornisce anche un'ammortizzazione contro gli urti. In questo momento, realizzerò solo i due pacchi batteria. Li legherò insieme una volta terminata la parte elettronica, poiché è più facile lavorare quando sono separati.

Passaggio 3: collegamento dei terminali della batteria insieme

Anche i terminali della batteria al piombo sono realizzati in piombo. Quando sono esposti all'aria per lungo tempo, il piombo metallico si ossida e forma un rivestimento protettivo attorno a sé. Questo rivestimento impedisce l'ulteriore ossidazione e non consente alla saldatura di aderire al piombo. Quindi, prima di collegare qualsiasi cavo ai terminali, dobbiamo eliminare questo rivestimento. Un buon modo per farlo è levigare. Puoi usare una carta vetrata a grana fine o una lima. Non carteggiare l'intera superficie, fai solo quanto basta per collegare i fili. Con due tre colpi di lima sopra i terminali, sono stato in grado di saldarli facilmente.

Come sai, ho 9 batterie in totale. Passando attraverso varie combinazioni, ho scoperto che mettere tre batterie in parallelo e formare un gruppo, quindi collegare quei tre gruppi in serie funziona meglio per me. Questa combinazione emette 12V a 4,5Ah che è sufficiente per il mio lavoro quotidiano.

Quindi, come detto sopra, ho fatto lo stesso. Il collegamento di 3 batterie in parallelo mi ha dato tre pacchi batteria da 4V 4.5Ah in uscita e poi collegando quei tre pacchi batteria in serie, ho ottenuto un'uscita netta di 12V a 4.5Ah.

Passaggio 4: aggiunta di un regolatore di tensione e di un interruttore di alimentazione

A partire da ora, il nostro pacco batteria può essere utilizzato così com'è e emetterà una corrente costante di 12 V, ma voglio che sia più flessibile e soddisfi anche diversi livelli di tensione. Per ottenere ciò, ho aggiunto un convertitore buck variabile al pacco batteria. In questo modo, ora posso ottenere tensioni come 5 V e 3,3 V che sono molto comuni nell'elettronica digitale e nei microcontrollori. Se lavori con tensioni superiori a 12V, puoi collegare un convertitore boost invece di un convertitore buck e ottenere i risultati desiderati. Il processo è quasi lo stesso, assicurati solo che il tuo voltmetro sia valutato per quel re delle alte tensioni.

Sto usando il convertitore buck LM2596 perché sono piuttosto economici e possono anche avere una tensione stabile con una buona efficienza. Secondo la scheda tecnica dell'IC, può emettere 5A di corrente e può scendere fino a 1V quando viene alimentato da un'alimentazione a 12V. A questo convertitore buck, ho anche aggiunto un interruttore ON/OFF per uso generale in quanto non ha alcun interruttore integrato o modalità di risparmio energetico. Se noti, il potenziometro (generalmente di colore blu) sul convertitore buck è molto piccolo e deve essere regolato con un cacciavite. Per superare questa restrizione, ho dissaldato il potenziometro di serie e saldato un nuovo potenziometro di medie dimensioni da 10K. Ora possiamo facilmente modificare i livelli di tensione. Di seguito sono riportati i passaggi di cablaggio:

• Collegare l'ingresso negativo del convertitore buck direttamente al pacco batteria
• Collegare l'ingresso positivo del convertitore buck al pin 1 di un interruttore
• Collegare il pin 2 dell'interruttore a +12V del pacco batteria
• Saldare una coppia di fili al terminale di uscita del convertitore buck e lasciare l'altra estremità così com'è. Li collegheremo più tardi

SUGGERIMENTO: per dissaldare il potenziometro, puoi usare uno stoppino dissaldante, ma se non ne possiedi uno, puoi rimuoverlo tramite un metodo di saldatura eccessivo. Fondere del filo di saldatura sui terminali finché la saldatura non forma tracce fuse. Una volta che la pista di saldatura fusa è abbastanza calda, tirare delicatamente il potenziometro dal basso. Dovrebbe venire fuori. Dai un piccolo colpetto al modulo e tutta la saldatura in eccesso cadrà.

Passaggio 5: installazione del voltmetro

Il nostro alimentatore variabile è installato e funziona perfettamente. Ora per vedere quanta tensione emette, avremo bisogno di un voltmetro. Per questo, possiamo usare il nostro fidato multimetro, ma per un tale compito, un multimetro sarebbe eccessivo. Inoltre, la maggior parte di noi ha un solo multimetro e se è inserito nel nostro alimentatore, non possiamo usarlo per altri scopi. Quindi l'installazione di un voltmetro che può sempre darci la lettura dell'output in tempo reale sembra una buona scelta.

Personalmente mi piace questo piccolo voltmetro digitale che sto attualmente utilizzando. Funziona a 12V e può funzionare a livelli di tensione che vanno da 0V a 99V. Ha una forma molto compatta e fornisce letture abbastanza accurate. Per collegare il voltmetro, segui questi passaggi:

• Collegare la potenza positiva del voltmetro all'ingresso del convertitore buck
• Collegare la potenza negativa del voltmetro all'ingresso negativo del convertitore buck
• Collegare il segnale del voltmetro all'uscita positiva del convertitore buck
• (Opzionale) Se il tuo voltmetro ha un pin o un filo di segnale negativo, collegalo all'uscita negativa del convertitore buck

Passaggio 6: come caricare la batteria?

Dopo che il progetto è stato realizzato e lo utilizzeremo per un po' di tempo, avremo bisogno di una fonte per ricaricare le batterie scariche. Estrarre l'intero assemblaggio e ricaricare ogni singola cella è davvero frenetico. Abbiamo bisogno di un caricabatterie in grado di ricaricare le batterie mantenendo intatto l'intero assemblaggio. Poiché le nostre batterie al piombo sono flessibili in termini di ricarica, utilizzerò un caricabatterie specializzato da 12 V per la ricarica.

Usavo questo caricabatterie per caricare la mia vecchia batteria al piombo da 12V. Emette circa 14,4 V e può caricare molto facilmente il nostro pacco batteria. Rileva automaticamente il livello di carica e interrompe l'alimentazione quando la batteria è completamente carica. Caricare le batterie con un caricabatterie specializzato ci darà la massima durata ed efficienza della batteria. Ma se non si dispone di un caricabatterie specializzato, è possibile collegarli direttamente a un'alimentazione a tensione costante di 14,4 V e caricarli.

Per accedere ai terminali della batteria dall'esterno, ho semplicemente collegato un jack di alimentazione CC al pacco batteria.

• Collegare il positivo del terminale del jack di alimentazione a +12V della batteria
• Terra del jack di alimentazione al terminale negativo della batteria

Passaggio 7: imballaggio delle batterie insieme

La parte elettronica di questo progetto è ora completa. Come ti ho detto prima, metterò il gruppo di batterie più piccolo (di 3 batterie) sopra il gruppo di batterie più grande (di 6 batterie). Il posizionamento diretto delle batterie una sopra l'altra può danneggiare i terminali e quindi l'intero sistema. Quindi abbiamo bisogno di una sorta di cuscino tra i due. Per questo, sto usando del cotone per farmaci generici. Questi cotoni sono di natura morbida e offrono un'eccellente ammortizzazione. Puoi anche mettere un sottile spugnoso al posto del cotone, ma non ne ho nessuno in giro, quindi ho dovuto uscire solo con il cotone. Usa le forbici per tagliare il cotone a forma di batteria e non usarlo in eccesso. Il cotone extra scorrerà solo dai lati e acquisterà spazio aumentando inutilmente le dimensioni. Per tenere insieme l'intero assemblaggio, ho usato del nastro adesivo. È possibile utilizzare qualsiasi nastro per usi generici purché abbia un buon potere adesivo e resistenza alla trazione. Prova a mettere una buona quantità di nastro lì dentro. Metti anche del nastro adesivo sul cotone in quanto potrebbe provare a scorrere e fuoriuscire dai lati.

Passaggio 8: realizzare l'involucro esterno

Per l'involucro esterno, inizialmente avevo pianificato di utilizzare pannelli MDF o compensato. Poi sono passato alle lastre acriliche perché era molto più facile lavorare con l'acrilico. Successivamente ho rifiutato tutte queste opzioni e sono andato con sottili fogli di alluminio. Erano economici e assomigliavano molto meglio di altri al corpo di una batteria da 9V.

Ho comprato questo foglio da un negozio di ferramenta locale qualche tempo fa. Sebbene non sia completamente rigido e non possa fornire una grande resistenza strutturale, funzionerà sicuramente nel nostro caso poiché le batterie stesse hanno una resistenza strutturale sufficiente per tenere insieme l'intera struttura.

Ho iniziato realizzando un disegno CAD dell'involucro e l'ho disegnato sulla lamiera utilizzando un righello e un pennarello. Puoi farlo più facilmente stampando un disegno a stencil. Usando una cesoia metallica, ho rimosso la parte richiesta dalla lamiera. Ho individuato i punti in cui il foglio doveva essere piegato e ho rimosso piccoli triangoli equilateri dall'estremità di quei punti. Questi vuoti triangolari ci aiuteranno a piegare facilmente il metallo.

Per piegare il foglio, l'ho fatto scivolare sotto una grande tavola di MDF e fissando ho esercitato una pressione sul bordo di piegatura usando la mano. Puoi anche usare un pezzo di legno o un martello per esercitare pressione. Per unire le due estremità ho utilizzato un giunto a doppia cucitura. Se non sai cos'è un giunto di cucitura e come realizzarlo, ti consiglio di andare su youtube e guardare alcuni video. È abbastanza facile da realizzare e un processo di unione molto comune. I tre segmenti da 10 mm all'estremità dello stencil vengono utilizzati per realizzare questo giunto. Una volta realizzata la giunzione, l'ho fissata con della supercolla. Si può anche eseguire la brasatura per fissare il giunto, ma non avevo la saldatura in alluminio, quindi ho dovuto farlo con la supercolla.

Passaggio 9: realizzazione dei terminali e della base dell'involucro

Per i lati, il foglio di alluminio funzionava bene, ma per la base non reggevano il peso delle batterie. Avevo bisogno di qualcosa di robusto e duro per la base, quindi ho usato un pannello MDF spesso 4 mm. Era abbastanza difficile da supportare tutte le batterie e non si fletteva nemmeno. Ho rimosso due pezzi dal pannello MDF, uno per la parte superiore e uno per il fondo. Le dimensioni dei pezzi erano le stesse dell'involucro esterno, che è 102 mm X 50 mm.

Sulla scheda MDF superiore, ho praticato i fori per i cavi di uscita del convertitore buck, del potenziometro e dell'interruttore. Ho usato la combinazione di trapano e Dremel per realizzare fori perfetti. Per il voltmetro e il jack di alimentazione CC, ho praticato dei fori nell'involucro di alluminio. Per l'interruttore, l'ho posizionato all'interno del terminale di alimentazione positivo perché si adattava perfettamente lì.

Per realizzare i terminali della batteria grande ho utilizzato lo stesso foglio di alluminio che ho utilizzato per l'involucro esterno. L'alluminio, essendo un metallo conduttivo, può far passare l'elettricità, quindi possiamo utilizzare i nostri terminali da vetrina come terminali di uscita effettivi e incanalare la potenza attraverso di essi.

• Per realizzare il terminale positivo, ho semplicemente arrotolato una striscia sottile in un cerchio e poi, usando della supercolla, ho collegato le due estremità. Ho anche arrotolato i bordi della parte superiore dei terminali in modo che diventino smussati e non tagliano la nostra pelle.
• Per il terminale negativo, ho realizzato due cerchi concentrici su un foglio di alluminio con raggio del cerchio esterno doppio di quello del cerchio interno. Poi ho realizzato tre diametri, ciascuno con un angolo di 120 gradi rispetto all'altro. Dai punti in cui il diametro taglia il cerchio interno, ho proiettato linee rette sul cerchio esterno. Fare questo mi ha dato una struttura simile a una stella. Ho rimosso quella struttura a stella dal foglio principale e ne ho piegato le braccia perpendicolarmente alla base. Ecco come ho realizzato il terminale negativo.

Passaggio 10: pittura

A questo punto, la batteria ha iniziato a prendere forma, ma sembrava un po' noiosa e incompleta. Ho deciso di dargli qualche mano di colore, per far risaltare l'immagine e la somiglianza. Avevo una vecchia batteria da 9 V in giro che ho usato come riferimento. Usando un pennarello, ho disegnato le partizioni necessarie sulla custodia e ho dipinto il corpo con vernici spray. Poiché la batteria in miniatura che ho è la più comune utilizzata nel mio paese, ho usato esattamente la stessa combinazione di colori di rosso, bianco e blu per il mio progetto. Per i pezzi in MDF superiore e inferiore, ho usato solo vernice nera. Una volta che il colore si è asciugato, ho disegnato alcuni dettagli e del testo per renderlo più realistico.

Passaggio 11: riassumere il progetto

Tutto è fatto ora, dobbiamo solo metterlo insieme. Ho iniziato mettendo la copertura esterna sopra l'elettronica. Quindi incollare a caldo il voltmetro e il jack di alimentazione CC all'involucro di alluminio. Per prima cosa ho scollegato l'interruttore dall'elettronica, l'ho incollato a caldo sulla scheda MDF e l'ho ricollegato al convertitore buck.

Ti ricordi quei fili di uscita che abbiamo lasciato scollegati, prendili e collegali ai terminali che abbiamo fatto pochi minuti fa. Metti della colla a caldo sui terminali e incollali sulla scheda MDF. Unire il tutto e chiudere i coperchi metallici dell'involucro esterno.

Ehi, il progetto è completo ora. Grazie per essere rimasto così a lungo e aver dedicato il tuo tempo a questo progetto. Spero ti sia piaciuto. Metti mi piace e iscriviti al mio canale YouTub e iscriviti anche a me su instructables per non perdere mai nessun progetto realizzato da me.