Listrik L585 585Wh Alimentatore portatile CA CC: 17 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Per il mio primo Instructable, ti mostrerò come ho realizzato questo alimentatore portatile. Esistono molti termini per questo tipo di dispositivo come power bank, power station, generatore solare e molti altri, ma preferisco il nome "Listrik L585 Portable Power Supply".

Il Listrik L585 ha una batteria al litio integrata da 585 Wh (6S 22,2 V 26, 364 mAh, testata) che può davvero durare. È anche abbastanza leggero per la capacità data. Se vuoi confrontarlo con il tipico power bank del cliente, puoi farlo facilmente dividendo la valutazione mAh per 1.000 e poi moltiplicandola per 3,7. Ad esempio, il PowerHouse (uno dei più grandi power bank conosciuti per i consumatori) ha una capacità di 120.000 mAh. Ora, facciamo i conti. 120, 000 / 1, 000 * 3,7 = 444 Wh. 444Wh VS 585Wh. Facile no?

Tutto è confezionato all'interno di questa simpatica valigetta in alluminio. In questo modo, il Listrik L585 può essere trasportato facilmente e il coperchio superiore proteggerà gli strumenti sensibili all'interno mentre non vengono utilizzati. Ho avuto questa idea dopo aver visto qualcuno costruire un generatore solare usando la cassetta degli attrezzi, ma la cassetta degli attrezzi non ha un bell'aspetto, giusto? Quindi l'ho alzato di un livello con una valigetta in alluminio e sembra molto meglio.

Il Listrik L585 ha più uscite che possono coprire quasi tutti i dispositivi elettronici di consumo.

Il primo è l'uscita CA che è compatibile con quasi il 90% dei dispositivi di rete inferiori a 300 W, non tutti a causa dell'uscita non sinusoidale, ma è possibile risolvere questo problema utilizzando un inverter a onda sinusoidale pura, che è molto più costoso dello standard modificato inverter a onda sinusoidale che ho usato qui. In genere sono anche più grandi.

La seconda uscita è l'uscita USB. Ci sono 8 porte USB, che sono un po' eccessive. Una coppia di essi può fornire una corrente massima di 3A continui. La rettifica sincrona lo rende molto efficiente.

Il terzo è l'I/O ausiliario. Può essere utilizzato per caricare o scaricare la batteria interna a una velocità massima di 15 A (300 W+) continua e 25 A (500 W+) istantanea. Non ha alcuna regolazione, fondamentalmente solo la semplice tensione della batteria, ma ha più protezioni tra cui cortocircuito, sovracorrente, sovraccarico e sovrascarica.

L'ultimo e il mio preferito è l'uscita CC regolabile, che può emettere 0-32 V, 0-5 A su tutti gli intervalli di tensione. Può alimentare un'ampia varietà di dispositivi CC come un tipico laptop con uscita a 19 V, router Internet a 12 V e molto altro. Questa uscita CC regolabile elimina la necessità di utilizzare l'alimentazione da CA a CC, che tra l'altro peggiorerà l'efficienza perché l'intero sistema converte la CC in CA e poi di nuovo in CC. Può essere utilizzato anche come alimentatore da banco con funzione di tensione costante e corrente costante, molto utile per chi come me lavora spesso con l'elettronica.

Passaggio 1: i materiali e gli strumenti

Materiali principali:

* 1X valigetta in alluminio DJI Spark

* Celle al litio prismatiche da 60X80*57*4.7 mm (puoi sostituire con le più comuni 18650, ma ho scoperto che questa cella ha il fattore di forma e la dimensione perfetti)

* 1X 300W 24V DC a inverter AC

* Alimentatore programmabile 1X DPH3205

* Convertitori buck USB 2X 4 porte

* 1X Cellmeter 8 controllo della batteria

* 1X 6S 15A BMS

* Connettore di bilanciamento 1X 6S

* 12 bulloni M4 da 10 mm

* 12X dadi M4

* 6X staffe in acciaio inossidabile

* Interruttore a levetta unipolare 1X 6A

* Interruttore a levetta bipolare 1X 6A

* 1X 15A interruttore a levetta unipolare

* Supporto LED in acciaio inossidabile 4X 3mm

* 4 connettori XT60 femmina

* 4X M3 distanziali in ottone da 20 mm

* 4 viti a macchina M3 da 30 mm

* 2 viti a macchina M3 da 8 mm

* 6X dadi M3

* Terminale 1X 25A a 3 pin

* 4 forcelle per cavo da 4,5 mm

* Cruscotto da 3 mm tagliato su misura

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Materiali di consumo:

* Termoretraibili

* Saldare

* Flusso

* Filo di rame solido da 2,5 mm

* Nastro biadesivo resistente (ottieni quello della massima qualità)

* Nastro biadesivo sottile

* Nastro Kapton

* Resina epossidica

* Vernice nera

* Cavo 26 AWG per indicatori LED

* Cavo a trefoli argento 20 AWG per cablaggio a bassa corrente

* Cavo a trefoli in argento 16 AWG per cablaggio ad alta corrente (è preferibile un AWG inferiore. Il mio ha un cablaggio del telaio continuo da 17 A, appena sufficiente)

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Utensili:

* Saldatore

* pinza

* Cacciavite

* Forbici

* Coltello da hobby

* pinzetta

* Trapano

Passaggio 2: lo schema

Lo schema dovrebbe essere autoesplicativo. Scusate per il pessimo disegno, ma dovrebbe essere più che sufficiente.

Passaggio 3: il pannello degli strumenti

Ho progettato prima il quadro strumenti. Puoi scaricare il file PDF gratuitamente. Il materiale può essere legno, foglio di alluminio, acrilico o qualsiasi cosa con proprietà simili. Ho usato l'acrilico in questo "caso". Lo spessore dovrebbe essere di 3 mm. Puoi tagliarlo a CNC o semplicemente stamparlo su carta con scala 1:1 e tagliarlo manualmente.

Passaggio 4: la custodia (staffe per verniciatura e montaggio)

Per il caso, ho usato una valigetta in alluminio per DJI Spark, ha le dimensioni giuste. È arrivato con una cosa in schiuma per tenere l'aereo, quindi l'ho tirato fuori e ho dipinto la parte interna di nero. Ho praticato 6 fori da 4 mm in base alla distanza dei fori sul mio cruscotto tagliato su misura e ho installato le staffe lì. Quindi ho incollato i dadi M4 su ciascuna staffa in modo da poter avvitare i bulloni dall'esterno senza tenere i dadi.

Passaggio 5: la batteria parte 1 (test delle celle e creazione di gruppi)

Per il pacco batteria, ho usato celle al litio prismatiche LG rifiutate che ho ottenuto per meno di $ 1 ciascuna. Il motivo per cui sono così economici è solo perché hanno bruciato il fusibile e etichettato come difettoso. Ho tolto i fusibili e sono come nuovi. Potrebbe essere un po' pericoloso, ma per meno di un dollaro l'uno, non posso davvero lamentarmi. Dopotutto, userò un sistema di gestione della batteria per le protezioni. Se hai intenzione di utilizzare celle usate o sconosciute, ho un buon Instructables su come testare e ordinare le celle al litio usate qui: (PROSSIMAMENTE).

Ho visto molte persone usare batterie al piombo per questo tipo di dispositivo. Certo, sono facili da usare ed economici, ma l'uso di batterie al piombo per applicazioni portatili è un grande no-no per me. Un equivalente di piombo pesa circa 15 chilogrammi! È il 500% più pesante del pacco batteria che ho realizzato (3 chilogrammi). Devo ricordarvi che sarà anche più grande di volume?

Ne ho comprati 100 e li ho provati uno per uno. Ho il foglio di calcolo del risultato del test. L'ho filtrato, ordinato e ho ottenuto le migliori 60 celle. Li divido equamente per la capacità in modo che ogni gruppo abbia una capacità simile. In questo modo, il pacco batteria sarà bilanciato.

Ho visto molte persone costruire il proprio pacco batteria senza ulteriori test su ogni cella, che penso sia obbligatorio se hai intenzione di realizzare un pacco batteria con celle sconosciute.

Il test ha mostrato che la capacità di scarica media di ciascuna cella è di 2636 mAh con una corrente di scarica di 1,5 A. Con una corrente inferiore, la capacità sarà maggiore a causa della minore perdita di potenza. Sono riuscito a ottenere 2700 mAh+ con una corrente di scarica di 0,8 A. Otterrò un ulteriore 20% di capacità in più se carico la cella a 4,35 V/cella (la cella consente una tensione di carica di 4,35 V) ma il BMS non lo consente. Inoltre, caricare la cella a 4,2 V ne prolungherà la vita.

Torna all'istruzione. Per prima cosa, ho unito 10 celle usando del nastro biadesivo sottile. Quindi, l'ho rinforzato usando del nastro kapton. Ricorda di fare molta attenzione quando hai a che fare con la batteria al litio. Queste celle al litio prismatiche hanno una parte positiva e una negativa estremamente vicine, quindi è facile cortocircuitarne una.

Passaggio 6: la batteria, parte 2 (adesione ai gruppi)

Dopo aver finito di creare i gruppi, il passo successivo è unirli insieme. Per unirli ho utilizzato del nastro biadesivo sottile e l'ho rinforzato nuovamente con del nastro kapton. Molto importante, assicurati che i gruppi siano isolati l'uno dall'altro! Altrimenti, otterrai un cortocircuito molto brutto quando li saldi insieme in serie. Il corpo della cella prismatica è riferito al catodo della batteria e viceversa per 18650 celle. Per favore, tienilo a mente.

Passaggio 7: la batteria, parte 3 (saldatura e finitura)

Questa è la parte più difficile e pericolosa, saldare insieme le celle. Avrai bisogno di un saldatore da almeno 100 W per una facile saldatura. Il mio era da 60 W ed era una PITA totale da saldare. Non dimenticare il flusso, una tonnellata di flusso. Aiuta davvero.

** Sii estremamente attento in questo passaggio! La batteria al litio ad alta capacità non è qualcosa con cui vuoi essere goffo. **

Per prima cosa, ho tagliato il mio filo di rame solido da 2,5 mm alla lunghezza desiderata, quindi ho rimosso l'isolamento. Quindi, ho saldato il filo di rame alla linguetta della cella. Fallo abbastanza lentamente da far fluire la saldatura, ma abbastanza velocemente da prevenire l'accumulo di calore. Richiede davvero abilità. Consiglierei di esercitarsi su qualcos'altro prima di provarlo con la cosa reale. Lasciare raffreddare il pacco batteria dopo diversi minuti di saldatura perché il calore non fa bene a nessun tipo di batteria, specialmente per la batteria al litio.

Per finire, ho incollato il BMS con 3 strati di nastri biadesivi in schiuma e ho cablato tutto secondo lo schema. Ho saldato le forcelle del cavo sull'uscita della batteria e le ho installate immediatamente sul terminale di alimentazione principale per evitare che le forcelle si toccassero e causassero un cortocircuito.

Ricorda di saldare un filo dal lato negativo del connettore di bilanciamento e un filo dal lato negativo del BMS. Dobbiamo interrompere questo circuito per disattivare il Cellmeter 8 (indicatore della batteria) in modo che non si accenda per sempre. L'altra estremità va a un polo di un interruttore più tardi.

Passaggio 8: la batteria, parte 4 (installazione)

Per l'installazione ho utilizzato del nastro biadesivo. Consiglio di utilizzare nastro biadesivo di alta qualità e resistente per questo caso perché la batteria è piuttosto pesante. Ho usato il nastro biadesivo 3M VHB. Finora, il nastro tiene molto bene il pacco batteria. Nessun problema.

Il pacco batteria si adatta davvero bene lì, uno dei motivi per cui ho scelto questa cella al litio prismatica rispetto alla cella al litio cilindrica. Il traferro intorno al pacco batteria è molto importante per la dissipazione del calore.

Per quanto riguarda la dissipazione del calore, non mi preoccupo troppo. Per la ricarica, utilizzerò il mio IMAX B6 Mini che può erogare solo 60 W. Non è niente in confronto alla batteria da 585 Wh. La ricarica ha richiesto più di 10 ore, così lenta da non generare calore. La ricarica lenta va bene anche per qualsiasi tipo di batteria. Per la scarica, la corrente massima che posso prelevare dal pacco batteria è ben al di sotto di 1C di scarica (26A) a soli 15A continui, 25A istantanei. La mia batteria ha una resistenza interna di circa 33 mOhm. L'equazione della potenza dissipata è I^2*R. 15*15*0.033 = 7.4W di potenza persa sotto forma di calore con una corrente di scarica di 15A. Per qualcosa di così grande, non è un grosso problema. Il test del mondo reale mostra che a carico elevato, la temperatura del pacco batteria sale a circa 45-48 gradi Celsius. Non proprio una temperatura confortevole per la batteria al litio, ma comunque entro l'intervallo di temperatura di lavoro (massimo 60º)

Passaggio 9: l'inverter parte 1 (smontaggio e installazione del dissipatore di calore)

Per l'inverter, l'ho rimosso dalla custodia in modo che possa entrare nella valigetta di alluminio e ho installato un paio di dissipatori di calore che ho preso da un alimentatore del computer rotto. Ho anche preso la ventola di raffreddamento, la presa CA e l'interruttore per un uso successivo.

L'inverter funziona fino a 19V prima che la protezione da sottotensione entri in funzione. Questo è abbastanza buono.

Una cosa insolita è che l'etichetta dice chiaramente 500 W mentre la serigrafia sul PCB dice che è 300 W. Inoltre, questo inverter ha una vera protezione dall'inversione di polarità, a differenza della maggior parte degli inverter là fuori che utilizzano un diodo stupido + un dispositivo fusibile per la protezione dall'inversione di polarità. Bello, ma non molto utile in questo caso.

Passaggio 10: l'inverter (installazione e montaggio)

Innanzitutto, ho esteso la potenza in ingresso, gli indicatori LED, l'interruttore e il cavo della presa CA in modo che siano abbastanza lunghi. Quindi, ho installato l'inverter nella custodia utilizzando del nastro biadesivo. Ho saldato le forcelle del cavo all'altra estremità dei fili di ingresso dell'alimentazione e li ho collegati al terminale principale. Ho montato gli indicatori LED, la ventola e la presa CA sul cruscotto.

Ho scoperto che l'inverter ha una corrente di riposo zero (<1 mA) quando è collegato alla fonte di alimentazione ma è disattivato, quindi ho deciso di collegare il cavo di alimentazione dell'inverter direttamente senza alcun interruttore. In questo modo, non ho bisogno di un interruttore ingombrante ad alta corrente e meno energia sprecata sul cavo e sull'interruttore.

Passaggio 11: il modulo USB (installazione e cablaggio)

Innanzitutto, ho esteso gli indicatori LED su entrambi i moduli. Quindi, ho impilato i moduli con i distanziatori in ottone M3 da 20 mm. Ho saldato i cavi di alimentazione secondo lo schema e ho messo l'intero gruppo sul cruscotto e l'ho legato con delle fascette. Ho saldato i 2 fili della batteria di cui ho parlato prima all'altro polo dell'interruttore.

Passaggio 12: il modulo DPH3205 parte 1 (installazione e cablaggio di ingresso)

Ho praticato 2 fori da 3 mm attraverso la piastra inferiore in diagonale e poi ho installato il modulo DPH3205 con viti M3 da 8 mm che passano attraverso quei fori. Ho cablato l'ingresso con cavi spessi 16 AWG. Il negativo va direttamente al modulo. Il positivo va prima a un interruttore poi al modulo. Ho saldato le forcelle del cavo sull'altra estremità che sarà collegata al terminale principale.

Passaggio 13: il modulo DPH3205 parte 2 (montaggio del display e cablaggio di uscita)

Ho montato il display sul pannello frontale e collegato i fili. Quindi, ho montato i connettori XT60 sul cruscotto utilizzando resina epossidica in due parti e li ho collegati in parallelo. Quindi il filo va all'uscita del modulo.

Fase 14: I/O ausiliario (montaggio e cablaggio)

Ho montato 2 connettori XT60 con resina epossidica in 2 parti e ho saldato i connettori in parallelo con fili spessi 16 AWG. Ho saldato le forcelle del cavo sull'altra estremità che vanno al terminale principale. Anche il cavo dal modulo USB va qui.

Passaggio 15: QC (ispezione rapida)

Assicurati che non ci sia niente che sferraglia all'interno. Oggetti conduttivi indesiderati possono indurre cortocircuiti.

Passaggio 16: finitura e test

Ho chiuso il coperchio, avvitato i bulloni e fatto! Ho testato tutte le funzioni e tutto funziona come speravo. Decisamente molto utile per me. Mi è costato poco più di $ 150 (solo materiale, esclusi i guasti), che è molto economico per qualcosa del genere. Il processo di assemblaggio è durato circa 10 ore, ma la pianificazione e la ricerca hanno richiesto circa 3 mesi.

Anche se ho fatto molte ricerche prima di costruire il mio alimentatore, il mio alimentatore ha ancora molti difetti. Non sono molto soddisfatto del risultato. In futuro, costruirò il Listrik V2.0 con molti miglioramenti. Non voglio rovinare l'intero piano, ma eccone un po':

1. Passa a 18650 celle ad alta capacità
2. Capacità leggermente superiore
3. Potenza di uscita molto più elevata
4. Caratteristiche di sicurezza molto migliori
5. Caricabatterie MPPT interno
6. Migliore selezione dei materiali
7. Automazione Arduino
8. Indicatore di parametro dedicato (capacità della batteria, potenza assorbita, temperatura e così via)
9. Uscita DC controllata da app e molte altre che per ora non ti dirò;-)

Passaggio 17: aggiornamenti

Aggiornamento n. 1: ho aggiunto un interruttore di esclusione manuale per la ventola di raffreddamento in modo da poterlo accendere manualmente se voglio utilizzare l'alimentatore a pieno carico in modo che le parti all'interno rimangano fresche.

Aggiornamento n. 2: il BMS ha preso fuoco, quindi ho rifatto l'intero sistema di batterie con uno migliore. Il nuovo vanta una configurazione 7S8P invece di 6S10P. Un po' meno capacità ma migliore dissipazione del calore. Ogni gruppo è ora distanziato per una migliore sicurezza e raffreddamento. Tensione di carica di 4,1 V/cella invece di 4,2 V/cella per una migliore longevità.