Power Stacker: Συσσωρεύσιμο σύστημα επαναφορτιζόμενης μπαταρίας USB: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Κάντε κλικ παρακάτω για να επισκεφθείτε τη σελίδα του έργου Hackaday

hackaday.io/project/164829-power-stacker-s…

Το Power Stacker είναι μια φορητή, αρθρωτή, επαναφορτιζόμενη μπαταρία ιόντων λιθίου USB. Συγκεντρώστε τα για έργα που χρειάζονται ενέργεια ή διαχωρίστε τα για μικρότερα έργα με αυτό το αρθρωτό σύστημα. Τα αρχεία Gerber, BOM και. STL είναι διαθέσιμα παρακάτω.

Το Power Stacker κάνει αυτό που δεν κατάφεραν να κάνουν άλλες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες USB, και αυτή είναι η δυνατότητα συνδυασμού για αυξημένη χωρητικότητα μπαταρίας ή διαχωρισμό σε πολλές μικρές μπαταρίες για μικρότερα έργα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κυριολεκτικά τις ίδιες μπαταρίες Power Stacker για πολλά χρόνια σε πολλές εφαρμογές!

Ένα άλλο μοναδικό χαρακτηριστικό του Power Stacker είναι ότι κάθε μπαταρία λαμβάνει τον δικό της ελεγκτή φόρτισης, ο οποίος εγγυάται την πραγματική εξισορρόπηση των κυψελών και διασφαλίζει ότι κάθε μπαταρία φορτίζεται στη σωστή τάση σε πραγματικό χρόνο ακόμη και κατά τη φόρτιση και/ή την εκφόρτιση.

Μετά την έναρξη ενός επιτυχημένου έργου Kickstarter που ονομάζεται Solderdoodle Pro, συνειδητοποίησα ότι η ίδια τεχνολογία μπαταριών που χρησιμοποιήθηκε για να λιώσει τη συγκόλληση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να λύσει το πρόβλημα της προσπάθειας εύρεσης της σωστής μπαταρίας και της συνεχούς αγοράς νέων μπαταριών για κάθε νέο έργο. Σε συνδυασμό με τις γνώσεις μου για την τρισδιάστατη εκτύπωση, δημιούργησα μια θήκη για την μπαταρία που μπορεί να εκτυπωθεί, τροποποιηθεί και μοιραστεί!

Το Power stacker είναι επίσης συμβατό με μετατροπείς DC-DC Open Source, όπως το Adafruit's Power Boost 1000.

Πώς λειτουργεί η στοίβα μπαταρίας;

Στην είσοδο και έξοδο του κυκλώματος εγκαθίστανται δίοδοι χαμηλής προώθησης τάσης/υψηλού ρεύματος στην πλακέτα του ελεγκτή φόρτισης, οι οποίες εμποδίζουν την ομιλία μεταξύ πολλαπλών πηγών ισχύος και μεταξύ της εξόδου των ελεγκτών φόρτισης. Αυτό επιτρέπει στις διασυνδέσεις μεταξύ των ακίδων εισόδου και εξόδου κάθε πλακέτας ελεγκτή φόρτισης να γίνουν ράβδοι διαύλου επιτρέποντας την τάση να παραμείνει η ίδια και το ρεύμα να πολλαπλασιαστεί. Η μπαταρία υψηλότερης τάσης στη στοίβα θα αποφορτιστεί περισσότερο έως ότου οι άλλες μπαταρίες φτάσουν κοντά στην ίδια τάση και αυτές αρχίσουν να εκφορτίζονται με τον ίδιο ρυθμό, πράγμα που πολλαπλασιάζει την τρέχουσα έξοδο της μπαταρίας.

Προδιαγραφές Power Stacker: * Χρόνος Πλήρους Φόρτισης: @5 Watt 3350mAh: 3 ώρες | @8 Watt 13400mAh: 7 ώρες

* Χωρητικότητα: 3350mAh, 6700mAh, ή 13400mAh / 3.6V

* Τύπος: Panasonic NCR18650B Lithium-Ion

* Είσοδος - Ρεύμα: 450 έως 2600mA | Τάση: 5 έως 6 Volt

* Αριθμός θυρών USB: 1 (ανάλογα με τον αριθμό των μονάδων προσαρμογέα 5V)

* Έξοδος - Τυποποιημένες κεφαλίδες θηλυκού και αρσενικού στυλ Arduino

* Έξοδος - Ρεύμα: Έως 2000mA | Τάση: 3,6 Volts απευθείας ή 5 Volts με μονάδα μετατροπέα DC-DC

* Υλικό θήκης: 3D εκτυπωμένο υλικό

* Διάρκεια ζωής μπαταρίας υπό τυπική χρήση: 5 χρόνια * Αντικαταστάσιμη μπαταρία

* Παρέχει έως 320% Φόρτιση iPhone ή 160% Φόρτιση Galaxy S5 με δύο κυψέλες 6700mAh

* Συμβατό με Arduino, iPhone, Android, Windows Phone και άλλα με μονάδα μετατροπέα 5 Volt DC-DC

*ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Να είστε προσεκτικοί όταν χειρίζεστε οποιαδήποτε μπαταρία ιόντων λιθίου, διότι βραχυκύκλωμα της μπαταρίας μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα. Φοράτε πάντα προστατευτικά γυαλιά. Χρησιμοποιήστε τα προτεινόμενα εξαρτήματα μπαταρίας και κυκλώματος λόγω του υψηλότερου ρεύματος μέγιστης φόρτισης της μπαταρίας 2000mA. Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη ενδέχεται να παραμορφώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Συμμόρφωση FCC: ΔΕΝ απαιτείται επειδή οι συχνότητες κυκλώματος είναι κάτω από 1,7MHz

Βήμα 1: Απαιτούνται υλικά, εργαλεία και αρχεία

Ακολουθεί μια λίστα με τα υλικά, τα εργαλεία και τα αρχεία που απαιτούνται.

ΥΛΙΚΑ:

QTY Περιγραφή

1 Lithium-Ion Charge Controller Circuit (Schematic, Gerber Files, κ.λπ. μπορείτε να κατεβάσετε από την προηγούμενη σελίδα. Το κύριο στοιχείο IC είναι ο ελεγκτής φόρτισης Maxim MAX8903G.)

1 NCR18650B 3350mAh Μη προστατευμένη μπαταρία ιόντων λιθίου Panasonic www.ebay.com (Εάν απαιτείται χαμηλότερο κόστος, δοκιμάστε την μπαταρία Panasonic NCR18650A με ελαφρώς μικρότερη χωρητικότητα 3070mAh. Βεβαιωθείτε ότι είναι απροστάτευτη και ελέγξτε προσεκτικά τον αριθμό εξαρτήματος της μπαταρίας. Οι προστατευμένες μπαταρίες έχουν προσθέσει μήκος με ενσωματωμένο κύκλωμα, το οποίο μπορεί να επηρεάσει την απόδοση. Αναφορά https://industrial.panasonic.com/www-cgi/jvcr13pz.cgi?E+BA+3+ACI4002+NCR-18650B+7+EU Άλλες μάρκες μπαταριών ΔΕΝ συνιστώνται επειδή το ρεύμα του ελεγκτή φόρτισης στην μπαταρία μπορεί να φτάσει τα 2000mA και η χημεία Panasonic NCR18650 μπορεί να το χειριστεί. Εάν πρέπει να χρησιμοποιήσετε άλλες μάρκες, βεβαιωθείτε ότι πληρούν τις ίδιες προδιαγραφές, χημεία και αντέχουν έως και 2 ενισχυτές ρεύματος φόρτισης. Η χρήση μπαταριών που δεν πληρούν αυτές τις προδιαγραφές μπορεί να οδηγήσει σε επικίνδυνη βλάβη της μπαταρίας.)

2 σύνδεσμος Hirose 2 ακίδων DF3-2S-2C

2 Hirose Socket 24-28 AWG Crimp Pin DF3-2428SCC

1 1 "Wide Kapton Tape Roll https://www.mcmaster.com/#7648a715/=qu58072 1" Kapton Tape Disc

1 1 "Διάμετρος Τεμάχιο Σωλήνας Συρρίκνωσης Θερμότητας 2,7" Long2 1/16 "Piece of Heat Shrink Tubing 1,0" Long 1 Roll of solder wire 1 3D Printed case (Αρχείο διαθέσιμο στην προηγούμενη σελίδα.)

1 2X4 Γυναικεία κεφαλίδα

Μετατροπέας 5 Volt DC-DC

1 Protoboard

1 1X2 Γυναικεία κεφαλίδα

1 αρσενική λωρίδα κεφαλίδας

Διάφορα μήκη 26 AWG Standard Red and Black Stranded 4 Amp Max Wire που παρατίθενται παρακάτω: https://www.mcmaster.com/#catalog/119/798/=qu7rf61 Λωρίδα 6,10 Black Wire.06 με το ένα άκρο.20 με την άλλη άκρη

1 8,00 Κόκκινο καλώδιο.06 λωρίδα στο ένα άκρο. 20 ταινία στο άλλο άκρο

ΕΡΓΑΛΕΙΑ: QTY Περιγραφή

1 Εξάρτημα μπαταρίας πυρήνα ισχύος

1 καλώδιο Strippers 24-26 εύρος μετρήσεων

1 Wire Crimper 20-24 gage range

1 Μέτρο ταινίας

1 Συγκολλητικό σίδερο

1 θερμοπίστολο

1 Scαλίδι

Βήμα 2: Συναρμολόγηση μπαταρίας

Τοποθετήστε την μπαταρία NCR18650B στο εξάρτημα μπαταρίας με τη θετική πλευρά προς τα πάνω. Το εξάρτημα θα ευθυγραμμίσει τα Κόκκινα και τα Μαύρα καλώδια καθώς κολλάτε. Μην αγγίζετε το συγκολλητικό σίδερο στο εξάρτημα γιατί μπορεί να λιώσει. Μπορεί να μπορείτε να κολλήσετε την μπαταρία χωρίς τη συσκευή, αλλά είναι πολύ πιο δύσκολο και θα χρειαστείτε ακόμα κάτι για να μην πέσει η μπαταρία. Το εξάρτημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για άλλα έργα μπαταρίας.

Τοποθετήστε το απογυμνωμένο άκρο του μακριού κόκκινου σύρματος στην τάφρο με την ένδειξη +RED και κολλήστε το κόκκινο σύρμα στην μπαταρία. Προσπαθήστε να κολλήσετε γρήγορα στην μπαταρία γιατί πολύ θερμότητα στην μπαταρία μπορεί να την καταστρέψει. Εάν υπάρχει συγκόλληση βγάζοντας έξω, λειάνετε με το κολλητήρι. Μετά τη συγκόλληση, γείρετε το εξάρτημα και σπρώξτε την μπαταρία από κάτω με το δάχτυλό σας. Γυρίστε την μπαταρία ανάποδα και τοποθετήστε την μπαταρία στο εξάρτημα με το Κόκκινο καλώδιο στη +ΚΟΚΚΙΝΗ γούρνα και το αρνητικό άκρο της μπαταρίας στραμμένο προς τα επάνω. Πιάστε το άκρο του Κόκκινου σύρματος με την Καρφίτσα Hirose και τοποθετήστε τον πείρο στη θύρα 1 του συνδετήρα Hirose 2-Pin. Θέλετε να συνδέσετε τον σύνδεσμο σε αυτό το σημείο επειδή είναι επικίνδυνος για να αφήσετε εκτεθειμένο ένα γυμνό άκρο ενός καλωδίου μπαταρίας εκτεθειμένο και μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα ή εγκαύματα εάν αγγίξει το αρνητικό άκρο της μπαταρίας. Τοποθετήστε το απογυμνωμένο άκρο του μακριού μαύρου σύρματος στην τάφρο με την ένδειξη -BLK και συγκολλήστε το Μαύρο καλώδιο στην μπαταρία. Το αρνητικό άκρο αυτής της μπαταρίας απαιτεί συνήθως περισσότερη θερμότητα για συγκόλληση επειδή υπάρχει μεγαλύτερη επιφάνεια σε επαφή με τη μάζα της μπαταρίας, αλλά προσπαθήστε να κολλήσετε γρήγορα. Εάν κολλήσει κάτι κολλημένο, λειάνετε το με το συγκολλητικό σίδερο. Μετά τη συγκόλληση, σφίξτε το άκρο του μαύρου σύρματος με τον πείρο Hirose και τοποθετήστε τον πείρο στη θύρα 2 του συνδέσμου 2 ακίδων Hirose. Γείρετε το εξάρτημα και σπρώξτε την μπαταρία από κάτω με το δάχτυλό σας. Λυγίστε το μαύρο καλώδιο κατ 'ευθείαν προς τα κάτω στην άκρη του αρνητικού άκρου της μπαταρίας και καθοδηγήστε το κόκκινο σύρμα να περιστραφεί κατά μήκος της πλευράς της μπαταρίας. Το αποτέλεσμα θα πρέπει να είναι ότι το κόκκινο καλώδιο που κατεβαίνει από το θετικό άκρο της μπαταρίας απέχει 120º από εκεί που συναντιούνται τα μαύρα και κόκκινα καλώδια. Αυτή η γεωμετρία σύρματος επιτρέπει στα θετικά και αρνητικά καλώδια να βγαίνουν από την ίδια πλευρά και δίνει την άνετη εφαρμογή. Τυλίξτε ένα κομμάτι ταινίας Kapton πλάτους 1 "στη μέση της μπαταρίας για να συγκρατήσετε τα καλώδια. Τοποθετήστε έναν δίσκο ταινίας Kapton 1" σε κάθε άκρο της μπαταρίας και διπλώστε τις άκρες στο πλάι της μπαταρίας. Στη συνέχεια, σύρετε τον σωλήνα συρρίκνωσης θερμότητας 1 "πάνω από την μπαταρία με το σωλήνα σε ευθεία με το θετικό άκρο της μπαταρίας. Όλη η χαλάρωση του σωλήνα πρέπει να βγαίνει από το αρνητικό άκρο. Τώρα χρησιμοποιήστε ένα πιστόλι θερμότητας για να συρρικνώσετε το σωλήνα για να ολοκληρώσετε τη διάταξη της μπαταρίας.

Βήμα 3: Συναρμολόγηση Power Stacker

Για ρύθμιση μεμονωμένης κυψέλης, απλά κολλήστε το 2X4 Female Header στην πλακέτα του ελεγκτή φόρτισης, συνδέστε την μπαταρία και, στη συνέχεια, κολλήστε τις αρσενικές ακίδες κεφαλίδας στην πλακέτα 5 Volt DC-DC και συνδέστε την στην πλακέτα του ελεγκτή φόρτισης.

Για ρύθμιση πολλαπλών κυψελίδων, συγκολλήστε τις αρσενικές κεφαλίδες στο protoboard στην ίδια διαμόρφωση με τις ακίδες του ελεγκτή φόρτισης και κολλήστε την 1X2 Female Header στον πίνακα.

Στο πίσω μέρος του protoboard, κολλήστε όλες τις ακίδες που σχετίζονται με τη θύρα SYS OUT από την πλακέτα του ελεγκτή φόρτισης, συγκολλήστε όλες τις ακίδες που σχετίζονται με τη θύρα GND από την πλακέτα του ελεγκτή φόρτισης και συγκολλήστε όλες τις ακίδες που σχετίζονται με τη θύρα IN6V από το πλακέτα ελεγκτή φόρτισης. Στη συνέχεια, συγκολλήστε το SYS OUT στη θηλυκή κεφαλίδα στο protoboard και κολλήστε το GND στην άλλη θηλυκή καρφίτσα κεφαλίδας στο protoboard.

Σύρετε το protoboard στην υποδοχή της θήκης με 3D εκτύπωση και, στη συνέχεια, συνδέστε τις μπαταρίες, τις πλακέτες ελεγκτή φόρτισης και τον μετατροπέα 5 Volt DC-DC στο protoboard.

Βήμα 4: Εφαρμογές

Απλώς συνδέετε την μπαταρία στην πλακέτα του ελεγκτή φόρτισης, συνδέετε τον μετατροπέα DC-DC 5 Volt και φορτίζετε τη συσκευή USB σας.

Συνδέστε ένα καλώδιο φόρτισης micro USB για να φορτίσετε τις μπαταρίες από πηγή ισχύος 5 έως 6 βολτ. Κάθε κελί έχει το δικό του ελεγκτή φόρτισης για πραγματική ισορροπία κυψελών σε πραγματικό χρόνο. Κάθε ελεγκτής φόρτισης στο πακέτο θα ξεκινήσει αυτόματα τη φόρτιση μόλις εντοπιστεί περίσσεια ισχύος.

Μπορείτε επίσης να συνδέσετε πολλαπλές πηγές ενέργειας στο Power Stacker, όπως ηλιακούς συλλέκτες, δυναμό και άλλες πηγές ενέργειας USB για να αυξήσετε το ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας.

Είτε φορτίζετε έξυπνο τηλέφωνο, tablet ή τηλεκατευθυνόμενο ρομπότ, το Power Stacker θα σας δώσει τη δύναμη που χρειάζεστε τώρα και θα προσαρμοστεί στις απαιτήσεις ισχύος σας στο μέλλον.

ΣΥΓΧΑΡΗΤΗΡΙΑ! Ολοκληρώσατε τη δημιουργία του Power Stacker!

Βήμα 5: Αντιμετώπιση προβλημάτων

ΑΣΦΑΛΕΙΑ

Μην αφήνετε το Power Stacker σε άμεσο ηλιακό φως. Κρατήστε το σκεπασμένο ή στη σκιά. Η θερμότητα από τον ήλιο μπορεί να κάνει το κύκλωμα φόρτισης και την μπαταρία να ζεσταθούν πολύ, να σταματήσει τη φόρτιση, να υποβαθμίσει την μπαταρία και να μειώσει τη διάρκεια ζωής της.

Αποδεκτές θερμοκρασίες: Το Power Stacker έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε θερμοκρασίες μεταξύ 0º και 45ºC (32º και 149ºF). Αποθήκευση: Αποθηκεύστε το Power Stacker σε θερμοκρασία δωματίου. Το Power Stacker πρέπει να επαναφορτίζεται περίπου μία φορά το χρόνο για να αποφευχθεί η υπερφόρτιση.

Για καλύτερα αποτελέσματα, φορτίστε πλήρως το Power Stacker πριν από τη χρήση.

ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ

Το LED Power Stacker δεν ανάβει κατά τη φόρτιση από το φορητό υπολογιστή μου

1) Αυτό μπορεί να συμβεί εάν το Power Stacker έχει αποστραγγιστεί τελείως και μεταβεί σε λειτουργία φόρτισης. Κρατήστε το Power Stacker συνδεδεμένο στην πρίζα για περίπου 15 λεπτά και η λυχνία φόρτισης LED θα ανάψει ξανά.

2) Ορισμένοι παλαιότεροι φορητοί υπολογιστές έχουν χαμηλό περιορισμό ρεύματος στις θύρες USB τους και θα απενεργοποιήσουν τη θύρα USB εάν το ρεύμα υπερβεί το όριο. Δοκιμάστε να συνδέσετε το Power Stacker σε άλλη θύρα USB.