Działająca bateria Supersize 9 V wykonana ze starych ogniw kwasowo-ołowiowych: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Czy zdarzyło Ci się kiedyś, że żułeś jakieś przekąski i nagle zorientowałeś się, że je przesadziłeś, o wiele więcej niż pozwala na to dzienna dieta, albo poszedłeś na jakieś zakupy i z powodu błędu w obliczeniach przepełniłeś jakiś produkt. Obie te rzeczy przydarzyły mi się kilka razy, ale tylko tym razem było to coś innego, czego przesadziłem. To były baterie, a nie te standardowe baterie AA, ale te nieporęczne akumulatory kwasowo-ołowiowe. Powiem ci jak.

Wcześniej, w czasach, kiedy wciąż uczyłem się o mikrokontrolerach i innych rzeczach, robiłem wiele projektów opartych na układach scalonych i obwodach. Ponieważ wszystkie te projekty można łatwo zasilać jednym akumulatorem kwasowo-ołowiowym lub różnymi odmianami tych akumulatorów, kupowałem je hurtowo. Z biegiem czasu zacząłem zastępować obwody mikrokontrolerami i akumulatorami kwasowo-ołowiowymi lepszymi akumulatorami Li-ion ze względu na ich niezawodność i wydajność.

Kilka dni temu spojrzałem na pojemnik na baterie i znalazłem ogromny kawałek baterii, po prostu leżący i marnujący się w godzinach nadliczbowych. Nie wiedziałem wtedy, co z nimi zrobić, więc zostawiłem je bez zmian. Ostatnio moja 12-woltowa bateria kwasowo-ołowiowa, której bardzo chętnie używałem do sprawdzania i prototypowania obwodów, zgasła z jakiegoś niepewnego powodu. Zamiast wydawać pieniądze i kupować nową baterię, pomyślałem o użyciu tych starych baterii 4v i stworzeniu z nich przenośnego zasilacza o zmiennej mocy.

Początkowo planowałem po prostu zgrupować baterie i podłączyć do niego moduł regulatora napięcia, ale potem pomyślałem, że mogę ten projekt znacznie ulepszyć i ładnie wyglądać. Planuję ułożyć te baterie w grupę i przykryć je metalową obudową tak, aby przypominały baterię 9v. Dzięki temu posiada cechy przenośnego, zmiennego zasilacza zamkniętego w opakowaniu powiększonej baterii 9V. Czy nie byłoby to miłe i przywołało wszystkie te wspomnienia, kiedy baterie 9V były najbardziej znane na rynku.

Kieszonkowe dzieci

• Stare akumulatory (używam akumulatorów kwasowo-ołowiowych 4 V. Jeśli nie masz akumulatorów kwasowo-ołowiowych, możesz odzyskać akumulatory litowo-jonowe ze starych laptopów i urządzeń elektronicznych)
• Konwerter Buck (LM2596)
• Woltomierz
• Potencjometr 10K (wybierz potencjometr średniej wielkości i nie zapomnij o pokrętle)
• Przełącznik włącz / wyłącz
• Gniazdo zasilania prądem stałym
• Arkusz aluminium
• płyta MDF
• niektóre kolory (farba w sprayu działa dobrze)

Krok 1: Ładowanie starych baterii

Moje baterie były długo przechowywane w szafce i przez to straciły trochę energii. Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory kwasowo-ołowiowe tracą od 4% do 5% całkowitego ładunku w ciągu jednego roku, ale ten odsetek może się różnić w zależności od żywotności baterii. Zanim więc poszedłem dalej, musiałem się upewnić, że wszystkie moje akumulatory są naładowane do podobnego poziomu napięcia, czyli około 4V. Do ładowania nie używałem żadnej zrównoważonej ładowarki ani żadnego specjalistycznego ładowania. Poniżej wymieniłem dwie metody ładowania. Oba są równie wydajne i łatwe w użyciu.

METODA 1:

Osobiście używałem metody ładowania baterii. Po prostu podłączyłem akumulator do zmiennego zasilacza i podkręciłem jego napięcie do około 4,2V. Ponieważ wiele moich akumulatorów było na podobnym poziomie napięcia, połączyłem je w grupę (połączyłem je równolegle) i ładowałem z jednego zasilacza. Nie należy ćwiczyć tej metody, jeśli różnica napięć między akumulatorami jest duża, ponieważ może to spowodować niezrównoważone ładowanie lub nagły wzrost prądu i może utrudnić lub uszkodzić ich wewnętrzną chemię.

METODA 2:

Jeśli nie masz zmiennego zasilania, możesz po prostu naładować baterie, podłączając je do ładowarki telefonu komórkowego. Obecnie prawie wszystkie ładowarki do smartfonów mają stały prąd o napięciu 5 V (zaniedbuje się szybkie ładowanie). Jeśli połączymy szeregowo z ładowarką diodę silikonową, na wyjściu uzyskamy 4,3 wolta. Dzieje się tak, ponieważ dioda krzemowa ma potencjał barierowy 0,7V i użycie jej szeregowo spowoduje spadek napięcia. Ponieważ ładowanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych napięciem 4,3 V idzie w parze, można je bardzo łatwo naładować tą metodą. Tylko upewnij się, że dioda jest skierowana do przodu, w przeciwnym razie nie będzie przez nią przepływał żaden prąd. Aby polaryzować diodę do przodu, podłącz jej katodę do dodatniego bieguna ładowarki, a anodę do dodatniego bieguna akumulatora. Połącz ujemny biegun ładowarki z ujemnym biegunem akumulatora.

Krok 2: Tworzenie pakietu baterii

Kiedy wszystkie baterie zostały naładowane, zacząłem je grupować. Integrując baterie, musiałem pamiętać o trzech aspektach, którymi były:

1. Wymiary pakietu akumulatorów. Gdy wszystko zostałoby zrobione, całość powinna przypominać baterię 9V (stosunek objętości baterii 9V do naszego pakietu powinien być podobny). Ponieważ większość miejsca zajmują akumulatory, należy je prawidłowo ustawić.
2. Zaciski akumulatorów powinny być odpowiednio wyrównane, aby podłączenie do nich przewodu nie było kłopotliwe i nie powinno być naprężeń w przewodach po wykonaniu okablowania.
3. Powinna mieć miejsce lub pustkę na elektronikę, tak aby konstrukcja zapewniała również wsparcie i ochronę oprócz zakwaterowania.

Używałem dziewięciu takich baterii 4V i postanowiłem je rozbić na grupę po dwie. Pierwsza grupa będzie miała sześć baterii, a druga trzy. Mniejsza grupa trzech akumulatorów będzie spoczywać na większej grupie. Większe opakowanie będzie miało kształt prostokąta i będzie stanowiło podstawę systemu, a mniejsze opakowanie będzie miało kształt litery „L” i będzie na nim spoczywać. Pustka lub luka czwartej baterii pomieści elektronikę i ją ochroni.

Do sklejenia baterii użyłem grubej taśmy dwustronnej. Ma mocny chwyt, a także zapewnia amortyzację przed zderzeniem. W tej chwili zrobię tylko dwa pakiety baterii. Połączę je ze sobą po wykonaniu części elektronicznej, ponieważ łatwiej jest pracować, gdy są rozdzielone.

Krok 3: Łączenie zacisków baterii razem

Zaciski akumulatora kwasowo-ołowiowego są również wykonane z ołowiu. Gdy są wystawione na działanie powietrza przez długi czas, metal ołowiu utlenia się i tworzy wokół siebie ochronną powłokę. Powłoka ta zapobiega dalszemu utlenianiu oraz nie pozwala na przyklejanie się lutowia do ołowiu. Czyli przed podłączeniem jakichkolwiek przewodów do zacisków musimy pozbyć się tej powłoki. Dobrym sposobem na to jest szlifowanie. Możesz użyć drobnoziarnistego papieru ściernego lub pilnika. Nie szlifuj całej powierzchni, zrób tylko tyle, aby można było do nich podłączyć przewody. Z dwoma trzema pociągnięciami pilnika na górze zacisków mogłem je łatwo przylutować.

Jak wiesz, w sumie mam 9 baterii. Przeglądając różne kombinacje, odkryłem, że najlepiej dla mnie działa połączenie trzech baterii równolegle i utworzenie grupy, a następnie połączenie tych trzech grup w szereg. Ta kombinacja daje 12 V przy 4,5 Ah, co wystarcza do mojej codziennej pracy.

Jak wspomniano powyżej, zrobiłem to samo. Połączenie 3 akumulatorów równolegle dało mi trzy pakiety akumulatorów 4V 4,5Ah, a następnie łącząc te trzy pakiety szeregowo, uzyskałem wyjście netto 12V przy 4,5Ah.

Krok 4: Dodawanie regulatora napięcia i przełącznika zasilania

Od tej chwili nasz akumulator może być używany w takim stanie, w jakim jest i będzie generował stały prąd 12 V, ale chcę, aby był bardziej elastyczny i odpowiadał również różnym poziomom napięcia. Aby to osiągnąć, dodałem do zestawu akumulatorów zmienny konwerter buck. Dzięki temu mogę teraz uzyskać napięcia takie jak 5 V i 3,3 V, które są bardzo powszechne w elektronice cyfrowej i mikrokontrolerach. Jeśli pracujesz z napięciami wyższymi niż 12V, możesz podłączyć konwerter doładowania zamiast konwertera buck i uzyskać pożądane rezultaty. Proces jest prawie taki sam, tylko upewnij się, że twój woltomierz jest przystosowany do tego króla wysokich napięć.

Używam konwertera buck LM2596, ponieważ są one dość tanie i mogą również mieć stabilne napięcie z dobrą wydajnością. Zgodnie z arkuszem danych układu scalonego może on generować prąd o natężeniu 5 amperów i może spaść nawet do 1 V, gdy jest zasilany z zasilacza 12 V. Do tego konwertera buck dodałem również przełącznik ON/OFF ogólnego przeznaczenia, ponieważ nie ma on wbudowanego przełącznika ani trybu oszczędzania energii. Jeśli zauważysz, potencjometr (zazwyczaj w kolorze niebieskim) na konwerterze buck jest bardzo mały i należy go wyregulować za pomocą śrubokręta. Aby obejść to ograniczenie, wylutowałem fabryczny potencjometr i wlutowałem nowy potencjometr średniej wielkości 10K. Teraz możemy łatwo zmieniać poziomy napięć. Poniżej znajdują się kroki okablowania:

• Podłącz ujemne wejście konwertera buck bezpośrednio do akumulatora
• Podłącz dodatnie wejście konwertera buck do styku 1 przełącznika
• Podłącz pin 2 przełącznika do +12 V akumulatora
• Przylutuj parę przewodów do zacisku wyjściowego konwertera buck i pozostaw drugi koniec bez zmian. Połączymy je później

WSKAZÓWKA: Do wylutowania potencjometru możesz użyć knota rozlutowniczego, ale jeśli go nie posiadasz, możesz go usunąć metodą nadmiernego lutowania. Stopić trochę drutu lutowniczego na zaciskach, aż lut utworzy stopione ślady. Gdy roztopiona ścieżka lutownicza jest wystarczająco gorąca, delikatnie pociągnij potencjometr od dołu. Powinno wyjść od razu. Lekko puknij w moduł, a cały nadmiar lutu odpadnie.

Krok 5: Instalacja woltomierza

Nasz zasilacz zmienny jest zainstalowany i działa idealnie. Teraz, aby zobaczyć, jakie napięcie generuje, potrzebujemy woltomierza. W tym celu możemy użyć naszego zaufanego, przyjaznego multimetru, ale do takiego zadania multimetr byłby przesadą. Ponadto większość z nas ma tylko jeden multimetr i jeśli jest on podłączony do naszego zasilacza, nie możemy go używać do innych celów. Dlatego zainstalowanie woltomierza, który zawsze może dać nam odczyt na żywo, wydaje się dobrym wyborem.

Osobiście podoba mi się ten mały woltomierz cyfrowy, którego obecnie używam. Działa na 12V i może pracować na poziomach napięć od 0V do 99V. Ma bardzo zwartą formę i daje dość dokładne odczyty. Aby podłączyć woltomierz, wykonaj następujące kroki:

• Podłącz dodatnią moc woltomierza do wejścia konwertera buck
• Podłącz ujemną moc woltomierza do ujemnego wejścia konwertera buck
• Podłącz sygnał woltomierza do dodatniego wyjścia konwertera buck
• (Opcjonalnie) Jeśli twój woltomierz ma ujemny styk sygnału lub przewód, podłącz go ujemne wyjście konwertera buck

Krok 6: Jak naładować akumulator?

Po wykonaniu projektu i używaniu go przez jakiś czas będziemy potrzebować jakiegoś źródła do ładowania rozładowanych baterii. Wyjmowanie całego zestawu i ładowanie każdego ogniwa z osobna jest naprawdę gorączkowe. Potrzebujemy ładowarki, która naładuje akumulatory zachowując cały zespół w nienaruszonym stanie. Ponieważ nasze akumulatory kwasowo-ołowiowe są elastyczne pod względem ładowania, do ładowania użyję specjalistycznej ładowarki 12V.

Kiedyś używałem tej ładowarki do ładowania mojego starego akumulatora kwasowo-ołowiowego 12 V. Jego moc wyjściowa wynosi około 14,4 V i może bardzo łatwo naładować nasz akumulator. Automatycznie wykrywa poziom naładowania i odcina zasilanie, gdy bateria jest w pełni naładowana. Ładowanie akumulatorów specjalistyczną ładowarką zapewni nam maksymalną żywotność i wydajność baterii. Ale jeśli nie masz specjalistycznej ładowarki, możesz bezpośrednio podłączyć je do zasilacza o stałym napięciu 14,4 V i naładować.

Aby uzyskać dostęp do zacisków akumulatora z zewnątrz, po prostu podłączyłem gniazdo zasilania DC do akumulatora.

• Podłącz dodatni zacisk gniazda zasilania do +12 V akumulatora
• Uziemienie gniazda zasilania do ujemnego zacisku akumulatora;

Krok 7: Pakowanie baterii razem

Elektroniczna część tego projektu jest już zakończona. Jak powiedziałem wcześniej, umieszczę mniejszą grupę baterii (3 baterie) na większej grupie baterii (6 baterii). Bezpośrednie umieszczenie baterii jeden na drugim może spowodować uszkodzenie zacisków, a tym samym całego systemu. Dlatego potrzebujemy jakiejś poduszki między nimi. W tym celu używam bawełnianego leku ogólnego przeznaczenia. Te bawełny są miękkie z natury i zapewniają doskonałą amortyzację. Możesz też umieścić cienką gąbczastą zamiast bawełny, ale nie mam żadnej z nich leżącej, więc musiałem wyjść z samej bawełny. Użyj nożyczek, aby przyciąć bawełnę w kształcie baterii i nie używaj jej w nadmiarze. Dodatkowa bawełna spłynie tylko z boków i nabierze przestrzeni, niepotrzebnie zwiększając rozmiar. Aby utrzymać ten cały zespół razem, użyłem taśmy maskującej. Możesz użyć dowolnej taśmy ogólnego przeznaczenia, o ile ma dobrą przyczepność i wytrzymałość na rozciąganie. Postaraj się umieścić tam sporą ilość taśmy. Nałóż także trochę taśmy na bawełnę, ponieważ może próbować spływać i przeciekać z boków.

Krok 8: Wykonanie obudowy zewnętrznej

Na obudowę zewnętrzną początkowo planowałem użyć płyty MDF lub sklejki. Potem przerzuciłem się na arkusze akrylowe, ponieważ znacznie łatwiej było pracować z akrylem. Później odrzuciłem wszystkie te opcje i wybrałem cienkie blachy aluminiowe. Były tanie i znacznie lepiej przypominały korpus baterii 9V niż inne.

Jakiś czas temu kupiłem ten arkusz w lokalnym sklepie z narzędziami. Chociaż nie jest całkowicie sztywny i nie może zapewnić dużej wytrzymałości strukturalnej, z pewnością zadziała w naszym przypadku, ponieważ same baterie mają wystarczająco dobrą wytrzymałość strukturalną, aby utrzymać całą konstrukcję razem.

Zacząłem od wykonania projektu CAD obudowy i narysowałem go na blasze za pomocą linijki i markera. Możesz to zrobić łatwiej, drukując projekt szablonu. Za pomocą nożyc do metalu usunąłem wymaganą część z blachy. Zlokalizowałem punkty, w których arkusz miał być zgięty i usunąłem małe trójkąty równoboczne z krańców tych punktów. Te trójkątne puste przestrzenie pomogą nam w łatwym zginaniu metalu.

Aby zagiąć arkusz, wsunąłem go pod dużą płytę MDF i wpatrując się w krawędź gięcia, dociskałem ręką. Możesz również użyć kawałka drewna lub młotka, aby wywrzeć nacisk. Do połączenia dwóch końców użyłem podwójnego szwu. Jeśli nie wiesz, co to jest połączenie na rąbek i jak go wykonać, polecam odwiedzić youtube i obejrzeć kilka filmów. Jest to dość łatwe do wykonania i bardzo powszechny proces łączenia. Do wykonania tego połączenia używane są trzy 10mm segmenty na końcach szablonu. Po wykonaniu połączenia zabezpieczyłem je superklejem. Lutowanie można również wykonać w celu zabezpieczenia złącza, ale nie miałem lutu aluminiowego, więc musiałem to zrobić superglue.

Krok 9: Wykonanie zacisków i podstawy obudowy

W przypadku boków blacha aluminiowa działała dobrze, ale w przypadku podstawy nie były w stanie utrzymać ciężaru akumulatorów. Potrzebowałem czegoś mocnego i twardego na podstawę, więc użyłem płyty MDF o grubości 4 mm. Wystarczająco trudno było utrzymać wszystkie baterie i nawet się nie uginał. Usunąłem dwa kawałki z płyty MDF, jeden na górze, a drugi na dole. Wymiary elementów były takie same jak w przypadku zewnętrznej obudowy, czyli 102mm X 50MM.

Na górnej płycie MDF wywierciłem otwory na przewody wyjściowe konwertera buck, potencjometru i przełącznika. Użyłem kombinacji wiertarki i narzędzia Dremel do wykonania doskonałych otworów. Pod woltomierz i gniazdo zasilania DC wykonałem otwory w aluminiowej obudowie. W przypadku przełącznika umieściłem go wewnątrz dodatniego zacisku zasilania, ponieważ idealnie tam pasował.

Do wykonania końcówek dużego akumulatora użyłem tej samej blachy aluminiowej, której użyłem do wykonania zewnętrznej obudowy. Aluminium będące metalem przewodzącym może przepuszczać prąd, dlatego możemy używać naszych terminali prezentacyjnych jako rzeczywistych terminali wyjściowych i przekazywać przez nie moc.

• Aby wykonać dodatni zacisk, po prostu zwinąłem cienki pasek w okrąg, a następnie za pomocą superkleju połączyłem oba końce. Podwinąłem też brzegi górnej strony zacisków, żeby się tępiły i nie skaleczyły naszej skóry.
• Dla bieguna ujemnego wykonałem dwa koncentryczne okręgi na aluminiowej blasze o promieniu zewnętrznego koła dwa razy większego niż wewnętrzny. Następnie wykonałem trzy średnice, każda pod kątem 120 stopni względem drugiej. Z punktów, w których dimeter przecina wewnętrzny okrąg, rzutowałem proste linie na zewnętrzny okrąg. Robienie tego dało mi strukturę podobną do gwiazdy. Usunąłem tę gwiaździstą strukturę z głównego arkusza i wygiąłem jej ramiona prostopadle do podstawy. Tak zrobiłem ujemny zacisk.

Krok 10: Malowanie

Do tej pory bateria zaczęła nabierać kształtu, ale wyglądała trochę nudno i niedokończona. Postanowiłem nadać mu kilka warstw koloru, aby wydobyć obraz i podobieństwo. Miałem starą baterię 9V, której użyłem w celach informacyjnych. Za pomocą markera narysowałem niezbędne przegrody na obudowie i pomalowałem korpus farbami w sprayu. Ponieważ miniaturowa bateria, którą posiadam, jest najczęściej używana w moim kraju, w moim projekcie użyłem dokładnie tej samej kombinacji kolorów: czerwonego, białego i niebieskiego. Do górnych i dolnych kawałków MDF użyłem tylko czarnej farby. Po wyschnięciu koloru narysowałem kilka szczegółów i tekstu, aby wyglądał bardziej realistycznie.

Krok 11: Podsumowanie projektu

Wszystko jest już zrobione, wystarczy to poskładać. Zacząłem od nałożenia zewnętrznej obudowy na elektronikę. Następnie przykleiłem na gorąco woltomierz i gniazdo zasilania DC do aluminiowej obudowy. Najpierw odłączyłem przełącznik od elektroniki, przykleiłem go na gorąco na płycie MDF i ponownie podłączyłem do konwertera buck.

Pamiętasz te przewody wyjściowe, które zostawiliśmy niepodłączone, weź je i podłącz do zacisków, które zrobiliśmy kilka minut temu. Nałóż trochę gorącego kleju na zaciski i przyklej je do płyty MDF. Złóż wszystko razem i zamknij metalowe wieczka zewnętrznej obudowy.

Hej, projekt jest już zakończony. Dzięki za pozostanie tak długo i poświęcenie czasu na ten projekt. Mam nadzieje ze ci się podobało. Polub i zasubskrybuj mój kanał YouTube, a także subskrybuj mnie na instruktażach, aby nigdy nie przegapić żadnego wykonanego przeze mnie projektu.