Listrik L585 585Wh AC DC Fuente de alimentación portátil: 17 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Para mi primer Instructable, les mostraré cómo hice esta fuente de alimentación portátil. Hay muchos términos para este tipo de dispositivo, como banco de energía, estación de energía, generador solar y muchos otros, pero prefiero el nombre "Fuente de alimentación portátil Listrik L585".

El Listrik L585 tiene una batería de litio incorporada de 585Wh (6S 22.2V 26, 364mAh, probada) que realmente puede durar. También es bastante ligero para la capacidad dada. Si desea compararlo con el banco de energía típico de un cliente, puede hacerlo fácilmente dividiendo la clasificación de mAh por 1000 y luego multiplíquela por 3.7. Por ejemplo, el PowerHouse (uno de los bancos de energía de consumo más grandes y conocidos) tiene una capacidad de 120, 000 mAh. Ahora, hagamos los cálculos. 120, 000/1, 000 * 3,7 = 444 Wh. 444Wh VS 585Wh. Fácil, ¿no es así?

Todo está empaquetado dentro de este bonito maletín de aluminio. De esta manera, el Listrik L585 se puede transportar fácilmente y la cubierta superior protegerá los instrumentos sensibles en el interior mientras no se utilicen. Tuve esta idea después de ver a alguien construir un generador solar usando una caja de herramientas, pero la caja de herramientas no se ve tan bien, ¿verdad? Así que lo subí un poco con el maletín de aluminio y se ve mucho mejor.

El Listrik L585 tiene múltiples salidas que pueden cubrir casi todos los dispositivos electrónicos de consumo.

La primera es la salida de CA, que es compatible con casi el 90% de los dispositivos de red por debajo de 300 W, no todos debido a la salida no sinusoidal, pero puede solucionarlo utilizando un inversor de onda sinusoidal pura, que es mucho más caro que el estándar modificado. inversor de onda sinusoidal que utilicé aquí. Por lo general, también son más grandes.

La segunda salida es la salida USB. Hay 8 puertos USB, lo cual es un poco exagerado. Un par de ellos pueden entregar una corriente máxima de 3A continua. La rectificación sincrónica lo hace muy eficiente.

El tercero es E / S auxiliar. Se puede utilizar para cargar o descargar la batería interna a una velocidad máxima de 15A (300W +) continua y 25A (500W +) instantánea. No tiene ninguna regulación, básicamente solo voltaje de batería, pero tiene múltiples protecciones que incluyen cortocircuito, sobrecorriente, sobrecarga y sobredescarga.

El último y mi favorito es la salida de CC ajustable, que puede generar 0-32V, 0-5A en todos los rangos de voltaje. Puede alimentar una amplia variedad de dispositivos de CC, como una computadora portátil típica con salida de 19 V, un enrutador de Internet a 12 V y mucho más. Esta salida de CC ajustable elimina la necesidad de utilizar una fuente de alimentación de CA a CC, que por cierto empeorará la eficiencia porque todo el sistema convierte CC a CA y luego a CC nuevamente. También se puede utilizar como fuente de alimentación de banco con voltaje constante y función de corriente constante, lo cual es muy útil para personas como yo que a menudo trabajan con electrónica.

Paso 1: los materiales y las herramientas

Materiales principales:

* Maletín de aluminio 1X DJI Spark

* Celdas de litio prismáticas de 60X 80 * 57 * 4.7 mm (puede sustituirlas por 18650 más comunes, pero encontré que esta celda tiene el factor de forma y la dimensión perfectos)

* 1 inversor de 300 W 24 V CC a CA

* Fuente de alimentación programable 1X DPH3205

* 2 convertidores USB buck de 4 puertos

* Comprobador de batería 1X Cellmeter 8

* 1X 6S 15A BMS

* Conector de equilibrio 1X 6S

* 12 tornillos M4 de 10 mm

* Tuercas 12X M4

* 6 soportes de acero inoxidable

* Interruptor de palanca unipolar 1X 6A

* Interruptor de palanca bipolar 1X 6A

* 1 interruptor de palanca de un solo polo de 15 A

* Soporte LED de acero inoxidable 4X 3 mm

* 4 conectores XT60 hembra

* 4 espaciadores de latón M3 de 20 mm

* 4 tornillos de máquina M3 de 30 mm

* 2 tornillos de máquina M3 de 8 mm

* Tuercas 6X M3

* 1 terminal de 25 A de 3 pines

* 4 espadas de cable de 4,5 mm

* Panel de instrumentos de 3 mm de corte personalizado

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Consumibles:

* Termoencogibles

* Soldar

* Flujo

* Alambre de cobre sólido de 2,5 mm

* Cinta de doble cara de alta resistencia (obtenga la de mayor calidad)

* Cinta fina de doble cara

* Cinta Kapton

* Epoxi

* Pintura negra

* Cable 26 AWG para indicadores LED

* Cable trenzado plateado de 20 AWG para cableado de baja corriente

* Cable trenzado plateado de 16 AWG para cableado de alta corriente (se prefiere un AWG más bajo. El mío tiene una clasificación de cableado de chasis continuo de 17 A, apenas lo suficiente)

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Instrumentos:

* Soldador

* Alicates

* Destornillador

* Tijeras

* Cuchillo de hobby

* Pinza

* Taladro

Paso 2: el esquema

El esquema debe explicarse por sí mismo. Perdón por el dibujo pobre, pero debería ser más que suficiente.

Paso 3: el panel de instrumentos

Primero diseñé el panel de instrumentos. Puede descargar el archivo PDF de forma gratuita. El material puede ser madera, lámina de aluminio, acrílico o cualquier cosa con propiedades similares. Usé acrílico en este "caso". El grosor debe ser de 3 mm. Puede cortarlo con CNC, o simplemente imprimirlo en papel con escala 1: 1 y cortarlo manualmente.

Paso 4: la carcasa (pintura y soportes de montaje)

Para el caso, utilicé un maletín de aluminio para DJI Spark, tiene la dimensión justa. Venía con una cosa de espuma para sujetar el avión, así que lo saqué y pinté la parte interior de negro. Perforé 6 orificios de 4 mm de acuerdo con la distancia del orificio en mi panel de instrumentos de corte personalizado e instalé los soportes allí. Luego pegué tuercas M4 en cada soporte para poder atornillar los pernos desde el exterior sin sujetar las tuercas.

Paso 5: El paquete de baterías, parte 1 (prueba de celdas y creación de grupos)

Para el paquete de baterías, utilicé celdas de litio prismáticas LG rechazadas que obtuve por menos de $ 1 cada una. La razón por la que son tan baratos es porque se han fundido un fusible y se han etiquetado como defectuosos. Quité los fusibles y están como nuevos. Puede que sea un poco inseguro, pero por menos de un dólar cada uno, no puedo quejarme. Después de todo, usaré un sistema de administración de batería para las protecciones. Si va a usar celdas usadas o desconocidas, tengo un buen Instructables sobre cómo probar y clasificar las celdas de litio usadas aquí: (PRÓXIMAMENTE).

He visto a mucha gente usar baterías de plomo-ácido para este tipo de dispositivo. Claro que es fácil trabajar con ellos y son baratos, pero usar baterías de plomo-ácido para aplicaciones portátiles es un gran no-no para mí. ¡Un equivalente de plomo-ácido pesa alrededor de 15 kilogramos! Eso es un 500% más pesado que el paquete de baterías que hice (3 kilogramos). ¿Debo recordarte que también será mayor en volumen?

Compré 100 de ellos y los probé uno por uno. Tengo la hoja de cálculo del resultado de la prueba. Lo filtré, lo clasifiqué y terminé con las mejores 60 celdas. Los divido en partes iguales por la capacidad para que cada grupo tenga una capacidad similar. De esta forma, la batería estará equilibrada.

He visto a mucha gente construir su paquete de baterías sin más pruebas en cada celda, lo cual creo que es obligatorio si va a hacer un paquete de baterías con celdas desconocidas.

La prueba mostró que la capacidad de descarga promedio de cada celda es de 2636 mAh a una corriente de descarga de 1,5 A. Con una corriente más baja, la capacidad será mayor debido a una menor pérdida de energía. Logré obtener 2700mAh + a una corriente de descarga de 0.8A. Obtendré un 20% más de capacidad adicional si cargo la celda a 4,35 V / celda (la celda permite un voltaje de carga de 4,35 V) pero el BMS no lo permite. Además, cargar la celda a 4,2 V prolongará su vida útil.

De vuelta a la instrucción. Primero, uní 10 celdas usando una cinta delgada de doble cara. Luego, lo reforcé con cinta kapton. Recuerde tener mucho cuidado cuando se trata de baterías de litio. Estas celdas de litio prismáticas tienen partes positivas y negativas extremadamente cercanas, por lo que es fácil acortar una.

Paso 6: El paquete de baterías, parte 2 (unirse a los grupos)

Una vez que termine de hacer los grupos, el siguiente paso es unirlos. Para unirlos, utilicé cinta fina de doble cara y la reforcé con cinta kapton nuevamente. Muy importante, asegúrese de que los grupos estén aislados unos de otros. De lo contrario, obtendrá un cortocircuito muy desagradable cuando los suelde en serie. El cuerpo de la celda prismática está referenciado al cátodo de la batería y viceversa para 18650 celdas. Por favor tenga esto en cuenta.

Paso 7: el paquete de baterías, parte 3 (soldadura y acabado)

Esta es la parte más difícil y peligrosa, soldar las celdas juntas. Necesitará un soldador de al menos 100 W para soldar fácilmente. El mío era de 60 W y fue un PITA total para soldar. No olvides el flujo, una tonelada de flujo. Realmente ayuda.

** ¡Tenga mucho cuidado en este paso! La batería de litio de alta capacidad no es algo con lo que quieras ser torpe. **

Primero, corto mi alambre de cobre sólido de 2.5 mm a la longitud deseada y luego quito el aislamiento. Luego, soldé el cable de cobre a la pestaña de la celda. Haga esto lo suficientemente lento para que la soldadura fluya, pero lo suficientemente rápido para evitar la acumulación de calor. Realmente requiere habilidad. Recomiendo practicar en otra cosa antes de intentarlo con algo real. Deje que el paquete de baterías se enfríe después de varios minutos de soldadura porque el calor no es bueno para ningún tipo de batería, especialmente para la batería de litio.

Para el acabado, pegué el BMS con 3 capas de cintas de espuma de doble cara y cableé todo de acuerdo con el esquema. Soldé palas de cable en la salida de la batería e inmediatamente instalé esas palas en el terminal de alimentación principal para evitar que las palas se toquen entre sí y provoquen un cortocircuito.

Recuerde soldar un cable del lado negativo del conector de equilibrio y un cable del lado negativo del BMS. Necesitamos abrir este circuito para desactivar el Cellmeter 8 (indicador de batería) para que no se encienda para siempre. El otro extremo va más tarde a un polo de un interruptor.

Paso 8: El paquete de baterías, parte 4 (instalación)

Para la instalación, utilicé cinta de doble cara. Recomiendo usar cinta adhesiva de doble cara resistente y de alta calidad para este estuche porque la batería es bastante pesada. Usé cinta de doble cara 3M VHB. Hasta ahora, la cinta sostiene muy bien la batería. No hay problema en lo absoluto.

La batería encaja muy bien allí, una de las razones por las que elegí esta celda de litio prismática en lugar de la celda de litio cilíndrica. El espacio de aire alrededor del paquete de baterías es muy importante para la disipación del calor.

Sobre la disipación de calor, no me preocupa demasiado. Para cargar, usaré mi IMAX B6 Mini que solo puede entregar 60W. Eso no es nada comparado con la batería de 585 Wh. La carga tardó más de 10 horas, tan lento que no se genera calor. La carga lenta también es buena para cualquier tipo de batería. Para la descarga, la corriente máxima que puedo extraer del paquete de baterías está muy por debajo de la tasa de descarga de 1C (26A) a solo 15A continuos, 25A instantáneos. Mi paquete de baterías tiene una resistencia interna de alrededor de 33 mOhm. La ecuación de potencia disipada es I ^ 2 * R. 15 * 15 * 0.033 = 7.4W de potencia perdida como calor a una corriente de descarga de 15A. Para algo tan grande, eso no es gran cosa. La prueba del mundo real muestra que a alta carga, la temperatura del paquete de baterías se eleva a alrededor de 45-48 grados Celsius. No es realmente una temperatura agradable para la batería de litio, pero aún está dentro del rango de temperatura de trabajo (60º como máximo)

Paso 9: La parte 1 del inversor (desmontaje e instalación del disipador de calor)

Para el inversor, lo saqué de la caja para que quepa dentro del maletín de aluminio e instalé un par de disipadores de calor que obtuve de una fuente de alimentación de computadora rota. También tomé el ventilador de enfriamiento, la toma de CA y el interruptor para usarlos más tarde.

El inversor funciona hasta 19 V antes de que se active la protección contra subtensión. Eso es suficiente.

Una cosa inusual es que la etiqueta dice claramente 500W, mientras que la serigrafía en la PCB dice que es 300W. Además, este inversor tiene una protección de polaridad inversa real, a diferencia de la mayoría de los inversores que utilizan un dispositivo tonto de diodo + fusible para la protección de polaridad inversa. Agradable, pero no muy útil en este caso.

Paso 10: el inversor (instalación y montaje)

Primero, extendí la potencia de entrada, los indicadores LED, el interruptor y el cable de la toma de CA para que sean lo suficientemente largos. Luego, instalé el inversor en la caja usando cinta de doble cara. Soldé espadas de cable en el otro extremo de los cables de entrada de energía y las conecté al terminal principal. Monté los indicadores LED, el ventilador y la toma de CA en el panel de instrumentos.

Descubrí que el inversor tiene una corriente de reposo cero (<1 mA) cuando está conectado a la fuente de alimentación pero está desactivado, así que decidí conectar el cable de alimentación del inversor directamente sin ningún interruptor. De esta manera, no necesito un interruptor voluminoso de alta corriente y menos energía desperdiciada en el cable y el interruptor.

Paso 11: el módulo USB (instalación y cableado)

Primero, extendí los indicadores LED en ambos módulos. Luego, apilé los módulos con los espaciadores de latón M3 de 20 mm. Soldé los cables de alimentación de acuerdo con el esquema y puse todo el conjunto en el panel de instrumentos y lo até con bridas. Soldé los 2 cables de la batería que mencioné anteriormente al otro polo del interruptor.

Paso 12: Módulo DPH3205 Parte 1 (Instalación y cableado de entrada)

Perforé 2 orificios de 3 mm a través de la placa inferior en diagonal y luego instalé el módulo DPH3205 con tornillos M3 de 8 mm que atraviesan esos orificios. Cableé la entrada con cables gruesos de 16 AWG. Lo negativo va directo al módulo. El positivo va primero a un interruptor y luego al módulo. Soldé espadas de cable en el otro extremo que se conectará al terminal principal.

Paso 13: Módulo DPH3205 Parte 2 (Montaje de la pantalla y cableado de salida)

Monté la pantalla en el panel frontal y conecté los cables. Luego, monté los conectores XT60 en el panel de instrumentos usando epoxi de dos partes y conecté esos conectores en paralelo. Luego, el cable va a la salida del módulo.

Paso 14: E / S auxiliar (montaje y cableado)

Monté 2 conectores XT60 con epoxi de 2 partes y soldé los conectores en paralelo con cables gruesos de 16 AWG. Soldé espadas de cable en el otro extremo que van al terminal principal. El cable del módulo USB también va aquí.

Paso 15: QC (inspección rápida)

Asegúrese de que no haya ruidos en el interior. Los elementos conductores no deseados pueden provocar un cortocircuito.

Paso 16: acabado y prueba

Cerré la tapa, atornillé los pernos y ¡listo! Probé todas las funciones y todo funciona como esperaba. Definitivamente muy útil para mi. Me costó un poco más de $ 150 (solo material, sin incluir fallas), lo cual es muy barato para algo como esto. El proceso de ensamblaje tomó alrededor de 10 horas, pero la planificación y la investigación tomaron alrededor de 3 meses.

Aunque he investigado bastante antes de construir mi fuente de alimentación, mi fuente de alimentación todavía tiene muchos defectos. No estoy realmente satisfecho con el resultado. En el futuro, construiré Listrik V2.0 con muchas mejoras. No quiero estropear todo el plan, pero aquí hay algo de él:

1. Cambiar a 18650 celdas de alta capacidad
2. Capacidad ligeramente mayor
3. Potencia de salida mucho mayor
4. Funciones de seguridad mucho mejores
5. Cargador MPPT interno
6. Mejor selección de material
7. Automatización Arduino
8. Indicador de parámetro dedicado (capacidad de la batería, consumo de energía, temperatura, etc.)
9. Salida de CC controlada por la aplicación y muchas otras que no te diré por ahora;-)

Paso 17: actualizaciones

Actualización n. ° 1: agregué un interruptor de anulación manual para el ventilador de enfriamiento para poder encenderlo manualmente si quiero usar la fuente de alimentación a plena carga para que las partes internas se mantengan frías.

Actualización n. ° 2: El BMS se incendió, así que rehago todo el sistema de batería con uno mejor. El nuevo cuenta con una configuración 7S8P en lugar de 6S10P. Un poco menos de capacidad pero mejor disipación de calor. Cada grupo está ahora espaciado para mayor seguridad y enfriamiento. Voltaje de carga de 4.1V / celda en lugar de 4.2V / celda para una mejor longevidad.