Power Stacker: ระบบแบตเตอรี่ชาร์จ USB แบบวางซ้อนได้: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

กรุณาคลิกด้านล่างเพื่อเยี่ยมชมหน้าโครงการ Hackaday ของเรา

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

Power Stacker เป็นชุดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จ USB แบบพกพาแบบแยกส่วนได้ วางซ้อนกันสำหรับโครงการที่ต้องการพลังงาน หรือแยกสำหรับโครงการขนาดเล็กด้วยระบบโมดูลาร์นี้ ไฟล์ Gerber, BOM และ. STL มีให้ที่ด้านล่าง

Power Stacker ทำในสิ่งที่แบตเตอรี่ชาร์จ USB อื่นๆ ล้มเหลว นั่นคือความสามารถในการรวมเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มความจุของแบตเตอรี่หรือแยกเป็นแบตเตอรี่ขนาดเล็กจำนวนมากสำหรับโครงการขนาดเล็ก คุณสามารถใช้แบตเตอรี่ Power Stacker ตัวเดียวกันได้หลายปีในหลาย ๆ แอพพลิเคชั่น!

คุณสมบัติพิเศษอีกอย่างหนึ่งของ Power Stacker คือ แบตเตอรี่แต่ละก้อนจะมีตัวควบคุมการชาร์จของตัวเอง ซึ่งรับประกันความสมดุลของเซลล์อย่างแท้จริง และทำให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่แต่ละก้อนถูกชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องแบบเรียลไทม์แม้ในขณะที่กำลังชาร์จและ/หรือกำลังคายประจุ

หลังจากเปิดตัวโครงการ Kickstarter ที่ประสบความสำเร็จที่ชื่อว่า Solderdoodle Pro ฉันก็พบว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบเดียวกับที่ใช้ในการหลอมบัดกรีสามารถนำมาใช้ในการแก้ปัญหาในการพยายามหาแบตเตอรี่ที่เหมาะสมและต้องซื้อแบตเตอรี่ใหม่อย่างต่อเนื่องสำหรับทุกโครงการใหม่ เมื่อรวมกับความรู้เกี่ยวกับการพิมพ์ 3 มิติ ฉันได้สร้างเคสสำหรับแบตเตอรี่ที่สามารถพิมพ์ ดัดแปลง และแบ่งปันได้!

Power stacker ยังเข้ากันได้กับตัวแปลง Open Source DC-DC เช่น Power Boost 1000 ของ Adafruit

กองแบตเตอรี่ทำงานอย่างไร

ไดโอดแรงดันไฟต่ำ/กระแสไฟสูงบนบอร์ดควบคุมการประจุถูกติดตั้งไว้ที่อินพุตและเอาต์พุตของวงจร ซึ่งป้องกันการพูดคุยข้ามระหว่างแหล่งพลังงานหลายแหล่งและระหว่างเอาต์พุตของตัวควบคุมการชาร์จ สิ่งนี้ทำให้การเชื่อมต่อระหว่างพินอินพุตและเอาต์พุตของบอร์ดควบคุมการชาร์จแต่ละอันกลายเป็นบัสบาร์ทำให้แรงดันไฟฟ้ายังคงเท่าเดิมและกระแสจะทวีคูณ แบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในสแต็กจะคายประจุได้มากที่สุดจนกว่าแบตเตอรี่อื่นๆ จะเข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าเท่ากัน และจะเริ่มคายประจุในอัตราเดียวกันเช่นกัน ซึ่งจะทวีคูณเอาท์พุตกระแสไฟของก้อนแบตเตอรี่

Power Stacker Specs: * เวลาในการชาร์จจนเต็ม: @5 วัตต์ 3350mAh: 3 ชั่วโมง | @8 วัตต์ 13400mAh: 7 ชั่วโมง

* ความจุ: 3350mAh, 6700mAh หรือ 13400mAh / 3.6V

* ประเภท: Panasonic NCR18650B ลิเธียมไอออน

* อินพุต - ปัจจุบัน: 450 ถึง 2600mA | แรงดันไฟฟ้า: 5 ถึง 6 โวลต์

* จำนวนพอร์ต USB: 1 (ขึ้นอยู่กับจำนวนโมดูลอะแดปเตอร์ 5V)

* เอาต์พุต - หัวต่อหญิงและชายสไตล์ Arduino มาตรฐาน

* เอาต์พุต - ปัจจุบัน: สูงถึง 2000mA | แรงดันไฟฟ้า: 3.6 โวลต์โดยตรงหรือ 5 โวลต์พร้อมโมดูลตัวแปลง DC-DC

* วัสดุเคส: วัสดุพิมพ์ 3 มิติ

* อายุการใช้งานแบตเตอรี่ภายใต้การใช้งานทั่วไป: 5 ปี * แบตเตอรี่แบบเปลี่ยนได้

* ให้การชาร์จ iPhone สูงสุด 320% หรือ Galaxy S5 Charge 160% ด้วยสองเซลล์ 6700mAh

* เข้ากันได้กับ Arduino, iPhone, Android, Windows Phone และอื่น ๆ ที่มีโมดูลตัวแปลง DC-DC 5 โวลต์

*คำเตือน: โปรดใช้ความระมัดระวังในการจัดการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากแบตเตอรี่ลัดวงจรอาจทำให้เกิดการไหม้ได้ สวมแว่นตานิรภัยเสมอ โปรดใช้ส่วนประกอบแบตเตอรี่และวงจรที่แนะนำเนื่องจากกระแสการชาร์จแบตเตอรี่สูงสุด 2000mA ที่สูงกว่าที่เกี่ยวข้อง ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติอาจบิดเบี้ยวภายใต้อุณหภูมิสูง

การปฏิบัติตาม FCC: ไม่จำเป็น เนื่องจากความถี่ของวงจรต่ำกว่า 1.7MHz

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ เครื่องมือ และไฟล์ที่จำเป็น

นี่คือรายการวัสดุ เครื่องมือ และไฟล์ที่จำเป็น

วัสดุ:

คำอธิบายจำนวน

1 วงจรควบคุมการชาร์จลิเธียมไอออน (แผนผัง, ไฟล์ Gerber ฯลฯ สามารถดาวน์โหลดได้จากหน้าก่อน ส่วนประกอบ IC หลักคือตัวควบคุมการชาร์จ Maxim MAX8903G)

1 NCR18650B 3350mAh แบตเตอรีลิเธียมไอออน Panasonic ที่ไม่มีการป้องกัน www.ebay.com (หากจำเป็นต้องเสียค่าใช้จ่ายน้อยกว่า ให้ลองใช้แบตเตอรี่ Panasonic NCR18650A ที่มีความจุน้อยกว่า 3070mAh เล็กน้อย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีการป้องกันและตรวจสอบหมายเลขชิ้นส่วนของแบตเตอรี่อย่างระมัดระวัง แบตเตอรี่ที่มีการป้องกันมีความยาวเพิ่มขึ้น มีวงจรในตัวซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน อ้างอิง https://industrial.panasonic.com/www-cgi/jvcr13pz.cgi?E+BA+3+ACI4002+NCR-18650B+7+EUยี่ห้ออื่นของแบตเตอรี่ ไม่แนะนำเพราะตัวควบคุมการประจุกระแสของแบตเตอรี่สามารถสูงถึง 2000mA และเคมีของ Panasonic NCR18650 ก็สามารถจัดการได้ หากคุณต้องการใช้ยี่ห้ออื่นตรวจสอบให้แน่ใจว่าตรงตามข้อกำหนดคุณสมบัติเคมีและสามารถรองรับได้ถึง กระแสไฟชาร์จ 2 แอมป์ การใช้แบตเตอรี่ที่ไม่ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้อาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายได้)

2 ขั้วต่อ Hirose 2-pin DF3-2S-2C

2 Hirose Socket 24-28 AWG หมุดย้ำ DF3-2428SCC

เทป Kapton แบบกว้าง 1 1" https://www.mcmaster.com/#7648a715/=qu58072 แผ่นเทป Kapton ขนาด 1"

1 1" เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อหดด้วยความร้อน 2.7" ยาว2 1/16" ชิ้นส่วนของท่อหดด้วยความร้อน 1.0" ยาว ลวดบัดกรี 1 ม้วน 1 กล่องพิมพ์ 3 มิติ (ไฟล์มีอยู่ในหน้าก่อนหน้า)

1 2X4 ส่วนหัวตัวเมีย

1 ตัวแปลง DC-DC 5 โวลต์

1 โปรโตบอร์ด

1 1X2 ส่วนหัวของตัวเมีย

1 แถบคาดศีรษะชาย

ความยาวต่างๆ 26 AWG Standard Red and Black Stranded 4 Amp Max Wire Listed Below: https://www.mcmaster.com/#catalog/119/798/=qu7rf61 6.10 Black Wire.06 strip one end.20 strip the other end

1 8.00 สายสีแดง.06 แถบด้านหนึ่ง.20 แถบอีกด้านหนึ่ง

เครื่องมือ:คำอธิบายจำนวน

1 ตัวติดตั้งแบตเตอรี่ Power Core

1 คีมปอกสายไฟ 24-26 ช่วงเกจ

1 Wire Crimper ช่วงเกจ 20-24 เกจ

1 ตลับเมตร

1 หัวแร้ง

1 ปืนความร้อน

1 กรรไกร

ขั้นตอนที่ 2: การประกอบแบตเตอรี่

ใส่แบตเตอรี่ NCR18650B ลงในชุดติดตั้งแบตเตอรี่โดยให้ด้านบวกหงายขึ้น ฟิกซ์เจอร์จะจัดแนวสายสีแดงและสีดำในขณะที่คุณประสาน อย่าสัมผัสหัวแร้งกับฟิกซ์เจอร์เพราะอาจละลายได้ คุณอาจบัดกรีแบตเตอรี่ได้โดยไม่ต้องใช้ฟิกซ์เจอร์ แต่มันยากกว่ามากและคุณยังต้องการบางสิ่งเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ตกลงมา ฟิกซ์เจอร์นี้สามารถใช้กับโครงการแบตเตอรี่อื่นๆ ได้เช่นกัน

วางปลายสายสีแดงยาวที่ลอกออก.20" ลงในร่องที่มีข้อความกำกับว่า +สีแดง แล้วบัดกรีสายสีแดงเข้ากับแบตเตอรี่ พยายามประสานกับแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วเพราะความร้อนที่มากเกินไปของแบตเตอรี่อาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายได้ หากมีการเชื่อมใดๆ ยื่นออกมา รีดให้เรียบด้วยหัวแร้ง หลังจากบัดกรีแล้ว ให้เอียงอุปกรณ์แล้วดันแบตเตอรี่ออกจากด้านล่างด้วยนิ้วของคุณ พลิกแบตเตอรี่กลับด้านแล้วใส่แบตเตอรี่ลงในตัวยึดด้วยลวดสีแดงในราง +RED และด้านลบของแบตเตอรี่หงายขึ้น จีบปลายสายสีแดงด้วย Hirose Pin แล้วเสียบพินเข้ากับพอร์ต 1 ของขั้วต่อ Hirose 2-Pin คุณต้องการต่อขั้วต่อที่จุดนี้เพราะเป็นอันตราย เพื่อปล่อยปลายสายแบตเตอรี่ที่ห้อยต่องแต่งไว้และอาจทำให้เกิดการลัดวงจรหรือไหม้ได้หากสัมผัสกับปลายด้านลบของแบตเตอรี่ วางปลายสายยาวสีดำขนาด.20 "ลงในร่องที่มีข้อความว่า -BLK แล้วประสาน สายสีดำเข้าแบตเตอรี่ ขั้วลบของแบตเตอรี่นี้มักจะต้องใช้ความร้อนมากขึ้นในการบัดกรี เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสัมผัสกับมวลของแบตเตอรี่มากกว่า แต่พยายามบัดกรีอย่างรวดเร็ว หากมีเนื้อบัดกรีโผล่ออกมา ให้เรียบด้วยหัวแร้ง หลังจากบัดกรีแล้ว ให้ขันปลายสายสีดำด้วย Hirose Pin แล้วเสียบพินเข้ากับพอร์ต 2 ของขั้วต่อ Hirose 2-Pin เอียงอุปกรณ์และดันแบตเตอรี่ออกจากด้านล่างด้วยนิ้วของคุณ งอลวดสีดำตรงลงไปที่ขอบด้านลบของแบตเตอรี่ และนำลวดสีแดงไปพันรอบด้านข้างของแบตเตอรี่ ผลกระทบควรเป็นว่าสายสีแดงที่ลงมาจากขั้วบวกของแบตเตอรี่อยู่ห่างจากจุดที่สายสีดำและสีแดงมาบรรจบกัน 120º รูปทรงของเส้นลวดนี้ช่วยให้สายบวกและสายลบออกมาจากด้านเดียวกันและให้ความพอดีพอดี พันเทป Kapton กว้าง 1 นิ้วหนึ่งรอบตรงกลางแบตเตอรี่เพื่อยึดสายไฟ วางแผ่นเทป Kapton ขนาด 1 นิ้วที่ปลายแต่ละด้านของแบตเตอรี่แล้วพับขอบด้านข้างของแบตเตอรี่ จากนั้นเลื่อนท่อหดแบบใช้ความร้อนขนาด 1" ไปเหนือแบตเตอรี่โดยให้ท่อล้างด้วยปลายขั้วบวกของแบตเตอรี่ ระยะหย่อนของท่อทั้งหมดควรยื่นออกมาที่ปลายขั้วลบ ตอนนี้ใช้ปืนความร้อนเพื่อลดขนาดท่อเพื่อให้การประกอบแบตเตอรี่เสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบ Power Stacker

สำหรับการตั้งค่าเซลล์เดียว เพียงแค่บัดกรี 2X4 Female Header เข้ากับบอร์ดควบคุมการชาร์จ ต่อแบตเตอรี่ จากนั้นบัดกรีหมุดส่วนหัวของตัวผู้เข้ากับบอร์ด DC-DC 5 โวลต์ และเชื่อมต่อกับบอร์ดควบคุมการชาร์จ

สำหรับการติดตั้งแบบหลายเซลล์ ให้ประสานส่วนหัวของตัวผู้เข้ากับโปรโตบอร์ดในการกำหนดค่าเดียวกันกับหมุดของตัวควบคุมการชาร์จ และบัดกรีส่วนหัวของตัวเมีย 1X2 เข้ากับบอร์ด

ที่ด้านหลังของโปรโตบอร์ด ประสานพินทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับพอร์ต SYS OUT จากบอร์ดควบคุมการชาร์จ บัดกรีพินทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับพอร์ต GND จากบอร์ดควบคุมการชาร์จ และบัดกรีพินทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับพอร์ต IN6V จาก บอร์ดควบคุมการชาร์จ จากนั้นประสาน SYS OUT เข้ากับหมุดส่วนหัวของตัวเมียบนโปรโตบอร์ด และประสาน GND เข้ากับหมุดส่วนหัวของตัวเมียอีกตัวบนโปรโตบอร์ด

เลื่อนโปรโตบอร์ดเข้าไปในช่องเสียบบนเคสที่พิมพ์ 3 มิติ จากนั้นใส่แบตเตอรี่ บอร์ดควบคุมการชาร์จ และคอนเวอร์เตอร์ DC-DC 5 โวลต์เข้ากับโปรโตบอร์ด

ขั้นตอนที่ 4: แอปพลิเคชัน

คุณเพียงแค่เชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับบอร์ดควบคุมการชาร์จ ต่อตัวแปลง DC-DC 5 โวลต์ และชาร์จอุปกรณ์ USB ของคุณ

เชื่อมต่อสายชาร์จ micro USB เพื่อชาร์จแบตเตอรี่จากแหล่งพลังงาน 5 ถึง 6 โวลต์ แต่ละเซลล์มีตัวควบคุมการชาร์จของตัวเองเพื่อการปรับสมดุลเซลล์แบบเรียลไทม์อย่างแท้จริง ตัวควบคุมการชาร์จแต่ละตัวในชุดจะเริ่มชาร์จโดยอัตโนมัติเมื่อตรวจพบพลังงานส่วนเกิน

คุณยังสามารถเชื่อมต่อแหล่งพลังงานหลายแหล่งเข้ากับ Power Stacker เช่น แผงโซลาร์เซลล์ ไดนาโม และแหล่งพลังงาน USB อื่นๆ เพื่อเพิ่มกระแสไฟชาร์จไปยังก้อนแบตเตอรี่

ไม่ว่าคุณจะกำลังชาร์จสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต หรือหุ่นยนต์ควบคุมระยะไกล Power Stacker จะให้พลังงานที่คุณต้องการในตอนนี้และปรับให้เข้ากับความต้องการด้านพลังงานของคุณในอนาคต

ยินดีด้วย! คุณสร้าง Power Stacker เสร็จแล้ว!

ขั้นตอนที่ 5: การแก้ไขปัญหา

ความปลอดภัย

อย่าปล่อยให้ Power Stacker โดนแสงแดดโดยตรง ให้คลุมหรือในที่ร่ม ความร้อนจากแสงแดดอาจทำให้วงจรการชาร์จและแบตเตอรี่ร้อนจัด หยุดชาร์จ ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมคุณภาพ และทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

อุณหภูมิที่ยอมรับได้: Power Stacker ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานในอุณหภูมิระหว่าง 0º ถึง 45º C (32º ถึง 149º F) การจัดเก็บ: เก็บ Power Stacker ไว้ในอุณหภูมิห้อง Power Stacker ควรชาร์จใหม่ปีละครั้งเพื่อป้องกันการคายประจุมากเกินไป

เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ให้ชาร์จ Power Stacker ให้เต็มก่อนใช้งาน

การแก้ไขปัญหา

Power Stacker LED ไม่สว่างขึ้นเมื่อชาร์จจากแล็ปท็อปของฉัน

1) สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้หาก Power Stacker หมดพลังงานและเข้าสู่โหมดการชาร์จแบบหยด เสียบปลั๊ก Power Stacker ไว้ประมาณ 15 นาที แล้วไฟ LED สำหรับชาร์จจะติดขึ้นอีกครั้ง

2) แล็ปท็อปรุ่นเก่าบางรุ่นมีขีดจำกัดกระแสไฟต่ำในพอร์ต USB และจะปิดใช้งานพอร์ต USB หากกระแสไฟเกินขีดจำกัด ลองเสียบ Power Stacker เข้ากับพอร์ต USB อื่น