Funcionament de bateries de 9 volts de grans dimensions fabricades amb antigues cèl·lules de plom àcid: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

T’ha passat mai que mengessis alguns aperitius i de sobte t’adonessis que els consumies massa, molt més del que permet la quota diària diària, o vas anar a fer compres de queviures i, a causa d’un error de càlcul, vas sobrecarregar algun producte. Totes dues coses m’han passat, diverses vegades, però només aquesta vegada, he estat una cosa diferent que he sobreestimat. Es tractava de bateries, i no de les piles AA estàndard, sinó de les voluminoses bateries de plom àcid. Deixeu-me explicar-vos com.

Abans, quan encara estava aprenent sobre microcontroladors i coses, solia fer molts projectes basats en circuits i circuits integrats. Com que tots aquests projectes es podrien alimentar fàcilment amb una sola bateria de plom àcid o amb diferents variacions d’aquestes bateries, solia comprar-les a granel. Amb el pas del temps, vaig començar a substituir circuits per microcontroladors i bateries de plom àcid per millors bateries de ions de Li per la seva fiabilitat i eficiència.

Fa pocs dies, vaig mirar el contenidor de la bateria i vaig trobar un gran tros de bateries, tot just estirat i rebent malgastades hores extres. En aquell moment no sabia què fer amb ells, així que els vaig deixar tal qual. Recentment, la meva bateria de plom àcid de 12 V que vaig utilitzar amb molta facilitat per comprovar i prototipar els circuits, va morir per algun motiu incert. En lloc de gastar diners i comprar una bateria nova, vaig pensar en utilitzar aquestes velles bateries de 4v i fer-ne una font d’alimentació variable portàtil.

Inicialment, tenia previst només posar les bateries en un grup i connectar-hi un mòdul regulador de tensió, però després vaig pensar que podria fer que aquest projecte fos molt millor i de bon aspecte. Estic planejant posar aquestes bateries en un grup i tapar-les en una carcassa metàl·lica perquè semblin una bateria de 9v. Per tant, té les característiques d'una font d'alimentació variable portàtil inclosa en un paquet de bateria de 9V de grans dimensions. No seria bo i recuperaria tots aquests records, quan les bateries de 9V solien ser les més destacades del mercat.

Subministraments

• Bateries antigues (estic fent servir bateries de plom àcid de 4V. Si no teniu bateries de plom àcid, podeu recuperar bateries de ions de Li d'ordinadors portàtils i dispositius electrònics antics)
• Convertidor de dòlars (LM2596)
• Voltímetre
• Potenciòmetre de 10K (trieu un potenciòmetre de mida mitjana i no us oblideu del comandament)
• Interruptor ON / OFF
• Presa de corrent continu
• Xapa d'alumini
• Tauler MDF
• alguns colors (la pintura en aerosol funcionaria bé)

Pas 1: carregar les bateries antigues

Les meves bateries es van guardar a l’armari des de feia molt de temps i, per això, havien perdut una mica de la seva càrrega. Generalment, les bateries de plom àcid perden del 4% al 5% de la càrrega total en un any, però aquest percentatge pot variar segons la vida útil de la bateria. Per tant, abans d’anar més lluny, m’havia d’assegurar que totes les bateries estiguessin carregades a un nivell de voltatge similar, és a dir, al voltant dels 4V. Per a la càrrega, no he utilitzat cap carregador equilibrat ni cap càrrega especialitzada. A continuació, he esmentat dos mètodes per carregar. Tots dos són igualment eficients i fàcils d’utilitzar.

MÈTODE 1:

Personalment, solia utilitzar el mètode per carregar les piles. Simplement vaig connectar la bateria a una font d'alimentació variable i vaig augmentar la seva tensió a uns 4,2 V. Com que moltes de les meves bateries tenien un nivell de voltatge similar, les vaig agrupar en un grup (les vaig connectar en paral·lel) i les vaig carregar des d’una única font d’alimentació. No heu de practicar aquest mètode si la bretxa de tensió entre les bateries és elevada, ja que pot provocar una càrrega desequilibrada o una sobtada disparació de corrent i pot dificultar o danyar la seva química interna.

MÈTODE 2:

Si no teniu subministrament variable, podeu carregar les bateries connectant-les a un carregador de telèfon mòbil. Avui en dia, gairebé tots els carregadors de telèfons intel·ligents generen un corrent constant de 5V (es descuida la càrrega ràpida). Si connectem un díode de silicona en sèrie amb el carregador, obtindrem 4,3 volts a la sortida. Això es deu al fet que el díode de silici té un potencial de barrera de 0,7 V i l’ús en sèrie provocarà una caiguda de tensió. Com que la càrrega de bateries de plom àcid amb 4,3V va de la mà, podeu carregar-les fàcilment amb aquest mètode. Assegureu-vos que el díode sigui biaix cap endavant, sinó que no hi fluirà cap corrent. Per polaritzar cap endavant el díode, connecteu el càtode al positiu del carregador i l'ànode al positiu de la bateria. Connecteu el negatiu del carregador al negatiu de la bateria.

Pas 2: fer un paquet de bateries

Quan es van carregar totes les bateries, vaig començar a agrupar-les. En integrar les bateries, havia de tenir en compte tres aspectes, que eren:

1. Dimensió de la bateria. Quan es faria tot, tot el paquet hauria d’assemblar-se a una bateria de 9V (la relació volumètrica d’una bateria de 9V i la nostra bateria haurien de ser similars). Com que la major part de l’espai l’adquireixen les bateries, cal situar-les correctament.
2. Els terminals de les bateries s’han d’alignar correctament de manera que no hi hagi problemes per connectar-hi el cable i no hi ha d’haver tensió en els cables un cop s’hagi acabat el cablejat.
3. Hauria de tenir un espai o un buit per a l'electrònica, de manera que l'estructura també proporcionés suport i protecció a part de l'allotjament.

Estava fent servir nou d’aquestes bateries de 4V i vaig decidir trencar-les en grup de dues. El primer grup tindrà sis bateries i el segon en tindrà tres. El grup més petit de tres bateries descansarà sobre el grup més gran. El paquet més gran tindrà la forma d'un rectangle i actuarà com a base del sistema i el paquet més petit tindrà la forma de "L" i descansarà damunt seu. El buit o el buit de la quarta bateria acomodarà l'electrònica i els protegirà.

Per unir les bateries, he utilitzat cinta gruixuda de doble cara. Té una forta adherència i també proporciona amortiment contra els xocs. Ara mateix, només fabricaré les dues bateries. Els uniré un cop feta la part electrònica, ja que és més fàcil treballar quan estan separats.

Pas 3: Connexió dels terminals de la bateria

Els terminals de la bateria de plom àcid també estan fets de plom. Quan s’exposen a l’aire durant molt de temps, el metall de plom s’oxida i forma un recobriment protector al seu voltant. Aquest recobriment evita una major oxidació i no permet que la soldadura s’enganxi al plom. Per tant, abans de connectar qualsevol cable als terminals, hem de desfer-nos d’aquest recobriment. Una bona manera de fer-ho és polir. Podeu utilitzar un paper de sorra granulat fi o un fitxer. No lijeu tota la superfície, feu prou perquè pugueu connectar-hi cables. Amb dos tres cops de fitxer a la part superior dels terminals, els vaig poder soldar fàcilment.

Com ja sabeu, tinc 9 bateries en total. Passant per diverses combinacions, em vaig assabentar que posar tres bateries en paral·lel i formar un grup, i després connectar aquests tres grups en sèrie, em funciona millor. Aquesta combinació emet 12V a 4,5 Ah que és suficient per al meu dia a dia.

Així que, com s’ha esmentat anteriorment, vaig fer el mateix. La connexió de 3 bateries en paral·lel em va donar tres paquets de bateries de sortida de 4V 4,5Ah i, en connectar aquests tres paquets de bateries en sèrie, vaig obtenir una sortida neta de 12V a 4,5Ah.

Pas 4: afegir un regulador de tensió i un interruptor d’alimentació

A hores d’ara, la nostra bateria es pot utilitzar tal com és i produirà un corrent constant de 12V, però vull que sigui més flexible i que s’adapti a diferents nivells de voltatge. Per aconseguir-ho, he afegit un convertidor variable a la bateria. En fer-ho, ara puc obtenir tensions com 5V i 3.3V que són molt habituals en electrònica digital i microcontroladors. Si treballeu amb tensions superiors a 12V, podeu connectar un convertidor d’augment en lloc de convertir-lo en buck i obtenir els resultats desitjats. El procés és gairebé el mateix, només cal que assegureu-vos que el vostre voltímetre estigui qualificat per al rei de les altes tensions.

Estic fent servir LM2596 convertidor de dòlars perquè són bastant barats i també poden tenir un voltatge estable amb una bona eficiència. Segons el full de dades de l’IC, pot generar 5Amps de corrent i pot arribar fins a 1V quan s’alimenta des d’un subministrament de 12V. A aquest convertidor de dòlars, també he afegit un interruptor ON / OFF per a usos generals, ja que no té cap interruptor incorporat ni mode d’estalvi d’energia. Si us fixeu, el potenciòmetre (generalment de color blau) del convertidor Buck és molt petit i cal ajustar-lo mitjançant un tornavís. Per superar aquesta restricció, he dessoldat el potenciòmetre de valors i he soldat un nou potenciòmetre de 10 K de mida mitjana. Ara podem canviar fàcilment els nivells de tensió. A continuació es mostren els passos de cablejat:

• Connecteu l'entrada negativa del convertidor Buck directament a la bateria
• Connecteu l'entrada positiva del convertidor de dòlars al pin 1 d'un commutador
• Connecteu el pin 2 del commutador a + 12V de la bateria
• Soldeu un parell de cables al terminal de sortida del convertidor de buck i deixeu l’altre extrem tal com està. Els connectarem més endavant

SUGGERIMENT: Per dessoldre el potenciòmetre, podeu utilitzar una metxa de desoldar, però si no en teniu cap, podeu eliminar-la mitjançant un mètode de soldadura excessiva. Feu una mica de fil de soldadura als terminals fins que la soldadura formi pistes fos. Un cop la pista de soldadura fosa estigui prou calenta, estireu suaument el potenciòmetre des de la part inferior. Hauria de sortir bé. Doneu una mica de toc al mòdul i caurà tota l’excés de soldadura.

Pas 5: Instal·lació del voltímetre

La nostra font d'alimentació variable està instal·lada i funciona perfectament. Ara, per veure la quantitat de tensió que emet, necessitarem un voltímetre. Per a això, podem utilitzar el nostre multímetre amigable de confiança, però per a aquesta tasca, un multímetre seria un excés. A més, la majoria de nosaltres només tenim un multímetre i, si està connectat a la nostra font d'alimentació, no el podem utilitzar per a altres finalitats. Per tant, instal·lar un voltímetre que sempre ens pot donar una lectura de sortida en viu sembla una bona opció.

Personalment, m'agrada aquest petit voltímetre digital que estic fent servir actualment. Funciona en 12V i pot funcionar en nivells de tensió que oscil·len entre 0V i 99V. Té una forma molt compacta i proporciona lectures bastant precises. Per connectar el voltímetre, seguiu aquests passos:

• Connecteu la potència positiva del voltímetre a l'entrada del convertidor de dòlars
• Connecteu la potència negativa del voltímetre a l'entrada negativa del convertidor de dòlars
• Connecteu el senyal del voltímetre a la sortida positiva del convertidor de Buck
• (Opcional) Si el vostre voltímetre té un pin o un cable negatiu de senyal, connecteu-lo a la sortida negativa del convertidor

Pas 6: Com carregar la bateria?

Un cop fet el projecte i l’utilitzem durant un temps, necessitarem alguna font per recarregar les bateries esgotades. Treure tot el conjunt i recarregar cada cèl·lula individualment és realment trepidant. Necessitem un carregador que pugui recarregar les bateries mantenint intacte tot el conjunt. Com que les nostres bateries de plom àcid són flexibles en termes de recàrrega, faré servir un carregador especialitzat de 12 V per carregar-lo.

Solia utilitzar aquest carregador per carregar la meva antiga bateria de plom àcid de 12V. Emet uns 14,4 V i pot carregar molt fàcilment la nostra bateria. Detecta automàticament el nivell de càrrega i talla l’energia quan la bateria està completament carregada. La càrrega de les bateries amb un carregador especialitzat ens proporcionarà la màxima durada i eficiència de la bateria. Però si no teniu un carregador especialitzat, podeu connectar-los directament a una font de tensió constant de 14,4 V i carregar-los.

Per accedir als terminals de la bateria des de fora, he connectat senzillament una presa de corrent continu a la bateria.

• Connecteu el positiu del terminal de la presa d'alimentació a + 12V de la bateria
• Terra de la presa de corrent al terminal negatiu de la bateria

Pas 7: Embalatge de les bateries juntes

La part electrònica d’aquest projecte ja està completa. Com us he dit anteriorment, col·locaré el grup de bateries més petit (de 3 bateries) a sobre del grup de bateries més gran (de 6 bateries). Si col·loqueu directament les bateries les unes sobre les altres, es poden danyar els terminals i, per tant, tot el sistema. Per tant, necessitem una mena de coixí entre tots dos. Per a això, estic fent servir medicaments de cotó d’ús general. Aquests cotons són de naturalesa tova i ofereixen una amortiment excel·lent. També podeu col·locar una esponjosa fina en lloc de cotó, però no en tinc cap estirada, de manera que només he de sortir amb cotó. Utilitzeu tisores per tallar el cotó en forma de bateria i no l’utilitzeu en excés. El cotó addicional només fluirà pels costats i adquirirà espai, de manera que augmentarà la mida innecessàriament. Per mantenir tot aquest conjunt junt, vaig utilitzar una cinta adhesiva. Podeu utilitzar qualsevol cinta d’ús general sempre que tingui un bon poder adhesiu i resistència a la tracció. Intenta posar-hi una gran quantitat de cinta. Poseu també cinta adhesiva sobre el cotó, ja que pot provar de fluir i filtrar-se pels laterals.

Pas 8: fabricació de la carcassa exterior

Per a la carcassa exterior, inicialment tenia previst utilitzar taulers de MDF o contraxapats. Després vaig canviar a fulls d’acrílic, ja que era molt més fàcil treballar amb acrílic. Més tard, vaig rebutjar totes aquestes opcions i vaig anar amb làmines fines d'alumini. Eren barats i s’assemblaven al cos d’una bateria de 9V molt millor que altres.

Fa poc vaig comprar aquest full a una ferreteria local. Tot i que no és completament rígid i no pot proporcionar una gran resistència estructural, definitivament funcionarà en el nostre cas, ja que les bateries tenen prou resistència estructural prou bona per mantenir tota l’estructura junta.

Vaig començar fent un disseny CAD de la carcassa i el vaig dibuixar a la xapa mitjançant una regla i un retolador. Podeu fer-ho més fàcilment imprimint un disseny de plantilla. Amb una cisalla metàl·lica, vaig treure la peça necessària de la xapa metàl·lica. Vaig localitzar els punts on s’havia de plegar el full i vaig treure petits triangles equilàters dels extremis d’aquests punts. Aquests buits triangulars ens ajudaran a doblar el metall fàcilment.

Per doblegar el full, el vaig lliscar sota un tauler gran de MDF i, mirant fixament, vaig aplicar pressió a la vora de flexió amb la mà. També podeu utilitzar algun tros de fusta o martell per aplicar pressió. Per unir els dos extrems, he utilitzat una junta de doble costura. Si no sabeu què és una unió de costura i com fer-ne una, us recomano que aneu a YouTube i vegeu alguns vídeos. És bastant fàcil de fer i un procés d’unió molt comú. Els tres segments de 10 mm a l’extrem de la plantilla s’utilitzen per fer aquesta unió. Un cop feta la junta, la vaig assegurar amb una mica de supercola. També es pot fer soldadura per assegurar l’articulació, però no tenia soldadura d’alumini, així que vaig haver de fer-ho amb superglue.

Pas 9: fer les terminals i la base del recinte

Per als laterals, la làmina d'alumini funcionava bé, però per a la base, no podien aguantar el pes de les bateries. Necessitava una cosa resistent i dura per a la base, de manera que vaig utilitzar un tauler de MDF de 4 mm de gruix. Era prou dur per suportar totes les bateries i ni tan sols es flexionava. He tret dues peces del tauler MDF, una per a la part superior i una per a la inferior. La mida de les peces era la mateixa que la de la carcassa exterior, que és de 102 mm X 50 MM.

A la placa superior de MDF, he forat els cables de sortida del convertidor de buck, el potenciòmetre i l’interruptor. He utilitzat la combinació de trepant i Dremel per fer forats perfectes. Per al voltímetre i la presa de corrent continu, vaig fer forats a la carcassa d'alumini. Per al commutador, el vaig col·locar dins del terminal d’alimentació positiva, ja que s’hi ajustava perfectament.

Per fabricar els terminals de la gran bateria, he utilitzat la mateixa xapa d’alumini que he utilitzat per a la carcassa exterior. Si l’alumini és un metall conductor pot passar electricitat, per tant, podem utilitzar els nostres terminals d’aparador com a terminals de sortida reals i canalitzar la potència a través d’ells.

• Per fer el terminal positiu, simplement vaig enrotllar una tira fina en un cercle i després, utilitzant una mica de superglue, vaig connectar els dos extrems. També he enrotllat les vores de la part superior dels terminals perquè quedin contundents i no ens tallin la pell.
• Per al terminal negatiu, he fet dos cercles concèntrics sobre una làmina d'alumini amb un radi de l'exterior que el doble que el del cercle interior. Després vaig fer tres diàmetres, cadascun amb un angle de 120 graus respecte a l’altre. Des dels punts on el dímetre talla el cercle interior, vaig projectar línies rectes sobre el cercle exterior. Fer això em va donar una estructura semblant a l’estrella. Vaig treure aquella estructura estel·lar del full principal i vaig doblegar els braços perpendiculars a la base. Així he creat el terminal negatiu.

Pas 10: Pintar

A hores d’ara, la bateria va començar a prendre forma, però semblava una mica apagada i inacabada. Vaig decidir donar-li algunes capes de color, per ressaltar la imatge i la semblança. Tenia una antiga bateria de 9V que estava al voltant i que vaig fer servir com a referència. Amb un retolador, vaig dibuixar les particions necessàries sobre la caixa i vaig pintar el cos amb pintures en aerosol. Atès que la bateria en miniatura que tinc és la més utilitzada al meu país, he utilitzat exactament la mateixa combinació de colors de vermell, blanc i blau per al meu disseny. Per a les peces de MDF superior i inferior, només he utilitzat pintura negra. Un cop assecat el color, vaig dibuixar alguns detalls i text per fer-lo més realista.

Pas 11: resum del projecte

Tot està fet ara, només hem de muntar-ho. Vaig començar posant la tapa exterior a sobre de l'electrònica. Després, va enganxar en calent el voltímetre i la presa de corrent continu a la carcassa d'alumini. Primer vaig desconnectar l’interruptor de l’electrònica, el vaig enganxar en calent a la placa MDF i el vaig tornar a connectar al convertidor.

Recordeu aquells cables de sortida que vam deixar desconnectats, els agafeu i els connectem als terminals que vam fer uns minuts enrere. Poseu una mica de cola calenta als terminals i enganxeu-los a la placa MDF. Ajunteu-ho tot i tanqueu les tapes metàl·liques de la carcassa exterior.

Ei, el projecte ja està complet. Gràcies per estar tant de temps i dedicar el vostre temps a aquest projecte. Espero que us hagi agradat. Si us plau, agrada i subscriu-te al meu canal de YouTub i també subscriu-me a mi en instruccions per no perdre'm mai cap projecte fet per mi.