Рабочая сверхразмерная 9-вольтовая батарея из старых свинцово-кислотных элементов: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Случалось ли с вами когда-нибудь, что вы перекусывали и внезапно осознавали, что съели их слишком много, намного больше, чем позволяет дневная диета, или вы пошли за продуктами, и из-за некоторого просчета вы переполнили запасы какого-то продукта. Обе эти вещи случились со мной несколько раз, но только на этот раз это было что-то другое, что я затоваривал. Это были батарейки, и не те стандартные батарейки типа АА, а эти громоздкие свинцово-кислотные батарейки. Позвольте мне рассказать вам, как это сделать.

Раньше, когда я еще изучал микроконтроллеры и прочее, я делал много проектов на основе микросхем и схем. Поскольку все эти проекты можно было легко запитать от одиночных свинцово-кислотных аккумуляторов или от различных вариантов этих аккумуляторов, я покупал их оптом. Со временем я начал заменять схемы с микроконтроллерами и свинцово-кислотные батареи на более качественные литий-ионные батареи из-за их надежности и эффективности.

Несколько дней назад я посмотрел на контейнер с батареями и обнаружил огромный кусок батареек, который просто валяется и тратится сверхурочно. В то время я не знал, что с ними делать, поэтому оставил их как есть. Недавно моя свинцово-кислотная батарея на 12 В, которую я очень охотно использовал при проверке и создании прототипов схем, умерла по какой-то неясной причине. Вместо того, чтобы тратить деньги и покупать новую батарею, я подумал о том, чтобы использовать эти старые 4-вольтовые батареи и сделать на их основе портативный источник переменного тока.

Изначально я планировал просто собрать батареи в группу и подключить к ней модуль регулятора напряжения, но потом я подумал, что смогу сделать этот проект намного лучше и красивее. Я планирую собрать эти батареи в группу и накрыть их металлическим кожухом, чтобы они напоминали батарею на 9 В. Таким образом, он имеет характеристики портативного источника переменного тока, заключенного в корпус из крупногабаритной батареи на 9 В. Разве это не было бы хорошо и вернуло бы все те воспоминания, когда батареи 9 В были самыми популярными на рынке.

Запасы

• Старые батареи (я использую свинцово-кислотные батареи на 4 В. Если у вас нет свинцово-кислотных аккумуляторов, вы можете утилизировать литий-ионные батареи из старых ноутбуков и электронных устройств)
• Понижающий преобразователь (LM2596)
• Вольтметр
• Потенциометр 10K (выберите потенциометр среднего размера и не забудьте ручку)
• Переключатель ВКЛ / ВЫКЛ
• Разъем питания постоянного тока
• Алюминиевый лист
• Плита МДФ
• некоторые цвета (подойдет аэрозольная краска)

Шаг 1. Зарядка старых батарей

Мои батареи очень долго хранились в шкафу, и из-за этого они потеряли часть своего заряда. Обычно свинцово-кислотные батареи теряют от 4% до 5% своего общего заряда за один год, но этот процент может отличаться в зависимости от срока службы вашей батареи. Поэтому, прежде чем двигаться дальше, я должен был убедиться, что все мои батареи заряжены до одинакового уровня напряжения, то есть около 4 В. Для зарядки я не использовал ни сбалансированное зарядное устройство, ни какую-либо специализированную зарядку. Ниже я упомянул два метода зарядки. Оба они одинаково эффективны и просты в использовании.

СПОСОБ 1:

Я лично использовал этот метод для зарядки своих аккумуляторов. Я просто подключил аккумулятор к источнику переменного тока и увеличил его напряжение до 4,2 В. Поскольку многие из моих батарей были на одинаковом уровне напряжения, я собрал их в группу (подключил параллельно) и зарядил от одного источника питания. Вы не должны практиковать этот метод, если между батареями большой промежуток, так как это может вызвать несбалансированную зарядку или внезапный выброс тока, а также нарушить или повредить их внутреннюю химию.

СПОСОБ 2:

Если у вас нет переменного источника питания, вы можете просто зарядить батареи, подключив их к зарядному устройству мобильного телефона. Сегодня почти все зарядные устройства для смартфонов выдают стабильный ток 5 В (быстрая зарядка не используется). Если подключить последовательно к зарядному устройству силиконовый диод, на выходе мы получим 4,3 вольта. Это связано с тем, что кремниевый диод имеет барьерный потенциал 0,7 В, и его последовательное использование приведет к падению напряжения. Поскольку зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов с напряжением 4,3 В идет рука об руку, вы можете очень легко зарядить их этим методом. Просто убедитесь, что диод имеет прямое смещение, иначе через него не будет протекать ток. Для прямого смещения диода подключите его катод к плюсу зарядного устройства, а анод - к плюсу батареи. Подключите минус зарядного устройства к минусу аккумулятора.

Шаг 2: Изготовление аккумуляторной батареи

Когда все батареи были заряжены, я начал их группировать. При интеграции аккумуляторов я должен был учитывать три аспекта, а именно:

1. Размер аккумуляторной батареи. Когда все будет сделано, вся упаковка должна напоминать батарею на 9 В (объемное соотношение батареи 9 В и нашего батарейного блока должно быть одинаковым). Поскольку большую часть места занимают батареи, их необходимо правильно расположить.
2. Клеммы батарей должны быть выровнены должным образом, чтобы подсоединение к ним проводов не доставляло хлопот и не было натяжения в проводах после завершения электромонтажа.
3. В нем должно быть пространство или пустота для электроники, чтобы конструкция также обеспечивала поддержку и защиту, помимо размещения.

Я использовал девять из этих 4-вольтовых батарей и решил разбить их на группу по две. В первой группе будет шесть батарей, а во второй - три. Меньшая группа из трех батарей будет располагаться поверх большой группы. Большая упаковка будет иметь форму прямоугольника и будет действовать как основание системы, а меньшая упаковка будет иметь L-образную форму и опираться на нее. Пустота или зазор в 4-й батарее разместят электронику и защитят ее.

Чтобы склеить батарейки, я использовал толстый двусторонний скотч. Он имеет прочный захват, а также обеспечивает защиту от столкновений. Прямо сейчас я сделаю только два аккумуляторных блока. Я свяжу их вместе, как только будет закончена электронная часть, так как когда они разделены, с ними легче работать.

Шаг 3: Соединение клемм аккумулятора вместе

Клеммы свинцово-кислотного аккумулятора также сделаны из свинца. При длительном нахождении на воздухе металлический свинец окисляется и образует вокруг себя защитное покрытие. Это покрытие предотвращает дальнейшее окисление, а также не позволяет припою прилипать к свинцу. Поэтому перед подключением каких-либо проводов к клеммам мы должны избавиться от этого покрытия. Один из хороших способов сделать это - шлифовать. Вы можете использовать мелкую наждачную бумагу или напильник. Не шлифуйте всю поверхность, просто сделайте достаточно, чтобы к ним можно было подсоединить провода. Приложив два-три удара напильником поверх клемм, я смог легко их припаять.

Как вы знаете, у меня всего 9 батареек. Перебирая различные комбинации, я обнаружил, что подключение трех батарей параллельно и формирование группы с последующим последовательным соединением этих трех групп работает для меня лучше всего. Эта комбинация выдает 12 В при 4,5 Ач, чего достаточно для моей повседневной работы.

Итак, как упоминалось выше, я сделал то же самое. Параллельное соединение трех батарей дало мне три аккумуляторных блока с выходом 4 В по 4,5 Ач, а затем, соединив эти три аккумуляторных блока последовательно, я получил чистую выходную мощность 12 В при 4,5 Ач.

Шаг 4: Добавление регулятора напряжения и переключателя питания

На данный момент наш аккумуляторный блок можно использовать как есть, и он будет выдавать постоянный ток 12 В, но я хочу, чтобы он был более гибким и подходил для разных уровней напряжения. Для этого я добавил в аккумуляторную батарею понижающий преобразователь переменного тока. Таким образом, теперь я могу получать такие напряжения, как 5 В и 3,3 В, которые очень распространены в цифровой электронике и микроконтроллерах. Если вы работаете с напряжением выше 12 В, вы можете подключить повышающий преобразователь вместо понижающего преобразователя и получить желаемые результаты. Процесс почти такой же, просто убедитесь, что ваш вольтметр рассчитан на этого короля высоких напряжений.

Я использую понижающий преобразователь LM2596, потому что он довольно дешевый и может иметь стабильное напряжение с хорошей эффективностью. Согласно техническому описанию микросхемы, он может выдавать ток 5 А и может опускаться до 1 В при питании от источника питания 12 В. К этому понижающему преобразователю я также добавил универсальный переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, поскольку он не имеет встроенного переключателя или режима энергосбережения. Если вы заметили, потенциометр (обычно синего цвета) на понижающем преобразователе очень мал и его необходимо отрегулировать с помощью отвертки. Чтобы преодолеть это ограничение, я распаял штатный потенциометр и припаял новый потенциометр среднего размера 10K. Теперь мы можем легко изменить уровни напряжения. Ниже приведены этапы подключения:

• Подключите отрицательный вход понижающего преобразователя непосредственно к аккумуляторной батарее.
• Подключите положительный вход понижающего преобразователя к контакту 1 переключателя.
• Подключите контакт 2 переключателя к +12 В аккумуляторной батареи.
• Припаяйте пару проводов к выходной клемме понижающего преобразователя, а другой конец оставьте как есть. Мы подключим их позже

СОВЕТ: Для демонтажа потенциометра вы можете использовать демонтажный фитиль, но если у него его нет, вы можете удалить его с помощью чрезмерного метода пайки. Расплавьте паяльную проволоку на клеммах, пока припой не образует расплавленные дорожки. Когда дорожка расплавленного припоя достаточно нагреется, осторожно потяните потенциометр снизу. Это должно выйти прямо сейчас. Слегка постучите по модулю, и весь лишний припой отпадет.

Шаг 5: Установка вольтметра

Наш регулируемый блок питания установлен и работает безупречно. Теперь, чтобы увидеть, какое напряжение он выдает, нам понадобится вольтметр. Для этого мы можем использовать наш проверенный дружественный мультиметр, но для такой задачи мультиметр был бы излишним. Кроме того, у большинства из нас есть только один мультиметр, и если он используется в нашем источнике питания, мы не можем использовать его для других целей. Так что установка вольтметра, который всегда может дать нам показания в реальном времени, кажется хорошим выбором.

Мне лично нравится этот маленький цифровой вольтметр, которым я пользуюсь сейчас. Он работает от 12 В и может работать в диапазоне напряжений от 0 до 99 В. Он имеет очень компактную форму и дает довольно точные показания. Чтобы подключить вольтметр, выполните следующие действия:

• Подключите положительное напряжение вольтметра ко входу понижающего преобразователя.
• Подключите отрицательное напряжение вольтметра к отрицательному входу понижающего преобразователя.
• Подключите сигнал вольтметра к положительному выходу понижающего преобразователя.
• (Необязательно) Если у вашего вольтметра есть отрицательный сигнальный контакт или провод, подключите его отрицательный выход понижающего преобразователя.

Шаг 6: Как зарядить аккумулятор?

После того, как проект сделан и мы используем его в течение некоторого времени, нам понадобится какой-то источник для подзарядки разряженных батарей. Вынимать всю сборку и заряжать каждую ячейку по отдельности очень сложно. Нам нужно зарядное устройство, которое может заряжать батареи, сохраняя целостность всей сборки. Поскольку наши свинцово-кислотные аккумуляторы гибки с точки зрения подзарядки, я буду использовать для зарядки специальное зарядное устройство на 12 В.

Я использовал это зарядное устройство для зарядки моего старого свинцово-кислотного аккумулятора на 12 В. Он выдает около 14,4 В и может очень легко заряжать нашу аккумуляторную батарею. Он автоматически определяет уровень заряда и отключает питание, когда аккумулятор полностью заряжен. Зарядка аккумуляторов с помощью специального зарядного устройства обеспечит максимальное время автономной работы и эффективность. Но если у вас нет специального зарядного устройства, вы можете напрямую подключить их к источнику постоянного напряжения 14,4 В и зарядить.

Чтобы получить доступ к клеммам аккумулятора снаружи, я просто подключил разъем питания постоянного тока к аккумуляторной батарее.

• Подключите плюс клеммы разъема питания к +12 В аккумуляторной батареи.
• Земля разъема питания к отрицательной клемме аккумулятора

Шаг 7: Собираем батареи вместе

Электронная часть этого проекта завершена. Как я уже говорил вам ранее, я буду размещать меньшую группу батарей (из 3 батарей) поверх большой группы батарей (из 6 батарей). Непосредственная установка батарей друг на друга может привести к повреждению клемм и, следовательно, всей системы. Поэтому нам нужна какая-то подушка между ними. Для этого я использую вату для лекарств общего назначения. Этот хлопок мягкий по своей природе и обеспечивает отличную амортизацию. Вы также можете положить тонкую губку вместо хлопка, но у меня их нет, поэтому пришлось работать только с хлопком. Ножницами отрежьте хлопок по форме батареи и не используйте его слишком много. Излишки хлопка будут стекать только с боков и занимать место, поэтому размер будет излишне увеличиваться. Чтобы скрепить всю эту сборку, я использовал малярный скотч. Вы можете использовать любую ленту общего назначения, если она обладает хорошей адгезией и прочностью на разрыв. Попробуйте наклеить туда изрядное количество ленты. Также обмотайте вату липкой лентой, так как она может растекаться и вытекать с боков.

Шаг 8: Изготовление внешнего кожуха

Для внешней облицовки я изначально планировал использовать МДФ или фанеру. Затем я перешел на акриловые листы, так как с акрилом было намного проще работать. Позже я отказался от всех этих вариантов и остановился на тонких алюминиевых листах. Они были дешевы и намного лучше других напоминали корпус 9-вольтовой батареи.

Я купил эту простыню в местном хозяйственном магазине некоторое время назад. Хотя он не является полностью жестким и не может обеспечить большой прочности конструкции, он определенно будет работать в нашем случае, поскольку сами батареи обладают достаточно хорошей структурной прочностью, чтобы удерживать всю конструкцию вместе.

Я начал с создания CAD-проекта корпуса и нарисовал его на металлическом листе с помощью линейки и маркера. Вы можете сделать это проще, распечатав дизайн по трафарету. С помощью ножниц по металлу я снял с листа нужную деталь. Я обнаружил точки, в которых лист должен был складываться, и удалил маленькие равносторонние треугольники с их концов. Эти треугольные пустоты помогут нам легко сгибать металл.

Чтобы согнуть лист, я сунул его под большую доску МДФ и, глядя, давил рукой на сгибаемый край. Вы также можете использовать кусок дерева или молоток, чтобы оказать давление. Для соединения двух концов я использовал двойной шов. Если вы не знаете, что такое шовный шов и как его сделать, я рекомендую вам зайти на YouTube и посмотреть несколько видео. Это довольно легко сделать, и это очень распространенный процесс присоединения. Для этого соединения используются три сегмента по 10 мм на краю трафарета. Как только стык был сделан, я закрепил его суперклеем. Для фиксации соединения также можно использовать пайку, но у меня не было алюминиевого припоя, поэтому пришлось делать это с помощью суперклея.

Шаг 9: Изготовление клемм и основания корпуса

Для боковых сторон алюминиевый лист работал нормально, но для основания они не могли выдержать вес батарей. Мне нужно было что-то прочное и твердое для основания, поэтому я использовал МДФ толщиной 4 мм. Он был достаточно жестким, чтобы выдержать все батареи и даже не прогибался. Я удалил две части из плиты МДФ, одну для верха и одну для низа. Размеры деталей были такими же, как и у внешнего кожуха: 102 мм X 50 мм.

На верхней плате из МДФ просверлил отверстия для выходных проводов понижающего преобразователя, потенциометра и переключателя. Я использовал комбинацию сверла и Dremel, чтобы сделать идеальные отверстия. Для вольтметра и гнезда питания постоянного тока проделал отверстия в алюминиевом корпусе. Что касается переключателя, я поместил его в положительную клемму питания, так как он идеально подходил для этого.

Для изготовления выводов большой батареи я использовал тот же алюминиевый лист, что и для внешнего корпуса. Алюминий, являясь проводящим металлом, может пропускать электричество, поэтому мы можем использовать наши витринные клеммы как фактические выходные клеммы и передавать через них энергию.

• Чтобы сделать положительный вывод, я просто скатал тонкую полоску в круг, а затем, используя немного суперклея, соединил два конца. Я также закатал края верхней стороны клемм, чтобы они затупились и не порезали нашу кожу.
• Для отрицательного вывода я сделал два концентрических круга на алюминиевом листе с радиусом внешнего в два раза больше внутреннего круга. Затем я сделал три диаметра, каждый под углом 120 градусов друг к другу. Из точек, где диаметр пересекает внутренний круг, я спроецировал прямые линии на внешний круг. Это дало мне звездную структуру. Я удалил эту звездную структуру с основного листа и согнул ее руки перпендикулярно основанию. Вот как я сделал отрицательную клемму.

Шаг 10: Покраска

К этому моменту батарея начала формироваться, но выглядела она немного тускло и недоделанной. Я решил нанести ему несколько слоев цвета, чтобы подчеркнуть картину и сходство. У меня была старая батарея на 9 В, которую я использовал для справки. С помощью маркера нарисовала на корпусе необходимые перегородки и покрасила кузов аэрозольными красками. Поскольку миниатюрная батарея, которая у меня есть, является наиболее распространенной в моей стране, я использовал точно такое же цветовое сочетание красного, белого и синего для своего дизайна. Для верхней и нижней части МДФ я использовал только черную краску. Когда цвет высох, я нарисовал некоторые детали и текст, чтобы он выглядел более реалистично.

Шаг 11: Подведение итогов проекта

Теперь все готово, осталось только собрать. Я начал с того, что закрыл электронику внешней крышкой. Затем приклеил вольтметр и штекер постоянного тока к алюминиевому корпусу горячим способом. Сначала я отключил выключатель от электроники, приклеил его горячим клеем к плате из МДФ и снова подключил к понижающему преобразователю.

Вы помните те выходные провода, которые мы оставили неподключенными, возьмите их и подключите к клеммам, которые мы сделали несколько минут назад. Нанесите горячий клей на клеммы и приклейте их к доске МДФ. Соберите все вместе и закройте металлическими крышками внешнего кожуха.

Эй, проект завершен. Спасибо, что остались так долго и уделили время этому проекту. Надеюсь, вам понравилось. Пожалуйста, поставьте лайк и подпишитесь на мой канал на YouTube, а также подпишитесь на меня в инструкциях, чтобы никогда не пропустить ни один мой проект.