Postanowiłem zbudować sobie przenośne źródło energii do zasilania urządzeń radiowych podczas pracy w terenie. Analiza dostępnych rozwiązań skłoniła mnie do zastosowania jako źródła energii termoelektrycznego generatora radioizotopowego. Najłatwiej dostępne są pakiety fizyczne oparte o izotop plutonu Pu238 produkcji rosyjskiej i w oparciu o taki pakiet powstało moje rozwiązanie. Tak się prezentuje efekt końcowy:
Zaprojektowałem konstrukcję mechaniczną w oparciu o zaproponowaną przez Marka SP4ELF skrzynkę, która wymiarami w 100% wpasowała się w wymiary zastosowanych komponentów i jest dodatkowym wzmocnieniem i zabezpieczeniem konstrukcji przed wpływem czynników zewnętrznych.
Postaram się w kilku postach przybliżyć proces budowy i zastosowane rozwiązania.
13-08-2021, 17:15 (Ten post był ostatnio modyfikowany: 15-08-2021, 13:07 przez SQ1GQC.)
OK, lubię w weekend pospać troszkę dłużej więc żeby nie mieć o 6:00 rano gości którzy wejdą razem z futryną i mają kiepskie poczucie humoru przyznam, że tak naprawdę źródłem zasilania mojego powerbanku są 4 ogniwa LiFePO4 o pojemności 100 Ah a radioaktywna jest tylko naklejka. Daje to sporą pojemność 1280 Wh przy maksymalnym prądzie 100 A. Zastosowałem BMS typu DALY Smart BMS 4S, 100 A wraz z wyświetlaczem umożliwiającym nastawianie parametrów BMS i odczyt aktualnych danych. Ponieważ w BMS jest wbudowany balanser o małym prądzie dodatkowo zastosowałem aktywny balanser o dopuszczalnym prądzie 5 A. Projekt zaczął się od kupienia ogniw. Wybrałem ogniwa firmy CALB (China Aviation Lithium Battery), typu CA100 w obudowach pryzmatycznych. Ten typ dodatkowo ma solidną obudowę. Tu wyciąg z datasheetu ogniw:
Następnie zaczęło się poszukiwanie obudowy. Przeanalizowaliśmy z Markiem wymiary kilku tuzinów obudów i ta na którą ostatecznie padło jest jakby skrojona na miarę. Pod kątem tej obudowy zaprojektowałem konstrukcję wsporczą pod akumulatory i elementy obsługi. Jeśli chodzi o technologię wykonania, to wybór padł na giętą blachę stalową o grubości 1,5 mm. Elementy blaszane zostały zamówione do wycięcia za pomocą water-jet'a a Marek przy pomocy zaprzyjaźnionej firmy wygiął je w/g projektu. Dość szeroko zastosowałem w tym projekcie moją nową ulubioną technologię, czyli nitonakrętki. Zastosowałem nitonakrętki M3, M4 i M6. Z takich elementów składa się korpus obudowy:
Następnie wygięte elementy trafiły do mojej lakierni ad-hoc urządzonej w garażu. Podkład i kilka warstw matowego lakieru.
Następny krok, to uzbrojenie w nitonakrętki z zaprojektowanych miejscach. Osadzane nitownicą-przystawką do wkrętarki:
Jeszcze ekwilibrystyka aby otwory w walizce pasowały do elementów blaszanych:
Następnym krokiem było przygotowanie opisów do płyty czołowej. Zdecydowałem się zrobić je drukując na folii samoprzylepnej na drukarce laserowej. Ponieważ taki wydruk nie był by zbyt trwały, jako kolejną warstwę zastosowałem samoprzylepną, przezroczystą folię PCV. Może nie wyszło to perfekcyjnie bo nie mam wielkiego doświadczenia w takich pracach, ale walory użytkowe są niezaprzeczalne.
TBC
No i na koniec montaż tego wszystkiego razem. Tu miejsce w którym zamontowany został BMS i balanser. Do balansera została wydrukowana na drukarce 3D podstawka, gdyż projektant nie przewidział żadnych otworów montażowych. Nie wiem jaki sposób trwałego montażu miał na myśli projektujący, czy schowanie w woreczku czy przyklejenie taśmą dwustronną? Jednym z założeń tego projektu było bezpieczeństwo i trwały montaż oraz odporność na transport. Akumulatory są podtrzymywane ze wszystkich sześciu stron, a PCB balansera miało by dyndać na przewodach? Z karty katalogowej wynika, że rezystancja ogniwa jest mniejsza niż 0,9 mOhm. Czyli prąd zwarciowy, to może być 3,5 kA. Bez szkody dla akumulatora można z niego krótkotrwale pobierać 1 kA. W górnej części zamontowany został rozłącznik 100 A, gniazdo zapalniczki i podwójna ładowarka USB o mocy 2x18 W.
Tu strona z bezpiecznikami. Ze względu na wydajność prądową źródła i zdolność łączeniową trzeba zastosować dość poważne bezpieczniki. Wybrałem standard samochodowy midival łączone na zaciski śrubowe M6. Jeden bezpiecznik 70 A i dwa po 40 A.
Z boku ogniwa przytrzymywane są perforowanymi ogranicznikami, dodatkowo zastosowane są przekładki gumowe.
A tutaj widok pod pokrywą. Złącza laboratoryjne z zaciskami M6, gniazdo ładowania XT60. Dwa niebieskie pręty, to ogranicznik swobody ruchu akumulatora od góry. Wykonałem je z pręta gwintowanego M4 włożonego do rurki pneumatycznej 6/4 mm przykręconego do ścianek bocznych. Dzięki temu mam pewność, że akumulatory nie przemieszczą się pod własnym ciężarem w żadnym położeniu, nawet do góry nogami. Dodatkowo pod złączami arkusz gumy jako izolacja na wypadek odkręcenia się złącza.
Okablowanie wewnętrzne wykonałem przewodami w izolacji silikonowej. Zastosowałem przewody w/g norm amerykańskich ze względu na łatwiejszą dostępność - 8 i 12 AWG. Linka przewodów jest spleciona z dużo drobniejszych drutów niż typowe linki elektryczne. Zapewnia to większą elastyczność takich przewodów. Do BMS-a dołączony jest czujnik temperatury w postaci termistora NTC, i pozwala na wprowadzenie ograniczeń w BMS. Jednym z niewielu ograniczeń ogniw opartych na chemii LiFePO4 jest to, że nie powinno się ich ładować w temperaturze poniżej zera stopni C. Czujnik i odpowiednie ustawienie w BMS automatycznie załatwiają temat.
Przetestowałem działanie i wszystko gra. Kilkadziesiąt amperów nie robi wrażenia na tym zestawie. Sporo się przy okazji dowiedziałem i w razie potrzeby służę pomocą. Mamy XXI w i jestem zdania, że trzeba z jego osiągnięć korzystać. Ołowiowe akumulatory rozruchowe zostawmy w miejscach im przynależnych. Nie ważyłem jeszcze dokładnie, ale cały zestaw oceniam na jakieś 16 kg. Lekko nie jest, ale wspaniała charakterystyka, sztywność źródła ogromna trwałość, znikome samo-rozładowanie rekompensują tę niedogodność. Do zestawu kupiłem ładowarkę 4S LiFePO4, 20 A ze złączem XT60. Odtwarzanie gotowości bojowej zajmuje w związku z tym około 5 h.
Pawle a ile to kosztowało Ciebie ,ja stosuję 125 Ah akumulator bez obsługowy (i tak go nie noszę) ,który wraz z końcówką około 100W i trx FT290 pracował całe 18 godzin .Koszt to 525 zł rok temu.
14-08-2021, 21:10 (Ten post był ostatnio modyfikowany: 15-08-2021, 00:37 przez SP4ELF.)
Witam wszystkich
W trakcie rozmowy telefonicznej z Pawłem padł pomysł wykonania solidnego zestawu zasilającego . Po kilku burzach mózgu powstała ogólna koncepcja budowy solidnego powerbanku . Bardzo mi wizja Pawła spodobała i postanowiłem się "podłączyć " do jego projektu . Koszt całości zamknie w kwocie około 2200 zł .
Jestem w trakcie zamawiania elementów i mogę cenowo to podsumować :
Koszty :
Cztery akumulatory 3,2v 100Ah plus balanser aktywny pomocniczy koszt 1100 zł
Moduł głównego BMS koszt 282zł
Panel LCD koszt 134 zł
Przewód USB koszt 36 zł
Ładowarka dedykowana 20 A koszt 234 zł
Walizka transportowa koszt 135 zł
Cięcie wodą elementów 100 zł (dwa zestawy)
Gięcie elementów w zaprzyjaźnionej firmie bezcenne
Reszta kwoty to złącza ,przewody ,bezpieczniki itd .
Cena zestawu to około 40% wartości fabrycznych zestawów o porównywalnych parametrach .
Ten zestaw ma tylko tą przewagę że jest zaprojektowany przez krótkofalowca dla krótkofalowca więc ma wszystko co potrzeba na swoim miejscu .
Dziękuję Paweł za super projekt i pozwolenie uczestnictwa w nim .
Kawał dobrej roboty .
Hehe zaszalałeś
Też mam powerbanka 12V na LiFePO4 ale mój jest normalnych rozmiarów 13Ah 2kg.
Świetne są te ogniwa, bez dwóch zdań najlepsze co może być.
Z tego Twojego wynalazku to można diesla w zimie odpalić
15-08-2021, 20:31 (Ten post był ostatnio modyfikowany: 15-08-2021, 20:31 przez SP2IQW.)
Pawle,
Obejrzałem schemat i pierwsze na co zwróciłem uwagę, to 40-amperowy bezpiecznik na wyjściu QC,
W przypadku awarii kabla czy obciążenia, wiele zdąży się spalić zanim taki bezpiecznik zadziała.
Warto wstawić, jak nie bezpiecznik elektroniczny, to przynajmniej jakiś polimerowy. Chyba, że "Z7" to podzespół, który pełni funkcję nadzoru QC.
Z6 to gniazdo zapalniczki o dopuszczalnym prądzie 20 A a Z7 to podwójna szybka ładowarka USB która do kilku amperów może pobierać. W przypadku zabezpieczania tego układu przede wszystkim zwracałem uwagę na przekroje kabli i zdolność łączeniową zabezpieczeń. Nie traktuję bezpieczników jako zabezpieczeń przeciążeniowych ale jako zabezpieczenie przeciwzwarciowe. Nic się nie spali, zanim przy zwarciu upalą się kable czy gniazdo, bezpiecznik dawno będzie w niebie dla bezpieczników.
17-08-2021, 11:15 (Ten post był ostatnio modyfikowany: 17-08-2021, 11:29 przez SQ1GQC.)
Postanowiłem jeszcze zwiększyć wykorzystanie kubatury i dodałem jedną rzecz. Pod wiekiem skrzynki, za pomocą taśmy dwustronnej przykleiłem kopertę formatu DL z mocnej folii zamykaną na zatrzask. Pozwala schować niezbędne drobiazgi które inaczej by się walały. Ja umieściłem tam schemat, kabel z konwerterem USB do BMS i lampkę na USB.
Teraz jestem na etapie robienia kabli do wszystkiego, co można zasilić z mojego power-banku . Zrobiłem sobie kabel zasilający do analizatora widma Agilent E4407B który standardowo ma wejście do zasilania DC. Udało mi się zidentyfikować typ złącza i rozkład wyprowadzeń. Nie ma tego w dokumentacji, są tylko numery do zamówienia. Złącze okazało się łatwo dostępne i tanie w przeciwieństwie do oryginalnego kabla HP. Aby uzmysłowić potęgę energii zgromadzonej w tej skromnej walizeczce, napiszę że analizator może pracować z w pełni naładowanych akumulatorów przez 14,5 h.
(..)
Warto wstawić, jak nie bezpiecznik elektroniczny, to przynajmniej jakiś polimerowy.
(..)
73, Michał
Jak kilka lat temu byłem zwolennikiem bezpieczników polimerowych, tak teraz jestem całkowitym przeciwnikiem.
Miałem dwa przypadki, kiedy na bezpieczniku polimerowym odkładało się niemal całe napięcie podawane na układ. Bez zasilania bezpiecznik zachowywał się poprawnie i mierzony pokazywał przejście. Po włączeniu zasilania, bezpiecznik stawał się opornikiem. Spotkawszy się z tym o raz pierwszy, sporo czasu zajęło mi znalezienie przyczyny niedziałania układu :-)
Dotyczyło to małych napięć (5V, 12V) i małych prądów (kilkadziesiąt, kilkaset mA) ale uraz pozostał.
18-01-2022, 00:33 (Ten post był ostatnio modyfikowany: 18-01-2022, 00:34 przez SP2IQW.)
Nie mam takich złych doświadczeń z bezpiecznikami polimerowymi a nawstawiałem ich sporo w różnych układach.
Istotny jest sposób ich działania.
Jak każdy element, cechuje go pewna oporność początkowa. Wskutek przepływu prądu będzie się nagrzewać (P=I^2 x R). Jak prąd będzie odpowiednio duży, to się na tyle nagrzeje, że przekroczy punkt przegięcia charakterystyki temperaturowej i jego oporność gwałtownie wzrośnie. Skutkuje to ograniczeniem prądu, do takiej wartości, która odpowiada podtrzymaniu tego punktu pracy ze znacznie zmniejszonym prądem (tzw. I hold). Jak po zmniejszeniu napięcia/prądu element wystygnie to rezystancja wraca do pierwotnej, małej wartości. To tak w uproszczeniu wygląda.
Najczęstszym błędem przy doborze bezpiecznika polimerowego (Polyswitch, Polyfuse...), jest niedopasowanie jego wielkości.
Dwa podstawowe parametry to prąd przełączania i maksymalne napięcie pracy. Jeśli np. do zwarcia dojdzie przy przekroczonym napięciu, to element ten może zostać strukturalnie zniszczony przez nadmiar energii, której nie jest w stanie przyjąć zanim zmieni stan.
Prosty przykład aplikacyjny. Dla zabezpieczenia LNA z przekaźnikiem, zasilanym z 24V z łącznym poborem prądu 250mA, w shacku gdzie temperatura nie przekracza 35°C, wybrał bym bezpiecznik 0,35~0,4A/60V a przy antenie, gdzie temperatura pracy może osiągnąć 60°C - 0,5A/60V. Wraz ze wzrostem temperatury, obniża się próg, przy którym następuje przełączenie (Ith@60°C to ok. 70% wartości dla 25°C). Polecam uwadze charakterystyki z ostatniego linku.
Znalazłem kilka linków, gdzie te elementy są opisane:
. Zrobiłem sobie kabel zasilający do analizatora widma Agilent E4407B który standardowo ma wejście do zasilania DC. Udało mi się zidentyfikować typ złącza i rozkład wyprowadzeń. Nie ma tego w dokumentacji, są tylko numery do zamówienia. Złącze okazało się łatwo dostępne i tanie w przeciwieństwie do oryginalnego kabla HP. Aby uzmysłowić potęgę energii zgromadzonej w tej skromnej walizeczce, napiszę że analizator może pracować z w pełni naładowanych akumulatorów przez 14,5 h.