Zasilanie z ogniw Li-Ion i ładowanie z USB

[phillix]

Cześć, chciałbym 'zbudować' zasilanie do robota z ogniw litowo-jonowych i do tego ładowanie z USB. Wszystkie poradniki jakie znalazłem są o powerbankach. Ja potrzebuję na wyjściu 6-12V i natężenie minimum 2A, a to wszystko przez wtyk DC 5.5mm. Czytałem też o jakimś zabezpieczeniu przed nadmiernym rozładowaniem, ale nie mam pojęcia jakich modułów szukać i co konkretnie potrzebuję. Ogniwa do 12V i minimum 2000mAh i co dalej? Wtyk DC 5.5mm mam do baterii 9V, ale to wystarczy kabelki przeciąć.

[Mechano]

Dobra to od początku, napięcię 12V może uzyskać przez przetwornicę podwyższającą (wtedy z jednej lub dwóch cel) albo przez przetwornicę obniżającą (co najmniej 4 a może i nawet 5 ogniw szeregowo). Możesz też użyć stabilizatora liniowego ale to akurat średni pomysł. Jak się zdecydujesz na daną technologię akumulatorów (np litowo-jonowe, jak wybrałeś) to poszukaj informacje: jakie są graniczne napięcia pracy jednego akumulatora, jakie mogą być typowe prądy ładowania/rozładowania. Dopiero jak zdecydujesz się ile i jakich ogniw chcesz użyć to dobierzemy jakąś przetwornicę i układ zabezpieczeń. A no i wtyczkę DC 😉

[phillix]

Pooglądałem trochę materiałów, poczytałem i dobrałem wstępne zakupy. Dwa ogniwa 3.6-3.7V, połączone szeregowo, więc dostane jakieś 7.4V. Dla ładowania 8.4V 1A - już znalazłem dedykowany zasilacz do ogniw z takimi parametrami z wtykiem DC.
BMS dla pakietu 2S1P, do niego dorobię żeńskie złącze DC i będe łączył kablem z dwiema męskimi końcówkami do robota albo do ładowarki. Bo rozumiem, że złącza zasilania są albo do ładowania albo do rozładowania, czyli w moim przypadku podłączenie do układu robota. Oczywiście bez możliwości jednoczesnego ładowania/rozładowania.

[adam30010]

Okay, potrzebujesz mieć napięcie 12V do zasilania czego? Jakiej pojemności potrzebujesz?

Może mieć i 3 ogniwa - czemu niby nie? Przetwornica buck-boost i także to będzie działać.

Wszystko rozbija się o to jaki prąd MAKSYMALNY przewidujesz - pod to dobiera się przetwornice, nie pod minimalny.

Opisz konkretniej do czego to potrzebujesz, jaki będziesz miał maksymalny prąd (chwilowy), chwilowy dorywczy, jaki średni i ile byś chciał żeby to działało na "jednym ładowaniu". Ile czasu byś chciał to ładować itp.

W skrócie daj jakieś założenia, byle coś konkretnego było żeby można było podpowiedzieć 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[phillix]

Od początku. Robot zdalnie sterowany:
- tył napęd za pomocą silnika DC 3-6V ( przy 6V pobiera 100mA, 1A przy zatrzymanym wale )
- powyższy silnik podłączony do pinów 5V w module zasilającym, do którego chcę podłączyć ogniwa Li-Ion. Moduł jest zasilany 7-12V, więc optymalnie 2 ogniwa połączone szeregowo ( Link do modułu, Sterownik silnika DC, Silnik DC ) <- to chcę zasilić z ogniw.
Czas pracy: minimum godzina.

Czas ładowania: dla pakietu 2S1P przewidywane ładowanie zasilaczem 1A.

Dodatkowo:

- przednia oś skrętna za pomocą serwa 5V

- moduł BLE HM-10

- być może LCD 5V

Te trzy elementy podłączone bezpośrednio do Arduino zasilanego z powerbanka.

[adam30010]

No to już teraz jakieś konkrety mamy 🙂

Czyli mamy tak:

Silnik w szczycie biorący 1A

Serwo 500mA (tak założyłem, pewnie zawyżone ale co tam)

Arduino i inne zakładam max 500mA (też zawyżone, ale może coś będziesz chciał dodać do robota później).

Czyli mamy 2A - w najgorszym scenariuszu. Jeśli ma działać minimum godzinę to potrzebny akumulator 2Ah.

Power bank dodatkowo nie jest potrzebny, lepiej będzie zasilać arduino z akumulatora z którego zasilana będzie reszta robota.

Ten moduł zasilający może się nie sprawdzić. Co prawda silnik będzie zasilany z 5V, więc nie powinien w zatrzymaniu osiągnąć 1A, ale w dalszym ciągu będzie bardzo blisko tej granicy (która spali moduł). Widzę że nie ma tam niczego innego rozsądnego w rozsądnej cenie.

Sterownik silnika da radę bez problemu.

Jak wspomniałem dodatkowy power bank raczej nie będzie potrzebny, można zamiast tego układu, który zaproponowałeś, użyć coś takiego:

https://botland.com.pl/pl/przetwornice-step-down/7273-przetwornica-step-down-lm2596s-z-dwoma-gniazdami-usb-5v-3a.html

I z tego zasilać silnik, arduino, serwo i wszystko inne. Cena nieznacznie wyższa od tego modułu który Ty wybrałeś, ale tutaj jest wydajność na 3A. Jest to przetwornica step-down więc potrzebne byłoby wyższe napięcie na akumulatorze, czyli co najmniej 2S. Dodatkowo trzeba by było zabezpieczyć akumulator przed zbyt dużym rozładowaniem - można to zrobić na wiele sposobów, więc nic konkretnego tutaj nie będę podpowiadał. Można też użyć gotowego modułu BMS.

Do tego jeszcze układ ładowania. Tutaj to zależy od konkretnego akumulatora jaki dopuszcza prąd ładowania. W większości przypadków maksymalny prąd ładowania będzie w okolicy pojemności akumulatora (tzn. akumulator 2Ah można ładować prądem 2A). Mogą się jednak trafić akumulatory które nie spełniają tej zasady, trzeba sprawdzić konkretnie jakie prądy ładowania przewiduje producent. Dla akumulatora 2Ah i inicjacyjnym (startowym) prądzie ładowania 1A czas ładowania akumulatora całkowicie rozładowanego (do bezpiecznego napięcia) będzie wynosił 3-4 godziny, akumulatory litowe ładuje się według algorytmu CC-CV, czyli najpierw stałym prądem aż napięcie na akumulatorze osiągnie poziom maksymalnego naładowania, a następnie stałym napięciem - prąd zaczyna wtedy maleć. Na pewno znajdziesz gdzieś gotowe moduły do ładowania akumulatorów litowych (li-ion, li-pol).

[phillix]

Cześć, dzięki za odpowiedź.

1. Radzono mi zastosować dwa oddzielne zasilania do części logicznej ( sterownik silnika, Arduino ) i do silnika DC. Serwo raczej da radę pracować dłużej z pinu 5V z arduino, 5V/500mA podaje też producent. Powerbank daje 5V/4000mAh, więc tutaj jestem spokojny.

2. Przy 5V silnik powinien brać do około 900mA. Wczoraj trochę testowałem jego działanie razem z modułem, nic się nie grzało, ale sprawdzę jeszcze na dotyk na zatrzymanym wale.

3. Co do przetwornicy, mam na oku taką KLIK, bo akurat zamawiam części u tego użytkownika i będzie darmowa wysyłka 😄

4. Do ogniw oczywiście będę miał BMS na 2S i ładowarka z wtykiem DC 5.5 również na pakiet 2S, czyli 8.4V 1A.

 

5. Tak się zastanawiam, bo jakbym jednak chciał zastosować przetwornice to musiałbym przylutować do niej końcówki z ogniw, ale już wtedy nie będę miał pinów żeby zrobić jakieś wyjście do ładowania. Dodatkowo z przetwornicy co i jak zasilać? Arduino mogę USB albo wtyk 5.5mm, więc albo kabel albo przylutować złącze w przypadku tej podanej przeze mnie, ale co z silnikiem? Rozdzielić wyjście z przetwornicy osobno na USB ( arduino ) i osobno na silnik? 

 

6. EDIT. Najwyżej sam silnik podepnę pod moją przetwornicę i będzie zapas. Rozumiem, że pokrętłem wyregulować tylko napięcie wyjściowe 6V dla silnika, a natężenie silnik pobierze sam takie jakie potrzebuje?

Wypunktowałem, żeby łatwiej Ci było odpisać 🙂

 

Edytowano Marzec 10, 2019 przez phillix

[adam30010]

Hej:)

1. Nie jest konieczne stosowanie oddzielnego zasilania. Fakt, silnik DC (szczotkowy) potrafi nieźle śmiecić po zasilaniu. I niestety tego typu zakłócenia mogą być trudne do wykrycia i mogą powodować ogólnie dziwne i nieprzewidywalne zachowania układu. Dlatego często napięcie zasilające układy cyfrowe dodatkowo się filtruje. Ale nie ma potrzeby stosowania drugiego źródła energii. Oczywiście nie zabronię, i użycie powerbanka do zasilania logiki jest jak najbardziej poprawne. Tylko pytanie po co ładować dodatkową masę (power bank swoje waży) do pojazdu jeżdżącego. To już lepiej użyć jakąś drugą przetwornicę do zasilania logiki albo nawet stabilizator z radiatorkiem. No i martwisz się o to żeby naładować jedno źródło zasilania. Najlepiej będzie jak poprzeglądasz konstrukcje na forum, i raczej nie trafisz na dwa źródła zasilania. Ale decyzja należy do Ciebie 🙂. No to teraz serwo. W serwie (serwomechanizmie) znajduje się silnik dc który również może pośmiecić po zasilaniu.

2. Dopiero teraz zwróciłem uwagę że to sterownik dwukanałowy... Więc można połączyć oba kanały i mieć 2A na wyjściu - spory zapas ale lepiej mieć i nie potrzebować, niż potrzebować i nie mieć 😉

3. Dobra przetworniczka. Sam korzystam z podobnych, sprowadzonych z Chin za świetną cenę. Polecam kupić sobie od razu kilka - będzie na przyszłość, a na pewno znajdziesz jakieś pomniejsze projekty w których może się przydać.

4 i 5. Ja nie przepadam za tymi wtyczkami. Chyba lepiej byłoby zakupić wtyczki miniTamiya (np. takie https://www.gimmik.net/Para_konektorow_Mini_Tamiya,o,2107.html?gclid=EAIaIQobChMI1o3g4-z64AIVBuWaCh0U0wHuEAQYASABEgKmFvD_BwE). Zaciskasz taką na przewodach (trzeba mieć trochę wprawy, i pewnie kilka Ci nie wyjdzie). Jeden wtyk na aku, jedno gniazdo na podłączenie przetwornicy (i reszty), a drugie gniazdo robisz do ładowania. Jest na pewno pewniejsze połączenie niż wtyk DC (bo ma zatrzask). Niekoniecznie musi być taki wtyk. Ważne by nie miał możliwości odwrotnego podłączenia! Co do ładowania, to koniecznie używaj ładowarki do określonego typu akumulatora. Akumulatory litowe są stosunkowo niebezpieczne. Warto zaopatrzyć się w torbę do ładowania akumulatorów. Płonący akumulator litowy wydziela dużo ciepła, daje fajny niebieskawo-pomarańczowy płomień, dużo dymu i jeszcze więcej charakterystycznego smrodu który trudno wywietrzyć 😉 A na poważniej, z tymi akumulatorami trzeba naprawdę uważać. I nie próbuj lutować przewodów akumulatora, wnioskuję że jesteś niedoświadczony w kwestii lutowania, więc słabo to wyjdzie (z reguły te przewody są dość grube, często wykonane z jakiegoś stopu który nie bardzo chce się lutować). Lepiej zaciśnij je w jakiejś wtyczce. Co do tego jak masz to zasilać, to w zasadzie masz wolną rękę. Dobrze jest zasilanie zorganizować w taki sposób, by można było wszystko porozłączać, i połączyć w inny sposób (przynajmniej na początku zabawy z tego typu układami) - np. dorzucić prosty filtr FDP na LC, jeśli byłyby jakieś problemy z zasilaniem. Ja bym zasilał z przetwornicy wszystko, ale to już w Twojej gestii.

6. Tak, tam masz potencjometr wielo-obrotowy do regulacji napięcia wyjściowego. Co do samego połączenia wszystkiego w całość - to już Twoja decyzja 😉 Co do tego że silnik pobierze ile potrzebuje to nie do końca prawda, bliższe jest stwierdzenie że będzie próbował pobrać ile będzie potrzebować.

[phillix]

@adam30010 Dziękuję za pomoc. Projekt ukończony: