Британський YouTube-майстер Метт з каналу DIY Perks створив потужну портативну електростанцію на 1200 ватів, здатну живити мікрохвильову піч, ігрову консоль, одночасно заряджати телефон та ноутбук на повній швидкості, а також живити кілька ламп – і це ще з великим запасом потужності. Розробка базується на 84 літій-іонних елементах і демонструє професійний підхід до безпеки та естетики.
Вибір літій-іонних елементів та техніка безпекиОсновою станції стали 84 літій-іонні акумулятори формату 18650. Хоча вони нагадують звичайні батарейки АА, насправді значно більші та мають зовсім іншу внутрішню хімію, яка дозволяє перезаряджати їх сотні, якщо не тисячі разів.
Метт наголосив на критичній важливості безпеки: на відміну від звичайних батарейок, літій-іонні елементи здатні віддавати величезні струми. При короткому замиканні вони швидко нагріваються до екстремальних температур, можуть почати газувати і стати причиною пожежі.
Попередня підготовка перед збиранням автор виміряв напругу кожного елемента та згрупував їх за максимально близькими значеннями. Нові елементи зазвичай однакові,
але для старих чи відновлених різниця напруг може бути суттєвою, що спричинить протікання великих струмів при з’єднанні. У такому випадку потрібно спочатку використати зарядний пристрій з режимом зберігання для вирівнювання.
Безпечне монтування без клеюБагато хто думає, що склеювання елементів між собою – швидкий спосіб монтажу, але це небезпечно. Під ПВХ-обгорткою елемента знаходиться зовнішня частина його структурного циліндра, яка зазвичай є тим самим шматком металу, що діє як негативний контакт.
Якщо обгортка пошкодиться або протреться, це може призвести до прямого короткого замикання з сусіднім елементом при послідовному з’єднанні.
Рішення – пластикові сепаратори маленькі пластикові проміжки, які просто защіпкуються разом у будь-яку бажану конфігурацію сітки. Їхня перевага, крім акуратності та вирівнювання, в тому, що вони тримають елементи фізично відокремленими на кілька міліметрів, повністю усуваючи ризик дотику та короткого замикання.
Метт зібрав 12 рядів по 7 елементів у кожному. Усі елементи в одному ряді орієнтовані однаково (паралельне з’єднання),
а сусідні ряди – в протилежних напрямках для послідовного з’єднання. З верхніми сепараторами елементи тримаються надзвичайно надійно.
Нейлонові болти для ізоляціїЧорні вертикальні стрижні – це неелектропровідні нейлонові болти. Метт просвердлив отвори крізь сепаратори і вкрутив їх разом з нейлоновими гайками. Вони слугуватимуть для дуже надійного кріплення та системи електричної ізоляції, що буде показано далі.
Точкове зварювання замість паянняЯкщо хтось бачив інші відео на YouTube, може скластися враження, що паяти дроти безпосередньо до елементів нормально. Але це дуже, дуже погана ідея – призводить до ненадійних паяних з’єднань через масу металу, а також неминуче нагріває батарею до іноді екстремальних температур, спричиняючи внутрішні пошкодження та зменшуючи термін служби.
Точкове зварювання набагато кращий метод – проводити низьку напругу та високий струм між двома електродами для приварювання нікелевої стрічки безпосередньо до контактів елемента. При правильному виконанні нікелева стрічка надійно закріплюється, а оскільки зварювання дуже коротке, не встигає завдати теплових пошкоджень.
Для невеликих збірок підходять дешеві портативні пристрої на батарейках, але лише з тонкими нікелевими стрічками. Оскільки Метт хотів використовувати товсті стрічки для високої струмовіддачі, він застосував набагато потужніший зварювальний апарат з більшими налаштуваннями та можливістю швидких імпульсних зварювань.
Критична увага до безпеки потрібно бути надзвичайно обережним при зварюванні – один неправильний рух або навіть просто падіння стрічки на відкриті контакти може бути катастрофічним. Під час збирання не повинно бути жодних відволікань, навіть музики, і треба перевіряти кожне розміщення стрічки перед зварюванням.
Метт спочатку приварив усі паралельні з’єднання вздовж негативних контактів кожного ряду, загнувши верхній кінець кожної стрічки вбік для легкого підключення балансувальних кабелів. Потім з’єднав ряди послідовно, створивши шлях струму від лівої негативної сторони збірки через наступний ряд і так далі до позитивної сторони, де напруга складається до 50 вольт.
Система управління батареєю (BMS)Завдяки загнутим вкладкам можна контролювати напругу кожного паралельного ряду.
Це критично важливо, оскільки літієві елементи ніколи не повинні перезаряджатися або надмірно розряджатися.
Якщо один з рядів має трохи іншу ємність, з часом з’явиться різниця напруг, що посилюватиметься протягом кількох циклів заряду-розряду, досягаючи рівня, достатнього для пошкодження.
BMS (Battery Management System) доступні в різних розмірах для різних застосувань. Вони не лише забезпечують захист від перевантаження за струмом, але й завдяки балансуванню підтримують однакову напругу всіх рядів елементів незалежно від кількості циклів.
Дешеві BMS можна знайти на eBay, але для високого рівня безпеки краще брати якісну брендову. Преміум-моделі мають круті функції, як-от Bluetooth та різні налаштування через ПК – варті додаткових витрат.
Багатошарова система ізоляціїПерший шар – лист ізоляційного пластику. Метт використав PTFE (термопластик з дуже високою температурою плавлення та чудовими ізоляційними властивостями). У ньому зроблені отвори, що вирівнюються з балансувальними вкладками батареї.
Це дозволяє прокладати балансувальні проводи BMS до вкладок акуратно і впорядковано.
Метт додатково подбав, щоб проводи ніколи не могли доторкнутися один до одного завдяки кабельним стяжкам та отворам для протягування дротів ззаду.
Після перевірки, що напруга зростає правильно для кожного контакту, встановлюється більше пластику для покриття вкладок та як проміжок для наступного шару.
Монтаж BMS до нього вже припаяні дроти для виходу та входу зарядки, також акуратно прокладені вздовж листа. Після прикручування нейлоновими гайками та болтами припаюються позитивний та негативний входи до батареї, потім підключаються балансувальні проводи.
Тепер батарея електрично захищена BMS, але залишається багато відкритих нікелевих стрічок. Тут стають у нагоді нейлонові болти – Метт раніше використав сепаратори як шаблон для свердління відповідних отворів в іншому листі PTFE-пластику, який просто вставляється зверху та фіксується нейлоновими гайками.
Цей процес повторюється для боків та низу, ізолюючи та захищаючи всю батарею пластиковими деталями у внутрішній структурі.
Зовнішній захисний корпусХоча батарея чудово ізольована електрично, фізично вона не захищена і може пошкодитися від ударів.
Друге призначення нейлонових болтів – з’єднати батарею із зовнішнім захисним корпусом.
Окремо нейлонові болти досить слабкі, тому Метт об’єднав їх міцною металевою пластиною. Алюміній ідеально підходить – у його пластині є відповідні отвори для нейлонових болтів, а також чотири великі отвори для різьбових вставок M4.
Після прикручування панелей гайками, що самоконтрються, конструкція стала набагато міцнішою. Фінальний шар складається з двох бічних панелей, також з алюмінію, підсилених кутниками по периметру. До них додані різьбові вставки та монтажні отвори.
Перед прикручуванням панелі обробили вініловою плівкою – це швидкий спосіб надати їм виробничого вигляду та зробити естетично привабливими, що важливо для будь-якого DIY Perks.
Система охолодження та портівЗверху встановлені невеликі вентилятори для продування повітря через верхню камеру, де розміщуватиметься схема подачі живлення. Рух повітря підтримуватиме все в холоді.
Панелі мають ту саму білу глянцеву обгортку, а також прикручену дубову облямівку для естетики. Та сама формула повторюється для нижньої пластини з гумовими ніжками та іншої бічної кришки з повітряним виходом для вентиляторів і портом зарядки,
підключеним безпосередньо до входу зарядки BMS.
Перетворювачі напруги та порти виходуУ поточному стані батарея може видавати максимум 50 вольт – чудово для деяких застосувань, але для багатьох занадто високо. Потрібно регулювати до кориснішого рівня.
Метт використав три перетворювачі напруги, які ефективно знижують 50 вольт практично до будь-якого бажаного рівня:
- Один на 12 вольт прямого виходу
- Один на 24 вольти прямого виходу
- Один на 24 вольти внутрішньої шини для USB Power Delivery
Для USB Type-C єдиним пристроєм з повними 90 ватами Power Delivery від входу постійного струму виявився автомобільний зарядний пристрій, який також приймає 24 вольти – ідеально для внутрішньої шини.
На фінальному алюмінієвому листі встановлені три високострумові вимикачі, розетки живлення для різних напруг виходу, а також лічильник струму та напруги для моніторингу потужності та залишкового заряду.
Прямий доступ до 50 вольт
Щоб не обмежуватися лише перетворювачами з лімітом 200 ват кожен, Метт додав роз’єми Dean’s. Вони витримують високі струми, але для надійності він використав два разом: внутрішні два контакти – позитивні з’єднання, зовнішні два – негативні. Орієнтація не має значення – можна вставляти в будь-який бік, як USB Type-C.
Це підключається безпосередньо до виходу BMS, даючи доступ до повних 50 вольт батареї – критично важливо для надпотужних пристроїв.
Конфігурація BMS та тестуванняПісля монтажу всієї панелі батарея виглядає фантастично, але через вагу незручна для переміщення. Фінальний штрих – ручка зі шкіри, що залишилася від попереднього проєкту.
Обмотування тонкої смужки навколо більшої петлі створює зручний захват, утримуваний двома додатковими ремінцями. Виходить міцна ручка з м’якої шкіри, що чудово виглядає і завершує збірку.
Перед використанням BMS потрібно налаштувати, вказавши тип батарей і параметри безпеки. Хоча це можна зробити через USB, Метт додав модуль Bluetooth для бездротового підключення з ноутбука. Йому подобається можливість перевіряти журнали подій для моніторингу продуктивності та стежити за балансувальними напругами в реальному часі.
Вражаючі можливості станціїПісля повного заряду літієвим зарядним пристроєм настав час великого тесту – живлення мікрохвильової печі через мережевий інвертор, підключений безпосередньо до високострумових роз’ємів Dean’s.
Працює бездоганно! Хоча дивно готувати гарячу їжу на вулиці за лічені хвилини, це чудова винагорода побачити це в дії.
Практичні застосування
- Повний день на природі з гарячою вечерею – може працювати до години, нагодувавши кілька людей
- Підзарядка розрядженого автомобільного акумулятора – за кілька хвилин можна рушати без виклику допомоги
- Розширений кемпінг – заряджати пристрої буквально тижнями
- Відключення електрики через шторм – підтримувати холодильник-морозильник майже два дні, запобігаючи псуванню продуктів
- Ігровий турнір на відкритому повітрі – шість годин легко
Відео набрало понад 3,3 мільйона переглядів, демонструючи величезний інтерес до потужних портативних рішень для автономного електропостачання.
Запис Ентузіаст показав, як зібрати зарядну станцію, яка живить холодильник два дні спершу з'явиться на ProstoMob.
