Questão:
Mudança de baterias em série para paralela - solução técnica
SF.
2015-03-02 00:26:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Estou pensando em desenvolver um 'banco de energia' de bolso que forneça 6V e 12V - um carregador para carregar um telefone (com 6V) ou um notebook (com 12V).

O diagrama elétrico é bastante simples; troque a conexão dos terminais como abaixo.

schematic

O esquema não é tudo. Gostaria que o carregador tivesse duas tomadas, uma fornecendo 6V e a outra - 12V, e "pressentisse" o que servir, tendo um plugue em qualquer uma das tomadas (digamos que usar os dois ao mesmo tempo é proibido; eu posso coloque-os de forma que os dois plugues não caibam ao mesmo tempo, digamos, um controle deslizante que abre um deles, mas nunca os dois).

Melhor se a "detecção" fosse feita da maneira mais simples, forma mecânica (por exemplo, existem soquetes que fornecem um contato de "detecção" extra que curto para a massa se o plugue estiver inserido), mas se isso se revelar muito difícil ou mecanicamente complexo, uma solução eletrônica mais complexa também funcionará, desde que ganhe ' t drene as baterias quando nada está conectado. (e é claro que o circuito deve aceitar corrente de carga externa - aceitar apenas um dos dois, 6 ou 12 V é bom).

E, claro, embora apenas cortar uma das baterias para 6V seja a solução mais fácil, isso reduziria pela metade a capacidade para a aplicação de 6V e causaria um problema de carga parasita ao mudar para 12V depois que a energia de 6V foi esgotada, portanto, não é realmente uma solução aceitável.

Então, como construir tal circuito - que fornece energia de duas baterias, em série ou em paralelo, dependendo de qual soquete foi usado?

O que você quer dizer com "como construir tal circuito ...?" Qual é a questão real? Você quer saber como especificar os componentes? Como obtê-los? Como montá-los?
@EnergyNumbers: O cerne da questão é a mecânica. É muito menos sobre o lado elétrico (para o qual um exemplo de solução é dado no início) e muito mais sobre como 'torná-lo manejável' - sim, como montá-los de forma que o interruptor pareça 'transparente' do ponto de vista do usuário.
@SF Acabei de argumentar que é uma questão de EE :-). Minha resposta trata da transparência de comutação, MAS os aspectos elétricos são o que serão e devem ser usados ​​para que funcione bem. Você pode forçar uma solução mecânica sobre o requisito, mas usando a eletrônica, ela "funcionará" conforme desejado. Mudança automática para 6V ou 12V sem interruptores extras. Dreno mínimo de 12 V quando 12 V não usado. Tratamento sensato com 6/12 de carregamento.
@RussellMcMahon: Eu acredito que já tenho duas idéias que se resumem a uma mecânica inteligente com apenas um mínimo de eletrônicos, desde que postou esta questão. Sim, poderia ser colocado em uma questão puramente EE, mas a beleza da Engineering.SE é que ela pode fornecer respostas que superam o escopo EE e fornecer uma solução que é mais robusta e mais elegante. [editar: um não é viável, o outro não é tão elegante quanto eu gostaria ... mas só porque os consegui me faz acreditar que há outros esperando para serem inventados ...]
Eu removi alguns comentários meta-relacionados desta postagem. Evite meta-comentários estendidos - é melhor abrir uma pergunta em [meta] ou levar a discussão para [chat]. Como se lê atualmente, esta questão parece exigir experiência multidisciplinar e deve ser respondida aqui.
Você mencionou o uso de um controle deslizante para abrir um soquete ou outro, mas não ambos. Existe uma razão pela qual você não pode tornar aquele controle deslizante sua chave de voltagem?
@Mark: Essa foi a ideia 'menos elegante' que tive. Os interruptores de dois canais e duas posições tendem a ser grandes, e a mecânica de fazer o controle deslizante encaixar no interruptor e se mover na distância certa (provavelmente mais do que o interruptor moveria) são dores de cabeça extras que eu prefiro evitar.
Mencionei os relés porque presumi (aparentemente erroneamente) que era isso que seu diagrama mostrava e você não fez menção a uma chave de transição. O problema seria fácil de resolver se uma boa definição fosse fornecida, mas a definição parece escorregar de cada resposta dada ou comentário feito. A chave DPDT que você disse pretendia ser uma chave (já que não é um relé) ou não foi criada para existir? | Um circuito eletrônico para automatizar a mudança, como descrevi, é simples para alguém 'versado na técnica' [tm]. Qualquer aparente aparência de falta de elegância pode ser devida a ...
... falta de conhecimento de eletrônica. | Quais correntes de saída você precisa em 12 V e em 6 V? | Você diz '* os relés são volumosos *' - qual é o tamanho do dispositivo que você espera - '* e consomem muita energia *' qual% da energia total consumida seria aceitável. A eletrônica pode gerenciar 0,00% do consumo de estado estacionário para controle se essa for uma parte necessária das especificações. | Seria útil ter uma definição de requisitos que permitisse que a adequação de uma resposta fosse determinada sem ter que submetê-la.
Re ".. Relés ... provavelmente precisariam ser alimentados por um único 6V, o que desequilibraria a carga) -> Não. Para fazer o melhor uso do recurso de resposta, é melhor declarar um requisito claramente para que" especialistas "possam formular uma resposta que os atenda O equilíbrio da bateria foi um requisito inicial claro e refletido em minha resposta por meio de um comentário estendido. Na ausência de informações específicas em contrário, não há razão para supor que esse fator seria ignorado no projeto proposto.
@RussellMcMahon: Se algo da definição / pergunta estiver faltando ou não estiver claro, você está sempre livre para pedir nos comentários para que eu forneça qualquer informação faltante e eu responderia com prazer. Ainda não tenho certeza de como você imagina alimentar o circuito de controle (+ solenóide do relé) sem usar apenas uma bateria (= desequilibrar as baterias). Um cenário simples em que o consumo seria ruim é o usuário deixar o cabo de 12 V conectado, em um "recipiente" quase totalmente carregado, onde o consumo de 12 V seria muito baixo e duraria dias enquanto o circuito de controle ainda operasse.
@RussellMcMahon: Quanto a outras questões: cerca de 1500mA de pico, com consumo de energia típico de 500mA, tamanho mais ou menos do tamanho de um maço de cigarros, mas não mais do que 5-10% do volume do circuito - a maioria ocupada pelas células.
Algo do tamanho de um maço de cigarros que produzia 6 W não vai durar muito. Há muitas coisas, especialmente em relação às baterias, que você aparentemente não considerou.
O @OlinLathrop: 500mA é típico para a maioria dos carregadores de telefone parasitas, que geralmente têm cerca da metade do tamanho (mais finos). Não acho que empilhar dois desses e conectá-los em série os danificaria. Se usar células de 1200mAh, a corrente de descarga seria de 0,4 C, bem dentro do razoável.
O que é um "carregador de telefone parasita"? Forneça detalhes suficientes e / ou um link da web. [Eu construí carregadores de telefone e outros carregadores, mas é importante saber o que você quer dizer com o termo]. || Que ordem de orçamento é aceitável para todos os componentes nos circuitos de comutação e controle? || Posso (facilmente) fazer um circuito que não desequilibra as baterias, uma vez que conheço as especificações estáveis. (Funciona em 6v quando em modo 6v e 12v quando em modo 12v). || Um relé de travamento usa energia zero quando não está comutando. || Os interruptores MOSFET fariam esse trabalho com facilidade, seriam pequenos e razoavelmente baratos. || ....
... Um relé que permitiu a um controlador atender às especificações de tamanho é facilmente alcançado. || A intenção em ser "robusto em resposta" não é ser rude por causa da grosseria, mas tentar quebrar o loop em que estamos, onde não sabemos todas as especificações, você tende a oferecer fragmentos de solução em vez do requisito real (isto é uma armadilha comum que acontece com muitas perguntas) - se soubéssemos os reais requisitos, poderíamos oferecer uma gama de soluções que funcionariam para sua avaliação. | Agora temos "dois carregadores em série como um novo item de especificação. E as baterias de 6V / 12V são de tipo desconhecido. ....
.... Presumi inicialmente o ácido de chumbo, pois eles são a única química comum que é razoavelmente descrita como 6V / 12V, mas aparentemente você quer dizer outra coisa. |||| QUEREMOS ajudar (olhe para Olin e meu "representante" - isso vem principalmente de responder às perguntas das pessoas. Precisamos que você nos diga todos os requisitos - mesmo com sua própria resposta adicionada, não é óbvio o que você está fazendo. Se um 4 alfinetes plug é uma solução adequada, tudo bem. Saber o todo ainda seria útil.
@RussellMcMahon: Uma pequena caixa (do tamanho de um smartphone) que pode ser usada para carregar a bateria interna do seu telefone, como [estes] (http://www.digitaltrends.com/mobile/best-portable-battery-chargers/ ) O orçamento para peças (incluindo as células) deve ser inferior a $ 50, de preferência menos; meu objetivo ao construir o personalizado em vez de comprar um pronto para uso é também poder ligar um notebook por um curto período (com 12V); seria quase duas vezes maior que os comerciais; dobre o consumo de energia no modo 12V.
Como é um aparelho de bolso (primeira frase), nem comecei a imaginar que alguém pensaria que o chumbo-ácido seria uma solução razoável. Meu plano é usar acumuladores NiMH, 5 x 1,2V = 6V, ou alternativamente íon-lítio, mas o NiMH permite manter o dispositivo bem simples, sem necessidade de circuitos de proteção contra sobre-descarga.
Nem mesmo começar a imaginar é algo que você vai superar com o aumento da maturidade técnica. [Como estou indo até agora?]. | O excesso de descarga de NimH não é bom para sua saúde. (Eu "usei" cerca de meio milhão deles até agora). | "Carregador parasita" obtém 170 resultados do Google - a maioria, senão todos, irrelevantes. Eu sugiro que você use uma terminologia que seja mais convencional. | $ 50 são imensamente alcançáveis.
@RussellMcMahon - Cortei a primeira parte do seu comentário recente. Eu entendo que estou frustrado com os requisitos que continuam a surgir, mas parte do comentário anterior foi um pouco longe demais. Minha preferência é excluir, não editar, comentários. Mas o restante de seu comentário se aplica à pergunta.
@SF. - Muitos dos detalhes que você especificou aqui nos comentários precisam ir para sua pergunta. Os comentários são objetos de segunda classe no StackExchange e estão sujeitos a exclusão. Os futuros visitantes não lerão todo o comentário para encontrar as informações nele embutidas.
@GlenH7 Posso deletar todo o meu material sobre esta questão se ajudar. É essencial que as pessoas que fazem perguntas realmente tomem nota das respostas, é altamente desejável que as especificações sejam as mais completas possíveis e é absolutamente essencial que não estejamos buscando um banquete móvel. | Eu respondi em algum lugar mais de 2500 perguntas de troca de pilha com uma média de "representante" de 40+ por pergunta. A maioria das pessoas me considera útil e aprecia minhas respostas. Se simplificarmos o "conselho" que os usuários obstinados recebem para ser "simpáticos", acabamos prejudicando tanto o usuário quanto o site.
Não, por favor, não - e sinto muito se você acabou perdendo a minha frustração. Aquele que pergunta não tem a perspectiva necessária para perceber o que está faltando em sua pergunta - coisas muito óbvias para mencionar na cabeça de quem pergunta não são assim para os outros. Então, quando outros reclamam 'a pergunta não está clara', mas não dizem o que exatamente está faltando, ou fazem suposições selvagens em vez de fazer perguntas para esclarecer, fica bastante frustrante - tentarei melhorar a pergunta quando eu ficar um pouco mais tempo. (por exemplo, meu erro, 'carregador parasita' é um calque do meu idioma, mas por que você não perguntou antes?)
Quatro respostas:
#1
+3
Olin Lathrop
2015-03-02 05:38:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Você não nos disse em que contexto este dispositivo será usado, então é difícil avaliar o quão adequadas são as diferentes alternativas. Aqui está uma possibilidade:

A bateria é sempre de 12 V. Para começar, isso simplifica o carregamento. A tomada de 12 V é simplesmente conectada aos fios da bateria, e está tudo bem.

A tomada de 6 V é na verdade acionada por um conversor buck da bateria de 12 V. Novamente, não sabemos o contexto deste dispositivo, então é difícil dizer se a eletrônica extra vale as outras simplicidades. Os conversores Buck de 12 V para 6 V podem ser pequenos, baratos e bastante eficientes. Visto que, de acordo com sua própria resposta, você pode usar um cabo especial para cada tomada com pinos extras, você pode usar este mecanismo para habilitar o conversor de buck para que ele não use energia quiesciente quando 6 V não for exigido.

As duas principais vantagens dessa abordagem é que nenhum intertravamento é necessário (estruturas mecânicas costumam ser mais caras para desenvolver do que um circuito) e o carregamento não precisa lidar com a detecção e o ajuste de como a bateria está configurada. A bateria é sempre carregada como uma bateria de 12 V.

Você poderia levar esse conceito mais longe usando uma bateria de tensão mais alta, como 18 V, por exemplo, e um conversor buck para 12 V e 6 V. tem a vantagem de que ambas as saídas serão bem reguladas. Outra questão importante que você pode ter esquecido é não permitir que a carga externa drene as baterias a ponto de serem danificadas. com um circuito entre a bateria e sua carga, ele pode gerenciar a bateria e desconectar a carga quando a bateria ficar muito fraca. Ele também pode fazer detecção de sobrecorrente ou limitação de corrente, ou de outra forma lidar com uma carga mal comportada sem que algo pegue fogo.

Sua pergunta pede apenas algo simples, mas pode haver mais questões em que pensar do que parece à primeira vista.

seria 'útil' saber a Iout máxima desejada. Também custo, tamanho e tonalidade de Octarine. Duvido que você ou eu possamos determinar a tonalidade.
@Russell: Sim, e as especificações (como são) continuam mudando também. Sua própria resposta não responde realmente à pergunta feita. Sem o OP recuando e nos dizendo as partes que importam e sem perder nosso tempo com soluções imaginadas, essa pergunta será impossível de responder a não ser atirando no escuro.
#2
+1
Russell McMahon
2015-03-02 03:12:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Você abordou muitos dos pontos principais - é realmente apenas "uma questão de engenharia".

Se você tirar 6 V da parte superior da bateria do lado direito e 12 V do segundo contato para baixo (saída de 12 V da chave DPDT) como mostrado no diagrama abaixo, você nunca obterá tensões incorretas na saída . A mudança para o modo 12V pode ser acionada inserindo um plugue na tomada 12V, como você sugere. Se você quiser que isso aconteça apenas quando houver necessidade de consumo de corrente de 12 V, poderá conectar um sensor eletrônico de alta resistência alimentado por + 6 V que detectou uma carga real presente. Pensando bem, você poderia automatizar totalmente isso para que uma carga de 12 V conectada ao soquete de 12 V disparasse automaticamente o modo de 12 V quando uma carga de 12 V fosse detectada e terminasse quando não houvesse corrente de carga.

Na maioria dos casos, um modo físico relé ainda é difícil de melhorar em termos de custo-benefício e baixa queda de tensão.

Para carregamento de 12 V, você pode acionar a mudança de 6 V / 12 V com base na voltagem do carregador ou um interruptor dedicado ou com tomadas de carregamento separadas.

O equilíbrio da bateria deve ser razoável para baterias idênticas que são igualmente carregadas inicialmente. Como você observou, você nunca deve consumir corrente de apenas uma bateria ou carregar uma bateria - mudar de 6 V para 12 V com baterias desequilibradas provavelmente é OK, mas mudar de 12 V para 6 V tenderá a destruir a chave com correntes de desequilíbrio. Seria aconselhável um resistor limitador de corrente muito pequeno em cada cabo da bateria - isso provavelmente pode ser apenas a resistência da fiação com as conexões sendo feitas de forma a maximizar a resistência entre as baterias com a fiação existente. Uma resistência que limita a bateria máxima do mundo real à corrente de desequilíbrio da bateria para digamos 5 a 10x a corrente nominal do relé para circunstâncias inesperadas muito ocasionais provavelmente está OK. A resistência nos cabos da bateria é obviamente indesejável na operação normal e deve ser minimizada sempre que possível.

enter image description here

Os relés são volumosos e geralmente consomem muita energia (e provavelmente precisariam ser alimentados por um único 6V, o que desequilibraria a carga); Prefiro ficar sem eles. O circuito de detecção de potência parece uma solução intuitiva, mas se você chegar aos detalhes da implementação, ele se tornará bastante complicado - a menos que você saiba uma maneira de torná-lo trivialmente simples, o que seria bem-vindo. A chave de soquete é uma ideia interessante, mas geralmente fornece apenas uma única chave conectada ao contato negativo, não dupla e isolada do resto do circuito - não tenho certeza de como usá-la aqui.
#3
  0
SF.
2015-03-02 04:33:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Acho que tive uma ideia que deveria ser trivial de implementar e trabalhar sem nenhuma eletrônica ativa. Como o design é para empregar cabos de carregamento dedicados e posso tomar liberdade com os soquetes, posso usar os plugues como "chaves" que direcionam a energia como eu quiser: eu usaria soquete de 4 terminais (apenas um) e um "cabo de 6 V" e um "cabo de 12 V" (obviamente diferindo com os plugues na extremidade do "destinatário"), que se conectaria aos terminais da maneira que eu preciso. Nenhum "circuito de detecção" e o processo de comutação de voltagem são integrados à atividade necessária do usuário do dispositivo.

schematic

Ainda estou deixando a questão em aberto - talvez alguém surgiu com algo ainda melhor?

É melhor que seu bloqueio mecânico seja sólido. Conectar os dois cabos causará curto-circuito nas baterias. Além disso, o carregamento agora será um problema porque o carregador não saberá que voltagem colocar na "bateria".
A conexão do @OlinLathrop: não será um problema, pois há apenas um soquete, estou eliminando totalmente os dois soquetes separados. O carregador usará o mesmo cabo que o 'destinatário', novamente, direcionando a tensão conforme necessário através do plugue, para que eu possa usar 6 e 12V, apenas cada um com o cabo apropriado. A única preocupação é escolher um soquete fora do padrão o suficiente para que nada mais do que meus 'plugues de chave' se encaixem (no começo eu ponderei soquete USB, então percebi que me arrisco a rotear 12V através de linhas de dados se alguém conectar um cabo de dados comum).
#4
  0
Jonathan
2017-05-17 18:50:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Fiz um desenho rápido com uma eletrônica um pouco mais apropriada: voltage switcher

Você não pode colocar duas fontes elétricas em paralelo, isso irá quebrar seu sistema imediatamente ou no longo prazo.

Estou usando portas Not porque são as mais comuns, também as mais simples de construir.

Conecte o verde com o verde ($ 12V $) e o laranja com o laranja ($ 6V $) no momento em que o circuito estiver em $ 12V $, pressione o switch e ele funcionará em $ 6V $ (você precisa mexer um pouco no switch para que o que não estiver conectado seja então conectado ao aterramento)

Também indiquei que você pode carregar suas baterias em série



Estas perguntas e respostas foram traduzidas automaticamente do idioma inglês.O conteúdo original está disponível em stackexchange, que agradecemos pela licença cc by-sa 3.0 sob a qual é distribuído.
Loading...