Більше ніж powerbank

Цей допис варто було б почати щє у 21му році, коли я зібрав синій супер-ліхтар, що, на певно, міг би спопіляти вампірів уночі, якби вони існували.

Той ліхтар я віддав знайомому з 95ки щє на початку повномастабного вторгнення і протягом тривалого часу він допомогає хлопцям заряджати гаджети, запускати автівки та інколи освітлювати приміщєння.

У моєму фейсбуку навіть є відео демонстрація його роботи: https://www.facebook.com/100000506754212/videos/448729326686558/

Взагалі то цей девайс вартий окремого допису тому тут на ньому зупинятись не буду, згадав, щоб було зрозуміло що ідея збирати саме ліхтар цього разу з’явилась не просто так.

Ідея

Одного разу я натрапив на відео на youtube де хлопець збирав не зовсім звичайний powerbank, незвичайність була в тому, що батарея в нього була 4s2p замість звичайної для майже всіх повербанків 1sXp. Плати що підтримують напругу понад 3.7 вольт та шє й мають хоча б мінімальне балансування батареї я до цього не зустрічав, тому вирішив спробувати.

Недовгий пошук на aliexpress привів мене до плати що дозволяє зібрати повербанк з 5s батареї, та щє і можливість використання lifepo4 заявлена, і на додачу потужність usb-c аж 100 ват (точніше у продавця декілька різних плат рызної потужності я вибрав версію “5S 100W 50000MA“).

Далі батареї, оскільки я давно хотів спробувати щось зібрати на lifepo4 то поліз шукати саме їх. і знайшов ось такі: https://pl.aliexpress.com/item/32986499663.html

Два компонента що потрібні для експерименту підібрані, але збирати просто повербанк це ж нудно, як ви вважаєте? І тут прийшла ідея зібрати новий потужний ліхтар.

Вимоги

Вимоги до девайсу я висунув наступні:

  • Функції повербанку (очевищє, як кажуть поляки)
  • Зарядка через usb-c (Одна з функій замовленої плати). До речі попередній ліхтар треба було заряджати окремим блоком і це не дуже зручно
  • Робоче світло (аналогіно попередній версії, але цього разу теплий білий колір)
  • Головне світло (теж аналогічно попередній версії)
  • Робоче світло червоного кольору (в мене лежала без діла світлодіодна стрічка червоного кольору, вирішив її тако ж задіяти)

Новий ліхтар втратив можливість “прикурити” авто, адже цього разу я використав зовсім іншу батарею в якої піковий струм значно нижчій ніж в тому ліхтарі, але завдяки меншого розміру батареї ліхтар став значно компактніший.

Комплектуючі та підключення

Для реалізації проекту я підібрав ось такі деталі:

3д моделі для кастомізації (В форматі Solidworks) можна скачати з GrabCad. А якщо просто для друку (в форматі STL) – з Printables.

Згідно опису до плати powerbank ми можемо налаштувати її на різні типи та ємності батарей замінюючи два опори

Отже в нашому випадку R7 замінюємо на 3.6К. А от R8 я не зміг підібрати під 6500mah тому взяв 7.5К з розрахунку на 6000mah.

Міняти ці опори за допомогою звичайного паяльнику щє те задоволення, спробуйте домовитись з продавцем щоб він вам відправив плату вже налаштовану під ващі потреби.

На додачу до всього плата має функцію ліхтарика, але розрахована на світлодіоди напругою 3.9В. Саме тут нам знадобиться мосфєт. Взагалі то, ви можете використати звичайне реле, але в мене не було під рукою.

За мосфєтом підключаємо наш DC-DC перетворювач і через перемикач підключаємо світлодіодні стрічки та прожектор.

Тут треба зауважити що взяти в якості прожектора автомобільний світлодіодний модуль була непогана ідея. В попередній версії ліхтаря я використав 42мм світлодіод потужністю 100Вт, що живиться напругою у 32В. Для нього довелось створювати окремий ланцюг з окремим перетворювачем. В данному випадку все вийшло доволі просто.

З електронною частино. можимо на цьому завершити, вона вийшла доволі проста а отже рухаємось до дизайну та збірки.

Розробляємо корпус та збираємо до купи

Корпус я вирішив зробити сходим на попередню версію, звісно з поправкою на компоненти всередині та розмір. А отже погравшись за компановкою пару годин вже мав більш менш відповідні 3д моделі.

Далі деталі були надруковані і почалась збірка до купи. Тут все доволі просто. Збираємо батарею та проварюємо точковою зваркою (або обережно пропаюємо)

Збираємо до купи корпус, встановлюємо в нього Led-модуль, вклеюємо світлодіодні стрічки та встановлюємо плату контроллер (раджу додати трохи клею в пази кріплення плати для фіксації), припаюємо дроти до перемикача та збираємо до купи ручку.

В якості розсіювача я взяв силіконовий канал для світлодіодної стрічки (10х10мм). Обережно відрізав нижню частину та вклеїв в корпус

Далі встановлюємо акумулятор на своє місце та все підключаємо.

На останок закриваємо задню кришку і ліхтар готовий

Випробування ліхтаря

Перш за все мене цікавило на скільки потужно працює led-модуль.

А ось так виглядає промінь що світить в небо. Фото трохи не в фокусі, вибачайте.

Що до споживання – після семи годин роботи основного світла плата продовжує показувати 100% заряду. Скоріш за все так вийшло через те, що живлення для світла я взяв паралельно до плати. Це не дуже добре але з плати його взяти ніде, Хіба що випаяти один з роз’ємів, але не хотілось би того робити. Тим не менш, коли я підєднав навантаження до одного з роз’ємів плата все ж прерахувала ступінь заряду і виявилось що батарея майже розряжена.

Тим не менш 7 годин це значно більше ніж я очікував. Виходить що заявлені 50 ват потужності це не потужність світлодіода, а скоріш еквівалентна потужність модуля.

Тестуємо powerbank

Перш за все я спробував зарядити ліхтар від 100Вт зарядки. Висновок: Про 100Вт навіть не думайте, плата перегрівається та відключається. Те ж саме при спробі заряджати щось від ліхтаря на такій потужності. Так плата вмикається в такий режим і навіть кілька хвилин працює але на тому все.

Кілька разів в мене плата перезапускалась сама на меньших потужностях, наче не фатально але неприємно.

Зарядка ліхтаря потужністю 40Вт пройшла без проблем, плата трохи нагрілась, але витримала і навіть зарядила ліхтар доволі швидко.

Usb-c PD 20В

Щоб заміряти ємність я використав тестове навантаження, виставив потужність на рівні 30Вт розряджав через USB-C PD при напрузі 20В.

Наміряв 4.174А/г. Це не 6ть які я хотів би побачити, але теж непогано, тим паче, батарею треба щє кілька разів прогнати заряд/розряд.

Звісно результат доволі очікуваний, враховуючи що плата піднімає напругу з 16В до 19.5В.

Подібну історію я бачу при тестуванні повербанків зібраних за схемою 1sXp, але там різниця при 20В PD в два і більше рази від ємності батарей. Ось на приклад результат тестування фірмового повербанка Baseus із зявленою ємністю у 20А/г у такому ж режимі:

Хоча той повербанк витримує 100Вт через PD.

Usb-A QC 12В

Наступний тест – QC з напругою 12В . Тут показники значно ращі аж 7.248А/г, це вже схоже на очікуваний результат.

Пояснення А/г результатів

Якщо ви не розумієте як може один і той самий powerbank віддавати різну кількість ампер/годин і чому більщість повербанків не віддають вказану ємність – спробую пояснити.

Зазвичай вказують ємність в ампер годинах батареї при її номінальній напрузі. Для більшості повербанків ємність вказана саме батареї.

Таким чином, якщо заявлена ємність скажімо 20А/г а напруга батареї 3.7В то при 20 вольтах це буде 3.7А/г, додаємо сюди ккд перетворювача близько 85% і отримуємо на виході 3.145А.г. Це схоже на результат мого повербанка від baseus чи не так?

Справа в тому що ємність в А/г не враховує напругу. Тому в різних режимах маємо різну ємність. Саме через це для більш потужних та універсальних зарядних станцій ємність вказується в ват-годинах.

Беремо результати наших випробувань, множимо ампер/години на напругу і отримуємо ємність в ват годинах. Перше випробування нам дає 81.393Вт/г, а друге – 85.526Вт/год. Звісно розрахунок не точний адже плата не тримала постійно напругу у 19.5 та 11.8В. В першому тесті напруга коливалась між позначками 20-19.5В, а в другому у проміжку 12-11.7В. Тому вважаю що можна взяти найменьший результат за характеристику ємності нашого ліхтаря і округлити її.

Таким чином отримуємо заявлену ємність у 81Вт/г. В той же час для baseus-а ємність складе приблизно 74Вт/г.

Висновки

Ліхтар вийшов доволі вдалий, саме ліхтар. Що до можливостей powerbank – як на мене, вийщло слабенько. Звісно, мені вдалося перевершити наявний у мене, доволі недешевий powerbank від baseus, але хотілось би досягти кращіх результатів.

Щоб покращіти показники варто збирати батарею 5s2p (якщо використовувати такі самі елементи). Тако ж можна спробувати зібрати батарею з елементів lipo цілком імовірно що вдастся досягти значно кращох ємності навіть зберігши розміри, але то вже буде зовсім інша історія.

Що до самої плати – тут теж все доволі посереньо. Так китайці намагались зробити класну плату для збірки потужного powerbank тим не менш цього разу не вийшло, то ж чекаємо на наступну ревізію. Можливо хтось може порадити кращій варіант плати, якщо так буду радий пораді.