Domanda:
Passaggio delle batterie da serie a parallelo - soluzione tecnica
SF.
2015-03-02 00:26:26 UTC
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Sto pensando di sviluppare un "power bank" tascabile in grado di fornire sia 6 V che 12 V: un caricabatterie per caricare un telefono (con 6 V) o un computer notebook (con 12 V).

Lo schema elettrico è abbastanza semplice; cambiare l'attacco dei terminali come di seguito.

schematic

Tuttavia, gli schemi non sono tutto. Vorrei che il caricabatterie avesse due prese, una che fornisce 6V, l'altra - 12V, e "percepisca" cosa servire avendo una spina in una delle prese (diciamo che è vietato utilizzarle entrambe contemporaneamente; posso posizionarli in modo tale che entrambi gli spinotti non si adattino contemporaneamente, ad esempio un cursore che li apra ma mai entrambi).

Meglio se il "rilevamento" fosse fatto nel modo più semplice, modo meccanico (ad es. ci sono prese che forniscono un contatto di "rilevamento" extra che mette in cortocircuito la massa se la spina è inserita), ma se ciò si rivelasse troppo difficile o meccanicamente complesso, funzionerebbe anche una soluzione elettronica più complessa, a condizione che non vinca t scaricare le batterie quando non è collegato nulla. (e ovviamente il circuito deve accettare la corrente di carica esterna - accettare solo uno dei due, 6 o 12V va bene).

E, naturalmente, anche se tagliare solo una delle batterie per 6 V sarebbe la soluzione più semplice, dimezzerebbe la capacità per l'applicazione a 6 V e causerebbe problemi di carica parassita quando si passa a 12 V dopo che la corrente a 6 V è stata esaurita, quindi non è davvero una soluzione accettabile.

Allora, come costruire un circuito di questo tipo - che fornisce alimentazione da due batterie, in serie o in parallelo a seconda di quale presa è stata utilizzata?

Cosa intendi con "come costruire un circuito del genere ...?" Qual è la vera domanda? Vuoi sapere come specificare i componenti? Come procurarseli? Come montarli?
@EnergyNumbers: Il nocciolo della questione è la meccanica. Riguarda molto meno il lato elettrico (per il quale viene fornita una soluzione di esempio all'inizio) e molto di più il "renderlo maneggevole" - sì, come montarli in modo che l'interruttore appaia "trasparente" dal punto di vista dell'utente.
@SF Ho appena sostenuto che è una domanda EE :-). La mia risposta riguarda la trasparenza della commutazione, MA gli aspetti elettrici sono ciò che sarà e dovrebbe essere utilizzato per farlo funzionare bene. Potresti forzare una soluzione meccanica sul requisito, ma usando l'elettronica "funzionerà" come desideri. Cambio automatico a 6V o 12V senza interruttori aggiuntivi. Minimo consumo di 12V quando 12v non utilizzato. Gestione ragionevole della ricarica 6/12.
@RussellMcMahon: Credo di aver già avuto due idee che si riducono a una meccanica intelligente con un'elettronica minima, da quando ho postato questa domanda. Sì, potrebbe essere una questione puramente EE, ma il bello di Engineering.SE è che può fornire risposte che superano l'ambito EE e fornire una soluzione che è sia più robusta che più elegante. [modifica: uno non è praticabile, l'altro non è elegante come vorrei ... ma solo perché li ho presi mi fa credere che ce ne siano altri che aspettano solo di essere inventati ...]
Ho rimosso alcuni commenti meta correlati da questo post. Per favore astieniti da meta commenti estesi: è meglio aprire una domanda su [meta] o portare la discussione in [chat]. Come si legge attualmente, questa domanda sembra richiedere competenze multidisciplinari e dovrebbe essere qui fornita una risposta.
Hai menzionato l'utilizzo di un dispositivo di scorrimento per aprire un socket o l'altro, ma non entrambi. C'è un motivo per cui non puoi rendere quel cursore il tuo interruttore di tensione?
@Mark: Questa è stata l'idea "meno elegante" che mi è venuta. Gli interruttori a due posizioni a due canali tendono ad essere su un lato ampio e la meccanica per far sì che il cursore si adatti all'interruttore e si sposti alla giusta distanza (probabilmente più di quanto l'interruttore si sposterebbe) sono mal di testa extra che preferirei evitare.
Ho menzionato i relè perché pensavo (a torto apparentemente) che fosse quello che mostrava il tuo diagramma e non hai fatto menzione di un interruttore di commutazione. Il problema sarebbe abbastanza facile da risolvere se fosse fornita una buona definizione, ma la definizione sembra scivolare via da ogni risposta data o commento fatto. L'interruttore DPDT che dici è destinato ad essere un interruttore (poiché non è un relè) o non è effettivamente destinato a esistere. | Un circuito elettronico per automatizzare il cambio, come ho descritto, è semplice per un "esperto del ramo" [tm]. Ogni apparente apparenza di mancanza di eleganza può essere dovuta a un ...
... mancanza di conoscenza dell'elettronica. | Quali correnti di uscita richiedete a 12V ea 6V? | Dici '* i relè sono ingombranti *' - che dimensione del dispositivo ti aspetti - '* e assetato di energia *' quale% della potenza totale assorbita sarebbe accettabile. L'elettronica può gestire un assorbimento statico dello 0,00% per il controllo, se questa è una parte necessaria delle specifiche. | Sarebbe utile disporre di una definizione dei requisiti che consentisse di determinare l'idoneità di una risposta senza doverla presentare.
Re ".. I relè ... probabilmente dovrebbero essere alimentati da un singolo 6V, che sbilancia il carico) -> No. Per utilizzare al meglio la risorsa di risposta è meglio indicare chiaramente un requisito in modo che gli" esperti "possano formulare una risposta che li soddisfi Il bilanciamento della batteria era un chiaro requisito iniziale e si rifletteva nella mia risposta con un commento esteso In assenza di informazioni specifiche contrarie non vi è motivo di presumere che questo fattore sarebbe stato ignorato nel progetto proposto.
@RussellMcMahon: Se qualcosa dalla definizione / domanda è mancante o poco chiaro, sei sempre libero di chiedere nei commenti per me di fornire qualsiasi informazione mancante e sarei lieto di rispondere. Non sono ancora sicuro di come immagini di alimentare il circuito di controllo (+ solenoide del relè) senza attingere da una sola batteria (= sbilanciare le batterie). Un semplice scenario in cui l'estrazione sarebbe negativa è che l'utente lasci il cavo 12V collegato, in un "destinatario" quasi completamente carico, dove l'assorbimento 12V sarebbe molto basso e durerebbe per giorni mentre il circuito di controllo funziona ancora.
@RussellMcMahon: Per quanto riguarda le altre domande: circa 1500 mA di picco, con un assorbimento di corrente tipico di 500 mA, dimensioni circa le dimensioni di un pacchetto di sigarette ma non più del 5-10% del volume per i circuiti - la maggior parte occupata dalle celle.
Qualcosa delle dimensioni di un pacchetto di sigarette che ha prodotto 6 W non durerà a lungo. C'è molto, soprattutto riguardo alle batterie, che apparentemente non hai considerato.
@OlinLathrop: 500mA è tipico per la maggior parte dei caricabatterie telefonici parassiti, che di solito sono circa la metà delle dimensioni (più sottili). Non penso che impilarne due e collegarli in serie li danneggerebbe. Se si utilizzano celle da 1200 mAh, la corrente di scarica sarebbe 0,4 ° C, entro limiti ragionevoli.
Cos'è un "caricatore parassita del telefono"? Fornisci dettagli sufficienti e / o un link web. [Ho costruito caricabatterie per telefoni e altri caricabatterie, ma sapere cosa intendi con il termine è importante]. || Quale ordine di budget è accettabile per tutti i componenti nei circuiti di commutazione e controllo? || Posso (facilmente) creare un circuito che non sbilanci le batterie una volta che conosco le specifiche stabili. (Funziona a 6v quando è in modalità 6v e 12v quando è in modalità 12v). || Un relè latching utilizza energia zero quando non commuta. || Gli interruttori MOSFET farebbero questo lavoro con facilità, sarebbero piccoli e ragionevolmente economici. || ....
... Un relè che ha consentito a un controller di soddisfare le specifiche delle dimensioni è facilmente ottenibile. || L'intenzione di essere "robusti in risposta" non è quella di essere scortese per amor di maleducazione ma per cercare di spezzare il loop in cui ci troviamo dove non conosciamo tutte le specifiche, tendi a offrire frammenti di soluzione piuttosto che il requisito effettivo (questo è una trappola comune che si verifica con molte domande): se conoscessimo il reale requisito, potremmo offrire una gamma di soluzioni che funzionerebbero per la tua valutazione. | Ora abbiamo "due caricabatterie in serie come nuovo elemento delle specifiche. E le batterie da 6 V / 12 V sono di tipo sconosciuto. ....
.... inizialmente ho pensato al piombo acido in quanto sono l'unica chimica comune che è ragionevolmente descritta come 6V / 12V ma a quanto pare si intende qualcos'altro. |||| VOGLIAMO aiutare (guarda Olin e il mio "rappresentante" - che deriva principalmente dal rispondere alle domande delle persone. Abbiamo bisogno che tu ci dica l'intero requisito - anche con la tua risposta aggiunta non è ovvio cosa stai facendo. Se un 4 pin plug è una soluzione adeguata che va bene. Conoscere per intero la domanda sarebbe comunque utile.
@RussellMcMahon: Una piccola scatola (delle dimensioni di uno smartphone) che può essere utilizzata per caricare la batteria interna del telefono, come [queste] (http://www.digitaltrends.com/mobile/best-portable-battery-chargers/ ). Il budget per le parti (comprese le celle) dovrebbe essere inferiore a $ 50, preferibilmente inferiore; il mio scopo per costruire quello personalizzato invece di acquistarne uno pronto è quello di poter alimentare anche un notebook per un breve periodo (con 12V); sarebbe all'incirca il doppio di quelli commerciali; raddoppia la potenza assorbita in modalità 12V.
Dato che è un dispositivo tascabile (prima frase), non ho nemmeno iniziato a immaginare che qualcuno avrebbe pensato che l'acido di piombo sarebbe stata una soluzione ragionevole. Il mio piano è quello di utilizzare accumulatori NiMH, 5 x 1,2 V = 6 V, o in alternativa agli ioni di litio, ma NiMH consente di mantenere il dispositivo estremamente semplice, senza bisogno di circuiti di protezione contro la scarica eccessiva.
Nemmeno iniziare a immaginare è qualcosa che si spera di superare con una maggiore maturità tecnica. [Come sto andando finora?]. | Una scarica eccessiva di NimH non fa bene alla salute. (Ne ho "usati" circa mezzo milione fino ad oggi). | "Parasitic charger" ottiene 170 visite su Google, la maggior parte se non tutte irrilevanti. Suggerisco di utilizzare una terminologia più diffusa. | $ 50 sono immensamente realizzabili.
@RussellMcMahon - Ho tagliato la prima parte del tuo recente commento. Mi rendo conto di essere frustrato dal fatto che i requisiti continuino a svilupparsi, ma parte del commento precedente è andato un po 'troppo oltre. La mia preferenza è eliminare, non modificare, i commenti. Ma il resto del tuo commento era applicabile alla domanda.
@SF. - Molti dei dettagli che hai specificato qui nei commenti devono entrare nella tua domanda. I commenti sono oggetti di seconda classe in StackExchange e sono soggetti a eliminazione. I futuri visitatori non leggeranno tutto il commento per trovare le informazioni sepolte all'interno.
@GlenH7 Posso eliminare tutto il mio materiale su questa domanda se aiuta. È essenziale che le persone che fanno domande prendano effettivamente nota delle risposte, è altamente auspicabile che le specifiche siano il più complete possibile ed è assolutamente essenziale che non stiamo perseguendo una festa mobile. | Ho risposto da qualche parte a oltre 2500 domande di scambio di stack con una "ripetizione" media di oltre 40 per domanda. La maggior parte delle persone mi trova utile e la maggior parte delle persone apprezza le mie risposte. Se smorziamo i "consigli" che gli utenti ostinati ricevono per essere "gentili" finiamo per danneggiare sia l'utente che il sito.
No, per favore non farlo - e mi dispiace se sei arrivato alla fine della mia frustrazione. Il richiedente non ha la prospettiva necessaria per notare cosa manca alla sua domanda: le cose troppo ovvie per essere menzionate nella testa del richiedente non sono tali per gli altri. Quindi, quando altri si lamentano "la domanda non è chiara" ma non dicono cosa manca esattamente, o fanno ipotesi selvagge invece di fare domande per chiarire, diventa piuttosto frustrante: cercherò di migliorare la domanda quando sarò un po ' più tempo. (ad es. il mio errore, "caricabatterie parassita" è un calco della mia lingua, ma perché non l'hai chiesto prima?)
Quattro risposte:
#1
+3
Olin Lathrop
2015-03-02 05:38:00 UTC
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Non ci hai detto in quale contesto verrà utilizzato questo dispositivo, quindi è difficile valutare quanto siano appropriate le diverse alternative. Ecco una possibilità:

La batteria è sempre a 12 V. Per prima cosa, questo semplifica la ricarica. La presa da 12 V si collega semplicemente ai cavi della batteria e tutto va bene.

La presa da 6 V è effettivamente azionata da un convertitore buck dalla batteria da 12 V. Ancora una volta, non conosciamo il contesto di questo dispositivo, quindi è difficile dire se l'elettronica extra valga le altre semplicità. I convertitori buck da 12 V a 6 V possono essere piccoli, economici e abbastanza efficienti. Poiché in base alla tua risposta puoi utilizzare un cavo speciale per ciascuna presa con pin aggiuntivi, puoi utilizzare questo meccanismo per abilitare il convertitore buck in modo che non utilizzi energia a riposo quando non sono richiesti 6 V.

I due principali vantaggi di questo approccio sono che non è necessario alcun interblocco (le difficoltà meccaniche sono spesso più costose da sviluppare rispetto a un circuito) e la ricarica non ha a che fare con il rilevamento e l'adeguamento in qualche modo alla configurazione della batteria. La batteria viene sempre caricata come una batteria da 12 V.

È possibile portare questo concetto oltre utilizzando una batteria a voltaggio più elevato, ad esempio 18 V, e un convertitore buck sia per 12 V che per 6 V. Questo presenta i vantaggi collaterali che entrambe le uscite saranno ben regolate. Un altro problema importante che potresti aver trascurato è non consentire al carico esterno di scaricare le batterie al punto che si danneggiano. con un circuito tra la batteria e il carico, può gestire la batteria e scollegare il carico quando la batteria si scarica. Può anche eseguire il rilevamento della sovracorrente o la limitazione della corrente o altrimenti gestire un carico mal funzionante senza che qualcosa prenda fuoco.

La tua domanda richiede solo qualcosa di semplice, ma potrebbero esserci più problemi a cui pensare di quanto non sia ovvio a prima vista.

sarebbe "utile" conoscere Iout max desiderato. Anche costo, dimensioni e tonalità di Octarine. Dubito che tu o io saremo in grado di determinare l'ombra.
@Russell: Sì, e anche le specifiche (così come sono) continuano a cambiare. La sua stessa risposta in realtà non risponde alla domanda come chiesto. Senza l'OP che fa un passo indietro e ci dice le parti che contano e senza sprecare il nostro tempo con soluzioni immaginarie, a questa domanda sarà impossibile rispondere se non sparando al buio.
#2
+1
Russell McMahon
2015-03-02 03:12:53 UTC
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Hai affrontato molti dei punti principali: in realtà è solo "una questione di ingegneria".

Se si rimuovono 6 V dalla parte superiore della batteria destra e 12 V dal 2 ° contatto in basso (uscita 12V dell'interruttore DPDT) come mostrato nello schema seguente, non si ottengono mai tensioni errate all'uscita . Il passaggio alla modalità 12V può essere attivato inserendo una spina nella presa 12V, come suggerito. Se si desidera che ciò avvenga solo quando è necessario un assorbimento di corrente a 12V, è possibile collegare un'elettronica di rilevamento ad alta resistenza alimentata da + 6V che rileva un carico effettivo presente. Con un po 'di pensiero potresti automatizzare completamente questo in modo che un carico da 12 V collegato alla presa da 12 V attivi automaticamente la modalità 12 V quando viene rilevato un carico da 12 V e si interrompe quando non c'era corrente di carico.

relè è ancora difficile da migliorare in termini di rapporto qualità-prezzo e bassa caduta di tensione.

Per la ricarica a 12V è possibile attivare la commutazione 6V / 12V in base alla tensione del caricabatterie o un interruttore dedicato o con prese di ricarica separate.

Il bilanciamento della batteria dovrebbe essere ragionevole per batterie identiche che inizialmente sono ugualmente cariche. Come si nota, non si deve mai prelevare corrente da una sola batteria o caricare una batteria: il passaggio da 6V a 12V con batterie sbilanciate è probabilmente OK, ma il passaggio da 12V a 6V tenderà a distruggere l'interruttore con correnti di squilibrio. Un resistore limitatore di corrente molto piccolo in ciascun cavo della batteria sarebbe saggio: questa può probabilmente essere solo la resistenza del cablaggio con i collegamenti effettuati in modo tale da massimizzare la resistenza tra le batterie con il cablaggio esistente. Probabilmente è OK una resistenza che limiti la batteria massima del mondo reale alla corrente di squilibrio della batteria per dire da 5 a 10 volte la corrente nominale del relè per circostanze impreviste molto occasionali . La resistenza nei cavi della batteria è ovviamente indesiderabile durante il normale funzionamento e dovrebbe essere ridotta al minimo ove possibile.

enter image description here

I relè sono entrambi ingombranti e di solito abbastanza assetati di energia (e probabilmente dovrebbero essere alimentati da un singolo 6V, che sbilancia il carico); Preferirei di gran lunga farne a meno. Il circuito di rilevamento della potenza suona come una soluzione intuitiva, ma se si scende ai dettagli di implementazione diventa piuttosto complicato, a meno che non si conosca un modo per renderlo banalmente semplice, il che sarebbe molto gradito. L'interruttore a presa è un'idea interessante ma di solito fornisce un solo interruttore collegato al contatto negativo, non doppio e isolato dal resto del circuito - non sono sicuro di come usarlo qui.
#3
  0
SF.
2015-03-02 04:33:21 UTC
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Penso di aver avuto un'idea che dovrebbe essere banale da implementare e lavorare senza alcuna elettronica attiva. Dato che il progetto prevede l'utilizzo di cavi di ricarica dedicati e posso prendermi delle libertà con le prese, posso usare le spine come "chiavi" che instradano l'alimentazione a mio piacimento: userei una presa a 4 terminali (una sola) e un "cavo 6V" e un "cavo 12V" (ovviamente diversi per le spine sul lato "destinatario"), che si collegherebbero ai terminali nel modo che mi serve. Nessun "circuito di rilevamento" e il processo di commutazione della tensione è integrato nell'attività necessaria dell'utente del dispositivo.

schematic

Lascio ancora la questione aperta, forse qualcuno se ne esce con qualcosa di ancora migliore?

Il tuo blocco meccanico dovrebbe essere solido. Collegando entrambi i cavi si cortocircuitano entrambe le batterie. Inoltre, la ricarica ora sarà un problema perché il caricabatterie non saprà quale voltaggio mettere alla "batteria".
@OlinLathrop: il collegamento non sarà un problema in quanto c'è solo un socket, sto eliminando completamente due socket separati. Il caricabatterie utilizzerà di nuovo lo stesso cavo del "destinatario", instradando la tensione secondo necessità attraverso la spina, quindi posso usare sia 6 che 12V, solo ciascuno con il cavo appropriato. L'unica preoccupazione è scegliere una presa abbastanza non standard in modo che nient'altro che le mie `` spine chiave '' si adatti (all'inizio ho riflettuto sulla presa USB, poi mi sono reso conto che rischiavo di instradare 12V attraverso le linee dati se qualcuno collega un cavo dati comune).
#4
  0
Jonathan
2017-05-17 18:50:11 UTC
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Ho fatto un disegno veloce con un'elettronica un po 'più corretta: voltage switcher

Non puoi mettere due sorgenti elettriche in parallelo, questo romperà immediatamente il tuo sistema o a lungo termine.

Sto usando i Not Gate perché sono i più comuni, anche i più semplici da costruire.

Collega il verde con il verde ($ 12V $) e l'arancione con l'arancione ($ 6V $) al momento il circuito è su $ 12V $, premere l'interruttore e funzionerà su $ 6V $ (è necessario lavorare un po 'l'interruttore in modo che ciò che non è collegato sia quindi collegato a terra)

Ho anche indicato che puoi caricare le batterie in serie per favore



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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