Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

mikro UPS akwariowy z baterią Li ion

pablo666gliwice 01 Sty 2020 20:37 3249 12
  • Jak to u nas w kraju bywa zdarzają się dłuższe przerwy w zasilaniu. Najbardziej mogą na tym ucierpieć nasze akwaria z rybkami. Brak przepływu wody przez filtr kubełkowy czy brak napowietrzania i katastrofa gotowa. Wydaje mi się że już po godzinie braku zasilania w filtrze kubełkowym zaczynają się procesy gnilne beztlenowe i wydziela się masę trujących substancji .Jeżeli przerwa nastąpi w ciągu dnia musimy filtr otworzyć i wyczyścić wkłady, jeżeli prądu nie ma całą noc... to rano mamy pozamiatane. Jedynym rozwiązaniem w takim przypadku jest zasilacz UPS koniecznie z czysta sinusoidą, zdolny podtrzymać nam filtr i napowietrzacz przez kilka godzin. W ogrzewanych pomieszczeniach nie ma potrzeby podtrzymywać ogrzewania akwarium. Większość popularnych gatunków rybek zniesie obniżenie temperatury do tych 20 stopni C.
    Zasilacze ups sinusoidalne są jednak dosyć kosztowne, ich ceny zaczynają się od 500zł. Dysponują one dosyć dużą mocą ale małą pojemnością akumulatorów, wystarczającą na najwyżej kilka godzin (zazwyczaj 2-3h) podtrzymania pracy filtra kubełkowego o mocy czynnej 10W i pozornej 20VA no i na czuwaniu pobierają minimum 10W na potrzeby własne.
    A co gdy awaria trwa cały dzień lub noc? Właśnie takie sytuacje zmusiły mnie do zaprojektowania i zbudowania zasilacza UPS sinusoidalnego o mocy 20VA o czasie podtrzymania 6h (na początek). Akumulator to pakiet ogniw 18650 4S(szeregowo)2P(równolegle) Każde ogniwo ma pojemność 3100mAh. Każdy zestaw dwóch równolegle połączonych ogniw ładowany jest oddzielnie przez moduł ładowarki 1A z układem TP4056 zasilanej z zasilacza 5V 1A. W sumie mamy więc 4 moduły ładowarek i 4 zasilacze 5V 1A. Nad całością pakietu czuwa układ BMS (Battery Management System) 4S 10A. Zasilacz UPS wyposażony jest dodatkowo w pomocniczy zasilacz 24V do sterowania przekaźnikami. Zanik napięcia w sieci powoduje przełączenie styków (odpadnięcie) w przekaźnikach i aktywację inwertera. Po powrocie zasilania pomocniczy sterownik rozłącza zasilanie inwertera i przełącza odbiornik na zasilanie z sieci jednocześnie włączając ładowanie ogniw. Z modułów ładowarek podkradany jest sygnał o zakończeniu ładowania (niebieskie diodki smd na płytkach ładowarek) i w przypadku, gdy wszystkie 4 ładowarki zakończą ładowanie, wyłączany jest przekaźnik ładowania, który odcina 230V od zasilaczy 5V. W programie zawarte jest również czasowe ograniczenie ładowania do 10h. W stanie czuwania naładowany UPS pobiera 1,5W mocy. W sterowniku zaimplementowany jest algorytm comiesięcznego doładowywania ogniw i algorytm codziennego odpowietrzania filtra (wyłączenie zasilania na 3sekundy).
    Schemat blokowy
    mikro UPS akwariowy z baterią Li ion
    schemat inwertera
    mikro UPS akwariowy z baterią Li ion
    W inwerterze zastosowano gotowy moduł EGS002. Płytkę inwertera łączymy z wtórnym uzwojeniem transformatora 20VA 230/6V
    Sterownik pomocniczy
    mikro UPS akwariowy z baterią Li ion
    Uwagi
    W czasie ładowania ogniw wydziela się sporo ciepła z zasilaczy i ładowarek (ogniwa zimne, ten 1 A to malutko), konieczne jest dobre chłodzenie np mini wentylatorkiem 24V podłączonym równolegle do cewki przekaźnika ładowania. Moc wentylatorka należy uwzględnić przy doborze zasilacza 24V i tranzystora Q3 w sterowniku
    Zdjęcie prototypu, mieści się w małej skrzynce plastikowej.
    mikro UPS akwariowy z baterią Li ion
    Możliwości zmian
    Zmiana układów ładowania na wysokosprawne TP5100 i zmiana zasilaczy 5V na 2A
    Powiększenie baterii do np 4S10P czyli 40 ogniw co da spokojnie 24h pracy
    Zwiększenie mocy transformatora do np 45VA (trzeba dobrać rezystory w ograniczeniu prądowym inwertera) i pewno już chłodzić tranzystory w inwerterze.
    Kosztorys
    Najdroższy jest pakiet ogniw, porządne ogniwa to około 10zl sztuka (8szt 80zł), dobre ogniwa można znaleźć już za 3zł sztuka. Transformator 20VA 230/6V to około 30zł. Płytki i reszta elektroniki 80zł. Obudowa 40zł
    PS
    UPS w ciągu tygodnia świątecznego pracował u mnie już 3 razy (4h, 1,5h 1,5h) tyle było zaników zasilania
    Wszystkiego dobrego w nowym roku!

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    pablo666gliwice
    Poziom 13  
    Offline 
    teoria teorią..ale praktyka prowadzi do sukcesu
    Specjalizuje się w: automatyka przemysłowa
    pablo666gliwice napisał 84 postów o ocenie 30, pomógł 5 razy. Mieszka w mieście Bielsko-Biała. Jest z nami od 2005 roku.
  • #2
    Mikelinius
    Poziom 7  
    Ciekawy projekt naprawdę mi się podoba. Co prawda nie jest to forum akwarystyczne, to jedynie wskażę, że ciekawym rozwiązaniem problemu związanego ze śmiercią bakterii nitryfikacyjnych ze wzgledu na brak tlenu jest filtr hydroponiczny - moim zdaniem równie skuteczny, co kubełkowy, a wiele tańszy, choć trzeba także zastosować odpowiednie zabezpieczenia, by uniknąć zalania mieszkania przy takim rozwiązaniu.
  • #3
    kilioo
    Poziom 11  
    Jaką to ma sprawność? 5% ?
  • #4
    pablo666gliwice
    Poziom 13  
    Sprawność wynosi 65-70% (moc dc/ moc ac) Akumulatory litowe bardzo efektywnie gromadzą i oddają energię Największe straty chyba na transformatorze no i trochę na elektronice chociaż tranzystory zimne
  • #5
    zgierzman
    Poziom 24  
    pablo666gliwice napisał:
    Jak to u nas w kraju bywa zdarzają się dłuższe przerwy w zasilaniu.

    pablo666gliwice napisał:
    UPS w ciągu tygodnia świątecznego pracował u mnie już 3 razy (4h, 1,5h 1,5h) tyle było zaników zasilania


    Z tym "krajem" to bym tak nie generalizował. U mnie na przykład - małe miasto - zdarzają się sporadycznie i są krótkie. W ubiegłym roku (2019) kojarzę tylko jedną, związaną z silną burzą i wichurą. No, może była jeszcze jedna, lub dwie, nie będę się upierał, bo nie pamiętam. Ale po każdej przerwie w dostawie energii muszę nastawić od nowa zegarek w piekarniku, więc gdyby to zdarzało się jakoś zauważalnie często, to bym pamiętał...

    Oglądałeś przebieg wyjściowy na oscyloskopie? Jak wygląda ten "czysty sinus"?
  • #6
    pablo666gliwice
    Poziom 13  
    Oglądałem na DSO138 i wygląda naprawdę nieźle Niestety nie mam oscyloskopu z pomiarem THD ale polecam zapoznać się z notą katalogową modułu EGS002 i tam są szczegółowe parametry. Dodatkowo układ ma wbudowany miekki rozruch i nie szarpie prądem z akumulatorów. Prace badawcze trwają, wkrótce prezentacja UPS V2
  • #7
    zulugula
    Poziom 15  
    Projekt ciekawy i mam nadzieje że spełni zadanie, choć nie wyglądają ekonomicznie te 4 moduły na każdą celę pakietu.
    Choć sam miałem taką koncepcje to myślę że wystarczyło by źródło prądowe a zabezpieczenie przed przeładowaniem zajął by się BMS, ważne żeby był z balanserem.
    Pozostaje kwestia że tego typu ogniwa nie specjalnie lubią być ciągle naładowane do pełna, modelarze swoje li-pol'e na zimę ładują do ok 3.8V, ewentualnie zmienić próg ładowania ale na tp4056 jest to niemożliwe.
  • #8
    Simon79
    Poziom 18  
    Fajny, ciekawy projekt, mimo iż nie jestem akwarystą (choć za dziecka byłem). Posiadam moduł EGS002 i chciałbym go użyć do budowy prostego inwertera małej mocy.
    Zaciekawiło mnie, z czego wynika wartość napięcia wtórnego transformatora 6V? Czy mógłby być transformator 12V? Chodzi o rezystancje uzwojeń ? Jaki wpływ ma napięcie zasilania mostka tranzystorów Q1-Q4? (15V) na napięcie wyjściowe 230V?
  • #9
    pablo666gliwice
    Poziom 13  
    Układ TP4056 bardzo dobrze dba o litowe ogniwa. Li ion 18650 są bardziej stabilne i odporne od modelarskich akumulatorów Li poli. Mogą wiele miesięcy czuwać będąc naładowanymi do 100% Do tego koszt 4 modułów ładowarek i 4 zasilaczy jest mniejszy niż koszt jednej dobrej ładowarki 4S 1A na 16V i balansera (4x1zł+4x4zł=20zł). Od biedy nawet BMS nie byłby potrzebny Przy rozładowanych ogniwach inwerter nie może utrzymać zadanego napięcia po stronie AC i wyłącza się (sprawdzone). BMS pilnuje by żadne z ogniw nie rozładować poniżej 2,5V co przy jednakowych ogniwach w praktyce nie występuje (sprawdzone). Transformator musi być na 6V bo wartość skuteczna napięcia wyjściowego z inwertera to około 7,5V (ciężko to zmierzyć ze względu na wysokie częstotliwości i odkształcony przebieg) Musi być jeszcze zapas na kompensację obniżenia się napięcia pakietu akumulatorów Potencjometrem w inwerterze dokładnie ustawiamy 230V po stronie AC i to napięcie jest stabilne w miare rozładowywania się baterii (sprawdzone, ostatnie zdjęcie, prawie 6h pracy)
  • #10
    H3nry
    Poziom 30  
    zulugula napisał:
    choć nie wyglądają ekonomicznie te 4 moduły na każdą celę pakietu.
    Choć sam miałem taką koncepcje to myślę że wystarczyło by źródło prądowe a zabezpieczenie przed przeładowaniem zajął by się BMS, ważne żeby był z balanserem.

    Chciałem to samo napisać , ładowarka 42V od hulajnogi za 20zł i 1 BMS spokojnie by wystarczył .
    Pomimo sporej komplikacji układu ładowania projekt bardzo ciekawy .
  • #12
    pablo666gliwice
    Poziom 13  
    Mosfety typu N w inwerterze to IRFZ44N Generalnie im lepszy tranzystor tym mniej strat W następnych wersjach dam P75N75 bo te irfy się jednak grzeją (podrabiane czy jak? wydawało mi się że to pożądny typ) Musiałem dla wersji UPS 35VA przykleić im kawałek aluminiowej blaszki Tak samo stabilizator 5V wydziela trochę ciepła W planie jest zastąpienie go stabilizatorem impulsowym LM2674-5 Jeszcze trochę prac nad poprawą sprawności Płytki i soft udostępnię wkrótce.