mikro UPS akwariowy z baterią Li ion

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

schemat inwertera

W inwerterze zastosowano gotowy moduł EGS002. Płytkę inwertera łączymy z wtórnym uzwojeniem transformatora 20VA 230/6V
Sterownik pomocniczy

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.

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!