Ładowarka wymiennej baterii – inne podejście do power banków (LG G3)

Cześć!

Nigdy nie byłem przekonany do korzystania z power banków, ładowanie telefonu na szybko lub co gorsza korzystanie z niego podczas takiego ładowania często nie kończy się dobrze w najlepszym wypadku uszkodzimy przewód lub złącze USB telefonu. Niestety większość producentów pozbawia nas wymiennych baterii, ten poradnik kieruję do osób jeszcze posiadających takowe, o wiele przyjemniejszym rozwiązaniem jest nosić ze sobą nawet dwie luźne pełne baterie niż ciężki power bank. Główną zaletą takiego rozwiązania jest to że jeśli rozładuje się nam bateria to mamy kolejną, po prostu pełną i nie musimy czekać aż telefon zaciągnie energię z power banku w dodatku tracąc sporą jej część na proces ładowania. W dodatku bardzo często taniej kupimy dodatkową baterię do telefonu niż dobry power bank. 

Spis treści:

1. Założenia i skrócony opis
2. Projekt ładowarki
3. Konfiguracja i opis modułu ładowarki
4. Wydruk i montaż elementów

1.Założenia i skrócony opis

Niestety dodatkowe baterie trzeba ładować, powstał więc pomysł zbudowania takiej małej stacji do ładowania baterii:

Projekt wykonałem jakiś czas temu, świetnie się sprawdza więc postanowiłem podzielić się swoimi wrażeniami. Wykorzystałem gotowy moduł ładowania który dokładnie opiszę w dalszej części, ładowarka jak widać posiada sygnalizację ładowania – dioda czerwona, oraz zakończenia ładowania – dioda zielona, która także jeśli nie włożymy baterii zapala się sygnalizując że ładowarka jest zasilana. 

2.Projekt ładowarki

Do wykonania plików wykorzystałem oprogramowanie SolidWorks, elementy pokrótce opiszę, natomiast zachęcam do zapoznania się z moimi poprzednimi poradnikami dotyczącymi projektowania w oprogramowaniu CAD, tutaj dodam minimalną ilość informacji ewentualnie jeśli skorzystam z czegoś nowego to dodatkowo to opiszę.

2.1 Korpus

Zaczynamy od obudowania naszej baterii, ja wykorzystuję baterię dedykowaną LG G3, następnie musimy zmierzyć w którym miejscu wypadają pady odpowiadające za ładowanie naszej baterii, jeśli te nie są na baterii opisane z pomocą przyjdzie nam multimetr. W miejscu padów wycinamy otwór na ślizgacz który będzie odpowiedzialny za trzymanie kontaktu ze stykami baterii, warto podkreślić że w tym kroku musimy być szczególnie dokładni jeśli bateria będzie zbyt luźno lub kontakty nie trafią w odpowiednie syki możemy uszkodzić baterie lub moduł ładowarki. Po narysowaniu miejsca na baterię dodałem miejsce na moduł ładowania oraz dwie diody 5mm, a także otwór na przewód, jeśli projektując korpus pod swoją baterie napotkacie jakieś trudności, zachęcam do zapoznania się z moim poradnikiem na temat projektowania obudów, nie ma tutaj nic czego bym tam nie opisał, więc nie ma sensu powtarzać się… Poniżej dodaję przekroje korpusu

Po lewej widać miejsce na wspomniany wcześniej ślizg i tunele na śrubki montażowe, natomiast po prawej widzimy przekrój wzdłuż korpusu.

2.2 Ślizg

Pamiętając o zachowaniu wymiarów i luzu który pozwoli na swobodny ruch w korpusie, ale nie pozwoli na przesuwanie się na inne pady kontaktów. Gdy przy pomocy złożeń upewniłem się że pady wyjdą w odpowiednich miejscach, dorysowałem miejsce na sprężynkę której zadaniem będzie utrzymanie stałego nacisku na baterię. 

Jeśli chodzi o złożenia, to tutaj również można dowiedzieć się więcej w jednym z moich wcześniejszych artykułów :)

2.3 Zaślepka

Rysując zaślepkę nie zapomnijmy o otworach na śrubki montażowe, warto pomyśleć o miejscu na główki śrubek, w moim przypadku wystarczyła fazka, dodajmy także miejsce na stabilne osadzenie sprężynki tak by to odpowiadało temu znajdującemu się w ślizgaczu.

Na koniec tej części przekrój złożenia na którym przedstawiam jak powinno wyglądać połączenie korpusu ze ślizgaczem oraz zaślepką.

3.Konfiguracja i opis modułu ładowarki

Zastosowałem moduł ładowarki akumulatorów Li-ion zawierający  układ kontrolera ładowania : TP4056, występują w różnych konfiguracjach.

Moduł zasilany jest z 5v a poprzez zmianę rezystora widocznego na dole układu, zmieniamy prąd ładowania naszej baterii. Jeśli producent nie udostępnia nam takiej informacji możemy podeprzeć się prądem jakim ładuje się nasz telefon przy wyłączonym urządzeniu. Wstawiam tabelę wartości rezystora by wiedzieć jaki należy użyć by uzyskać dany prąd ładowania, domyślnie jak widać jest to 122 czyli 12*10^2 = 1.2k ohma co daje prąd rzędu 1 [A]

Jak widać moduł posiada dwie diody o omawianych przeze mnie funkcjach, a zasilać możemy go nawet z tej samej ładowarki którą ładujemy nasz telefon.

4.Wydruk i montaż elementów

Elementy wydrukowałem na drukarce Creality Cr-10 z wykorzystaniem czarnego PLA firmy PlastSpaw. Jakość jaką uzyskuje nie jest jeszcze zadowalająca więc pozwolicie że nie będę dzielił się ustawieniami.

4.1 Przygotowanie ślizgacza i kontaktów

Jako kontakty postanowiłem wykorzystać małe śrubeczki które najpierw obciąłem a następnie stępiłem ostrą krawędź. Jakość zdjęć nie powala ze względu na mały rozmiar elementów…

W kolejnym kroku wkręciłem tak przygotowane śrubki, przytwierdziłem tym samym do nich przewody, a także przykleiłem sprężynkę.

Na zdjęciach nie wygląda to zachęcająco jednakże gwarantuję iż nie dojdzie do kontaktu żadnego z metalowych elementów, a minimalna odległość między nimi jest zadowalająca. Jest to jednak moment w którym powinniśmy sprawdzić przy pomocy multimetru, najpierw czy nie popełniliśmy błędu i czy na przewodzie nie ma zwarcia, a następnie wkładając ślizgacz w korpus umieśćmy baterię i sprawdźmy czy na przewodzie pojawi się napięcie, jeśli coś jest nie tak musimy wrócić do projektu i poprawić ten element.

4.2 Przygotowanie diod i przewodu USB

Moduł posiada rezystory ograniczające prąd więc do diod przylutujmy tylko przewody i zabezpieczmy całość przed powstawaniem niechcianych zwarć

Diody możemy włożyć w przygotowane miejsca, jeśli chcemy dodatkowo się zabezpieczyć lub pasowanie zrobiliśmy zbyt luźne użyjmy kleju.

Jeśli chodzi o przewód USB to wykorzystamy złącze jako źródło zasilania

Możemy wykorzystać stary przewód, nie może być on jednak za cienki lub możemy zrobić swój własny.

Ja postanowiłem wykorzystać wtyk USB na przewód oraz koszulki termokurczliwe

Po przygotowaniu przewodu upewnijmy się że nie ma na nim zwarcia, następnie włóżmy do ładowarki i sprawdźmy czy napięcie pojawiło się na końcu przewodu.

4.3 Montaż elementów

W pierwszym kroku pozbądźmy się diod Led z modułu i przylutujmy przewód USB

A następnie przylutujmy przewód kontaktów biegnący do baterii pamiętając o polaryzacji oraz przewody diod led, wykorzystajmy fakt wspólnej masy do przylutowania przewodów diod.

Podczas montażu uważajmy by przewody znalazły się w odpowiednich otworach, po zalutowaniu często będzie zbyt późno na poprawne poskładanie. Tak przygotowaną płytkę możemy szybko przetestować, jeśli wszystko jest ok przejdźmy do poskładania całości, moduł z przewodami upchnijmy w przewidzianym miejscu, następnie przykręćmy zaślepkę, ewentualnie możemy przykleić sprężynkę i gotowe, sprawdźmy tylko czy po złożeniu ślizgacz pracuje jak zakładano i możemy ładować nasze bateryjki.

Na koniec wrzucam zdjęcie ładowarki, a także wszystkie wygenerowane przeze mnie pliki. Jak zwykle pozdrawiam i zachęcam do wykonania własnych projektów!

Pliki załączone do artykułu:

• majsterkowo.zip