Pregunta:
Cambio de baterías de serie a paralelo - solución técnica
SF.
2015-03-02 00:26:26 UTC
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Estoy pensando en desarrollar un "banco de energía" de bolsillo que pueda proporcionar 6 V y 12 V: un cargador para cargar un teléfono (con 6 V) o una computadora portátil (con 12 V).

El diagrama eléctrico es bastante simple; cambie la conexión de los terminales como se muestra a continuación.

schematic

Sin embargo, los esquemas no lo son todo. Me gustaría que el cargador tuviera dos enchufes, uno de 6 V y el otro de 12 V, y que "sintiera" qué servir al tener un enchufe en cualquiera de los enchufes (digamos que está prohibido usar ambos a la vez; puedo colóquelos de tal manera que ambos enchufes no quepan a la vez, digamos, un control deslizante que abra ninguno de ellos pero nunca ambos).

Mejor si la "detección" se hizo de la manera más simple, de forma mecánica (por ejemplo, hay enchufes que proporcionan un contacto de "detección" adicional que se corta a masa si el enchufe está conectado), pero si eso resultara demasiado difícil o mecánicamente complejo, una solución electrónica más compleja también funcionaría, siempre que ganara ' t agote las baterías cuando no haya nada enchufado (y, por supuesto, el circuito debe aceptar la corriente de carga externa; aceptar solo una de las dos, ya sea 6 o 12V está bien).

Y, por supuesto, si bien cortar una de las baterías para 6V sería la solución más fácil, reduciría a la mitad la capacidad para la aplicación de 6V y causaría un problema de carga parásita al cambiar a 12V después de que se haya agotado la energía de 6V, así que no es realmente una solución aceptable.

Entonces, ¿cómo construir un circuito de este tipo, que proporcione energía a partir de dos baterías, en serie o en paralelo, según el enchufe que se haya utilizado?

¿Qué quieres decir con "cómo construir tal circuito ...?" ¿Cuál es la pregunta real? ¿Quieres saber cómo especificar los componentes? ¿Cómo conseguirlos? ¿Cómo montarlos?
@EnergyNumbers: El núcleo de la pregunta es la mecánica. Se trata mucho menos del lado eléctrico (para el cual se da una solución de ejemplo al principio) y mucho más de 'hacerlo manejable'; sí, cómo ensamblarlos para que el interruptor parezca 'transparente' desde el punto de vista del usuario.
@SF Acabo de argumentar que es una pregunta de EE :-). Mi respuesta aborda la transparencia de la conmutación, PERO los aspectos eléctricos son los que se usarán y deben usarse para que funcione bien. Puede forzar una solución mecánica en el requisito, pero utilizando la electrónica "simplemente funcionará" como desee. Cambio automático a 6 V o 12 V sin interruptores adicionales. Drenaje mínimo de 12V cuando no se utilizan 12v. Manejo sensato con la carga 6/12.
@RussellMcMahon: Creo que ya tengo dos ideas que se reducen a mecánicas inteligentes con solo un mínimo de electrónica, desde que publiqué esta pregunta. Sí, podría ser encajado en una cuestión puramente EE, pero la belleza de Engineering.SE es que puede proporcionar respuestas que superan el alcance de EE y proporcionar una solución que es más robusta y más elegante. [editar: uno no es viable, el otro no es tan elegante como me gustaría ... pero solo porque los tengo me hace creer que hay otros esperando ser inventados ...]
He eliminado algunos comentarios relacionados con meta de esta publicación. Por favor, absténgase de los metacomentarios extendidos; es mejor abrir una pregunta en [meta] o llevar la discusión a [chat]. Como se lee actualmente, esta pregunta parece requerir experiencia multidisciplinaria y debería responderse aquí.
Mencionas usar un control deslizante para abrir un zócalo u otro, pero no ambos. ¿Hay alguna razón por la que no pueda convertir ese control deslizante en su interruptor de voltaje?
@Mark: Esa fue la idea "menos elegante" que tuve. Los interruptores de dos canales y dos posiciones tienden a estar en el lado grande, y la mecánica de hacer que el control deslizante se ajuste al interruptor y se mueva a la distancia correcta (probablemente más de lo que se movería el interruptor) son dolores de cabeza adicionales que preferiría evitar.
Mencioné los relés porque asumí (aparentemente erróneamente) que eso era lo que mostraba su diagrama y no mencionó un interruptor de cambio. El problema sería bastante fácil de resolver si se proporcionara una buena definición, pero la definición parece alejarse de cada respuesta dada o comentario hecho. ¿El interruptor DPDT que dice está destinado a ser un interruptor (ya que no es un relé) o no está realmente destinado a existir? | Un circuito electrónico para automatizar el cambio, como describí, es simple para un 'experto en la técnica' [tm]. Cualquier apariencia aparente de falta de elegancia puede deberse a un ...
... falta de conocimientos de electrónica. | ¿Qué corrientes de salida necesita a 12V y a 6V? | Dice '* los relés son voluminosos *' - qué tamaño de dispositivo está esperando - '* y consume mucha energía *' qué% de la energía total consumida sería aceptable. La electrónica puede gestionar un consumo de estado estable del 0,00% para el control si eso es una parte necesaria de la especificación. | Sería útil contar con una definición de requisito que permitiera determinar la idoneidad de una respuesta sin tener que presentarla.
Re ".. Los relés ... probablemente necesitarían ser alimentados por un solo 6V, lo que desequilibraría la carga) -> No. Para hacer un mejor uso del recurso de respuesta, es mejor establecer un requisito claramente para que los" expertos "puedan formular una respuesta que los satisfaga El equilibrio de la batería fue un requisito inicial claro y se reflejó en mi respuesta con un comentario extenso. En ausencia de información específica que indique lo contrario, no hay razón para suponer que este factor se ignoraría en el diseño propuesto.
@RussellMcMahon: Si algo de la definición / pregunta falta o no está claro, siempre puede preguntar en los comentarios para que proporcione la información que falte y con gusto responderé. Todavía no estoy seguro de cómo se imagina alimentar el circuito de control (+ solenoide de relé) sin consumir solo una batería (= desequilibrar las baterías). Un escenario simple en el que el consumo sería malo es que el usuario deja el cable de 12 V enchufado, en un "receptor" casi completamente cargado, donde el consumo de 12 V sería muy bajo y duraría días mientras el circuito de control aún funciona.
@RussellMcMahon: En cuanto a otras preguntas: alrededor de 1500 mA pico, con un consumo de energía típico de 500 mA, tamaño aproximadamente del tamaño de un paquete de cigarrillos pero no más del 5-10% del volumen de los circuitos, la mayoría ocupada por las celdas.
Algo del tamaño de un paquete de cigarrillos que produce 6 W no va a durar mucho. Hay muchas cosas, especialmente en lo que respecta a las baterías, que aparentemente no ha considerado.
@OlinLathrop: 500mA es típico de la mayoría de los cargadores de teléfonos parásitos, que suelen ser aproximadamente la mitad del tamaño (más delgados). No creo que apilar dos de estos y conectarlos en serie los dañe. Si utiliza celdas de 1200 mAh, la corriente de descarga sería de 0,4 ° C, dentro de lo razonable.
¿Qué es un "cargador de teléfono parásito"? Proporcione suficientes detalles y / o un enlace web. [He construido cargadores de teléfono y otros cargadores, pero es importante saber a qué te refieres con el término]. || ¿Qué orden de presupuesto es aceptable para todos los componentes de los circuitos de control y conmutación? || Puedo (fácilmente) hacer un circuito que no desequilibre las baterías una vez que conozco la especificación estable. (Funciona con 6v cuando está en modo 6v y 12v cuando está en modo 12v). || Un relé de enclavamiento utiliza energía cero cuando no se conmuta. || Los interruptores MOSFET harían este trabajo con facilidad, serían pequeños y razonablemente baratos. || ....
... Un relé que permitió que un controlador cumpliera con sus especificaciones de tamaño se logra fácilmente. || La intención de ser "robusto en la respuesta" no es ser descortés por el mero hecho de las rudezas, sino intentar romper el ciclo en el que nos encontramos, donde no conocemos todas las especificaciones, tiende a ofrecer fragmentos de solución en lugar del requisito real (esto es una trampa común que ocurre con muchas preguntas): si supiéramos el requisito real, podríamos ofrecer una gama de soluciones que funcionarían para su evaluación. | Ahora hemos tenido "dos cargadores en serie como un nuevo elemento de especificación. Y las baterías de 6V / 12V son de tipo desconocido ...
.... Asumí el ácido de plomo inicialmente, ya que son la única química común que se describe razonablemente como 6V / 12V, pero aparentemente te refieres a otra cosa. |||| QUEREMOS ayudar (mire a Olin y mi "representante", que proviene principalmente de responder las preguntas de la gente. Necesitamos que nos diga todo el requisito, incluso con su propia respuesta agregada, no es obvio lo que está haciendo. Si un pin de 4 plug es una solución adecuada que está bien. Conocer a toda la pregunta aún sería útil.
@RussellMcMahon: Una caja pequeña (aproximadamente del tamaño de un teléfono inteligente) que se puede usar para cargar la batería interna de su teléfono, como [estos] (http://www.digitaltrends.com/mobile/best-portable-battery-chargers/ ). El presupuesto para las piezas (incluidas las celdas) debe ser inferior a 50 dólares, preferiblemente menos; mi propósito al construir uno personalizado en lugar de comprar uno listo para usar es también poder encender un portátil por un corto tiempo (con 12V) también; sería aproximadamente el doble que las comerciales; duplica el consumo de energía en el modo de 12V.
Como es un dispositivo de bolsillo (primera oración), ni siquiera comencé a imaginar que alguien pensaría que el plomo-ácido sería una solución razonable. Mi plan es usar acumuladores de NiMH, 5 x 1.2V = 6V, o alternativamente Li-ion, pero NiMH permite mantener el dispositivo completamente simple, sin necesidad de circuitos de protección contra sobredescarga.
Ni siquiera empezar a imaginar es algo que con suerte podrá superar con una madurez técnica cada vez mayor. [¿Cómo estoy hasta ahora?]. | La descarga excesiva de NimH no es buena para su salud. (He "usado" alrededor de medio millón de ellos hasta la fecha). | El "cargador parasitario" recibe 170 visitas de Google, la mayoría, si no todas, irrelevantes. Le sugiero que utilice una terminología más convencional. | $ 50 es inmensamente alcanzable.
@RussellMcMahon - Recorté la primera parte de su comentario reciente. Entiendo que me siento frustrado porque los requisitos continúan desarrollándose, pero parte del comentario anterior fue demasiado lejos. Mi preferencia es eliminar, no editar, comentarios. Pero el resto de su comentario se aplica a la pregunta.
@SF. - Muchos de los detalles que ha especificado aquí en los comentarios deben incluirse en su pregunta. Los comentarios son objetos de segunda clase en StackExchange y están sujetos a eliminación. Los futuros visitantes no leerán todos los comentarios para encontrar la información escondida en ellos.
@GlenH7 Puedo eliminar todo mi material sobre esta pregunta si me ayuda. Es esencial que las personas que hacen preguntas tomen nota de las respuestas, es muy deseable que las especificaciones sean lo más completas posible y es absolutamente esencial que no estemos persiguiendo un festín móvil. | He respondido en algún lugar más de 2500 preguntas de intercambio de pila con un "representante" promedio de más de 40 por pregunta. La mayoría de la gente me encuentra útil y la mayoría aprecia mis respuestas. Si simplificamos los "consejos" que reciben los usuarios obstinados para ser "amables", terminamos perjudicando tanto al usuario como al sitio.
No, por favor no lo hagas, y lamento si llegaste al final de mi frustración. El que pregunta carece de la perspectiva necesaria para darse cuenta de lo que le falta a su pregunta: las cosas demasiado obvias para mencionar en la cabeza del que pregunta no lo son para los demás. Luego, cuando otros se quejan de que 'la pregunta no está clara' pero no dicen qué es exactamente lo que falta, o hacen conjeturas descabelladas en lugar de hacer preguntas para aclarar, se vuelve bastante frustrante. Intentaré mejorar la pregunta cuando tenga un poco más tiempo. (por ejemplo, mi error, 'cargador parasitario' es un calco de mi idioma, pero ¿por qué no preguntaste antes?)
Cuatro respuestas:
#1
+3
Olin Lathrop
2015-03-02 05:38:00 UTC
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No nos ha dicho el contexto en el que se utilizará este dispositivo, por lo que es difícil evaluar qué tan apropiadas son las diferentes alternativas. Aquí hay una posibilidad:

La batería siempre es de 12 V. Por un lado, esto simplifica la carga. La salida de 12 V simplemente se conecta a los cables de la batería y todo está bien.

La salida de 6 V en realidad es impulsada por un convertidor reductor de la batería de 12 V. Una vez más, no conocemos el contexto de este dispositivo, por lo que es difícil decir si la electrónica adicional vale la pena las otras simplicidades. Los convertidores Buck de 12 V a 6 V pueden ser pequeños, baratos y bastante eficientes. Dado que de acuerdo con su propia respuesta, puede usar un cable especial para cada salida con pines adicionales, puede usar este mecanismo para habilitar el convertidor reductor de modo que no use energía en reposo cuando no se demanden 6 V.

Las dos ventajas principales de este enfoque es que no se necesita ningún enclavamiento (los intracaces mecánicos a menudo son más costosos de desarrollar que un circuito) y la carga no tiene que lidiar con la detección y el ajuste de la configuración de la batería. La batería siempre se carga como una batería de 12 V.

Puede llevar este concepto más lejos utilizando una batería de mayor voltaje, como 18 V, por ejemplo, y un convertidor reductor para 12 V y 6 V. Este tiene la ventaja de que ambas salidas estarán bien reguladas. Otro problema importante que puede haber pasado por alto es no permitir que la carga externa agote las baterías hasta el punto de que se dañen. con un circuito entre la batería y su carga, puede administrar la batería y desconectar la carga cuando la batería está demasiado baja. También puede realizar detección de sobrecorriente o limitación de corriente, o de otra manera lidiar con una carga con mal comportamiento sin que algo se prenda fuego.

Su pregunta solo pide algo simple, pero puede haber más problemas en los que pensar de los que son obvios a primera vista.

Sería "útil" conocer la salida máxima deseada. También costo, tamaño y tono de Octarine. Dudo que usted o yo seamos capaces de determinar la sombra.
@Russell: Sí, y las especificaciones (como son) también siguen cambiando. Su propia respuesta en realidad no responde a la pregunta tal como se hizo. Sin el OP dando un paso atrás y diciéndonos las partes que importan y sin perder el tiempo con soluciones imaginadas, esta pregunta será imposible de responder más que disparando en la oscuridad.
#2
+1
Russell McMahon
2015-03-02 03:12:53 UTC
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Ha abordado muchos de los puntos principales; en realidad, es solo "una cuestión de ingeniería".

Si saca 6V de la parte superior de la batería de la derecha y 12V del segundo contacto hacia abajo (salida de 12V del interruptor DPDT) como se muestra en el diagrama a continuación, nunca obtendrá voltajes incorrectos en la salida . El cambio al modo 12V se puede activar insertando un enchufe en la toma de 12V, como sugiere. Si desea que esto suceda solo cuando haya necesidad de un consumo de corriente de 12 V, puede conectar una electrónica de detección de alta resistencia alimentada por + 6 V que detecte una carga real presente. Pensándolo bien, podría automatizar completamente esto para que una carga de 12V conectada al enchufe de 12V dispara automáticamente el modo de 12V cuando se detecta una carga de 12V y termina una vez que no hay corriente de carga.

En la mayoría de los casos, una carga física El relé sigue siendo difícil de mejorar en términos de relación calidad-precio y baja caída de voltaje.

Para la carga de 12 V, puede activar el cambio de 6 V / 12 V según el voltaje del cargador o un interruptor dedicado o con tomas de carga independientes.

El equilibrio de la batería debe ser razonable para baterías idénticas que se cargan por igual inicialmente. Como puede observar, nunca debe extraer corriente de una sola batería o cargar una batería; cambiar de 6 V a 12 V con baterías desequilibradas probablemente esté bien, pero cambiar de 12 V a 6 V tenderá a destruir el interruptor con corrientes de desequilibrio. Sería aconsejable una resistencia limitadora de corriente muy pequeña en cada cable de la batería; esto probablemente puede ser solo la resistencia del cableado con las conexiones realizadas de tal manera que se maximice la resistencia entre baterías con el cableado existente. Una resistencia que limite la corriente máxima de desequilibrio de la batería en el mundo real para decir 5 a 10 veces la corriente nominal del relé para circunstancias inesperadas muy ocasionales probablemente esté bien. La resistencia en los cables de la batería es, por supuesto, indeseable en el funcionamiento normal y debe minimizarse siempre que sea posible.

enter image description here

Los relés son voluminosos y por lo general consumen mucha energía (y probablemente necesitarían ser alimentados por un solo 6V, lo que desequilibraría la carga); Prefiero prescindir de ellos. El circuito de detección de potencia suena como una solución intuitiva, pero si se pone a trabajar en los detalles de implementación, se vuelve bastante complicado, a menos que sepa una manera de hacerlo trivialmente simple, lo cual sería muy bienvenido. El interruptor de enchufe es una idea interesante, pero generalmente proporciona un solo interruptor conectado a un contacto negativo, no doble y aislado del resto de los circuitos; no estoy seguro de cómo usarlo aquí.
#3
  0
SF.
2015-03-02 04:33:21 UTC
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Creo que se me ocurrió una idea que debería ser trivial de implementar y trabajar sin componentes electrónicos activos. Dado que el diseño es emplear cables de carga dedicados y puedo tomarme libertades con los enchufes, puedo usar los enchufes como "llaves" que enrutan la energía como quiera: usaría un enchufe de 4 terminales (solo uno) y un "cable de 6 V" y un "cable de 12 V" (que obviamente difieren con los enchufes en el extremo del "receptor"), que se conectarían a los terminales de la manera que necesito. No hay "circuitos de detección" y el proceso de conmutación de voltaje está integrado en la actividad necesaria del usuario del dispositivo.

schematic

Todavía dejo la pregunta abierta, tal vez ¿A alguien se le ocurre algo aún mejor?

Será mejor que su bloqueo mecánico sea sólido. Conectar ambos cables provocará un cortocircuito en ambas baterías. Además, la carga ahora será un problema porque el cargador no sabrá qué voltaje poner en la "batería".
El enchufar @OlinLathrop: no será un problema ya que solo hay un enchufe, estoy eliminando dos enchufes separados por completo. El cargador usará el mismo cable que el 'destinatario', nuevamente, enrutando el voltaje según sea necesario a través del enchufe, por lo que puedo usar tanto 6 como 12V, solo cada uno con el cable apropiado. La única preocupación es elegir un enchufe que no sea lo suficientemente estándar como para que no quepa nada más que mis 'enchufes de llave' (al principio pensé en el enchufe USB, luego me di cuenta de que corría el riesgo de enrutar 12V a través de líneas de datos si alguien conecta un cable de datos común).
#4
  0
Jonathan
2017-05-17 18:50:11 UTC
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Hice un dibujo rápido con una electrónica un poco más adecuada: voltage switcher

No puede poner dos fuentes eléctricas en paralelo, esto romperá su sistema inmediatamente o en el a largo plazo.

Estoy usando Not puertas porque son las más comunes, también las más sencillas de construir.

Conecta el verde con el verde ($ 12V $) y el naranja con naranja ($ 6V $) en el momento en que el circuito está en $ 12V $, presione el interruptor y funcionará en $ 6V $ (necesita trabajar un poco el interruptor para que lo que no está conectado se conecte a tierra)

También indiqué que pueden cargar sus baterías en serie por favor



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