[EiP] Portable Li-Ion Labvoeding

[Infant]

Dit project is ontstaan uit onze voorliefde voor Li-Ion cellen en hun natuurlijke eigenschap om stuk te gaan, zeker als je ze in serie zet. Simpel gezegd hebben we een apparaat gemaakt wat van één Li-Ion cel (of vele parallel) een willekeurige spanning maakt, in dit geval tussen de 4 en 20 volt. Door het gebruik van redelijk monsterlijke componenten en 3 dc/dc converters (fases) in parallel kun je er een flinke hoeveelheid power uit trekken - ongeveer 150W bij 12V of hogere output. Dit bied veel mogelijkheden om allerlei andere projectjes simpel van een Li-Ion cel te laten lopen (Of om je laptop op te laden). Ook zit er bluetooth, een schermpje en drie knopjes op als interfaces. Het schermpje en de knopjes als je geen computer bij de hand hebt, of bluetooth om live te monitoren en de dc/dc converter mee in te stellen via je computer of PDA. Er zit ook een i2c-bus op die in de toekomst wellicht direct aan een computer kan worden gehangen en van dit apparaat een smart battery maakt. Atmel Atmega16U4 @ 18.089583 MHz 3-Fase Boost Converter bestaande uit: Vishay IHLP5050FD 8.2uH inductors CSD16401 (TI NexFET) 1.3mohm 100A MOSFETs (SON package) SiP41111 2A bootstrapping drivers 2x1200uF Nichicon CJ caps 5x47uF 35V Epcos output caps True turn-off MOSFET (dus geen fysieke schakelaar) om aan en uit te schakelen (momenteel: verkeerd ontworpen) On-board Vbat->5V and Vbat->12V dc/dc converters with NCP1450A Drie temperatuursensors (ambient, MOSFET, inductor) indicatie-LEDjes SMB interface (=i2c) Bluetooth INA214 stroommeter 70.5-282kHz operation Output capability: ~150W @ 5-20V Het ontwerp is gedaan in TinyCad, omdat wij het fijn vinden weken, gratis is en open source is. Het ontwerp is zo klein mogelijk gemaakt. Op het moment bevat het aansluitingen voor een display, een i2c-header, bluetooth module (via RS232) en een 3-tal knopjes De batterij en uitgang worden op padjes gesoldeerd, en de AVR is te programmeren met een ISP-Header. Het board ontwerp wordt in FreePCB gedaan, om weer dezelfde reden: gratizzz, en fijn om mee te werken. Dit is al de tweede versie. Op het moment bestaat deze op een gefreesd (maar ook gevreesd!) printplaatje, en wordt het gekoeld door een klein uit aluminium gefreesd blokje. Op het moment wordt de uitgangsspanning geregeld aan de hand van een ingestelde waarde. Deze wordt uitgelezen door een ADC, en afhankelijk van deze meetwaarde wordt de duty-cycle van de PWM aangepast. Via de PC is met het bordje te communiceren. Op het moment via RS232 over bluetooth, omdat dit makkelijk was, en omdat we een chippie hadden liggen. We willen dat dit uiteindelijk een portable, stabiele labvoeding wordt waarmee je al je projectjes redelijk moeiteloos kunt voeden. En met 'je' bedoelen we iedereen die dat wil, want we willen dit ontwerp verfijnen tot het punt waar we het op samenkopen-achtige sites kunnen zetten. Hier zijn nog wel een paar knelpunten: In het huidige ontwerp is de aan/uit-MOSFET verkeerd ontworpen De huidige versie is erg duur, dit willen we oplossen door: geen BT-module, maar een bedrade rs-232 (of usb?)-poort geen scherm, geen knopjes, alles via het draadje lower-performance onderdelen (er zitten nu radicaal dure MOSFETs en inductors op) één fase ipv 3 De voeding is nog niet stabiel, zeker met zware inductieve belasting (gigantische fans, bijv. een Nidec TA5000C 12V 2.7A) Uiteraard is het hele project open source, maar afgezien van mensen die heel enthousiast hier tijd aan willen besteden zullen wij tweeën waarschijnlijk de enige mensen zijn die hieraan ontwerpen. Sommige features zitten er theoretisch wel in, maar hebben we nog niet geimplementeerd en gaan we voorlopig ook niet doen, bijv. de SMB (smart battery oftewel i2c) interface en USB. Dit kan dan uiteraard door anderen erbij bedacht worden.

[Verwijderd]

interessant. ben benieuwd hoe het project verder gaat verlopen

[lemming_nl]

Zit er een mogelijkheid op om die cel vanuit een andere bron op te laden, of dient dit extern te gebeuren? Ziet er verder best leuk uit. Denk dat voor een SK-actie bluetooth wat overdreven is en usb een stuk practischer is. Wat zijn de totale kosten per module nu ongeveer?

[Infant]

Ruwe schatting... zonder BT module denk ik dat ze 30 Euro materiaal kosten zijn....
Dan zijn de spoelen samples... Die zijn anders ook redelijk prijzig.

Bluetooth maakt het wel erg leuk, want je kan nu draadloos een lampje dimmen met je telefoon....

[tweakG5]

Infant schreef op zondag 06 juni 2010 @ 22:09:
Ruwe schatting... zonder BT module denk ik dat ze 30 Euro materiaal kosten zijn....
Dan zijn de spoelen samples... Die zijn anders ook redelijk prijzig.

Bluetooth maakt het wel erg leuk, want je kan nu draadloos een lampje dimmen met je telefoon....

Dan kan je toch eventueel ook setjes maken met bluetooth en zonder?

[Infant]

Tuurlijk kan dat. Ik heb bijvoorbeeld nog niet echt meer dan 40Watt nodig.... dus ik wil er een zonder knopjes, zonder scherm, met 1-fase met BT.

lemming_nl schreef op zondag 06 juni 2010 @ 21:45:
Zit er een mogelijkheid op om die cel vanuit een andere bron op te laden, of dient dit extern te gebeuren?

Hij schakelt een half-brug, en kan theoretisch dus ook de andere kant op werken van meer dan 5V naar 4.2V. Het is eigenlijk een kwestie van erin programmeren... wat we nog moeten doen.

[Verwijderd]

leuk project zeg!

kunnen jullie beter niet een LiFePo4 gebruiken dan Li-ion
deze zijn ook wat veiliger voor een portable voeding

[mux]

Hm, we zijn inderdaad vergeten te zeggen dat hij bidirectioneel is... dat werkt alleen nog niet

En LiFePO4 is godsgruwelijk duur, zeker als je snel op/ontlaadbare exemplaren wilt, en zit niet in sloopaccu's. De hoofdreden dat we alles met Li-ion/LiPo doen is omdat we daar met z'n tweeën een stuk of... 200 cellen van hebben liggen, gratis.

[DaWaN]

ssj3gohan schreef op maandag 07 juni 2010 @ 09:48:
Hm, we zijn inderdaad vergeten te zeggen dat hij bidirectioneel is... dat werkt alleen nog niet

Je kunt hem dus niet gebruiken als labvoeding terwijl er een adapter aanhangt om te laden ?

[mux]

Uhm... hoe had je dat in gedachten en belangrijker: wat voor nut heeft dat?

Nu vervult hij een van de taken:
- portable labvoeding
- instelbare belasting
- li-ion single cell lader

Er zit één converter (met 3 fasen) in, één batterijaansluiting en één uitgang. Als je tegelijk de li-ion zou willen opladen en hem als labvoeding wilt gebruiken, zou er een tweede converter in moeten zitten, en die converter moet dan ook iets anders worden opgebouwd dan de huidige, gezien die current-controlled moet zijn. Dat kan, maar is niet wat we nu aan het maken zijn.

[Infant]

Als we de fases onafhankelijk maken zou het kunnen....

In principe kan dit ding ook vanaf LiFePO4 werken, en laden. Je moet er dan in programmeren dat het een LiPO cel is, zodat hij niet overcharged of de batterij finaal plat trekt.

@ssj3gohan: Mijn laptop start er nu van op... met veel moeite.

[DaWaN]

ssj3gohan schreef op maandag 07 juni 2010 @ 10:19:
Uhm... hoe had je dat in gedachten en belangrijker: wat voor nut heeft dat?

Nu vervult hij een van de taken:
- portable labvoeding
- instelbare belasting
- li-ion single cell lader

Als je hem puur als portable labvoeding zou willen gebruiken dan kun je dus alleen kiezen tussen laden of ontladen, kortom als de Li-ion cel leeg is kun je hem niet gebruiken. Ik zou er niet aan willen denken dat ik mijn laptop niet kan gebruiken terwijl hij aan het opladen is...
In mijn ogen is de benaming portable labvoeding dus niet echt de juiste..

[Mr_gadget]

Nice!

Die bluethooth aansluiting lijkt me juist wel practisch, scheelt kabels en je hebt gelijk ook een galvanische scheiding mocht er iets doorbranden ofzo.

[mux]

DaWaN schreef op maandag 07 juni 2010 @ 12:26:
[...]


Als je hem puur als portable labvoeding zou willen gebruiken dan kun je dus alleen kiezen tussen laden of ontladen, kortom als de Li-ion cel leeg is kun je hem niet gebruiken. Ik zou er niet aan willen denken dat ik mijn laptop niet kan gebruiken terwijl hij aan het opladen is...
In mijn ogen is de benaming portable labvoeding dus niet echt de juiste..

Nouja, mijn labvoeding kan nog veel minder... Als ik oneindig veel energie nodig heb, gebruik ik toch gewoon een labvoeding op het lichtnet?

Maar! Zie een taak, pak hem op. Wil je tegelijk laden en ontladen? Het ontwerp is spoedig helemaal open source, klaar om aan te passen aan je eigen wensen. Als genoeg mensen deze functionaliteit willen komt het er vast wel een keer in.