Use Li-ion Batteries Instead of Alkaline/es

▼Esta página formó parte de un curso de MTU MSE4777 OA y MSE4777 OB/MSE5777/EE4777/EE5777: Impresión 3D de código abierto. Deje sus comentarios en la página de discusión . El curso se imparte durante el semestre de otoño. No está abierto a la edición .

Utilice pilas de iones de litio (recicladas) en lugar de alcalinas (AA, AAA, C, etc.) para productos electrónicos de consumo . Los dispositivos eléctricos/electrónicos, diseñados para funcionar con 3 voltios (tradicionalmente 2 pilas alcalinas AA, AAA, C, D), son bastante prolíficos en todo el mundo. En algunos dispositivos es difícil cambiar las pilas: hay que volver a configurar la hora y la fecha, o pueden estar en un lugar de difícil acceso. Algunos dispositivos están diseñados para funcionar con un mínimo de 3 voltios y no funcionan bien con la salida de 2,4 V de un par de pilas recargables tradicionales. En este caso, los usuarios se ven obligados a seguir comprando y desechando/reciclando pilas alcalinas de un solo uso. Como alternativa, se puede sustituir el dispositivo por uno que funcione mejor con pilas recargables. Cualquiera de las dos opciones da como resultado que se deseche material, que probablemente acabe en un vertedero.

Propongo usar baterías recargables de iones de litio en lugar de las tradicionales alcalinas, NI-MH o NiCd. Las baterías de iones de litio ofrecen una densidad de potencia muy alta, una eficiencia de almacenamiento muy alta y una baja tasa de autodescarga. Esto las hace ideales para alimentar muchos dispositivos electrónicos existentes en todo el mundo. Es necesario añadir algunos circuitos, ya que el voltaje máximo de una batería estándar de iones de litio es de aproximadamente 4,2 voltios, lo que podría causar problemas o incluso dañar algunos dispositivos electrónicos. Además, las baterías de iones de litio no toleran descargas superiores a un cierto umbral, normalmente de unos 2,5 voltios. También añadiremos un circuito de protección para evitar que la carga baje del nivel crítico.

Finalmente, existen celdas de iones de litio nuevas en el mercado, pero son mucho más caras que las alcalinas tradicionales. Para este proyecto, usaremos celdas recicladas de una batería de portátil vieja. A menudo, cuando las baterías de portátiles envejecen o fallan, algunas celdas se degradan mucho más rápido que otras. Incluso si una batería deja de funcionar (en una portátil), algunas celdas individuales aún tienen vida útil. Las baterías se pueden desmontar con cuidado para cargar y probar cada celda individualmente. Para este proyecto, usaremos celdas de iones de litio "18650" de una portátil de 2007 que no funcionaba.

Lista de materiales

Componentes no impresos

Estos componentes son necesarios en este diseño:

Diseño impreso

Encuentre el diseño impreso en thingiverse [1] , junto con la URL de los componentes de la lista de materiales (appropedia no me permite usar enlaces de AliExpress Express).
Este diseño utiliza alrededor de 7 gramos de filamento, por un costo de plástico de aproximadamente $0,15 USD.

Herramientas necesarias

1. La mayoría de las impresoras 3D Delta RepRap o similares (O compra de un soporte para celdas 18650)
2. Soldador
3. Multímetro (no es estrictamente necesario, pero es útil para comprobar las conexiones)
4. Cuchillo de aficionado, para limpiar o recortar piezas, según sea necesario

Habilidades y conocimientos necesarios

• Conocimiento de circuitos eléctricos y electricidad básica (baja tensión)
• Capacidad para soldar cables
• Habilidades básicas de montaje mecánico
• Habilidades básicas de desmontaje mecánico (recolección de celdas 18650)

Especificaciones técnicas e instrucciones de montaje

Estimación del tiempo de impresión: 60 minutos
Estimación del tiempo de ensamblaje: 40 minutos
Estas instrucciones lo guiarán a través del cableado de los terminales de la batería a la entrada de la placa de protección de Li-Ion y luego a través de la conexión de la salida de esa placa de protección al circuito regulador de 3 voltios.

1. Después de imprimir el diseño del soporte para la batería 18650, inserte las pinzas metálicas de resorte en cada extremo del soporte. El extremo de contacto puntiagudo, con el orificio para el cable, debe quedar hacia la parte inferior del soporte. Doble estas pinzas metálicas hacia afuera, de modo que queden expuestas en ambos extremos del soporte y se puedan soldar.
2. Suelde cables cortos a los terminales de la batería.
3. Los cables deben rodear el soporte de la batería, debajo, hasta un hueco donde se pueda montar el circuito de protección de iones de litio. Suelde el cable del terminal positivo de la batería al contacto marcado con B+ (positivo de la batería) en la placa, y el cable del terminal negativo de la batería al contacto marcado con B- (negativo de la batería) en la placa.
4. La alimentación saldrá de esta placa por los terminales P- y P+. Suelde un cable corto a la terminal P+ y dos cables cortos a la terminal P- (tierra).
5. Pasaremos estos cables de salida por debajo de la placa y por el costado, donde se puede montar nuestro circuito regulador.
6. Tome uno de los cables P y suéldelo a la almohadilla GND (central) en el regulador.
7. Suelde el cable de la almohadilla P+ a la almohadilla Vi (entrada de voltaje) en el regulador.
8. Finalmente, suelde un cable a la terminal Vo (salida de voltaje) del regulador; esta es la salida positiva del circuito. El cable restante, soldado a P- en la placa de protección, es el terminal de salida negativo del circuito.
9. Coloque una batería 18650 cargada en el compartimento de la batería, observando la polaridad y asegurándose de que la batería haga contacto con los clips de resorte en el soporte.
10. Recomendado: Con un multímetro, mida el voltaje y la polaridad en las terminales de salida. La polaridad debería ser la esperada y debería obtener una tensión cercana a los 3 voltios del circuito.
11. Conecte los cables de salida a su dispositivo, donde normalmente iría la batería. Busque las indicaciones en la caja de la batería para verificar la polaridad correcta. El terminal negativo suele ser un resorte, y el terminal positivo suele sobresalir como un botón metálico inmóvil. Puede usar soldadura para asegurar esta conexión, o presionar firmemente el conductor entre el conector metálico y el borde de plástico, usar cinta adhesiva, etc.
12. Después de la prueba, use un adhesivo para fijar las placas de circuito en su lugar. La cinta adhesiva de doble cara puede ser una buena opción para fijar el soporte de la batería 18650 en algún lugar del dispositivo electrónico que alimenta.

Descripción general del ensamblaje / Vídeo de demostración

Problemas comunes y soluciones

• ¡Respete la polaridad en las conexiones eléctricas! Preste atención a los terminales/señales positivo y negativo en las placas de circuito impreso/batería; de lo contrario, podría causar daños.
• Dependiendo del estilo del clip de metal de la batería y del grosor del plástico, es posible que el terminal positivo de la batería no haga buen contacto sin quitar un poco de plástico con un cuchillo.

Análisis de costos

• Costo total de este diseño: $1.37 USD
• Un producto comercial similar cuesta unos 8 dólares estadounidenses.
• Imprimir este diseño, en lugar de comprarlo en Amazon, supone un ahorro del 580 %.

Sin embargo, creo que es más apropiado comparar el costo del diseño anterior con lo que la mayoría de los consumidores harían: comprar y desechar pilas alcalinas AA. Un paquete de 48 pilas AA se puede comprar por $14, lo que resulta en un precio por pila de $0.29. Suponiendo que se necesitarían reemplazar 2 pilas AA en un dispositivo cada año, este diseño se amortiza en poco más de dos años. Si se incluye el costo ambiental en la producción y eliminación de pilas alcalinas AA, el tiempo de recuperación es menor.

Comunidades de Internet beneficiadas

Este diseño beneficia a casi cualquier comunidad que tenga:

1. Acceso a baterías de portátiles que están siendo desechadas.
2. Capacidad de cargar estas baterías.
3. El deseo de utilizar productos electrónicos de consumo sin necesidad de baterías desechables.

Como ejemplo, este diseño beneficia a la comunidad de Michigan Tech (Houghton, MI).