Гальваническая банка. Делаем power bank для ноутбука в домашних условиях

Я — счас­тли­вый обла­датель ноут­бука Asus серии K53, который под наг­рузкой куша­ет поряд­ка 70 Вт. Сле­дова­тель­но, про­вод с триг­гером быс­трой заряд­ки на 12 В и пла­та‑повышай­ка с «Али­экс­прес­са» тут не помогут — быс­трая заряд­ка Quick Charge 3.0 выда­ет мак­симум 12 В / 1,5 А (18 Вт) минус потери из‑за не 100%-го КПД пре­обра­зова­теля. Более мощ­ную «бан­ку» с Power Delivery я покупать не хочу. Ком­плект смен­ных акку­муля­торов не вари­ант, ноут­бук с заряд­ным и так весит боль­ше 3 кг.

Ко­роче, я у мамы инже­нер, недав­но при­шел новень­кий паяль­ник с «Али», в ящи­ке валя­ется мешок банок 18650, и как раз при­еха­ли пла­ты BMS и понижа­ющий модуль. Решено было собирать свой акку­муля­тор, что я и сде­лал, пос­вятив это­му занятию три сво­бод­ных вечера.

Требования

Крат­ко обри­сую тре­бова­ния, которые я предъ­являл к сво­ей самодел­ке.

1. За­ряд­ка от штат­ного ноут­бучно­го БП. Через Micro-USB заряжать такой емкий акку­муля­тор — мазохизм, кабеля Type-C в доме нет ни одно­го, а делать отдель­ный заряд­ник спе­циаль­но для сво­ей самодел­ки не кошер­но, хочет­ся иметь воз­можность зарядить­ся от чего угод­но. 220-воль­товое гнез­до тре­бует доволь­но габарит­ной схе­мы пониже­ния и вып­рямле­ния, которая к тому же нуж­дает­ся в охлажде­нии даже при исполь­зовании импуль­сно­го тран­сфор­матора. Поэто­му на вход будет стан­дар­тное гнез­до 5,5 × 2,5 мм, куда мож­но вста­вить любой заряд­ник с нап­ряжени­ем от 13 до 32 В.
2. Боль­шая емкость для про­дол­житель­ной авто­ном­ной работы. Тас­кать с собой уве­сис­тую шту­ку, которая сядет через минут двад­цать, — удо­воль­ствие пос­редс­твен­ное. Если уж делать, то делать доволь­но емкий, чтоб потом не бегать гла­зами вок­руг в поис­ках розет­ки.
3. Вы­ход — стан­дар­тный ште­кер 5,5 × 2,5 мм. Само собой, если ты решишь пов­торить эту самодел­ку и у тебя дру­гой разъ­ем — его лег­ко заменить любым дру­гим.
4. Кноп­ка‑вык­лючатель, для удобс­тва и что­бы не рас­ходовать заряд батареи током холос­того хода выход­ного пре­обра­зова­теля и инди­като­рами.
5. USB-выход с под­дер­жкой быс­трой заряд­ки для смар­тфо­на.
6. Вы­сокая выход­ная мощ­ность для нор­маль­ной заряд­ки ноут­бука.
7. По воз­можнос­ти — регули­руемое выход­ное нап­ряжение для без­болез­ненной перес­трой­ки под дру­гой ноут­бук при необ­ходимос­ти.

Материалы

Здесь все стан­дар­тно для такого рода гад­жетов. Собс­твен­но акку­муля­тор­ные ячей­ки, пла­та BMS, вход­ной понижа­ющий и выход­ной повыша­ющий пре­обра­зова­тели, кон­трол­лер быс­трой заряд­ки для USB-выхода и рас­ходни­ки для кор­пуса.

С акку­муля­тора­ми тоже все тра­дици­онно: литий‑ион­ные ячей­ки типораз­мера 18650 проч­но засели в арсе­нале самодель­щиков и позиции сда­вать не собира­ются. Они емкие, удоб­ны для соз­дания батарей, отно­ситель­но недоро­ги, и их мож­но за копей­ки (а то и бес­плат­но) наб­рать в сер­вис‑цен­трах из дох­лых ноут­бучных батарей. Емкость в таком слу­чае оставля­ет желать луч­шего, но зато это край­не дос­тупный вари­ант для деревен­ских нищеб­родов вро­де меня.

Пла­та BMS (Battery Management System) нуж­на всег­да, если пос­ледова­тель­но соеди­няет­ся боль­ше одной ячей­ки. Дело в том, что даже про­изве­ден­ные в одной пар­тии акку­муля­торы име­ют слег­ка раз­личные харак­терис­тики, в час­тнос­ти — емкость. При пос­ледова­тель­ном соеди­нении яче­ек раз­ной емкости они будут раз­ряжать­ся нерав­номер­но, то есть минимум одна ячей­ка уйдет в перераз­ряд. А, как ты зна­ешь, перераз­ряд для лити­евых банок — это не прос­то пло­хо, а очень пло­хо.

Об­ратное про­изой­дет при заряд­ке такой батареи: менее емкие ячей­ки зарядят­ся быс­трее, и даль­нейшая заряд­ка при­ведет к некон­тро­лиру­емой реак­ции горения, в прос­тонародье зовущей­ся взры­вом. Горящие лити­евые акку­муля­торы, рас­кидыва­ющие вок­руг кус­ки адско­го неуга­симо­го пла­мени, конеч­но, выг­лядят кра­сиво, но это небезо­пас­но, так что давай не будем доводить их до такого сос­тояния, а прос­то вос­поль­зуем­ся BMS.

Гра­мот­ные BMS име­ют в сос­таве балан­сиров­щик яче­ек и схе­му защиты, которая отклю­чит батарею в слу­чае перег­рузки, переза­ряда или перераз­ряда, и сто­ят при этом все­го пару бак­сов. Впро­чем, силь­но эко­номить на защите не сле­дует, так что перед покуп­кой все же почитай отзы­вы. Попада­лись пла­ты, в которых заяв­ленный балан­сиров­щик не работал или вооб­ще отсутс­тво­вал.

По­нижа­ющий DC-DC-кон­вертер по вхо­ду нужен для получе­ния ста­биль­ного рабоче­го нап­ряжения заряд­ки акку­муля­торов из неиз­вес­тно­го (хоть и заведо­мо более высоко­го) вход­ного. Его важ­ные осо­бен­ности — наличие хоть неболь­шого ради­ато­ра, так как вся вход­ная мощ­ность будет про­ходить через него, и, опци­ональ­но, при­сутс­твие огра­ничи­теля по току, что­бы с ходу не убить пре­обра­зова­тель мощ­ным током при заряд­ке в ноль сев­ших акку­муля­торов.

Вы­ход­ной DC-DC-пре­обра­зова­тель — это то, на чем я решил сэконо­мить, и горь­ко об этом пожалел, но об этом чуть поз­же. Его задача — обес­печить тре­буемое ста­биль­ное выход­ное нап­ряжение из нап­ряжения нашей батареи. В иде­але он дол­жен иметь защиту от корот­ких замыка­ний и перег­рузки, что­бы потом не думать, чем его заменить. Ну и хоть неболь­шой ради­атор, по опы­ту, точ­но не пов­редит.

Быс­трая заряд­ка — отдель­ная тема. Как ты зна­ешь, она исполь­зует линии дан­ных в USB, что­бы устрой­ство мог­ло догово­рить­ся с заряд­ником о нап­ряжении и токе заряд­ки. Стан­дарт прос­той, и ты можешь даже сам реали­зовать заряд­ное с его под­дер­жкой, если руки рас­тут из нуж­ного мес­та. Но для меня было дешев­ле и про­ще купить готовую пла­ту с кон­трол­лером, бонусом получил под­дер­жку не толь­ко Quick Charge 3.0, но и пол­дюжины дру­гих про­токо­лов.

Рас­ходни­ки есть в гараже у любого ува­жающе­го себя тех­наря. Это гнез­да 5,5 × 2,5, про­вода, при­пой, орг­стек­ло или плас­тик, кноп­ка, диоды и вся­кое такое.

У гнез­да, как ты пом­нишь, три кон­такта: один внут­ренний (+) и два внеш­них (–). Внеш­ние я соеди­нил перемыч­кой для сни­жения наг­рузки. Если не хочешь проб­лем, тебе сто­ит сде­лать так же.