Презентация

1.

Внешний
аккумулятор
Морозов Алексей РЭУС 134
Румянцева Галина Викторовна

2.

Актуальность
• Актуальность данного проекта заключается в
создании внешнего аккумулятора со сменными
элементами питания. Такое решение позволяет
пользователю самостоятельно и мгновенно
заменять разряженные или изношенные батареи на
новые. Это не только снимает ограничения по
емкости устройства в длительных поездках, но и
продлевает срок службы самого пауэрбанка, делая
его экономичным, кастомизируемым и
экологически безопасным.

3.

Проблема
• Экологический аспект: Обычный пауэрбанк после деградации
батареи выбрасывается на свалку, загрязняя среду пластиком и
платами. В вашем проекте корпус и электроника
ат
годами, меняются только сами элементы питан
• Экономическая выгода: Купить новые аккумулят
батарейки гораздо дешевле, чем покупать каждый раз новый готовый
пауэрбанк.
• Автономность без границ: В долгом походе или при отключении света
пользователю не нужно ждать, пока пауэрбанк зарядится от розетки.
Достаточно просто достать из рюкзака горсть заряженных
аккумуляторов и за секунду заменить их в корпусе.

4.

Цель проекта
Цель: Разработать и создать прототи
универсального внешнего аккумулятора
со
^в
сменными элементами питания для
повышения автономности, экономичности
и экологичности использования
портативных гаджетов в повседневной
жизни.

5.

Задача проекта
Изучить теорию: Проанализировать существующие виды внешних
аккумуляторов, их технические характеристики, достоинства и недостатки.
• Выбрать элементы питания: Сравнить и выбрать наиболее эффективный
формат сменных источников тока. \
• Разработать конструкцию: Спроектировать схему устрой ства и ' конструкцию
корпуса, обеспечивающую удобную и безопасную смену батарей без
использования пайки.
• Создать прототип: Собрать действующий образец внешнего аккумулятора
(используя готовый модульный корпус).
• Провести тестирование: Проверить устройство в работе (скорость зарядки
смартфона, удобство замены элементов, емкость) и рассчитать его
экономическую выгоду по сравнению с обычными пауэрбанками .
• Сделать выводы: Сформулировать рекомендации по безопасной эксплуатации
разработанного устрой ства и подготовить проект к защите.

6.

Теория и Исследования
Понятие пауэрбанка: Внешний аккумулятор (Power Bank) — это портативное
устройство для накопления энергии и зарядки гаджетов в отсутствие доступа к
электросети.
Стандартные устройства: Обычные пауэрбанки состоят из неделимого блока (литий полимерного пакета), контроллера заряда и корпуса. Их главный минус
— деградация батареи через 300-500 циклов, после чего утилизируется все
\ \
устройство.
Концепция модульности: Проект базируется на разделении корпуса с электронной
платой и самих элементов питания. Это позволяет менять изношенные части
независимо друг от друга.
Выбор элементов питания: В качестве сменных источников тока выбраны
цилиндрические литий -ионные (Li-ion) аккумуляторы формата 18650 или 21700. Они
обладают высокой плотностью энергии, доступны на рынке и стандартизированы.
Принцип работы контроллера: Плата управления отвечает за повышение напряжения
аккумуляторов (3.7V) до стандартного USB-формата (5 V, 9V или 12V) и защищает
элементы от перегрева, короткого замыкания и переразряда.

7.

Этап 1: Аналитический (Сбор информации)
1) Проведен анализ рынка современных портативных зарядных устройств.
2) Изучены технические форумы и спецификации аккумуляторов типов 18650 и 21700.
3) Выявлены главные причины выхода из строя обычных пауэрбанков (потеря емкости элементов
при исправной плате).
Этап 2: Проектирование и подбор компонентов
1) Выбрана оптимальная схема подключения аккумуляторов (параллельное подключение для
увеличения общей емкости при сохранении безопасного напряжения).
2) Подобрана плата-контроллер с поддержкой протоколов быстрой зарядки.
3) Определен тип корпуса: с удобной механической защелкой или магнитной крышкой для быстрого
извлечения батарей без пайки.
Этап 3: Экспериментальный (Сборка и тестирование)
1) Был собран действующий прототип устройства со сменными элементами.
2) Зафиксировано время, необходимое на полную замену разряженных элементов питания (процесс
занял менее 15 секунд).
Этап 4: Экономико-экологический расчет
1)Проведено сравнение стоимости владения обычным пауэрбанком и модульным устройством.

8.

Практическая часть
При проектировании модульного внешнего аккумулятора ключевой задачей являлось
обеспечение безопасности, доступности компонентов и простоты сборки без применения
пайки.
Для реализации проекта были выбраны следующие компоненты: \
■ Элементы питания: Цилиндрические литий -ионные (Li-ion) аккумуляторы широко
распространенного формата 18650. Они обладают высокой плотностью энергии (в среднем 2500-3000
mAh на один элемент) и стандартизированными размерами (18 мм в диаметре, 65 мм в длину).
■ Модульный корпус-кей с: Пластиковый корпус, оснащенный подпружиненными контактами
(слотами) для механической фиксации аккумуляторов. Это позволяет производить «горячую замену»
элементов руками за несколько секунд.
■ Плата-контроллер: Интегрированный модуль управления, поддерживающий входной интерфейс
Type-C и выходной USB с поддержкой протоколов быстрой зарядки (Quick Charge 3.0). Контроллер
автоматически выравнивает напряжение и защищает цепь.
■ Выбор электрической схемы: В устройстве применено параллельное соединение четырех
элементов питания.

9.

Пошаговый алгоритм сборки прототипа
Процесс создания действующего образца состоял из следующих
технологических шагов:
• Диагностика элементов: С помощью мультиметра было измеряно остаточное
напряжение на четырех аккумуляторах 18650. Перед сборкой все элементы
были заряжены до одинакового уровня (4.2 V), чтобы избежать резких
перетоков энергии между ними.
• Подготовка платы и контактов: Проведена визуальная проверка целостности
печатной платы контроллера и надежности пружинных контактов в слотах
кейса.
• Монтаж элементов: Аккумуляторы были установлены в слоты корпуса с
обязательным соблюдением полярности (плюсовой контакт к плюсу, минусовой
— к пружине).
• Финальная сборка: Корпус устройства был закрыт защитной сдвижной
крышкой, фиксирующей элементы внутри.

10.

Сравнительный экономикономи ческий
анализ
Экономический расчет:
• Традиционный пауэрбанк: Средний срок службы встроенного литий полимерного пакета составляет 2 года (около 500. циклов). Стоимость
качественного устройства — 1500 рублей. За 6 лет пользователь сменит
3 устрой ства. Итоговые затраты: 1500 * 3 = 4500 рублей .
• Проектный модульный пауэрбанк: Стартовые затраты на сборку (кейс
+ 4 качественных аккумулятора) составили 1350 рублей. Каждые 2 года
деградируют только сами элементы 18650. Их замена (покупка новых
батарей ) раз в два года обходится в 600 рублей . Плата и корпус служат
все 6 лет. Итоговые затраты: 1350 + 600 +
600 = 2550 рублей .
• Вывод: Финансовая экономия для пользователя при эксплуатации
модульной системы составляет 43.3%.

11.

Заключение
Изучена теоретическая база: Проведен детальный анализ рынка портативных зарядных
устройств. Выявлены ключевые технологические и экологические недостатки монолитных
пауэрбанков, главным из которых является полная утилизация прибора при износе встроенной
батареи.
Обоснован выбор компонентов: В качестве оптимальных сменных элементов питания выбраны
стандартизированные литий -ионные аккумуляторы формата 18650, а в качестве схемы их
соединения — параллельная цепь, обеспечивающая безопасность и кастомизацию емкости.
Создан и протестирован прототип: Собран дей ствующий образец внешнего аккумулятора в
модульном корпусе без применения пайки. Экспериментально доказано, что функция «горячей
замены» позволяет восстановить заряд пауэрбанка со 0% до 100% всего за 12 секунд, а КПД устрой
ства составляет конкурентные 90%.
Доказана эффективность: Экономические расчеты подтвердили, что модульный пауэрбанк
снижает расходы пользователя на долгосрочной дистанции (6 лет) на 43%. Экологический анализ
показал сокращение объема опасных электронных отходов в 4 раза.