SGS-032 USB 太陽能手提箱 USB Solar Suitcase

時間

120分鐘

適用支部

童軍、深資童軍、樂行童軍

材料

• 空手提箱或公事包

• 太陽能板  6V（20 – 40W）

• 1‑3  顆鋰離子電池，尺寸  186501

  • 18650  鋰離子電池通常可以在便攜式風扇中找到。尺寸(直徑：18  毫米，長度： 650毫米)

• 1‑3  個18650  的電池座  

• 1  個帶保險絲的保險絲座（5A  或  10A）

• 1  個鋰離子電池充電模組（「USB  5V  1A  18650  TP4056  鋰電池充電器模組)

• 2‑3  個開關

• 2‑3個升壓USB模組（「DC‑DC  2.5V‑5.5V轉5V  2A升壓電源模組」）

• 1  個帶有電纜和  USB  插頭的LED  燈  (5V) 

• 紅色和黑色電纜

• 焊錫

• 絕緣膠帶

• 手提箱中用到的材料（紮帶、小螺絲、雙面膠帶等）

• 9毫米厚度的夾板

自行選用物資:

• 1  個小型數位電壓儀表（“數位  LED  迷你顯示模組  DC0‑100V  電壓儀表”，選擇“3線”)  

• 1  個“常閉”按鈕開關

• 1  個藍牙揚聲器附充電線

•  USB  延長線

• 螺絲端子

工具

• 烙鐵

• 鉗子

• 剝線鉗

• 刀具

• 萬用電儀表

• 鋸或豎鋸

• 用鑽頭鑽孔

• 起子批/電批有起子工能

• 砂紙

自行選用工具

• 壓克力顏料

• 畫筆

• 矽膠

• 熱縮

目標

• 完成活動後，學員能製作 USB太陽能手提箱

• 成員學會製作一個太陽能手提箱把太陽能轉化做電為簡單的智能用品或小型電子設備提供電及透過充電電池把轉化的電量儲存起來備用。

• 透過此裝置成員能夠明白在大自然中其實擁有很多寶貴的資源只需要我們動腦筋運用一些硬件就能把這些寶貴的資源收集起來，轉化做一些更加有用的資源給人類使用。

步驟

步驟 1：準備元件並繪製電氣圖

• 首先，我們收集所有組件，然後我們繪製太陽能手提箱的圖表，當中包含我們將使用的組件。

• 下圖顯示了一個非常完整版本的手提箱的可能方案，它具有三個  USB  模組（每個模組用於  LED  燈、藍牙揚聲器和可以為手機等充電的  USB  插座）。它還可以透過按一下按鈕來顯示電池的電壓。

圖的解釋

• 充電模組可防止電池發生危險的過度充電。它連接到太陽能電池板和電池。 

• 可充電電池並聯*。這意味著無論安裝  1  節、2  節或  3  節電池，標稱電壓仍為  3.6V。 

  • 警告：如果鋰離子電池串聯以獲得更高的電壓，也必須安裝所謂的BMS（電池管理系統）。這對於並聯連接來說不是必需的。

• USB  模組直接從可充電電池取得電力。每根正極線上都有一個開關，可以打開或關閉相應的模組。 

• 選購電壓模組（小型數位電壓表）本身的電子設備需要  5V  電壓。因此，它由  USB  模組之一供電（模組的紅色正極電纜焊接到模組的正 極輸出）。同時，它必須測量電池的電壓（通常是白色的） 模組的“測量電纜”連接到電池正極）。黑色負極電纜連接到負極電池電壓。按鈕開關中斷正  5V  電源線。 

• USB  延長線可隱藏  USB  模組，更方便使用插座。

步驟 2：準備行李箱和底板

• 首先需要決定在手提箱中如何安裝各個元件的位置和方式。同時，為配件、電纜等留出一些空間。

• 我們通常用夾板建造一塊底板，並將其安裝得稍微高一些。這為電子設備和電池留下了下面的空間。我們為開關、電纜等鑽出必要的孔洞和開口。然後，可以為膠合板部件上漆。

步驟 3：將元素固定在其位置

• 我們將所有元件安裝到位並測試手提箱是否仍可關閉。

步驟 4：焊接電纜

• 注意：在建造電子設備時，我們將電池放在一邊，並且暫時不要插入保險絲。我們根據圖表焊接所有電纜。只要有可能，我們就使用紅/黑電纜進行正極/負極連接。所有「裸露」金屬部件（焊點等）必須 用熱縮管或絕緣膠帶絕緣。

• 最後，我們將所有連接與我們的圖表進行比較。 

• 如果太陽能板還沒有電纜，我們現在將電纜焊接到電池板背面的焊接或焊接點上。然後，我們用矽膠覆蓋焊接點，以防止水和短路。

步驟 5：測試

• 我們將所有開關設為“關閉”並將電池放入電池座中，然後插入保險絲。透過一次啟動一個開關並測試功能（燈亮？手機充電？ 等）來一一測試所有  USB  輸出。通常所選  USB  模組上的小  LED  會亮起。如果有疑問， 使用萬用電錶（在直流電壓位置）測試電池電壓達到多少以及連接可能中斷的位置。 

• 最後，我們將面板放在陽光下。正常情況下，充電模組上的小  LED  會亮起。我們可以現在測量電池電壓，一小時後再次測量電池電壓。電壓是否上升？

• 如果是的話，一切都正常運作。

• 如果沒有，我們需要再次檢查面板和手提箱 之間的連接，並可能重新焊接它們。

步驟 6：使用手冊

• 為我們的新型太陽能手提箱編寫一份簡短的用戶手冊是有意義的。以下實用技巧可以構成本文檔的一部分。我們將說明放在手提箱中供 其他使用者（或我們自己）使用。

• 這些說明還應包括已安裝零件的清單和電氣圖草圖。

注意事項

• 當陽光照射到太陽能時，手提箱中的電池就會充電 控制板。

• 太陽能板必須在充足的陽光下充電。否則，充電時間會更長。 在人造光或有烏雲的情況下充電幾乎沒有用。

• 手提箱本身應始終處於陰涼處。

• 對於額定電流為  500mA  的電池板，應該可以在晴天將電池充滿電。  2  或  3  顆電池組成的電池組需要  2  或  3  天的陽光。

• 充電電池不存在過度充電的風險。電子設備負責充電電池充滿後立即關閉面板。

• 如有必要，可使用手機充電器和插入充電模組的電纜從電網為行李箱充電。

• 與行動電源不同，我們的太陽能手提箱可以同時充電和放電（使用） 時間。

• 為了節省電量，我們僅在使用時開啟對應的  USB  輸出； 如果不關閉，每個輸出都會有一個小的「待機」損耗。

• 粗略地說，充滿電的電池一次可為智慧型手機或小型揚聲器充滿電 沒有太陽。或者它可以讓燈持續燃燒兩個小時。  （2  或  3  顆電池可提供  2  或  3  倍的電量）。

• 為了測量電池的電壓，我們必須打開一個為電壓表本身供電的  USB  輸出。輕觸按鈕即可顯示電壓。

  • 電池電壓指示充電狀態：4.1V  =  可充電電池完全充滿；  3.6V  =  可充電電池半滿；  3V=充電電池需要充電。

• 電壓為  2.5V  時，USB  模組中的電子元件會自動關閉電源。當電壓為  4.1V  時，充電模組中的電子元件會自動關閉太陽能板。

• 行李箱長時間不用怎麼辦？最好先將電池充滿電（≥4.0V）。然後將面板放入行李箱中，以便盡可能少的光線照射到上面。 然後拆下保險絲。將手提箱重新投入使用時，請先插入保險絲，然後將面板放在燈下。

• 專家選項：點焊可充電鋰離子電池 

  • 如果您有將金屬條點焊接到鋰離子電池的經驗，並且擁有必要的設備和鎳條，則可以將兩個或三個可充電電池與金 屬條互連並構建電池組，而不是使用電池座。最後，以「經典」方式將電纜焊接到金屬條的兩端。相應的焊接點必須 位於電池本身旁邊。 

  • 注意：焊接鋰離子電池很危險，因為充電電池可能會起火。即使沒有發生事故，焊接過程中加熱焊點也會損壞電 池。 只有點焊技術才能避免焊點過熱。

反思問題

• 在過程中遇到什麼問題或困難？如何解決？

• 在這次的活動中可以學到什麼？

• 如何體現到太陽能手提箱能活用於我們日常生活中？

• 太陽能手提箱如何為人類帶來好處或壞處