Mam zestaw akumulatorów, który chciałbym wykorzystać jako źródło wszystkich komponentów zasilanych z akumulatora roweru dojeżdżającego do pracy.
Moja paczka zawiera (10) ogniwa 1,2 V połączone szeregowo:
{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}
| |
└--------------------- 12 V -----------------------┘
Problem polega na tym, że niektóre z moich urządzeń działają na (2) bateriach AA, niektóre biorą (4), a niektóre wymagają 12V. Chciałbym to zrobić:
- podłącz wszystkie urządzenia do jednego wspólnego zestawu, eliminując potrzebę stosowania pojedynczych akumulatorów i upraszczając ładowanie
- używaj solidnej konstrukcji, odpornej na wibracje i warunki atmosferyczne
- stosować odpowiednie elementy dla elementów o niskim natężeniu prądu
- dostarcz wszystkie elementy z praktycznie 100% wydajnością
- łatwa w serwisowaniu (tj. okresowo identyfikuj i wymieniaj uszkodzone komórki)
Ze wszystkich badań, jakie mogę znaleźć, wydaje się, że istnieją dwa typowe rozwiązania:
1) dodaj gotowe elektroniczne konwertery DC-na-DC, aby obniżyć napięcie odpowiednio do 6 V i 3 V, i zaakceptuj nieefektywność konwersji.
2) połącz szereg w określonych punktach, aby utworzyć trzy obwody.
{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}
| | | |
└- 2.4 V -┘ | |
| | |
└-------- 6 V -----------┘ |
| |
└--------------------- 12 V -----------------------┘
3) trzecią opcją jest po prostu żyć z dodatkową wagą. Zasilaj każdy element osobno i niezależnie oraz ładuj / wymieniaj baterie w razie potrzeby.
Każda z tych opcji ma swoje wady. Ale # 2 wydaje się najbardziej obiecująca. Najbardziej oczywistym problemem jest to, że obciążenie rozkłada się nierównomiernie między komórkami w paczce. Gdybym mógł to przezwyciężyć, myślę, że mamy zwycięskie rozwiązanie.
Więc moje pytanie brzmi:
Czy jest możliwe - przy użyciu sprytnego okablowania i minimalnej elektroniki - dostarczyć trzy różne napięcia z tej samej paczki akumulatorów NiMH?
Komentarze, sugestie i pomysły są mile widziane.
Jak dotąd zgaduję, że:
- połączenie timera i przekaźników, aby stworzyć zasadniczo dwubiegunowy, pięciostopniowy przełącznik, który będzie cyklicznie przechodził przez każdą parę komórek co minutę, zapewniając stały strumień 2,4 V
- połączenie timera i przekaźników w celu uzyskania zasadniczo dwubiegunowego przełącznika o podwójnym rzucie, który będzie przechodził przez połowę komórek co około minutę, zapewniając stały strumień 6v
- podłączenie wszystkich urządzeń 12 V do paczki w normalny sposób
Niestety utknąłem na przekaźnikach i tym, jak podłączyć timer, aby wyzwolić przekaźniki, a wszystko to przy zachowaniu trzech niezależnych obwodów. Chciałbym również zachować kompaktowość. Oprócz zestawu akumulatorów nie jest praktyczne posiadanie płytki drukowanej wielkości pudełka na buty. Idealnie chciałbym spakować wszystko do wodoodpornego etui Pelican 1010 .
Na początku myślałem, że mogę po prostu użyć diod i połączyć wszystko w jedną wielką masę, ale zrezygnowałem z tej opcji po wcześniejszych testach. Okazało się, że diody strasznie się nagrzewają, co oczywiście oznacza, że rozpraszają dużo energii, która miała trafić na komponenty.
Inną alternatywą, którą rozważałem, jest regulator napięcia diody Zenera. Spowodowałoby to dobre połączenie z aplikacją o niskim natężeniu i minimalnej elektronice, ale niestety cierpi również na nieefektywność konwersji.
Dla przypomnienia, moje komponenty to:
+---------------------------+---------+--------------+-------+
| component | voltage | usage | draw |
+---------------------------+---------+--------------+-------+
| tail light | 3V | night time | 25mA |
| headlight | 6V | night time | 250mA |
| cycling computer | 3V | always | 1mA |
| turn signals (automotive) | 12V | intermittent | 55mA |
+---------------------------+---------+--------------+-------+
Dobrą wiadomością jest to, że ponieważ wszystkie te urządzenia są zasilane bateryjnie, tolerują normalne wahania napięcia w chemii akumulatorów.
Plany na przyszłość:
system ładowania hub-dynamo 6v
źródło
Odpowiedzi:
Do każdego napięcia należy używać przetwornic DC-DC lub dedykowanych akumulatorów.
Nie należy używać środkowych punktów akumulatorów. Prowadzi to do różnych poziomów naładowania w ogniwach. W rezultacie otrzymasz napięcie odwrotne na ogniwach, które są najpierw rozładowywane, co spowoduje uszkodzenie baterii i prawdopodobnie sprzętu.
Schemat poniżej to pokazuje.
Napięcie odwrotne pojawia się, gdy jeden ze sprzedawanych akumulatorów jest całkowicie rozładowany, a więc nie ma napięcia w poprzek. Jeśli inne ogniwa będą nadal dostarczać energię, prąd nadal będzie płynął, w ten sposób „ładując” martwe ogniwo napięciem ujemnym.
Obciążenie podłączone do martwej komórki w ten sposób otrzymuje napięcie zasilania o odwrotnej polaryzacji, a zatem może umrzeć.
symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab
Najbardziej optymalny (jeśli nie chcesz używać innych urządzeń o napięciu znamionowym) Myślę, że jest to bezpośrednie dostarczanie najbardziej wydajnego urządzenia (reflektor 6 V) i stosowanie konwerterów podwyższania / zmniejszania dla wszystkich innych.
źródło
Odpowiadając na sugestie Vovanium, spójrz na coś znanego jako podwajacz napięcia lub
charge-pump. Szybko przeszukałem i znalazłem ten pakiet układów scalonych, który wydaje się nieco odpowiedni dla twoich aplikacji - szczególnie niski prąd spoczynkowy (110uA) i wydajność konwersji (98%). Arkusz danych wskazuje, że ten konkretny układ scalony ma maksymalny prąd wyjściowy 45 mA, więc musisz znaleźć coś, co może dostarczyć nieco więcej prądu, ale chciałem tylko poinformować cię o tej opcji.Są to oczywiście przetworniki DC-DC, więc jest to w zasadzie to samo. Równie łatwe może być zastosowanie step-up (pompa ładująca) i step-down (siekacz) dla twojej aplikacji.
Być może wystarczyłoby tylko kilka z tych konwerterów. Możesz zwiększyć 6 V do 12 V i obniżyć 6 V do 3 V. Zapisano w arkuszu danych, że urządzenia te mają moc do 20 W.
źródło