Tengo una batería que me gustaría usar como fuente para todos mis componentes alimentados por batería en una bicicleta de viaje.
Mi paquete incluye (10) celdas de 1.2V cableadas en serie:
{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}
| |
└--------------------- 12 V -----------------------┘
El problema es que algunos de mis dispositivos funcionan con (2) baterías AA, algunas toman (4) y otras requieren 12V. Lo que me gustaría hacer es:
- conecte todos los dispositivos a un paquete común, eliminando la necesidad de baterías individuales y simplificando la recarga
- Utilice un diseño robusto, resistente a las vibraciones y a la intemperie.
- usar un diseño apropiado para componentes de bajo amperaje
- suministre todos los componentes con prácticamente el 100% de eficiencia
- fácil de mantener (es decir, identificar y reemplazar periódicamente las celdas defectuosas)
De toda la investigación que puedo encontrar, parece haber dos soluciones comunes:
1) agregue convertidores electrónicos de CC a CC listos para usar para reducir el voltaje a 6V y 3V respectivamente, y acepte la ineficiencia de conversión.
2) empalme la serie en puntos específicos para crear tres circuitos.
{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}
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└- 2.4 V -┘ | |
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└-------- 6 V -----------┘ |
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└--------------------- 12 V -----------------------┘
3) una tercera opción es vivir con el peso extra. Alimente cada componente por separado e independientemente, y recargue / reemplace las baterías según sea necesario.
Cada una de estas opciones tiene sus desventajas. Pero el # 2 parece ser el más prometedor. El problema más obvio es que la carga se distribuye de manera desigual entre las celdas del paquete. Si pudiera superar eso, entonces creo que tenemos una solución ganadora.
Así que mi pregunta es esta:
¿Es posible, utilizando un cableado inteligente y una electrónica mínima, suministrar tres voltajes diferentes desde el mismo paquete de baterías recargables de NiMH?
Comentarios, sugerencias e ideas son apreciados.
Mi mejor suposición hasta ahora es la siguiente:
- combinando un temporizador y relés para hacer esencialmente un interruptor bipolar de cinco lanzamientos que recorrerá cada par de celdas cada minuto más o menos, proporcionando un flujo constante de 2.4v
- combinando un temporizador y relés para hacer esencialmente un interruptor de doble polo y doble tiro que recorrerá la mitad de las celdas cada minuto más o menos, proporcionando un flujo constante de 6v
- conectando todos los dispositivos de 12v al paquete como de costumbre
Desafortunadamente, estoy atascado en los relés y cómo conectar el temporizador para disparar los relés, todo mientras mantengo tres circuitos independientes. También me gustaría mantener las cosas compactas. No es práctico tener una placa de circuito del tamaño de una caja de zapatos además del paquete de baterías. Idealmente, me gustaría empacar todo en una funda impermeable Pelican 1010 .
Al principio pensé que podía usar diodos y conectar todo en una gran gran masa, pero abandoné esa opción después de algunas pruebas anteriores. Parecía que los diodos se estaban calentando mucho, lo que por supuesto significa que estaban disipando una gran cantidad de energía que se suponía que iba a los componentes.
Otra alternativa que he considerado es un regulador de voltaje de diodo Zener. Esto se combinaría bien con una aplicación de bajo amperaje y electrónica mínima, pero desafortunadamente también sufre de ineficiencia de conversión.
Para el registro, mis componentes son:
+---------------------------+---------+--------------+-------+
| 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 |
+---------------------------+---------+--------------+-------+
La buena noticia es que, dado que todos estos dispositivos funcionan con batería, toleran las fluctuaciones de voltaje normales de la química de la batería.
Planes futuros:
sistema de recarga de dinamo de cubo de 6v
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Respuestas:
Debe usar convertidores CC-CC o paquetes de baterías dedicados para cada voltaje.
No debe usar puntos medios de paquetes de baterías. Esto conduce a diferentes niveles de carga en las celdas. Como resultado, obtendrá voltaje inverso en las celdas que se descargan primero y esto dañará la batería y posiblemente el equipo.
El siguiente esquema muestra esto.
El voltaje inverso aparece cuando una de las ventas de la batería está completamente descargada y, por lo tanto, no tiene voltaje cruzado. Si otras celdas continúan entregando la energía, la corriente seguirá fluyendo, por lo tanto, 'cargando' la celda muerta con voltaje negativo.
La carga conectada a la celda muerta de esta manera obtiene el voltaje de suministro de polaridad inversa, por lo tanto, posiblemente, muere.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Lo más óptimo (si no desea utilizar otros dispositivos con clasificación de voltaje) creo que es suministrar el dispositivo más potente (faro de 6V) directamente y usar convertidores elevadores / reductores para todos los demás.
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A partir de lo que sugirió Vovanium, mira algo conocido como un duplicador de voltaje , o
charge-pump. Hice una búsqueda rápida y encontré ese paquete de circuito integrado que parece algo adecuado para sus aplicaciones, específicamente la baja corriente de reposo (110uA) y la eficiencia de conversión (98%). La hoja de datos indica que este IC en particular tiene una corriente de salida máxima de 45 mA, por lo que tendrá que encontrar algo que pueda suministrar un poco más de corriente, pero solo quería informarle sobre esta opción.Estos son, por supuesto, convertidores DC-DC de todos modos, por lo que es esencialmente lo mismo. Podría ser tan fácil de hacer con un elevador (bomba de carga) y un reductor (chopper) para su aplicación.
Tal vez solo un par de estos convertidores funcionarían. Puede aumentar 6V a 12V y reducir 6V a 3V para sus necesidades. Está escrito en la hoja de datos que estos dispositivos tienen la capacidad de proporcionar hasta 20W.
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