Eu tenho uma bateria que gostaria de usar como fonte para todos os meus componentes alimentados por bateria em uma bicicleta pendular.
Meu pacote inclui (10) células de 1,2V conectadas em série:
{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}
| |
└--------------------- 12 V -----------------------┘
O problema é que alguns dos meus dispositivos operam com (2) baterias AA, algumas usam (4) e outras que requerem 12V. O que eu gostaria de fazer é:
- conecte todos os dispositivos a um único pacote comum, eliminando a necessidade de baterias individuais e simplificando a recarga
- use um design robusto, resistente a vibrações e intempéries
- use design apropriado para componentes de baixa amperagem
- forneça todos os componentes com praticamente 100% de eficiência
- fácil manutenção (ou seja, identificar e substituir periodicamente células defeituosas)
De todas as pesquisas que posso encontrar, parece haver duas soluções comuns:
1) adicione conversores CC-CC eletrônicos prontos para reduzir a tensão para 6V e 3V, respectivamente, e aceite a ineficiência de conversão.
2) emendar a série em pontos específicos para criar três circuitos.
{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}
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└- 2.4 V -┘ | |
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└-------- 6 V -----------┘ |
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└--------------------- 12 V -----------------------┘
3) uma terceira opção é apenas viver com o peso extra. Alimente cada componente separadamente e independentemente e recarregue / substitua as baterias conforme necessário.
Cada uma dessas opções tem suas desvantagens. Mas o número 2 parece ser o mais promissor. O problema mais óbvio é que a carga é distribuída de maneira desigual entre as células da embalagem. Se eu pudesse superar isso, acho que temos uma solução vencedora.
Então, minha pergunta é esta:
É possível - usando fiação inteligente e eletrônicos mínimos - fornecer três tensões diferentes do mesmo pacote de baterias recarregáveis NiMH?
Comentários, sugestões e idéias são todos apreciados.
Meu melhor palpite até agora é o seguinte:
- combinando um temporizador e relés para fazer essencialmente um interruptor de dois pólos e cinco arremessos que percorrerá cada par de células a cada minuto, proporcionando um fluxo constante de 2,4V
- combinando um temporizador e relés para fazer essencialmente um comutador de polo duplo e de lançamento duplo que percorrerá metade das células a cada minuto, proporcionando um fluxo constante de 6V
- conectando todos os dispositivos de 12v ao pacote normalmente
Infelizmente, estou preso nos relés e em como conectar o temporizador para disparar os relés, mantendo três circuitos independentes. Eu também gostaria de manter as coisas compactas. Não é prático possuir uma placa de circuito do tamanho de uma caixa de sapatos, além da bateria. Idealmente, eu gostaria de colocar tudo em uma caixa estanque Pelican 1010 .
No começo, pensei em usar diodos e conectar tudo em uma grande massa, mas abandonei essa opção depois de alguns testes anteriores. Parecia que os diodos estavam ficando muito quentes, o que obviamente significa que eles estavam dissipando muita energia que deveria ir para os componentes.
Outra alternativa que considerei é um regulador de tensão de diodo Zener. Isso combinaria bem com uma aplicação de baixa amperagem e um mínimo de componentes eletrônicos, mas infelizmente também sofre com a ineficiência de conversão.
Para o registro, meus componentes são:
+---------------------------+---------+--------------+-------+
| 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 |
+---------------------------+---------+--------------+-------+
A boa notícia é que, como todos esses dispositivos são operados por bateria, eles toleram as flutuações normais de tensão da química da bateria.
Planos futuros:
sistema de recarga de hub-dínamo 6v
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Respostas:
Você deve usar conversores DC-DC ou baterias dedicadas para todas as voltagens.
Você não deve usar pontos médios das baterias. Isso leva a diferentes níveis de carga nas células. Como resultado, você terá voltagem inversa nas células que são descarregadas primeiro e isso danificará a bateria e possivelmente o equipamento.
O esquema abaixo mostra isso.
A tensão inversa é exibida quando uma das vendas da bateria é completamente descarregada, portanto, não há tensão transversal. Se outras células continuarem fornecendo energia, a corrente ainda fluirá, 'carregando' a célula morta com tensão negativa.
A carga conectada à célula morta dessa maneira obtém a tensão de polaridade reversa e, portanto, possivelmente morre.
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
O mais ideal (se você não quiser usar outros dispositivos com classificação de tensão), acho que é fornecer o dispositivo mais poderoso (farol de 6V) diretamente e usar conversores step-up / step-down para todos os outros.
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Partindo do que o Vovanium sugeriu, olhe para algo conhecido como dobrador de tensão ou
charge-pump. Pesquisei rapidamente e descobri o pacote de circuitos integrados que parece adequado para suas aplicações - especificamente a baixa corrente quieta (110uA) e a eficiência de conversão (98%). A folha de dados indica que este IC em particular tem uma corrente de saída máxima de 45mA, então você terá que encontrar algo que possa fornecer um pouco mais de corrente, mas eu só queria informá-lo dessa opção.Esses são, é claro, conversores DC-DC de qualquer maneira, então é essencialmente a mesma coisa. Pode ser igualmente fácil com um intensificador (bomba de carga) e um abaixador (helicóptero) para sua aplicação.
Talvez apenas alguns desses conversores funcionassem. Você pode aumentar de 6V a 12V e trocar de 6V a 3V para suas necessidades. Está escrito na folha de dados que esses dispositivos têm capacidade para fornecer até 20W.
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