Witam.
PROBLEM:
Od pewnego czasu myślałem jak rozwiązać problemem zasilania gadżetów elektronicznych podczas wypraw rowerowych. Zwykle potrzebuję korzystać z nawigacji, a dzisiejsze telefony potrafią w zastraszającym tempie rozładowywać baterie. Ponadto warto mieć naładowany telefon na wypadek gdy trzeba gdzieś zadzwonić albo uwiecznić chwilę aparatem. Zwykłe power banki sprawdzają się o ile nie jedzie się gdzieś na dłużej niż kilka dni. Samo dynamo rowerowe jest dość kapryśnym źródłem mocy, więc postanowiłem wykorzystać je do ładowania ogniw litowo jonowych, z których ładowany będzie telefon. Jako że dynamo będzie wykorzystywane do ładowania ogniw, potrzebne będzie zasilanie oświetlenia z samego power banka. To jest kolejną zaletą, gdyż pozwoli na działanie oświetlenia podczas postoju.
Prace nad projektem zacząłem od zbadania dynama. Mój rower jest wyposażony w dynamo w piaście Shimano 6V 3W, czyli w zasadzie standard. Największym problemem jest jednak fakt, że owe 6V uzyskuje się tylko dla obciążenia 0,5A. Bez obciążenia udało mi się uzyskać napięcia skuteczne w granicach 40V, czyli szczytowe bliżej 60V. Potrzebna więc jest przetwornica obniżająca napięcie, tak aby móc bezpiecznie ładować ogniwa bez ryzyka przeładowania. Kolejna przeszkoda to napięcie ogniw litowo jonowych, które może się wahać od 3,6V do 4,2V przy pełnym naładowaniu. Większość telefonów wymaga napięcia 5V, czyli potrzeba kolejnej przetwornicy, tym razem podnoszącej napięcie.
PROJEKT:
Do wykonania całości postanowiłem wykorzystać rzeczy, które akurat miałem pod ręką oraz gotowe komponenty, ograniczając liczbę elementów dyskretnych. Całość składa z 4 modułów: prostownika i ogranicznika napięcia, przetwornicy step-down, ogniw litowo jonowych oraz przetwornicy step-up z gniazdem USB.
Jako zabezpieczenie zastosowałem triak, który ma za zadanie zewrzeć wyjścia z prostownika, gdy wystąpi zbyt wysokie napięcie. Napięcie progowe jest ustawione poprzez diodę zenera 33V. Dynamo rowerowe jest źródłem napięcia przemiennego, więc triak automatycznie się wyłączy, gdy prąd spadnie do zera. Maksymalny prąd jest ograniczony przez indukcyjność samego dynama. Za triakiem jest kolejna dioda oraz kondensator filtrujący. Dioda D6 zapobiega rozładowywaniu kondensatora przez triak.
Przetwornica obniżająca napięcie to gotowy układ oparty o LM2596. Napięcie wyjściowe zostało ustawione na 4,2V. Pomysł był, aby zwiększyć prąd ładowania ogniw korzystając z faktu, że dynamo może dostarczyć większą moc przy większym napięciu, ale mniejszym prądzie. O tym jak to działa w praktyce później.
Ogniwa litowo-jonowe odzyskałem ze starej baterii laptopowej. Bateria była w fatalnym stanie, część ogniw była rozładowana poniżej 1V, ale kilka z nich udało się odratować. 4 ogniwa połączone równolegle powinny zapewnić ok. 8Ah pojemności.
Ostatnim modułem jest przetwornica podnosząca napięcie do 5V z gniazdem USB.
WYKONANIE:
Prostownik i zabezpieczenie zostało zmontowane na płytce uniwersalnej. Jednocześnie płytka służyła do połączenia odpowiednich modułów przewodami. Do płytki przylutowano także przewody od dynama oraz wyjście do zasilania oświetlenia rowerowego. Ogniwa zostały podłączone przez przełącznik. Pozwala to odłączyć baterie, co zapobiega rozładowywaniu. Jako obudowa posłużyła rurka PCV z zaślepkami od słupków od ogrodzenia. Ogniwa litowo jonowe zostały sklejone, zlutowane równolegle i owinięte taśmą izolacyjną. Wszystkie płytki i ogniwa zostały przytwierdzone do obudowy gorącym klejem, którego ilości nie powstydził by się nie jeden chiński producent. Przełącznik oraz gniazdo USB zostały wyprowadzone przez jedną z zaślepek. Następnie obudowa została zamknięta, uszczelniona jeszcze większą ilością kleju, owinięta czarną taśmą izolacyjną i wzmocniona kawałkami dętki rowerowej.
KOSZT:
Przetwornica step-down - 6zł
Przetwornica step-up - 10zł
Reszta - 0zł (znalezione w domu)
EFEKTY:
Zacznę od pozytywów. Działa. Urządzenia podłączone pod USB ładują się. Nawet jeśli odłączy się baterie to podczas jazdy urządzenie zapewnia zasilanie do urządzeń. Oświetlenie rowerowe po drobnych modyfikacjach działa bez problemu. Podczas jazdy ogniwa są ładowane.
Niestety urządzenie nie działa tak dobrze jak miałem nadzieję. Przetwornica step-down miała na celu zwiększyć moc ładowania ogniw. Jednak przetwornica wymaga źródła zasilania o niskiej impedancji, którym dynamo nie jest. Przetwornica pobiera tyle prądu ile potrzebuje, aby utrzymać zadane napięcie na wyjściu. Dynamo może jedynie zapewnić ok. 500mA prądu. To skutkuje tym, że napięcie na wejściu szybko spada do napięcia ogniw. W efekcie przetwornica działa bardziej jako ogranicznik napięcia, jeżeli ogniwa są w pełni naładowane.
Nie powiem, że się tego nie spodziewałem, ale miałem nadzieję, że jednak efekt będzie lepszy.
Projekt okazał się bardziej eksperymentem, niż praktycznym urządzeniem. Jednak dzięki niemu dużo się nauczyłem. Mam nadzieję, że moje doświadczenia przydadzą się także wam. Sam już planuję wykonanie kolejnej wersji.
PROBLEM:
Od pewnego czasu myślałem jak rozwiązać problemem zasilania gadżetów elektronicznych podczas wypraw rowerowych. Zwykle potrzebuję korzystać z nawigacji, a dzisiejsze telefony potrafią w zastraszającym tempie rozładowywać baterie. Ponadto warto mieć naładowany telefon na wypadek gdy trzeba gdzieś zadzwonić albo uwiecznić chwilę aparatem. Zwykłe power banki sprawdzają się o ile nie jedzie się gdzieś na dłużej niż kilka dni. Samo dynamo rowerowe jest dość kapryśnym źródłem mocy, więc postanowiłem wykorzystać je do ładowania ogniw litowo jonowych, z których ładowany będzie telefon. Jako że dynamo będzie wykorzystywane do ładowania ogniw, potrzebne będzie zasilanie oświetlenia z samego power banka. To jest kolejną zaletą, gdyż pozwoli na działanie oświetlenia podczas postoju.
Prace nad projektem zacząłem od zbadania dynama. Mój rower jest wyposażony w dynamo w piaście Shimano 6V 3W, czyli w zasadzie standard. Największym problemem jest jednak fakt, że owe 6V uzyskuje się tylko dla obciążenia 0,5A. Bez obciążenia udało mi się uzyskać napięcia skuteczne w granicach 40V, czyli szczytowe bliżej 60V. Potrzebna więc jest przetwornica obniżająca napięcie, tak aby móc bezpiecznie ładować ogniwa bez ryzyka przeładowania. Kolejna przeszkoda to napięcie ogniw litowo jonowych, które może się wahać od 3,6V do 4,2V przy pełnym naładowaniu. Większość telefonów wymaga napięcia 5V, czyli potrzeba kolejnej przetwornicy, tym razem podnoszącej napięcie.
PROJEKT:
Do wykonania całości postanowiłem wykorzystać rzeczy, które akurat miałem pod ręką oraz gotowe komponenty, ograniczając liczbę elementów dyskretnych. Całość składa z 4 modułów: prostownika i ogranicznika napięcia, przetwornicy step-down, ogniw litowo jonowych oraz przetwornicy step-up z gniazdem USB.
Jako zabezpieczenie zastosowałem triak, który ma za zadanie zewrzeć wyjścia z prostownika, gdy wystąpi zbyt wysokie napięcie. Napięcie progowe jest ustawione poprzez diodę zenera 33V. Dynamo rowerowe jest źródłem napięcia przemiennego, więc triak automatycznie się wyłączy, gdy prąd spadnie do zera. Maksymalny prąd jest ograniczony przez indukcyjność samego dynama. Za triakiem jest kolejna dioda oraz kondensator filtrujący. Dioda D6 zapobiega rozładowywaniu kondensatora przez triak.
Przetwornica obniżająca napięcie to gotowy układ oparty o LM2596. Napięcie wyjściowe zostało ustawione na 4,2V. Pomysł był, aby zwiększyć prąd ładowania ogniw korzystając z faktu, że dynamo może dostarczyć większą moc przy większym napięciu, ale mniejszym prądzie. O tym jak to działa w praktyce później.
Ogniwa litowo-jonowe odzyskałem ze starej baterii laptopowej. Bateria była w fatalnym stanie, część ogniw była rozładowana poniżej 1V, ale kilka z nich udało się odratować. 4 ogniwa połączone równolegle powinny zapewnić ok. 8Ah pojemności.
Ostatnim modułem jest przetwornica podnosząca napięcie do 5V z gniazdem USB.
WYKONANIE:
Prostownik i zabezpieczenie zostało zmontowane na płytce uniwersalnej. Jednocześnie płytka służyła do połączenia odpowiednich modułów przewodami. Do płytki przylutowano także przewody od dynama oraz wyjście do zasilania oświetlenia rowerowego. Ogniwa zostały podłączone przez przełącznik. Pozwala to odłączyć baterie, co zapobiega rozładowywaniu. Jako obudowa posłużyła rurka PCV z zaślepkami od słupków od ogrodzenia. Ogniwa litowo jonowe zostały sklejone, zlutowane równolegle i owinięte taśmą izolacyjną. Wszystkie płytki i ogniwa zostały przytwierdzone do obudowy gorącym klejem, którego ilości nie powstydził by się nie jeden chiński producent. Przełącznik oraz gniazdo USB zostały wyprowadzone przez jedną z zaślepek. Następnie obudowa została zamknięta, uszczelniona jeszcze większą ilością kleju, owinięta czarną taśmą izolacyjną i wzmocniona kawałkami dętki rowerowej.
KOSZT:
Przetwornica step-down - 6zł
Przetwornica step-up - 10zł
Reszta - 0zł (znalezione w domu)
EFEKTY:
Zacznę od pozytywów. Działa. Urządzenia podłączone pod USB ładują się. Nawet jeśli odłączy się baterie to podczas jazdy urządzenie zapewnia zasilanie do urządzeń. Oświetlenie rowerowe po drobnych modyfikacjach działa bez problemu. Podczas jazdy ogniwa są ładowane.
Niestety urządzenie nie działa tak dobrze jak miałem nadzieję. Przetwornica step-down miała na celu zwiększyć moc ładowania ogniw. Jednak przetwornica wymaga źródła zasilania o niskiej impedancji, którym dynamo nie jest. Przetwornica pobiera tyle prądu ile potrzebuje, aby utrzymać zadane napięcie na wyjściu. Dynamo może jedynie zapewnić ok. 500mA prądu. To skutkuje tym, że napięcie na wejściu szybko spada do napięcia ogniw. W efekcie przetwornica działa bardziej jako ogranicznik napięcia, jeżeli ogniwa są w pełni naładowane.
Nie powiem, że się tego nie spodziewałem, ale miałem nadzieję, że jednak efekt będzie lepszy.
Projekt okazał się bardziej eksperymentem, niż praktycznym urządzeniem. Jednak dzięki niemu dużo się nauczyłem. Mam nadzieję, że moje doświadczenia przydadzą się także wam. Sam już planuję wykonanie kolejnej wersji.
Cool? Ranking DIY
