Всё о мобильной энергии, солнечных батарея, ветряках и другой электроники Обсуждение солнечных батарей, вертяков, генераторов и другой электроники
 
  Регистрация | Войти На главную Добавить статью Форум Поиск  RSS Наш твиттер Контакты 4 октября 2022, Вторник  
MobiPower.ru
 О сайте
 Новости
 солнце
 термоэлектричество
 механика
 аккумуляторы
 освещение
 электроника
 прочее (экзотика)
 новинки рынка
 Сделай сам
 Обзоры и тесты
 Библиотека
 Форум
 Ссылки
 Контакты

Новости на e-mail
Подписаться на e-mail рассылку новых статей сайта Mobipower.ru



Новое на форуме

Сломался Вампирчик :-(
Автор: Гость
27.09.2022 в 20:30

ВЦ8 - пока поговорить.
Автор: Тарас
27.09.2022 в 12:40

Разносол: конструкции от LeonidS
Автор: LeonidS
24.06.2022 в 13:56

Просто "коробочка".
Автор: nik34
10.02.2022 в 17:24

Накопитель "Конструктор"
Автор: nik34
28.12.2021 в 09:15

Alpha Power BC-700 от La Crosse Technology
Автор: Гость
22.12.2021 в 20:48

Ругаться сюда, однако ;))))
Автор: Гость
13.12.2021 в 20:54

Защищённые аккумуляторы в Вампирчике
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:55

Увеличение ёмкости Вампирчика на счёт внешнего блока с 18650
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:53

Аккумулятор для ноутбука
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:47

Перейти на форум

Сейчас на сайте
124 человека

в т.ч. гостей: 124
пользователей: 0

Всего: 1240

Это может быть полезно



Моя история мобильной энергии и навигации


Разместил 20.02.2009   nik34

Электроника Igor прислал:

Самодельный накопитель
Небольшая история использования в походах различных самодельных электронных устройств - источников питания и GPS




  
Поделиться этой страницей в:


Хочу поведать свою историю использования электроники вдали от дома – так сказать поделится опытом.

Несколько лет назад случайно наткнулся в сети на сайт Николая (http://vampirchik-sun.nm.ru/), который в то время стал источником идеи и информации о "мобильной энергии". Собственно необходимость в "мобильной энергии" появилась у меня с развитием 2-х смежных технологий: мобильной связи и мобильной навигации GPS.

Когда GPS приемник мне перестал казаться чем-то мега-запретным, что можно было хранить под подушкой и включать ночами, чтобы посмотреть как работает Selective Availability, а телефон Motorola 3788 начал работать и в туристически интересных местах – необходимость питать этих прожорливых "друзей" вдали от дома встала особенно остро.

Задача мобильной электроники в походе сводится для меня к таким:
  • Обеспечение связи с домом (мобильный, а в последствии и спутниковый телефон);

  • Обеспечение записи маршрута GPS-ом, желательно непрерывной;

  • Зарядка фотоаппарата;

  • Прочие зарядки: зарядка фотобанка, раций, радиоприемника, телефонов друзей и т.п.

Интересно заметить, что задачи зарядить пальчиковые AA/AAA аккумуляторы в реальности не встречалось, однако допускаю, что это мне так повезло с устройствами: они все на Li-Ion-аккумуляторах.

Далее попытаюсь описать мои походные поделки, в скобках указана дата первого "боевого" испытания. Большинство из этих комплектов применялось и в других походах, и не мной, а так же для вылазок выходного дня, велопокатушек и прочих маломасштабных мероприятий.

Итак, попытка первая ( Крым, Май, 2005):

С собой телефон Motorolla T260, GPS Garmin 12 + Palm Vx,  фотоаппарат Olimpus 1.3 Mpix.

Надо сказать, что это первая попытка взять электронику в поход, причём подстегнутая подарком шефа (вот угадал ведь) – солнечной батареи PowerFlex 10W (неизвестного, якобы американского происхождения). Батарея представляла собой гибкий коврик-ламинат. В качестве накопителя была использована гелевая свинцовая батарея 7 А*ч, 12 В от UPS.

Для преобразования питания в нужный вид я использовал готовый преобразователь МПА 12B->5B (для телефона и Palm’a) и линейный стабилизатор 5 В -> 4.2 В для зарядки фотоаппарата. GPS работал от пальчиковых батареек АА, которых ему нужно было 1 комплект (4 шт) в неделю. Связь с Palm была по кабелю, причем только когда очень надо, поэтому Palm заряжать не пришлось. Телефон так же включался… и выключался, т.к. в те годы рассчитывать не покрытие не приходилось. Основным потребителем оказался фотоаппарат.

Результаты использования всего этого хозяйства в принципе все задачи решали, но вкус и цвет  вес и габариты были суровы. (Тут следует отметить – я здесь и  далее я говорю об автономных пеших походах, в которых всё тащится на себе, включая еду на все время в пути.) Мои спутники не разделяли восторгов по поводу мобильности телефона, и только статистка дня с ответом на извечный вопрос "сколько до привала/конца" удерживали их от расправы надо мной.

Вес аккумулятора был очень большой (ок.2.7 кг!), использовать солнечную батарею толком удавалось только на привалах днём из-за больших габаритов.

Однако концептуально идея была абсолютно правильной, и опыт был получен довольно ценный, что и определило дальнейшие попытки развития в этом направлении.



Гибкая батарея PowerFlex 10W



Вот так она выглядит живьём, в собранном виде и на рюкзаке. (Это не я :-)

Попытка вторая ( Крым, Май, 2006):

Анализируя опыт перовой попытки, к следующему походу я решил подойти более основательно. Хотя первый комплект и работал, недостатков у него было много, попробую их перечислить:
  • Высоковольтная (20В) солнечная батарея при зарядке буферного аккумулятора работает не на 100%, нужен зарядный преобразователь. Батарею большой площади невозможно использовать в движении, поскольку даже частичное затенение сильно ухудшает параметры, а закрепить ее её надежно на рюкзаке не получается.

  • Фиксированное выходное напряжение – не гут. Нужно изменяемое, чтобы можно было  подстраивать под устройство.

  • Нужна индикация напряжения на выходе/входе, и токов.

  • Вес буферного аккумулятора нужно минимизировать.

  • Надежность разъемов разъёмов важна. Все мои штыревые соединители,  такие как, например, на компьютером кулере нещадно подгорели и окислились.

  • Низкий КПД "фирменного" преобразователя.

 

Для второго варианта была выбрана батарея из 8-и NiMH аккумуляторов размера D марки Chamelion емкостью ёмкостью 10Ач.  Веc снизился примерно в 2 раза, ёмкость чуть возросла, но выглядела это конструкция все всё равно внушительно.
(На пограничном контроле по этому поводу даже случился небольшой инцидент. В конце похода один из членов группы улетал в Москву на самолете, и ему сбагрили по максимуму вещей, которые были не нужны для жизни на берегу моря. В том числе и эти элементы, собранные изолентой в пачки по 3 шт.  Не знаю что там увидел оператор ренгеноскопа, но товарища задержали и долго осматривали это китайское чудо. Отпустили с миром через 5 мин после объяснения, что это всего лишь батарейки.)



В качестве преобразователей использовались все всё те же МПА, но уже 2-шт – зарядный и разрядный.

За 5-и вольтовым стоял линейный LDO-стабилизатор (с низким падением напряжения вход-выход), режим которого можно было изменять переключателями, на фиксированные напряжения. Всего было 8 таких переключателей, 4 – задание режима, и еще 4 – индицируемые значения. В качестве индикатора использовалась ЖКИ-индикаторная головка Velleman

Монстр получился страшный. Преобразователи добавили веса, что свело на нет преимущества Ni-Mh аккумуляторов над кислотным.

Изменился и состав оборудования – в группе появился спутниковый телефон Thuraya – странная машинка, для зарядки которой нужен источник тока, а не напряжения. Впрочем, достаточно непривередливый. Фотоаппарат так же сменился на Sony DSC, жаждущий 4.22В на вход, причем достаточно точно. Больше или меньше – отключает зарядку. GPS комплект тоже обновился: Garmin 12 уступил место "BluetoothBT-мышке" и смартфону iMate SP3 Windows CE Smartphone edition. Программа навигации OZI CE на такой машине не запустилась, пришлось писать свой растровый карто-рисовальшик и логгер. В последствии это легло в основу другого логгера, тупиковой ветви развития моих GPS.

Этот комплект послужил мне какое-то время, и был последним в серии разработок без программного управления микроконтроллером.

Недостатки у комплекта так же были:
  • Низкий КПД "фирменного" преобразователя, добавилось ещё и потребление на собственные нужды индикации.

  • Особенно низкий КПД в режиме зарядки спутникового телефона, источник тока на LDO-стабилизаторе – плохая идея. Даже корпус потемнел.

  • Очень сложное управление 8-ю переключателями.

  • Отсутствие автоматики управление, нужно следить за окончанием процесса, собственное потребление ненагруженного "фирменного" "преобразователя – 20 мА, так что забыть его работающим на ночь – расточительно.

  • Аккумуляторы оказались редкостной фигнёй -  ёмкость падала на глазах с каждым циклом. Это называется – не попадайтесь на маркетинг. У большинства производителей ёмкость "D" элемента – не более 6 Ач, а  у этих  аж 10Aч. Десять он выдал ровно два раза.

Основным разочарованием  в этом походе стала собственно солнечная батарея. После года хранения с прошлого похода её мощность снизилась примерно в 10 раз. По сути, я протаскал её зря. Подозреваю, что мега хваленая американская батарея оказалась китайским барахлом.  Восстановить её так и не удалось – внутренние соединения были сделаны напылением металла на полимерную пленку, и сопротивление этого безобразия за год подросло. До похода я этого не заметил – напряжение было нормальным, а ток на московском балконе особенно и не измеришь…

Выводы были примерно такие:
  • Батарея не должна быть большой, а скорее "Небольшой – но работать постоянно", в том числе и при пешем движении.

  • Аккумуляторы должны быть максимально легкими, пусть и ценой ёмкости. Это следует из первого.

  • Нет необходимости тащить с собой перезаряжаемый запас ёмкости на всё время похода. Частично он восполняется солнцем, а частично – исчерпаемыми: батарейки – это выход!

Тут следует сделать комментарий относительно использования батареек. Обычная (качественная алкалиновая) батарейка размера АА имеет ёмкость порядка 3Ач! Правда, при относительно небольшом токе разряда (300-400 мАа), при больших токах - ёмкость падает, сказывается высокое внутреннее сопротивление. А большая "D" - 20-25 Aч. Это больше, чем любой аккумулятор аналогично размера, и, что немаловажно, существенно легче. В последнее время я беру в походы блок из 8-и АА батареек, и держу его в резерве, на случай плохой погоды. С экологической точки зрения, разрубленная пополам батарейка в костре сгорает бесследно. 

Попытка три (неудачная):

Решение о переходе на Li-Ion аккумуляторы вынудило меня искать технические решения для их зарядки, и первая же ссылка была на микроконтроллер Atmega406. Однако, уже после разработки я понял, что ни применяемый мной компилятор (Avr-Gcc), ни, что совсем плохо, программатор – не поддерживают этот чип. Сейчас ситуация изменилась, и возможно, это перспективное направление для разработки мощного преобразователя для ноутбука, где требуется работа нескольких последовательных Li-Ion банок.  

Что я хочу от универсального преобразователя:
  • Входное напряжение от 2В до 25В ( идеально), от 3В до 15В (нормально).

  • Выходной ток до 2А (идеально), 1.3А(нормально).

  • Выходное напряжение 3В – 14 В.

  • Высокий КПД при работе 3..5 B в 5 В ( работа от Li-Ion – блока).

  • Алгоритмы работы с различными типами выхода – по напряжению и по току.

  • Алгоритм для зарядки Li-Ion аккумуляторов, интеллектуальное отключение по окончанию зарядки аккумулятора или устройства.

  • Алгоритмы работы ( в основном – возобновление работы) при нестабильном входе от солнечной батареи.

  • Надёжность, в том числе и при экстремальном использовании.

Попытка четыре ( Крым, Май, 2007):

Идея использования последовательно соединенных Li-Ion банок была реализована без использования специализированного микроконтроллера – был взят аналоговый frontend BQ29312 и обычный Atmega128. Эта связка использовалась для контроля напряжения на каждой из банок, балансировки и т.п. Наконец-то были реализованы такие сервисные функции, как отключение выхода по таймеру или по снижению потребляемого тока, профили выхода, индикация режимов на ЖКИ и т.п… Можно было изменять зарядный ток, использовать внешний источник от 2 до 15В для заряда или для работы на выход. В общем, мечта - устройство получилось довольно удачное, но концепция встроенных аккумуляторов 6 шт. (3 последовательных секции по 2 аккумулятора) размера 18650 сделала его громоздким, и поэтому неудачным для коротких вылазок.

Одновременно с этим источником питания продолжались работы над GPS: Был сделана "Bluetooth-мышка" на Sirf-3 III с внешним 3-х вольтовым питанием (в источнике – отдельный, не отключаемый выход), с особенностью: приёмник включался только при активном Bluetooth соединении, что позволяло быть программно управлять энергопотреблением. В качестве собственно логгера использовался коммуникатор Qtek S200. Это был довольно удачный вариант логгера – он мог бы стать финальным, если бы не старания дядюшки Гейтса. Windows Mobile 5 (да и 6 тоже)  экономичными быть  не умеют.  

В принципе алгоритм работе с таким железом достаточно прост:

1.  раз в N минут КПК должен проснутся

2.  поднять Bluetooth – линк

3.  подождать когда приемник определится

4.  записать координаты

5.  отключить Bluetooth

6.  заснуть до следующего раза.

Так вот реализация этого всего на КПК – большая проблема, решения которой у меня просто нет.  Программно уснуть можно, установить таймер, по которому КПК проснется в заданное время – тоже можно, все программы-будильники это делают. Проблема в том, что после 200-300 таких циклов (видимо нормально для будильника, но у нас-то цикл это не день, а 3-4 минуты :-)  машинка виснет намертво. Т.е. в момент очередного "пробуждения" процессор стартует, это видно по возрастающему энергопотреблению и все… дальше никакой реакции ни на что, кроме аппаратного Reset.  Я пробовал разные версии прошивки КПК, пытался запускать не свое, а встроенные приложения, чтобы исключить свои ошибки…. в общем, не вышло. Баг  сидит где-то в ядре ОС, и уверенно повторяется на разных устройствах с Win Mobile.

Второе решение с КПК – полная противоположность. Нужно исключить "засыпание". Программа должна перехватить кнопку "Power":  заниматься управлением потреблением сама. Единственная проблема этого варианта  - это CPU, который не хочет потреблять менее 40 мА, что довольно много. Программно можно отключить в КПК абсолютно все, остается только CPU. Этот вариант успешно работал, но такое решение меня не устраивало энергоемкостью.  Следующим решением был аппаратный логгер, но об этом в другой статье.

Для этого варианта я приобрел у Николая собственно аккумуляторы, и батарею на жестких фотоэлементах  в  зеленом чемодане, 5 Ватт (снята с производства).  Батарея отлично показала себя в работе, обеспечивая работу всего хозяйства без использования батареек, но на ходу использовать её было всё ещё затруднительно. Крепление постоянно сбивалось, кроме того, при густой растительности я боялся её разбить/ободрать.

Постепенно пришло осознание того, что вся конструкция "мобильной энергетики" должна быть модульной. В зависимости от условий похода, длительности, вероятного солнца, наличия розеток и т.д. состав оборудования должен легко изменятся.

С пониманием этого факта и приближающимся походом в Гималаи я занялся делать очередную и последнюю на данный момент версию.

Попытка пять ( Непал, Гималаи, Октябрь, 2008):

Устройство было устроено как 2 независимых преобразователя (один повышающий, один понижающий) с общими входом и выходом,  и системы управления ими на микроконтроллере Atmega32. Две сенсорных кнопки позволяли сделать устройство герметичным, режимы отображал графический ЖКИ.  В общем, получилось довольно удачно, но независимость преобразователей сыграла злую шутку – устройство не может работать при близких значениях напряжения входа и выхода, т.е. зарядить фотоаппарат 4.2 В от накопительной батареи, у которой тоже 4.2 В – не получается. 

Внешний вид, меню настройки входа и выхода.

Габариты устройства всего 80 на 60 мм, толщина 15 мм. По эргономике есть проблемы – разъёмы входа и выхода в корпус не поместились, и их пришлось подвесить на проводах снаружи. Это довольно некрасиво. Устройство отлично показало себя в реальной работе, но из-за досадной ошибки при монтаже (поставил 50 мкГн вместо 500), уже ближе концу частично вышла из строя схема питания процессора, после чего работать от низких напряжений оно уже не могло.  

В качестве солнечной батареи выступила 6Вт от SunCharger, которая наконец удовлетворила меня целиком и полностью: легкая, гибкая, компактная, достаточно мощная: на горном солнце выходной ток поднимался до 1.2 А, при 6 вольтах.

Батарейный блок представляет собой 4 шт Li-Ion аккумуляторов размера 18650, соединённых параллельно, и схему зарядки, т.е. эта штука живет автономно он преобразователя.

Параллельное соединение аккумуляторов позволяет практически без потерь заряжать их от солнечных батарей 4.7 и 6 Ватт от SunCharger. Так же с собой брался батарейный блок 8xAA, который можно было подключить к устройству.  


Информационный экран-подтверждение перед началом работы.

Основной экран – работа (нули т.к. нет нагрузки).

Так же для этого похода был сделан полностью аппаратный GPS-логгер, на базе готовой "Bluetooth-мышки", дальнейшее развитие которого обсуждаем тут: http://mobipower.ru/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&t=132



Автор: Трудоношин Игорь,        21.02.2009

Garic_t[сбк]nm.ru


Источник:
http://mobipower.ru/





Поделиться этой страницей в:

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 5 из 5. Голосов: 10

Проголосуйте, пожалуйста, за эту статью:
Класс! Очень хорошо! Сойдёт 3-й сорт еще не брак Ерунда
(отлично!)(хорошо)(сойдет)(так себе)(плохо)

Статьи в тему: Электроника
Оригинальные конструкции источников питания
 Универсальный преобразователь напряжения или пару слов от том, что такое SEPIC
 Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств
Оригинальные конструкции источников питания  Универсальный преобразователь напряжения или пару слов от том, что такое SEPIC  Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств

Связанные темы

Сделай сам
Сделай сам


Комментарии к статье

Моя история мобильной энергии и навигации | 1 Комментарий

Спасибо за проявленный интерес

Вы не можете отправить комментарий анонимно, пожалуйста зарегистрируйтесь.

Re: Моя история мобильной энергии и навигации
Разместил: popov
Дата: 20.02.2009

Очень обстоятельно и информативно.

Спасибо.


 
Связанные темы
Раздел: Сделай сам
Сделай сам

Статьи в тему
Электроника
Преобразователь энергии
Linear Technology представила микросхему для преобразования энергии механической вибрации
Самодельный драйвер светодиодов на дискретных элементах
Простой самодельный импульсный драйвер светодиодов на рассыпуxе
Силовая электроника: от простого к сложному
Силовая электроника: от простого к сложному
Самодельный контроллер заряда солнечной батареи
Простой контроллер заряда для солнечной панели
Система отслеживания точки максимальной мощности оптимизирует систему управления вентилятором от солнечной энергии
Система отслеживания точки максимальной мощности оптимизирует систему управления вентилятором от солнечной энергии

А Вы знаете, что возможно... ?

 Подписаться на rss рассылку Читать нас через RSS

 Читать нас на Твиттер Читать нас на Твиттер

 Наши новости на e-mail Получать наши новости на e-mail

 Напечатать текущую статью Напечатать текущую статью


Реклама
По вопросам размещения рекламы


Интересно



 

Количество подписчиков на RSS
Загрузка страницы: 0.03 секунды