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 26 октября 2021, 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

Накопитель "Конструктор"
Автор: nik34
15.10.2021 в 19:32

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

"Коэффициент отдачи" Вампирчика
Автор: LeonidS
22.09.2021 в 23:19

Контроллер для ветряка
Автор: nik34
07.05.2021 в 21:26

Батарея на крыше авто
Автор: LeonidS
26.02.2021 в 14:40

Техническое обсуждение ВЦ7 (+альт. прошивка)
Автор: nik34
09.01.2021 в 23:46

Топливные элементы
Автор: plumber27
24.11.2020 в 06:51

АКБ греется
Автор: nik34
15.10.2020 в 23:15

Перейти на форум

Сейчас на сайте
204 человека

в т.ч. гостей: 204
пользователей: 0

Всего: 1204

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
Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств
 Мини-вольтметры
 Повышающий преобразователь в батарейном отсеке AA
Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств  Мини-вольтметры  Повышающий преобразователь в батарейном отсеке AA

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
Низковольтный преобразователь напряжения
Низковольтный преобразователь
Схема автоколебательного конвертора преобразователя напряжения
Автоколебател...ый конвертер
Самодельный индикатор заряда Li-Ion аккумулятора
Простой индикатор заряда LiIon аккумулятора
Преобразователь напряжения KIS-3R33S (MP2307)
Преобразователь напряжения KIS-3R33S (MP2307)
Самодельный контроллер заряда
Самодельный контроллер заряда

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