Главная ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА Андрей Ходкин. Часть 3. Универсальные походные источники электроэнергии.

Вот этими описанными штуковинами я пока закрыл для себя тему теплоэлектричества – генераторы работают, телефоны и фонарики заряжаются.



Но хочется большего. Меня в последнее время в наибольшей степени интересуют источники энергии, применимые в высокоширотных походах (как правило, лыжных) в зимних условиях. При этом хочется иметь в походе энерговооруженность, позволяющую использовать современные приборы типа КПК/GPS/радиосвязи каждому участнику похода без оглядок на аккумуляторы. Устраивать ритуальное поочередное заряжание аккумуляторов вечером на костре/горелке для всех приборов вряд ли реально. Как маломощный/аварийный источник электроэнергии термогенераторы подходят, а вот как коллективная электростанция не очень. Кроме того, хочется иметь «безусловный» источник электропитания – не требующий предварительного разведения огня и т.п.

В поисках решения я внимательно изучил техническую документацию на щелочные элементы питания DURACELL, которую можно найти по адресу http://www.duracell.com/oem/productdata/default.asp и усмотрел следующие особенности:

1) хранение неподключенных элементов даже при значительных отрицательных температурах практически не вызывает деградации их емкости.

2) Напряжение отсечки в 0.8В, обычно рассматриваемое как напряжение разряженной батареи, отнюдь не означает полный разряд – из батарейки можно брать электричество и дальше. Тем более что нас не интересуют необратимые процессы в батарейке – мы не будем ее перезаряжать, а просто выкинем (утилизируем!) по исчерпании.

3) Максимальное время работы батареи достигается в режиме потребления постоянной мощности (а не в режимах постоянного сопротивления или постоянного тока нагрузки).

И у меня появилась идея – сделать «ампульный» источник энергии, работающий от одной батарейки АА (ААА), и «высасывающий» ее «досуха». Понятно, что 1.2-1.4В выходного напряжения одного элемента не хватает для питания какой-либо техники, необходим преобразователь напряжения. Он же обеспечит нам режим «постоянной мощности потребления». Я купил очень хороших микросхем преобразователей NCP1400А в терраэлектронике (www.terraelectronica.ru ), развел и заказал в www.tabe.ru печатную плату и собрал преобразователь.

Микросхемы DC-DC преобразователей NCP1400A от ON SEMICONDUCTOR http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCP1400A запускаются от 0.8 В и продолжают работать при входном напряжении до 0.2 В. Такие параметры позволяют питать преобразователь практически от любого физического источника разности потенциалов – например от спелой дыни (или даже груши), воткнув в нее 2 электрода. В случае с элементами Пельтье преобразователь сможет работать при перепаде температуры на элементе не более 30 градусов.

Конструктивно преобразователь собран на плате, повторяющей габариты стандартного элемента ААА. Это сделано для того, чтобы можно было использовать готовые батарейные отсеки, которые можно купить, например в Чип-Дипе (www.chip-dip.ru ) по 11 руб. Берется отсек на 2 элемента, вместо одной из батареек устанавливается преобразователь и опля! Преобразователь включен в соответствии с документацией http://www.onsemi.com/pub/Collateral/NCP1400AV50EVB_SCHEMATIC.PDF . Для обеспечения зарядки телефонов с литиевыми аккумуляторами опять приходится прибегать к шельмовству – включать 3 (для Siemens-75 достаточно 2) диода между выходом преобразователя и выводом OUT микросхемы NCP1400. И еще важный момент (который я поначалу упустил). Между выходом преобразователя и выходным разъемом необходимо установить диод (лучше Shortkey). Иначе при разрядке батарейки ток начнет течь обратно – из заряжаемого устройства в преобразователь. И все драгоценное электричество перейдет в тепло.

PCB печатной платы не привожу, ибо там нет выходного диода. Но и схема и плата примитивны, если кому надо - пишите, вышлю. Если есть руки – сделать совершенно не проблема. Ну а если рук нет – даже самая подробная инструкция не поможет J.





Первые модули ампульных источников :) .(пока без выходного диода). Размер платы соответствует батарейке типоразмера ААА.



Идеология использования «ампульного» источника следующая:

Единицей расхода энергии является 1 элемент АА (ААА). Перед походом элементы по одному упаковываются (запаиваются) в целлофан. Можно добавить жареный силикагель J или рисовые зерна (как влагопоглащающее средство). При необходимости в электроэнергии извлекается из упаковки 1 элемент и снаряжается в преобразователь. Одного элемента DURACELL AA хватает примерно на 6 часов при выходных параметрах преобразователя 5В, 0.1А (КПД преобразователя и обвязки принимаем 70%). Это значения расчетные, экспериментальные будут позже. В чем особенности предлагаемого способа организации электропитания?

1) Поскольку используется 1 элемент, его емкость может быть использована максимальным образом по сравнению со схемами, содержащими несколько элементов, подключенных последовательно (емкость которых можно использовать с точностью до наихудшего из элементов).

2) Малые габариты источника позволяют «прописать» его во внутреннем кармане одежды, что позволяет обеспечить комфортную для электрохимических элементов температуру (что тоже увеличивает эффективную емкость).

3) Источник всеяден. Любые батарейки подходящие по размеру могут быть использованы без потери источником потребительских свойств (включая угольные).

4) Параметры используемых микросхем преобразователей позволяют «выжимать досуха» любые элементы питания.

Проблемы:

1) Мощность источника ограничена 0.5 Вт. Параллельное включение источников, если и возможно, требует дополнительных исследований.

2) Необходимы дополнительные исследования для определения необходимости реализации отдельной цепи отключения преобразователя при разряде элемента питания. В случае с телефоном такая цепь необходима (диод перед выходным разъемом). Для USB необходимость данной цепи неочевидна, но в силу некоторых причин может оказаться важной.

Я собираюсь использовать «ампульный» источник для одной своей задумки – комплекса навигационной безопасности для высокоширотных походов. Смысл задумки – обеспечить ВСЕХ участников похода информацией об их взаимном положении и об их положении на глобусе. Комплекс состоит из GPS-приемника с контроллером («компьютером») и приемопередатчиком (в общем, готово, но уж совсем в технические подробности я здесь не полезу). GPS-приемник размещен либо в рюкзаке, либо на санках у кого либо из участников. Каждый из участников похода имеет при себе (в кармане) небольшой прибор (размером со спичечный коробок) с приемопередатчиком и подключенной к нему гарнитурой. Прибор обеспечивает радиосвязь между участниками, а также условными сигналами выдает сигналы коррекции курса, и сигналы тревоги при пропадании сигнала от кого-либо из участников. Заодно система работает и как лавинный пингер. Описанные функции комплекса – это то, чего лично мне не хватает в высокоширотных походах (походах в безлесной зоне) в условиях плохой видимости:

- уверенности, что никто не отстал без необходимости постоянно оглядываться;

- возможности постоянной коррекции курса движения без остановки, извлечения из кармана и включения GPS и т.п. При этом курс на точку назначения естественно корректируется в процессе движения (в отличие от магнитного курса).

В общем, большинство компонентов у меня уже есть в наличии, написаны куски кода. Возможно, успею испытать все это к марту. А может все переиначу J. Архитектура системы может показаться странной, но она оптимизирована под готовые покупные блоки и минимизацию энергопотребления.



Автор: Андрей Ходкин
Сайт: http://overland-botsman.narod.ru/
Оригинал статьи: http://overland-botsman.narod.ru/generator_2.htm