Источники питания

Материал из VeloWiki
Перейти к: навигация, поиск
Зарядное устройство формата АА на солнечных батареях

Современный велосипедист имеет на себе большое количество электронных приборов: начиная с фары и заканчивая приемником спутниковой навигации.

Вся эта техника должна получать электропитание. Используемые источники питания можно разделить на 3 категории:

  • Одноразовые (батарейки):
    • Солевые;
    • Щелочные;
    • Литиевые.
  • Многоразовые (аккумуляторы):
    • Свинцово-кислотные;
    • Никель-кадмиевые;
    • Никель-металлгидридные;
    • Литий-ионные;
    • Литий-полимерные;
  • Автономные:
    • Динамо-машины;
      • Динамо-втулки;
    • Солнечные батареи.

Содержание

[править] Батарейки

Литиевые батарейки АА

Выпускаются наиболее распространенных типоразмеров АА, ААА и в виде «таблеток» различных размеров для использования в сверхкомпактных приборах. Достоинствами их являются невысокая цена и отсутствие саморазряда, что предполагает использование в основном в малопотребляющих устройствах, а также в автономных велопоходах, когда доступа к зарядным устройствам нет. Регулярное использование батареек в устройствах с большим потреблением невыгодно.

[править] Щелочные батарейки

Это самые распространенные батарейки (англ. alkaline battery), выпускаются в типоразмерах АА, ААА и др. Дешевы, но отличаются не очень большой емкостью (порядка 1,0-2,5 А-ч для АА), совершенно не держат низкие температуры — теряют до 90 % емкости. Используются в спутниковых приемниках, фарах, налобных фонарях и мигалках. Не могут отдавать большие токи — неприменимы в фотоаппаратах[1].

[править] Литиевые батарейки

Отличаются высокой емкостью, низким весом, малой чувствительностью к холоду. Традиционно используются в мелких электронных устройствах в виде «таблеток»: велокомпьютеры, пульсометры и т. п. Более крупные варианты могут использоваться в некоторых задних мигалках.

Недавно появились литиевые батарейки формата АА и ААА (Energizer Lithium), которые заметно дороже щелочных, но зато хорошо работают на морозе, легко отдают большие токи, имеют большую емкость (около 3 А-ч для АА) и заметно легче. Такие батарейки хороши для питания «прожорливой» электроники, а также в холодное время года. Некоторые старые приборы не рассчитаны на работу с такими батарейками из-за их относительно высокого напряжения (1,6 В в заряженном состоянии).

[править] Аккумуляторы

Используются для питания «прожорливых» электроприборов при интенсивной эксплуатации. Имеют возможность перезарядки, но при этом склонны разряжаться при хранении. Поэтому аккумуляторы не используются для маломощных приборов (задние мигалки) и при неинтенсивной эксплуатации, а также в длительных автономных велопоходах.

[править] Никель-металлгидридные (Ni-MH)

Устаревший, но до сих пор самый распространенный вид аккумуляторов. Широко распространены, выпускаются преимущественно в типоразмерах АА и ААА, могут быть легко заменены соответствующими батарейками, за что любимы туристами. Имеют среднюю емкость (2,0-2,8 А-ч для АА), но сильно страдают от саморазряда и имеют относительно большой вес. Удовлетворительно работают на морозе, могут отдавать большие токи.

Процесс зарядки таких аккумуляторов является определенной проблемой, поскольку приходится выбирать между скоростью зарядки, емкостью/количеством аккумуляторов, стоимостью зарядного устройства и вероятностью повредить аккумуляторы. Ni-MH аккумуляторы плохо приспособлены для быстрого заряда, при такой зарядке следует контролировать температуру и другие параметры индивидуально для каждого аккумулятора. Кроме того, аккумуляторы Ni-MH перед зарядкой следует полностью разряжать, в противном случае снижается их долговечность.

В связи с этим, массовые зарядные устройства крайне медленные (заряжают в течение 10-20 часов), не следят за уровнем заряда индивидуально и обычно не позволяют заряжать нечетное число аккумуляторов. Зарядные устройства высокого класса имеют все необходимые функции, заряжают быстро, но редки и очень дороги. Дешевые быстрые ЗУ могут повредить аккумуляторы.

Ni-MH аккумуляторы ограниченно применимы для питания мощных фар, поскольку для получения высокого напряжения и емкости требуется соединять последовательно-параллельно связку из 6-8 элементов, что резко снижает общую надежность и долговечность, а также удобство зарядки (см. Балансировка).

[править] Литий-ионные (Li-Ion)

Li-Ion аккумуляторы 18650

Наиболее современные источники питания, имеющие наибольшую удельную ёмкость и наименьший вес. Имеют напряжение 3,7 В на банку. Как правило, поставляются со встроенным контроллером (защитой), не позволяющим достичь глубокого разряда или перезаряда, приводящего аккумуляторы в негодность. Могут обеспечить высокие токи питания. Зарядные устройства — специализированные, с автоматическим контролем заряда (иногда возложенным на схему в самом аккумуляторе).

Эффект «памяти» и саморазряд практически отсутствуют, аккумуляторы можно заряжать в любой момент, не дожидаясь полного разряда. При непрерывной эксплуатации, через 2-3 года емкость аккумуляторов снижается почти в 2 раза. При нормальной эксплуатации аккумулятор сохраняет работоспособность в течение 10-ти лет и более. Кроме того, литиевые аккумуляторы работают на морозе намного лучше, чем Ni-MH.

Изначально литиевые аккумуляторы выпускались только в специфических фирменных типоразмерах и стоили очень дорого. Сейчас все большее число электроники использует стандартные аккумуляторы 18650 емкостью 2-3 А-ч, отличающиеся невысокой ценой. Один такой аккумулятор равен по энергоемкости трем Ni-MH формата АА, но при этом компактнее, в 2 раза легче и заметно надежнее за счет отсутствия возможности разбалансировки.

От стандартных литиевых аккумуляторов питаются многие современные фары, существуют адаптеры, позволяющие заряжать от 18650 сотовые телефоны и питать GPS-навигаторы и другие устройства.

Модельный литий-полимерный аккумулятор в кейсе

[править] Нераспространенные виды аккумуляторов

  • Свинцово-кислотные — раньше использовались для питания некоторых мощных фар, нынче — единичными самодельщиками, не признающими современные источники питания. Дешевые, но крупные, очень тяжелые и не любят тряску.
  • Никель-кадмиевые (Ni-Cd) — могут отдавать очень большой ток, но страдают от эффекта памяти (снижения емкости в процессе использования) и имеют в целом низкую емкость.
  • Литий-полимерные (Li-Pol) — по характеристикам похожи на Li-Ion, однако имеют сколь угодно малые размеры и способны отдавать очень большие токи. Обычно используются в мобильных устройствах и в радиоуправляемых моделях. Могут применяться в качестве удобных и емких нештатных источников питания для фар. Требуют специальное ЗУ с балансиром[2].
  • Ni-MH аккумуляторы типоразмера D. Имеют довольно большую ёмкость в 10-12 Ватт-часов (немного больше типичного аккумулятора 18650), батарейки достаточно легко найти в продаже. Однако стоимость аккумуляторов достаточно велика — в 2,5-3 раза дороже аккумуляторов AA, зарядные устройства к ним найти достаточно трудно, стоят они дорого, заряжают долго. Имеют большие массо-габаритные характеристики, что исключает интегрирование в корпус фары. Используются единичными самодельщиками, не признающими современные источники питания.

[править] Автономные источники питания

Избавляют велосипедиста от необходимости заряжать аккумуляторы от сети или покупать батарейки. Исторически использовались, когда фары были прожорливыми галогенными, а аккумуляторов либо вообще не было, либо были доступны только тяжелые свинцовые.

В 21 веке, когда доступны и экономичные фары, и емкие аккумуляторы, автономные источники имеют смысл в особо длительных автономных походах, когда везти с собой даже литиевые батарейки или аккумуляторы не имеет смысла. Также они могут использоваться для ежедневной городской езды, если владельцу велосипеда лень регулярно заряжать аккумуляторы.

[править] Динамо-машины

Динамо-машина на колесо
Динамо-втулка

Вырабатывают электроэнергию при движении, отбирая ее у велосипедиста — при подключении потребителя энергии начинают создавать сопротивление движению.

Все динамо-машины рассчитаны в первую очередь на галогенные фары, к которым они могут подключаться напрямую. Для того, чтобы подключать светодиодные фары, потребуется использовать стабилизатор тока или напряжения. Большой недостаток любой динамо-машины — она не выдает энергию при остановке, что опасно при езде по городу. Поэтому разумным вариантом выглядит использование динамо для зарядки аккумулятора, от которого, в свою очередь, питать другое электрооборудование.

[править] Динамо на колесо

Известная практически всем велосипедистам конструкция с зубчатым колесиком, прижимающимся к покрышке. Выдает 6-12 В постоянного напряжения (переменного у старых моделей), мощность 3-6 Вт. КПД невелик, всего 40-60 %, причем он падает еще сильнее в мокрых и грязных условиях, когда колесико проскальзывает по шине.

Для установки такой динамо-машины требуется соответствующее ушко на вилке и покрышка со специальной насечкой на боковине. Стоимость современных моделей — от 20 до 150 евро.

[править] Динамо-втулка

Дальнейшее развитие идеи — динамо-машина встроена прямо в переднюю втулку. КПД получается выше, вес меньше, нет выступающих частей, электричество вырабатывается одинаково в любых погодных условиях. Существуют даже такие втулки для дисковых тормозов. Однако втулка получается фактически неразборной, что сулит определенные проблемы при езде в серьезной грязи. Стоимость — порядка 60 евро.

[править] Солнечные батареи

Солнечная батарея со встроенным аккумулятором

Используются для зарядки аккумуляторов, от которых, в свою очередь, заряжаются другие устройства. Делятся на 3 категории:

  • Зарядные устройства стандартных аккумуляторов (АА/ААА);
  • Зарядные устройства литиевых аккумуляторов (18650 и др.);
  • Источники постоянного напряжения (12 В) - не имеют своего аккумулятора, заряжают напрямую через разъем прикуривателя.

Выдаваемая мощность зависит от яркости солнца и от площади солнечных батарей (что напрямую связано с ценой). Например, батарея размером 180х270 мм в яркий солнечный день выдает около 4 Вт, а в облачную погоду - 1 Вт и менее.

[править] Ссылки

  • Тест-драйв батареек и аккумуляторов на морозе
  • Тест-драйв солнечной батареи Silva Solar II
  • Тестирование Ni-MH аккумуляторов формата АА
  • Тестирование батареек формата АА

[править] Примечания

  1. ^ Комплекта свежих щелочных АА может хватить на 10-20 снимков со вспышкой, потом они еще сутки будут работать в навигаторе.
  2. ^ Из-за отсутствия балансира аккумуляторы в китайских фарах с внешним батарейным блоком живут не очень долго, заменять их имеет смысл именно на такой аккумулятор в жестком кейсе.
Источник — «http://velowiki.org/index.php?title=Источники_питания&oldid=3873»