У меня есть аккумулятор, который я хотел бы использовать в качестве источника для всех компонентов, работающих от батареи, на велосипеде.

Моя упаковка включает в себя (10) 1,2 В ячеек, соединенных последовательно:

{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}  
|                                                  |
└--------------------- 12 V -----------------------┘

Проблема в том, что некоторые из моих устройств работают от (2) батареек типа АА, для некоторых требуется (4), а для некоторых требуется 12В. Что я хотел бы сделать, это:

• подключите все устройства к одному общему блоку, исключая необходимость в отдельных батареях, и упростите зарядку
• используйте прочную конструкцию, устойчивую к вибрации и погодным условиям
• используйте соответствующую конструкцию для компонентов с низкой силой тока
• поставлять все компоненты практически с 100% эффективностью
• прост в обслуживании (т.е. периодически выявляет и заменяет неисправные ячейки)

Из всех исследований, которые я могу найти, есть два общих решения:

1) добавить готовые электронные преобразователи постоянного тока для снижения напряжения до 6 В и 3 В соответственно и принять неэффективность преобразования.

2) склейте ряд в определенных точках, чтобы создать три контура.

{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]} 
|         |              |                         |
└- 2.4 V -┘              |                         |
|                        |                         |
└-------- 6 V -----------┘                         |
|                                                  |
└--------------------- 12 V -----------------------┘

3) третий вариант - просто жить с лишним весом. Подайте питание на каждый компонент отдельно и независимо и перезарядите / замените батареи по мере необходимости.

Каждый из этих вариантов имеет свои недостатки. Но № 2 кажется наиболее перспективным. Наиболее очевидная проблема заключается в том, что нагрузка неравномерно распределяется между ячейками в пакете. Если бы я мог преодолеть это, то я думаю, что у нас есть выигрышное решение.

Итак, мой вопрос заключается в следующем:

Возможно ли, используя продуманную проводку и минимальную электронику, подавать три разных напряжения от одной и той же батареи NiMH?

Комментарии, предложения и идеи все приветствуются.

Мое лучшее предположение пока следующее:

• объединение таймера и реле для создания по сути двухполюсного пятипозиционного переключателя, который будет циклически проходить через каждую пару ячеек каждую минуту или около того, обеспечивая постоянный поток 2,4 В
• объединение таймера и реле для создания двухполюсного двухпозиционного переключателя, который будет циклически проходить через половину ячеек каждую минуту или около того, обеспечивая постоянный поток 6 В
• подключив все 12v устройства к пакету, как обычно

К сожалению, я застрял на реле и на том, как подключить таймер для размыкания реле, сохраняя при этом три независимых цепи. Я также хотел бы держать вещи компактными. Непрактично иметь плату размером с обувную коробку в дополнение к батарейному блоку. В идеале я хотел бы упаковать все в водонепроницаемый чехол Pelican 1010 .

Сначала я думал, что смогу просто использовать диоды и соединить все в одну большую массу, но я отказался от этого варианта после некоторого более раннего тестирования. Оказалось, что диоды стали очень горячими, что, конечно, означает, что они рассеивают много энергии, которая должна была идти на компоненты.

Другой альтернативой, которую я рассмотрел, является стабилизатор напряжения стабилитрона. Это хорошо сочеталось бы с применением малой силы тока и минимальной электроникой, но, к сожалению, оно также страдает от неэффективности преобразования.

Для записи, мои компоненты:

+---------------------------+---------+--------------+-------+  
| component                 | voltage | usage        | draw  |  
+---------------------------+---------+--------------+-------+  
| tail light                | 3V      | night time   |  25mA |  
| headlight                 | 6V      | night time   | 250mA |  
| cycling computer          | 3V      | always       |   1mA |  
| turn signals (automotive) | 12V     | intermittent |  55mA |  
+---------------------------+---------+--------------+-------+  

Хорошей новостью является то, что, поскольку все эти устройства работают от батареи, они выдерживают нормальные колебания напряжения химического состава батареи.

Планы на будущее:
система зарядки 6-динамо-втулка

Вам следует использовать преобразователи постоянного тока или специальные аккумуляторные батареи для каждого напряжения.

Вы не должны использовать средние точки батарейных блоков. Это приводит к различным уровням заряда в клетках. В результате вы получите обратное напряжение на элементах, которые разряжаются первыми, и это повредит аккумулятор и, возможно, оборудование.

Схема ниже показывает это.

Обратное напряжение появляется, когда одна из батарей в батарее полностью разряжена, поэтому напряжение на ней отсутствует. Если другие элементы продолжают передавать энергию, ток все равно будет течь, таким образом «заряжая» мертвый элемент отрицательным напряжением.

Нагрузка, подключенная к мертвой ячейке, таким образом получает напряжение питания обратной полярности, таким образом, возможно, умирает.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Наиболее оптимальным (если вы не хотите использовать другие устройства с номинальным напряжением), я думаю, является прямое снабжение наиболее мощного устройства (фара 6 В) и использование повышающих / понижающих преобразователей для всех остальных.

Исходя из того, что предложил Вованиум, взгляните на нечто, известное как удвоитель напряжения , или charge-pump. Я быстро обыскал и обнаружил, что пакет интегральных микросхем, который, кажется, несколько подходит для ваших приложений - в частности, низкий ток потребления (110 мкА) и эффективность преобразования (98%). В спецификации указано, что эта конкретная микросхема имеет максимальный выходной ток 45 мА, поэтому вам нужно будет найти что-то, что может подавать немного больше тока, но я просто хотел, чтобы вы знали об этой опции.

Это, конечно, преобразователи постоянного тока в любом случае, так что по сути это одно и то же. Это может быть так же легко сделать с повышением (зарядный насос) и понижением (прерыватель) для вашего приложения.

Возможно, подойдет только пара таких преобразователей. Вы можете повысить напряжение от 6 до 12 В и подключить от 6 до 3 В для своих нужд. В техническом описании написано, что эти устройства имеют мощность до 20 Вт.