从同一组镍氢充电电池提供三种不同的电压

电器工程 电源 电池 电压调节器 直流 尼姆
2022-01-13 07:38:40

我有一个电池组,我想将其用作通勤自行车上所有电池供电组件的电源。

我的包包括 (10) 个串联的 1.2V 电池:

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

问题是我的一些设备使用 (2) 节 AA 电池运行,有些使用 (4) 电池,有些需要 12V。我想做的是:

  • 将所有设备连接到一个通用包,无需单独的电池,并简化充电
  • 使用坚固的设计,抗振动和天气
  • 对低电流组件使用适当的设计
  • 以几乎 100% 的效率供应所有组件
  • 易于维修(即定期识别和更换坏电池)

从我能找到的所有研究中,似乎有两种常见的解决方案:

1)添加现成的电子DC-DC转换器,将电压分别降低到6V和3V,并接受转换效率低下。

2)在特定点拼接系列以创建三个电路。

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

3)第三种选择是忍受额外的重量。分别独立地为每个组件供电,并根据需要充电/更换电池。

这些选项中的每一个都有其缺点。但是#2似乎是最有希望的。最明显的问题是负载在电池组中的电池之间分布不均。如果我能克服这一点,那么我认为我们有一个成功的解决方案。

所以我的问题是:

是否有可能——使用巧妙的接线和最少的电子设备——从同一组镍氢充电电池中提供三种不同的电压?

评论,建议和想法都受到赞赏。


到目前为止,我最好的猜测如下:

  • 结合定时器和继电器,本质上是一个双刀五掷开关,每分钟左右循环通过每对电池,提供稳定的 2.4v 电流
  • 将计时器和继电器结合起来,本质上是一个双刀双掷开关,每分钟左右循环通过一半的电池,提供稳定的 6v 电流
  • 像往常一样将所有 12v 设备连接到电池组

不幸的是,我被困在继电器上,以及如何连接计时器以使继电器跳闸,同时保持三个独立的电路。我也想保持紧凑。除了电池组之外,还有一个鞋盒大小的电路板是不切实际的。理想情况下,我想把所有东西都装进Pelican 1010防水箱中。

起初我以为我可以只使用二极管并将所有东西连接成一个大块,但在早期的一些测试后我放弃了这个选择。二极管似乎变得非常热,这当然意味着它们正在消耗大量本应流向组件的能量。

我考虑过的另一种选择是齐纳二极管稳压器。这将与低安培数应用和最少的电子设备完美搭配,但不幸的是它也受到转换效率低下的影响。

作为记录,我的组件是:

+---------------------------+---------+--------------+-------+  
| 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 |  
+---------------------------+---------+--------------+-------+  

好消息是,由于所有这些设备都是电池供电的,它们可以承受电池化学物质的正常电压波动。

未来计划:
6v hub-dynamo 充电系统

2个回答

您应该为每种电压使用 DC-DC 转换器或专用电池组。

您不应该使用电池组的中间点。这导致电池中的不同电荷水平。结果,您将在首先放电的电池上获得反向电压,这将损坏电池并可能损坏设备。

下面的示意图显示了这一点。

当电池中的一个电池完全放电时会出现反向电压,因此电池上没有电压。如果其他电池继续供电,电流仍会流动,从而用负电压“充电”死电池。

以这种方式连接到死电池的负载会获得反极性电源电压,因此可能会死。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

最优化(如果您不想使用其他额定电压的设备)我认为是直接提供最强大的设备(6V 前照灯),并为所有其他设备使用升压/降压转换器。

根据 Vovanium 的建议,看看称为电压倍增器的东西,或charge-pump. 我快速搜索了一下,发现似乎有点适合您的应用的集成电路封装 - 特别是低静态电流 (110uA) 和转换效率 (98%)。数据表表明这个特定的 IC 的最大输出电流为 45mA,所以你必须找到可以提供更多电流的东西,但我只是想让你知道这个选项。

当然,这些都是 DC-DC 转换器,所以本质上是一样的。为您的应用使用升压(电荷泵)和降压(斩波器)可能同样容易。

也许只有几个这样的转换器就可以了。您可以根据需要将 6V 升压至 12V 并将 6V 降压至 3V。数据表中写道,这些设备的容量最高可达 20W。