Источники питания
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.
-
Батарейки |
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.
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.
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).
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.
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.
Литий-ионные (Li-Ion)
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.
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.
-
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.
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.
Динамо-машины
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.
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.
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.
Солнечные батареи
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.