Хабрахабр

[Из песочницы] Проект Lenergy, как переосмысление портативных источников питания

Привет, Хабр! Хочу рассказать о своём виденье универсального программируемого портативного источника энергии. Как я к этому пришёл, каким в итоге проект стал в железе, для чего он нужен и варианты применения, а так же его дальнейшее развитие. Одной статьи будет явно недостаточно, поэтому при должном интересе к этому проекту следующая статья будет посвящена моментам разработки и использованных решений во всех подробностях. Прошу под кат, я очень хочу вам рассказать о своём проекте!

Поэтому хочу заранее извинится перед читателями, которым может показаться некая объёмность данного материала.
В данном материале я хочу поделиться не только описанием и назначением устройства, но и идейной составляющей, которая мотивировала меня в данном творении. Я просто не мог написать иначе.

Генезис

Я уверен, человечество когда-нибудь сможет прийти к единому решению передачи энергии, но пока мы с вами находимся в зоопарке всеразличных стандартов. Да, USB-C Power Delivery ещё не так повсеместен в портативной технике, как хотелось бы, но и он не будет панацеей для особо продвинутых.

энергии. Я же хотел поистине универсальный и гибкий источник эл. Чтобы в путешествиях дал возможность брать любую технику, не переживая, порой, о её внезапном печальном превращение в мёртвый груз и был при этом гибким в отношении веса/ёмкости. Чтобы профессионалы своего дела могли в нём найти надёжный и максимально универсальный инструмент для своих задач. Да и в целом в работе и повседневной жизни не подвёл. Дома на столе был как лабораторный БП. За одним исключением под названием: «Вампирчик». Однако такого очевидного устройства почему-то не нашлось в продаже. Концепция и подход мне понравились, но его характеристик, а именно мощности было явно недостаточно.

Данное положение начинало уже изрядно утомлять. Время шло, я по мере необходимости продолжал «колхозить» различные решения. Признаюсь, он оказался весьма длинным и ещё не закончен. За все эти года сформировалось весьма чёткое понимание концепции желаемого устройства, а так же накопилась «критическая масса» мотивации пройти этот путь самостоятельно!

Необходимо было точно определится с тем, что станет базой не только для данной версии, но и возможных последующих вариаций. Если с концепцией сложностей не было от слова совсем то, с компонентной базой и схемотехникой всё было не так однозначно. Времени на данном этапе я откровенно не жалел. В поисках наиболее сбалансированного решения было спроектировано и изготовлено несколько прототипов, на которых я провёл все мыслимые и немыслимые эксперименты. Итогом всех этих итераций получилось то, что изображено на фото выше и ниже. Конечно же, как писал во вступлении, это заслуживает отдельной статьи. В целом я доволен!

Концепция

Это – программируемый универсальный накопитель энергии с двумя высокоэффективными преобразователями на входе и на выходе. Всё это дело управляется через мобильное приложение, а также через приложение на ПК. Сразу успокою противников данного подхода. Есть удобная функция сохранения пресетов на устройстве с конфигурированием через приложение последующая работа, с которыми осуществляется одной лишь кнопкой и уже без каких либо приложений. В базовой версии может накапливать порядка 45 Вт*ч энергии в виде 4-х элементов типа 18650. Многие могут отметить не столь высокую ёмкость внутренней батареи, но такова плата за адекватные размеры и вес. Так или иначе, за счёт специального разъёма вы имеете гибкую возможность увеличения ёмкости внешними блоками или любыми однотипными аккумуляторами. Выходная мощность не ограниченна и кратковременно может значительно превышать 100 Вт, продолжительная 50-75 Вт в зависимости от температуры. На торцах по обе стороны расположены наиболее распространённые разъёмы для подключения всего и вся.

Со временем, я хочу прийти к открытому API и позволить вам менять не только встроенные аккумуляторы, но и даже некоторые компоненты 😉

ТТХ:

  • Выход: 3 — 25 В / 0,01 — 10 А / 50-100 Вт в зависимости от температуры
  • Вход: 4,5 — 25 В, МРРТ
  • Ёмкость: ~45-50 Вт*ч (13600 мА*ч) в виде 4 х 18650 элементов
  • КПД каждого преобразователя 90-96%
  • Работа в режиме сквозной зарядки (по типу ИБП)
  • Гипотетическая возможность бесконечно наращивать ёмкость
  • Bluetooth LE и microUSB для управления с телефона под Android/iOS и ПК
  • Поддержка Quick Charge для обоих microUSB на входе
  • Поддержка ускоренной зарядки для Apple и др. на выходе
  • Размеры: 133х84х31 мм
  • Вес: 300 грамм

Концепция.Акцент

Изначально, самой главной целью была эффективность. От неё зависело всё. Сколько мощности можно будет получить на выходе, прежде чем начнётся перегрев. Сколько драгоценной энергии будет утеряно в тепло при преобразовании в походных условиях, где каждый грамм батареи на счету и, конечно же, скажется на его размерах. Наряду с эффективностью огромное внимание уделяется мелочам, ведь именно они определяют качество использования устройством. Не менее важным являлась высокая точность выходных значений, что тоже не было упущено.

Осознавая это, я так же сконцентрировался на этом моменте, как когда-то на «железе» без оглядки на время. Разумеется, не смотря на его превосходные ТТХ убогий интерфейс, мог вмиг испоганить «юзабилити» всех функций.

Концепция.Предназначение

Здесь я не могу конкретно сказать, как вам его использовать, лишь полёт вашей мысли и потребности определят его место в вашей жизни. Проще привести несколько примеров.

Видеосъёмка дело, весьма энергоёмкое, и штатных аккумуляторов для камеры не напасёшься. Давайте представим, вы видеограф. А можете купить дешёвый адаптер штатной батареи с проводом на али и подключить к моему устройству! Можно купить дорогущий выносной фирменный блок, который, заметьте, зачастую состоит из штатных аккумуляторов и/или подключается к розетке. Разместить устройство на поясе можно наряду с дополнительными внешними блоками аккумуляторов (или бросить в рюкзак) в таком случае запас энергии будет поистине колоссальным. Даже встроенные аккумуляторы в устройстве будут ёмче в 3-4 раза, чем типичная оригинальная батарея, но сила не в этом.

Избытки энергии будут одновременно заряжать само устройство на будущее. На природе подключив солнечную батарею, вы сможете зарядить аккумуляторы от дрона или даже авто, запитать от него ноутбук, зарядить телефон. Встроенные профили в приложение упростят зарядку аккумуляторов напрямую. Если вы его оставили, а солнце село он продолжит обеспечивать вашу технику энергией из «собственных запасов», работая как ИБП.

Софт для компьютера помимо основных функций управления и мониторинга позволит писать даже скрипты. Дома на рабочем столе он станет вам верным помощником в ваших DIY-стремлениях за счёт высокой мощности и точности выходных значений.

Его мощности хватит заряжать ноутбуки, камеры, телефоны, планшеты и т.д. В повсеместных ежедневных процессах он будет незаменимым и очень надёжным Powerbank’ом.

Разъёмы

Все разъёмы сгруппированы как принимающие с одной стороны, так и отдающие на противоположной стороне энергию. К принимающей группе вы можете подключиться к авторозетке, подключить блоки питания от ноутбука, БП от компа (кабель питания ЦП), другие аккумуляторы, солнечные панели, велосипедный генератор постоянного тока, термоэлектрический генератор, просто зарядка от телефона и т.д. Соответственно, к выходам подключается всё то, что вы будете заряжать и запитывать – потребители.

Некоторые моменты всё же стоит прояснить, а именно строенные клеммники выбраны для меньшей путаницы с полярностью, где «+» располагается по центру, а «-» по бокам. Каждый разъём не имеет смысла описывать, они идентичны, что на входе, что на выходе. Также надо отметить, два microUSB на входе имеют поддержку Quick Charge, а вот два USB на выходе уже нет, но за то, поддерживают ускоренную зарядку для Apple и техники прочих производителей. Два круглых DC-разъёма на выходе имеют разную толщину центрального штыря (2,1 и 2,5 мм). Все разъёмы защищены от обратной полярности, иначе говоря, на тот случай если перепутаете плюс с минусом. Есть вероятность, что Quick Charge будет добавлен путём обновления прошивки позже, как и другие технологии быстрой зарядки, но пока не до этого. Вот перечень разъёмов:

  • Круглые DC 5,5х2,1/2,5 мм
  • Нажимные клеммные разъёмы для голых проводов
  • Два входных microUSB с QuickCharge
  • Два выходных USB (Apple 2,4 A, USB Battery Charging
  • Molex 4 pin – как на питание ЦП на материнских платах. Данный провод вы всегда сможете найти от сгоревшего БП ATX. Я посчитал его простым и надёжным.

Разъёмы. ОсобыйMolex

Исключением входящих разъёмов является один Molex. В базовом сценарии использования этот разъём предназначен для подключения внешних батарейных блоков или однотипных аккумуляторов в неограниченном количестве. Однако в следующей статье я планирую раскрыть все технические особенности устройства, и вы поймёте, насколько этот разъём универсален и многофункционален, а дальнейшее развитие интерфейса обновит его функциональные возможности.

Интерфейс

Как намекнул выше на устройстве всего две кнопки и три светодиода, которые отвечают за индикацию общего состояния или выбранного на данный момент пресета. Если одна кнопка отвечает за общие функции и пресеты то, вторая за аварийный останов.

Логично было реализовать основную логику работы и интерфейс взаимодействия с устройством на программном уровне. Вариантов применения устройства чуть больше, чем просто много и невозможно всё предусмотреть. Да и надо понимать, что одним требуется максимально простой и доступный способ взаимодействия, а другим наоборот профессиональные расширенные функции. Тем самым я планирую в дальнейшем продолжить совершенствовать интерфейс и алгоритмы добавляя новые функции путём обновления ПО. Всё это легко сделать в приложении.

Поскольку есть уверенность и чуточка гордости, что я меня получился функционально уникальный и не менее универсальный интерфейс без излишеств, который идеально подойдёт для большинства сценариев применения. Мне крайне не хотелось бы оставлять данный раздел без детального описания интерфейса, мобильного и приложения для ПК. Всё же не могу не привести совсем краткое описание. Но и превращать этот раздел в унылую инструкцию нет никакого желания.

Заметьте, на скрине подчёркнута U это означает, что напряжение на данный момент является целевым, т.е. Запуская приложение, вы попадаете на основной экран, в котором можно манипулировать основными тремя значениями: напряжение (U), ток (I) и мощность (P). Так же с током и мощностью. установив его, устройство будет поддерживать заданное вами напряжение на выходе. Если помимо целевого значения вы установите остальные два то, они будут являться верхней допустимой границей, ограничением.

Вам необходимо смахнуть на соседний экран, который выглядит точно так же, но оформлен не в зелёных цветах, а в красных, что соответствует цвету светодиода на устройстве, который в свою очередь отвечает за данный пресет. Приведу пример: у вас есть ноутбук, он ассоциируется с красным цветом (например, имеет элементы дизайна из красного). Всё. На нём вы прокручиваете напряжение до желаемого, к примеру, 19,5 В. Когда вам потребуется зарядиться, достаточно лишь нажатием кнопки выбрать пресет соответствующий красному светодиоду без участия телефона. Можете немедленно применить, что включит устройство либо просто закрыть, что автоматический сохранит его как красный пресет.

Дальнейшее развитие

Поскольку изначально я закладывал модульную конструкцию не только железа, но и софта это позволит сделать мне как минимум несколько вариаций. Обязательно будет вариация с USB-C Power Delivery. Очень хочется сделать компактную версию без аккумуляторов, как дешёвую альтернативу лабораторного БП с возможностью программирования, возможно, даже в полифазной/многоканальной компоновке. На базе существующей платы, очевидно, будет проф. ревизия с повышенной мощностью и напряжением до 36 В, без оглядки на себестоимость.

Надеюсь, вам понравилось! На этом пока всё.

Хочу выразить отдельное спасибо за бескомпромиссные и настоятельные рекомендации в написании данной статьи maiorovx

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть