Ahogy ígértem, a sok szoftveres írás után foglalkozom újra a hardverrel. Két területet szeretnék jelenleg fejleszteni: A lámpák tranzisztorait, ill. csatlakozóit szeretném egy nekik dedikált NYÁK-ra áttenni, hogy helyet csináljak a breadboardon a következő fejlesztésekhez, valamint az autó áramellátását szeretném átalakítani egy nagyobb kapacitású Li-Po akku, valamint hatékony DC/DC konverterek beépítésével, mert a gyári 650 mAh-s NiCd akku kevésnek bizonyult a nyilvános demókon tapasztalt nagy érdeklődés mellett.

Ebben a cikkben a tápellátást érintő újításokról, a következőben pedig a lámpákat érintő fejlesztésről írok.

Amikor lehoztam az autót a padlásról, meglepően jó állapotban találtam a gyári NiCd akkuját. A tesztelésekhez bőven elegendőnek bizonyult, de ha elvittem az autót egy nyilvános demóra, például egy meetupra, ahol egymásnak adták a távirányító tabletet a gyerekek, gyorsan sikerült lemeríteni. Rendeltem tehát eBay-en egy egészen komoly méretű 5000 mAh-s LiPo akksit.

Pár szóban a lítium-polimer akkumulátorokról:

A gyári 650 mAh-s akku 9.6 V-os névleges feszültségével szemben az új 5000 mAh tárolását ígéri 11.1 V névleges feszültség mellett, ami körülbelül 10-szeres kapacitásnövekedést jelent. Elégnek hangzik.

A kis kapacitás mellett a NiCd akku további hátránya, hogy a NiMH akkukhoz hasonlóan akkor őrzi meg hosszú távon a kapacitását, ha teljesen lemerítjük töltés előtt. Ez a tulajdonság a 4 órás gyorstöltési idővel együtt demókon teljesen vállalhatatlanná tette.

A LiPo akku nem ilyen kényes a töltés-merítés ciklusra, cserébe kényes a töltés milyenségére.

Feltöltve érkezett az akku:

A 3 db, egyenként 3.7 V-os névleges feszültségű cella sorbakötve adja a 11.1 V-os akkufeszültséget. Ha pusztán rákapcsolnánk az akku sarkait egy 12 V-os akkutöltőre, a cellák nem egyenletesen töltődnének a belső tulajdonságaik miatt. A képen látható, hogy a fő kivezetések mellett az akkunak van egy kisáramú csatlakozója is, ahol egyesével mérhető a cellák feszültsége. A lítiumos akkumulátorok sok szempontból speciális kezelést igényelnek, a mért 3.8 V-os feszültségre például hosszútávú tárolás esetén ajánlott feltölteni őket, hogy hosszú távon is megőrizzék újkori kapacitásukat.

Érdemes tudni továbbá, hogy a 3.7, ill. 11.1 V pusztán a névleges feszültség. A LiPo cellák maximális feszültsége 4.2 V, tehát egy teljesen feltöltött 3 cellás LiPo akku 12.6 V-ot ad.

A minimum cellafeszültség szintén egy fontos paraméter: 3.0 V alá semmiképp sem szabad engedni egy LiPo cellát merülni, ökölszabály lehet a 3.2 V-os határ, de ez is erősen felhasználásfüggő: ha nagyon nagy áramokat veszünk fel, érdemes magasabban meghúznunk a határt, kis terhelések esetén rendszeresen lemehetünk 3.2 V-ig.

Az akku blokkvázlata a vezetékek színkódjaival:

Töltésükhöz egy intelligens, ún. kiegyensúlyozó, vagy "balance" töltőre van szükségünk, mely az előbb említett másodlagos kivezetéseken keresztül az egyes cellák töltöttségét monitorozza és cellánként állítja a töltőáram erősségét.

Szintén eBayen rendeltem a célnak megfelelő akkutöltőt:

Ezt a másodlagos csatlakozót az autó fedélzetén is használni tervezem az egyes cellák monitorozására, hogy megakadályozzam az akkumulátor véletlen mélykisütését.

A lítium-polimer akkukról további érdekes és hasznos információt gyűjthetünk be például ezen az angol nyelvű LiPo etiquett oldalon.

Mitől lesz jó egy tápegység

Röviden, egy jó tápegység:

• pontosan tartja a célfeszültséget
• energiahatékony
• túlfeszültség-, túláramvédett
• védi az áramforrást
• tartós
• vannak extra funkciói (vezérlő bemenetek, akkuhőmérséklet figyelés, stb.)

Ha egy nagyobb, akár változó, sőt ingadozó egyenfeszültségből szeretnénk egy alacsonyabb, de stabil egyenfeszültséget előállítani, két dolgot tehetünk:

1. Elfűtjük a különbözetet, legegyszerűbb esetben egy egyszerű feszültségosztóval, bonyolultabb esetekben úgy, mint pl. a 7805-ös, LM317-es feszültségstabilizátorok teszik. Ez elfogadható megoldás lehet, ha pici az áthidalandó feszültségkülönbség vagy kicsi a táplált áramkör áramfelvétele.

2. Használhatunk egy kapcsolóüzemű tápegységet, ami nagyon leegyszerűsítve egy kondenzátorba, vagy tekercsbe tölt energiát, ill. vesz ki onnan nagy frekvenciával. Ez a módszer bőven 90% fölötti hatásfokot tesz lehetővé.

Az utóbbi megoldást választottam, de nem építek tápegységet az alapoktól, hiszen egy-kétszáz forintért már lehet kapni a célnak megfelelő tápegységmodulokat. A képen látható apró modulok pl. 3 A-ig terhelhetők és 1-20 V tartományban működnek:

A képen látható modulból kettőt tervezek beépíteni a tápegységbe, hogy a 11-12 V-os akkufeszültségből stabil feszültséget állítsak elő:

• a motorok számára, 9.6 V-os szinten
• az elektronika számára, 5 V-os szinten.

A lenti képen látható elrendezés szerint az akku egy főkapcsolón keresztül táplálja a próbanyákon megépített tápegységet, amiben egy 8 A-es biztosíték is helyet kap. Sikerült vennem rendkívül kompakt feszültségmérőt, így egy kijelzőt is beépítek a kapcsoló mellé, melyen az akku kapocsfeszültségét lehet nyomonkövetni.

A kapcsolónak, a kijelzőnek, valamint a Dean-T (vagy Deans, vagy XT néven is ismert) csatlakozónak egy 3D nyomtatott házat terveztem:

A nyomtathatóság érdekében szükség volt a narancssárga színű alátámasztásokra, amiket kézzel terveztem be, mert az automatikusan generált "support" túl sok helyen érintkezett volna a munkadarabbal, így ronda felületet eredményezett volna. Valamint először fejtetőn terveztem kinyomtatni a darabot, de a szebb végeredmény érdekében meghagytam normál állásban, és inkább beépítettem egy üreges kockát, valamint pár extra tartót, a felső lapot nyomtatás közben alátámasztandó.

Bal oldalt a nyers nyomtatott darab, jobb oldalt a már szépen megfaragott változat:

Bicskával szépen le lehetett faragni a sallangokat, sorjákat. A kijelző helyének igazításával töltöttem a legtöbb időt, többek között azért, mert a kijelző NYÁKja pár tizedmiliméterrel szélesebb, mint maga a kijelzőkocka. Forrasztópákával olvasztottam neki helyet a csatlakozós fal belső oldalán: nem a legszebb megoldás, de gyors, és ott úgysem látszik.

Mivel a kapcsolóház belsejében az akkumulátorról direktben érkező vezetékek vannak (egymáshoz közel), nagyon fontos, hogy bármiféle rövidzárlat lehetőségét kizárjuk. Biztosíték a tápegység NYÁK-on lesz. Bár kicsi az esélye, de az esetleges rázkódás okozta vezetéklelazulásokra is gondolva a sarukat és a csatlakozókat is zsugorcsővel szigeteltem (a feszültségmérő NYÁK-ján egymástól pár mm-re forrasztott mérővezetékeket pedig ragasztópisztollyal biztosítottam be):

A képen látható a Dean-T csatlakozót alulról rögzítő csavar is.

Már csupán fel kellett jelölni a kapcsoló helyét az autó alaplemezére, megfúrni azt és fel lehet szerelni a kapcsolóházat az autóra. A furatokat lehetett volna lézervágni is, az alaplemezt visszahelyezve a lézervágóba, de gyorsabb és egyszerűbb volt otthon, saját kezűleg megoldani. A kívánt pontossághoz bőven elég volt a rajzlapból vágott sablon használata:

A sablont a kapcsolóházat tollal körberajzolva, kivágva, valamint a papírt a furatoknál csavarhúzóval átlyukasztva készítettem.

Végül egy tönkrement akkus csavarozóból bányászott, 3 mm-es, műanyagba hajtható csavarokkal felszereltem a kapcsolót az autóra:

Hamarosan jövök a következő résszel, mely a tápegység NYÁK elkészítéséről, bekötéséről, feszültség monitorozásról és hasonló témákról fog szólni.