Recomendaciones de tipo de batería recargable para un circuito LED de bicicleta de 1-2 amperios

Estamos construyendo un circuito de parpadeo para una bicicleta y no estamos seguros de qué batería usar.

  • El circuito deberá funcionar con aproximadamente 5 V, ya que está alimentado por un chip ATmega que debe funcionar a 20 MHz.
  • Cuando todos los LED estén encendidos, el circuito consumirá alrededor de 10 amperios (sí, hay muchos LED). Anticipamos que alrededor de 1/8 (12,5 %) de los LED estarán encendidos a la vez, por lo que estimamos un consumo de corriente de 1 a 2 amperios.
  • Idealmente, el circuito podría funcionar durante un par de horas con una carga.
  • La batería debe ser relativamente pequeña. Cargar una batería de automóvil en una bicicleta no es una opción.

Los LED son LED SMD RGB y se controlan desde TLC5940 . Hay 120 LED y 24 TLC5940 para controlarlos. Hay algunos otros componentes, pero otros no tienen sumideros de corriente importantes.

De acuerdo con algunas publicaciones aquí (que tengo problemas para encontrar en este momento), las baterías LiPO brindan la mejor densidad de energía entre las recargables. Me preocupa que con las baterías LiPO tengamos que usar reguladores de voltaje para obtener nuestros 4.5-5.0V, ya que las celdas LiPO son de 3.7V cada una. ¿Eso significa perder energía para calentar? Supongo que cambiar el regulador de voltaje es una opción, pero sé muy poco sobre ellos.

¿Cuáles serían los tipos de batería recomendados para este propósito?

No tiene que ejecutar el ATmega y los LED a través del mismo regulador. ¿Cuál es el voltaje directo del LED?
Si bien es posible que tenga muchas buenas razones para hacerlo, ¡usar un chip ATmega para hacer un parpadeo de LED parece como intentar torpedear un camarón fuera del agua! Los 555 de bajo consumo son perfectos para este trabajo, con una pequeña batería de litio CR2032 en la mayoría de los casos. Con el ciclo de trabajo correcto, un CR2032 decente debería durar varios meses de uso. Esta batería es de 3V, no podrá usar la mayoría de los LED blancos, pero los LED rojos deberían estar bien. De lo contrario, podría usar un solo 18650 (ion de litio recargable común que se usa en la mayoría de las luces/antorchas de bicicleta de China/Taiwán), que debería durar como un año o más.
Lo siento, ¡no leí tu pregunta más allá de "blinky-blink"! Para su requerimiento, puede optar por un montón de baterías 18650 de buena calidad + reputadas, con una capacidad nominal de aproximadamente 3000 mAh. Un grupo de 10 de ellos en paralelo le brinda 10 amperios durante 3 horas, en condiciones ideales, cuando está completamente cargado. Tendrías que comprar 3 juegos de 4x18650 cargas, ya que no he visto un cargador que pueda cargar más que esas muchas baterías a la vez. La mayoría de los cargadores tardarían entre 12 y 14 horas (o más) en cargarse por completo. Todo lo comentado es anecdótico, y sin mirar fichas técnicas.
¿Las luces de bicicleta necesitan un microprocesador? ¿Y uno que funcione a 20 Mhz? JAJAJA
Diseñé un sistema hace un tiempo alrededor de un tiny25: projectsbykec.com/projects/modifications/cyclelux pero necesita rediseñarse con mejor código y control (como PWM para controlar el brillo) pero esencialmente, se leen muchos botones y mucho de diferentes bancos de LED son controlados. Utilicé 2 baterías NiMH paralelas de 12 V (2,2 Ah cada una) para alimentarlo: los LED estaban dispuestos en cadenas de 12 V y el tiny25 se alimentaba a través de un regulador de 5 V. Sin embargo, no entiendo por qué necesita funcionar a 20MHz, 1Mhz (o menos) debería ser suficiente velocidad para LED PWM y entrada de botón. El mío funcionó durante meses.
Acabo de ver su enlace anterior: si está haciendo una rueda POV, esa es una historia diferente ... pero incluso esos no usan tantos LED, solo unos pocos sincronizados con la velocidad de la rueda. Mi proyecto anterior usó cientos de LED sin el control PWM adecuado, era más brillante que un faro de automóvil y, como máximo, dibuja 2A.
@ KurtE.Clothier Porque se trata de 120 LED RGB (es decir, 340 canales individuales).
@angelatlarge - buen punto.

Respuestas (3)

(Esta respuesta resume las sugerencias de Anindo Ghosh sobre el tema hechas en el chat de EE más algunas de mis propias observaciones. Tenga en cuenta que no estoy considerando esta respuesta como definitiva: solo quiero agregar algo más a la combinación de sugerencias)

Esta respuesta asume (sin justificación) un diseño basado en baterías LiPO . Algunos antecedentes:

  • Las celdas de la batería LiPO son de 3.7V
  • No es deseable conectar celdas de batería en paralelo porque si una batería tiene una resistencia interna más baja que las otras, la primera batería se descargará primero y luego las otras baterías comenzarán a cargar la batería con la resistencia interna más baja.

La sugerencia de recomendación es dividir el circuito en las siguientes partes:

  • Circuito 5V: para el ATmega y todos los drivers LED. Esta parte será impulsada por un regulador de refuerzo de conmutación para aumentar el voltaje de 3.7V.
  • Separe los LED en bancos de modo que cada banco esté controlado por un conjunto de celdas LiPO cableadas en serie: esto evita tener las celdas LiPO cableadas en paralelo (más información sobre el motivo del cableado en serie a continuación).

Dado que el TLC5940 es un controlador disipador, los LED se pueden conectar a cualquier voltaje. Debido a que estos son LED RGB, el V F o r w a r d de al menos algunos de los canales verde y azul puede ser de hasta 3,4, dejando solo 0,3 V de margen superior, suponiendo que se dé el voltaje nominal de LiPO. Agregando el hecho de que el voltaje de LiPO varía sustancialmente durante el ciclo de descarga ( Wikipedia : "El voltaje de una celda de polímero de litio varía de aproximadamente 2,7 V (descargada) a aproximadamente 4,23 V (completamente cargada)"), esto no es suficiente. Además, según Anindo Ghosh y un hilo de TI , TLC5940 requiere una buena cantidad de espacio libre sobre el V F o r w a r d Voltaje para regular correctamente los LEDs: V C C L mi D debe ser mayor que V F o r w a r d L mi D en aproximadamente 1,2 voltios a una corriente de hundimiento de 120 mA; consulte la Figura 5 de la hoja de datos. Esto lleva a la conclusión de que cada banco de LED debe funcionar con dos baterías LiPO que producirán un mínimo de 5,4 voltios para alimentar los LED; después de la V F o r w a r d caída de 3,4 V, todavía quedan 2 V de espacio libre.

Una posible alternativa a considerar es escribir los canales R, G y B de manera diferente: dado que el canal R tiene menor V F o r w a r d L mi D , puede conectarse desde una sola celda LiPO, mientras que los canales G y B seguirán siendo alimentados por dos celdas conectadas en serie.

Finalmente, hubo una sugerencia para considerar las baterías LiFePo4 , que tienen un voltaje de salida más ajustado durante el ciclo de descarga, ofrecen una vida útil más larga y una corriente máxima más alta.

Primera pasada rápida - más adelante:

¿Qué color de LED?
Que modelo/marca y cuantos.

Con LEDs modernos 10A ~+ 3000 lumen+
MUY brillante.
¿Por qué necesitas tanta luz?
Si está utilizando chatarra vieja porque es barata, entonces una versión moderna de alta eficiencia puede reducir en gran medida las necesidades actuales.
Si está utilizando LED modernos, está obligado a proporcionarlos si necesita tanta luz.

Ejecute los LED desde su propio suministro. El procesador puede usar su propio Vdd más alto y manejar controladores LED de voltaje más bajo.

Si usa una batería del tamaño de un convertidor reductor de 3 V, digamos x 10 A x 2 horas = 60 vatios hora más algo extra por pérdidas de conversión (10-20 %)

Si se usa regulador lineal 10 A x 2 horas = 20 Ah.

Batería de ~ 3.5V min si es blanca o azul.
Baje si es rojo, etc.

Si la batería era una LiPo, entonces el voltaje nominal = 3,6 V.
El voltaje real es de 4,2 V cuando está lleno hasta 3 V + lo que necesite si los LED son blancos o azules.

3,6 V x 20 Ah es más grande.
iPad_latest es de aproximadamente 10 Ah.
iPhone_latest = alrededor de 1,7 Ah.

Algo así como 7 x 3.3 Ah LiPos.
Si los LED rojos, entonces puede usar una capacidad de batería algo menor más un convertidor reductor.

No suena demasiado fuerte, solo molesto :-).

¿Más datos...?

¿Qué tal 4 pilas C de NiMH en serie? Tienen una potencia nominal de 5000 mAH y 4 de ellos le darán alrededor de 4,8 V. Debería darle al menos 2 horas a 2 amperios de consumo de energía, pero querrá algún tipo de protección contra descarga excesiva para evitar dañar las baterías al descargarlas en exceso. Deberían poder mantenerse por encima de 4,5 V durante la mayor parte de su capacidad utilizable, pero si necesita obtener toda la potencia de ellos, caerán por debajo de ese nivel. Si su microcontrolador no puede manejar menos de 4,5 V, es posible que pueda salirse con la suya con un pequeño convertidor de CC-CC para darle al microcontrolador 5 V constantes y luego hacer funcionar los LED con un voltaje más bajo a medida que se agotan las baterías.

Las celdas C pesan alrededor de 91 g cada una, por lo que estás buscando casi una libra de peso para las baterías. Las baterías de LiIon probablemente pesarían alrededor del 60% de eso (a un costo mayor).

Si pudiera mantener el consumo de corriente promedio por debajo de un amperio, probablemente podría obtener dos horas de vida útil de cuatro celdas AA NiMH de 2200 mAH por aproximadamente 1/3 del peso. (No me pregunte por qué las AA pesan 1/3, pero brindan aproximadamente la mitad de la potencia que las celdas C, solo busqué la capacidad y los pesos en línea ).

Si puede tolerar más peso, podría aumentar hasta cuatro celdas D de 10000 mAH, pero a 165 g cada una , eso es 1,5 libras de peso para las baterías.

Una ventaja de las pilas AA, C o D estándar es que el ciclista puede cambiarlas por pilas alcalinas en un abrir y cerrar de ojos, pero entonces tendría que ser capaz de tolerar un voltaje un poco más alto, ya que una pila alcalina nueva estará entre 1,6 y 1,7. V, por lo que es posible que vea casi 7 V con 4 celdas nuevas (que caerán rápidamente a 6 V con 1 A de corriente de descarga).

Recomendaciones de tipo de batería recargable para un circuito LED de bicicleta de 1-2 amperios
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