Moc w kieszeni

Odnoszę wrażenie, że telefony inteligentne (w dosłownym tłumaczeniu) zaczynają wypierać z rynku dedykowane nawigacje sportowe. Niczego takiego urządzeniu brakuje? Podstawa, czyli GPS ma. Oprogramowanie… Kiedyś był problem, teraz różnego typu nawigacji i programów sportowych jest bez liku. Zarówno komercyjne jak i darmowe. Oczywiście te darmowe są najpopularniejsze. Ja do tej pory używałem programu ze strony NaviMe. Bardzo ciekawy projekt, rozwijany – przynajmniej kiedyś – przez jedną osobę. Projekt zaczyna się rozrastać i autor (autorzy) przestają nadążać za trendami jakie wyznacza np Strava – z której zacząłem korzystać. Zatem czego potrzeba nam jeszcze na rowerze? Prądu! Smartfony ze swoimi wspaniałymi wyświetlaczami, wielordzeniowymi procesorami i transmisją komórkową nie są w stanie przetrwać nawet połowy tego, co dedykowana nawigacja. Dedykowana nawigacja jednak kosztuje, a telefon ma praktycznie każdy – tak czy inaczej. Kiedyś rozwiązywało się to przez dokupienie dodatkowej baterii do urządzenia. Teraz nie jest to potrzebne. Świat wynalazł baterię uniwersalną pod tytułem „power bank” – czyli bank mocy w dosłownym tłumaczeniu. Od kiedy każdy telefon z klucza musi mieć złącze micro usb świat stał się jeszcze prostszy, gdyż potrzebujemy tylko jednego przewodu i już.

„Bank mocy” składa się z trzech rzeczy:

• ogniwa
• elektronika
• obudowa

Komentarz na temat obudowy oczywiście należy pominąć, a skupić się na dwóch pozostałych. Podstawą „banku mocy” jest ogniwo zawierające lit. Są to ogniwa litowo-jonowe w rozmiarze 18650 lub ogniwa litowo-polimerowe produkowane w różnych kształtach (zwykle płaskich prostopadłościanów). Czy to jest ogniwo litowe znane z laptopów (18650) czy jest to cela litowo-polimerowa jest to nie istotne. Ważne, że ogniwo na bazie litu ma największą gęstość energii, zwykle wyrażaną w Wh/kg – watogodzina na kilogram. Co to oznacza? Załóżmy, że chcemy zgromadzić w ogniwie określoną ilość energii, np 10Wh, oznacza to, że wybierając ogniwo litowe będzie ono najlżejsze i najmniejsze z dostępnych powszechnie na rynku. I tutaj ciekawostka. Lit zrewolucjonizował rynek urządzeń mobilnych i wielu innych działów techniki wykorzystujących akumulatory. Baterie litowe są wykorzystywane w motoryzacji. Ktoś policzył, że jeżeli obecne trendy wykorzystania litu utrzymają się, za około 90 lat zużyjemy połowę światowych zasobów litu (polecam: Walka o lit). Zatem nasze prawnuki mogą już doświadczyć tych problemów na własnej skórze… Potrzeba opracowania technologii odzyskiwania litu ze zużytych ogniw jest tylko kwestią czasu. Nie wiem, czy ktoś to robi już na wielką skalę, ale artykułów naukowych traktujących o tym trochę jest.
Wracając do ogniwa… Mają one swoje zalety, mała masa, duża wydajność prądowa, szybkie ładowanie, ale mają także poważne wady. Chemia w ich wnętrzach jest bardzo toksyczna. Przeładowanie ogniwa lub uszkodzenie mechaniczne prowadzi do gwałtownej reakcji chemicznej, zapłonu i eksplozji. Oto przykład skutków niewłaściwego obchodzenia się z takim akumulatorem.

Niebezpieczeństwa nie należy bagatelizować, ale nie można też demonizować. Poprawnie użytkowany akumulator jest w stu procentach bezpieczny.
Tak samo jak w pozostałych gałęziach, na rynku ogniw litowych są produkty lepiej i gorszej jakości. Chodzi tu głównie o dwa parametry. Pojemność i rezystancję wewnętrzną. W „banku mocy” chodzi nam głównie o pojemność. Chcielibyśmy, aby była jak największa przy jak najniższej cenie. Oczywiście jak zwykle te parametry nie idą ze sobą w parze. Im tańsze ogniwo, tym jego rzeczywista pojemność zwykle odbiega od deklarowanej przez producenta. Jak się kształtują ceny popularnych ogniw 18650? Od kilku do nawet kilkudziesięciu PLN za jedno ogniwo w zależności od klasy. Osobiście nie dyskwalifikuję tanich, gorszych ogniw. Wszystko zależy od tego, do czego będą używane. W banku mocy raczej nie „popędzamy” ogniwa batem, lecz spokojnie je rozładowujemy. I tu odzywa się drugi parametr jak rezystancja wewnętrzna. Te tańsze mają ją zwykle większą, więc podczas rozładowywania dużym prądem (np 3A) będą bardziej się grzać i generować niepotrzebne straty energii. Ale czy tak eksploatujemy bank? Raczej nie. Zatem niska cena ogniwa w takim zastosowaniu w zupełności rekompensuje jego obniżone parametry. W latarkach natomiast warto zainwestować w lepsze. Światełko poświeci dłużej.
Na rynku można nabyć ogniwa zdemontowane z akumulatorów do laptopów. Są bardzo tanie i czasami można kupić w bardzo dobrym stanie ogniwo dobrej jakości w cenie „ogniwa chińskiego”. Ale często to loteria, jeżeli ogniwa pochodzą z niesprawdzonego miejsca. Jeżeli laptop był intensywnie eksploatowany, wtedy ogniwa nie będą warte swojej ceny, nawet jak będą nosiły znakowanie renomowanej marki. Nowe tanie też nie są do końca „bezpieczne”. Czasami oszuści wewnątrz puszki 18650 montują znacznie mniejsze ogniwo, które trzyma napięcie. Przekręt wychodzi dopiero, okazuje się, że ogniwo ma znikomą pojemność w stosunku do oczekiwanej.

Spójrzmy teraz na elektronikę która tam siedzi. Moduł może wyglądać mniej więcej tak.

Może wyglądać inaczej, ale ogólna koncepcja budowy jest następująca.

Bank jest ładowany zwykle ze złącza mini lub micro usb. Nie jest to regułą, ale ze względu na powszechność standardu często wybierane jest właśnie ono. Zadaniem ładowarki jest ładowanie baterii ogniw. Ładowarka może być skonstruowana na dwa sposoby:

• liniowa, chyba najbardziej popularna. Układ liniowy działa bardzo prosto. Element o zmiennej rezystancji (tranzystor) reguluje prąd ładowania ogniwo. Wada – na tranzystorze wydzielają się spore ilości ciepła i to rozwiązanie nie nadaje się do ładowania dużym prądem.
• impulsowa, dość rzadkie rozwiązanie ze względu na wyższy koszt i komplikację układu. Tutaj prąd regulujemy przez ilość energii magazynowanej w elemencie indukcyjnym, która to energia potem przekazywana jest do pojemności filtrującej i obciążenia.

Ze względu na mniejszą komplikację układu ładowarki liniowe są chętniej stosowane. Banki typowo ładowane są z napięcia 5V, nominalne napięcie ogniwa to 3.6V zatem różnica napięcia na elemencie rezystancyjnym jest stosunkowo nieduża i straty mocy można zaakceptować. Po czym poznać, że bank ma liniową ładowarkę? Podczas ładowana bank będzie się grzał. Palcem można nawet zlokalizować, gdzie znajduje się elektronika. W związku z tym, że prąd musi stosunkowo mały względem możliwości ogniw, ładowanie banku w zależności od jego pojemności może trwać od kilku do nawet kilkunastu godzin (pełen cykl). Ładowarki impulsowe mają większą sprawność, nie tracą tyle mocy na swoich elementach i są w stanie ładować banki znacznie szybciej. Jakieś tam doświadczenie z ładowarkami mam, więc jestem sobie w stanie wyobrazić, że bank 10Ah można naładować w ciągu 3 godzin. Oczywiście to, co technicznie jest możliwe, nie koniecznie jest ekonomicznie uzasadnione. Wiadomo, że to czynnik ekonomiczny jest tym decydującym.

Drugim ważnym blokiem jest przetwornica. Jak już wspomniałem wyżej, nominalne napięcie ogniw to 3.6V. Musimy je podnieść do napięcia USB, czyli 5V. Do tego służy impulsowa przetwornica podnosząca napięcie. Jeżeli kogoś interesuje zasada działania takiej przetwornicy, bardzo ciekawy opis można znaleźć tutaj.

Ostatnim blokiem jest kontroler. Jego zadaniem jest nadzorowanie pracy ładowarki i przetwornicy oraz informowanie użytkownika o stanie ogniwa i procesu ładowania.

Konstrukcja może być różna. Widziałem rozwiązania, gdzie wszystkie trzy bloki są zintegrowane w jeden układ scalony. Najczęściej jednak bloki są podzielone. Obok nich występują jeszcze klucze elektroniczne, czujniki temperatury ogniw itp. Tutaj słowo na temat kluczy. Dobrze zaprojektowany bank powinien być w stanie odciąć ogniwo w momencie, gdy dzieje się z nim coś niepokojącego (np wzrost temperatury, napięcia lub przeciążenia). Klucz (bądź przetwornica z opcją włącz/wyłącz) powinien pojawić się także pomiędzy przetwornicą a ogniwem. Po co? Podczas ładowania banku wypadałoby odłączyć obciążenie. Do banku może być podłączone cokolwiek, nad czym bank nie ma kontroli. W skrajnym przypadku obciążenie może być znacznie większe niż ładowarka jest w stanie dać. Zatem nie tylko nie będziemy ładować ogniwa, ale możemy doprowadzić do przeciążenia ładowarki, a gdy układ jest szczególnie ekonomiczny i mało inteligentny – do jego uszkodzenia. Dlatego lepiej nie ładować banku i jednocześnie pobierać z niego energii – szczególnie w przypadku tych tanich.

Rynek oferuje szeroką gamę banków mocy. Najtańsze i najpopularniejsze budowane są na badzie ogniw 18650. Dostępne są zarówno banki na pojedyncze ogniwo, jak i duże baterie złożone z 6 ogniw. Z jedną z tych dużych kupiłem w zeszłym roku.

Wygląda dokładnie tak jak ta na powyższym zdjęciu. Zawiera 6 ogniw 18650. Można je kupić w okolicy 150 PLN z absurdalnymi deklarowanymi pojemnościami, rzędu 30Ah. Oczywiście nie można w to wierzyć. Nawet markowe ogniwa rzadko mają pojemności powyżej 3000mAh, zatem 8 ogniw? Raptem 24Ah… Nie wierzcie. Moja wersja ma 6 ogniwo. Deklarowana pojemność miała być 20Ah, podobno realna 16Ah. Zapłaciłem ponad 220 PLN (rzekomo na lepszych ogniwach). Bank przyszedł uszkodzony. Woziłem się z reklamacją przez ponad miesiąc, bo sprzedawca miał gadane, ale nie miał wiedzy na temat elektroniki i próbował mi wcisnąć różne bzdury. Dopiąłem jednak swego i bank został naprawiony. Działa do tej pory, choć pojemność nie jest taka, jaką deklarował sprzedawca. Ale trudno. Zdziwienie pojawiło się w tym roku, gdy zauważyłem, że nowy telefon nie chce się ładować z banku. O co chodzi? Bank wyłącza się po podłączeniu telefonu. Obstawiałem, że bank nie daje rady. Dopiero kilka dni temu odkryłem, że telefon ładuje się z banku, ale tylko za pośrednictwem przewodu producenta banku. Użytkownik „zekker” z forumrowerowe.org zasugerował, że być może potrzebne jest zwarcie linii danych w usb. Coś musi być na rzeczy, ale nie chce mi się dochodzić różnic pomiędzy przewodem producenta a innym.
Nie mniej jak nie do końca będę wieszał psy na tej konstrukcji. 8 ogniw nawet kiepskiej jakości powinno dać około 16Ah pojemności. Za 129 PLN – bo tyle wynosi jego cena na Allegro obecnie – to moim zdaniem nieźle. Jak ktoś ma smykałkę do dłubania w elektronice może sobie wymienić ogniwa na lepsze i wtedy będzie naprawdę ciekawie.

Niestety zanim odkryłem, że telefon jednak ładuje się z banku zamówiłem już Xaomi Mi Power Bank. Jest bank na 4 ogniwa o deklarowanej pojemności 10400mAh. Zbiera dość pochlebne opinie.

Cena 109 PLN. Oryginał. Trzeba jednak uważać, bo produkt jest tak popularny, ze powstały chińskie podróbki (chińskich produktów). Obudowa aluminiowa. Bank ładuje mój telefon zarówno za pośrednictwem dołączonego kabla jak i dowolnie innego przewodu. Chyba dobry nabytek. Bardzo dobre opinie na rynku zbiera także marka PQI. Dwa popularne i stosunkowo tanie banki.

Wersja 7800 mAh kosztuje około 90 PLN, a wersja 5200 mAh około 60 PLN. To całkiem uczciwa cena. Na rynku dostępne są także banki w cenach, które można określić mianem „chore”.

Powyższy bank solarny kosztuje około 700 PLN, z baterią 25Ah. Co mamy w zestawie? Standardowe wyjście usb oraz wyjście na „wtyk dc” z możliwością programowania napięcia od 9V do 24V. Pozwala to zasilać laptopy z użyciem odpowiedniego kabla dołączonego do zestawu. Jeżeli ktoś potrzebuje takiego rozwiązania to jest. Ale niech nie zwiedzie go bateria słoneczna. Panel ma moc jedynie 5W, zapewne mierzona w warunkach idealnych. Zatem pełne naładowanie banku energią ze słońca zajmie nam zapewne około dwóch dni – optymistycznie. Producent dołącza zasilacz.
Gdybym miał decydować się na takie rozwiązanie wolałbym rozwiązanie mniej przenośne, droższe, ale wzbudzające większe zaufanie.

GoalZero Sherpa 50 + panel słoneczny. Koszt 1500 PLN. Akumulator 5200mAh i według producenta panelem słonecznym można go naładować w 8-16 godzin. To już konkret. Oczywiście rozmiary i masa praktycznie dyskwalifikując coś takiego z użytku rowerowego. Ale gdy ktoś zakłada stałą bazę i robi krótkie wypady? Całkiem ok.
Z klasycznych rozwiązań najdroższym rozwiązaniem jaki znalazłem na szybko jest Calibre Ultra Go o pojemności 6000 mAh.

Jest ładny i mały, ale kosztuje ponad 450 PLN i nie ma innej funkcjonalności niż te które kosztują nieco ponad 100 PLN.

Rynek banków mocy jest tak szeroki, że każdy może znaleźć to, co mu odpowiada. Można nawet kupić bank z wymiennymi ogniwami i uzupełnić go tym, co się chce – albo tanimi chińczykami, albo markowymi ogniwami. Nie jest ich szczególnie dużo, ale są. Przykład. ENB na 3 ogniwa.

Oferta, którą znalazłem za 33$ opiewa na bank wraz z trzema ogniwami Panasonica NCR18650B (czyli dobra jakość). Dobra cena, bo wychodzi na to, że bank dostajemy niemal gratis. Na popularnym portalu aukcyjnym ceny ogniw zaczynają się od 30-paru PLN/sztuka.

Czy można jeszcze znaleźć coś ciekawego?

Jak zawsze zapraszam na