Питание радиоаппаратуры и электроники в полевых условиях: генераторы, аккумуляторы и солнечные панели

Генераторы на основе ДВС и особенности их эксплуатации

Для обеспечения работы стационарного или мощного трансивера (100–120 Вт) в полевых условиях компактные ДВС-генераторы показывают достаточную стабильность. На практике связка радиостанции и блока питания проверялась с бензогенератором Elitech BES-950 (габариты 300х300х300 мм, вес 18 кг, мощность 0,9 кВт). Общая масса комплекта связи составила 25 кг .

В ходе тестов выявились эксплуатационные нюансы:

• Генератор не справляется с нагрузкой от блока питания до тех пор, пока не прогреется до устойчивой работы без воздушной заслонки (подсоса).
• При переходе трансивера в режим передачи происходит кратковременная просадка напряжения на 2–4 секунды, после чего автоматический регулятор газа компенсирует падение. Напряжение на входе БП кратковременно падало до 190 В, однако блок питания сохранял работоспособность, стрелки амперметра и вольтметра оставались стабильными.
• В диапазоне Си-Би на слух помехи от генератора не фиксировались.

В качестве самоделок радиолюбители собирают генераторы на базе двигателей от бензопил (например, «Урал») с автомобильным генератором; вес установки с топливом составляет около 14 кг. Также рассматривается использование скутерных моторов или мотопомп, однако их магнето выдает переменный ток малой силы (порядка 12 В, 2–3 А), чего недостаточно для мощной аппаратуры (трансивер на 100 Вт при 12 В требует до 16 А тока). Автомобильный двигатель способен выдать генератором до 770 Вт (около 85 А постоянного тока), но его расход составляет порядка 1,5 л топлива в час против 500 г/ч у малокубатурного мотора при 3000 об/мин.

Переделка компьютерных ИБП в инверторы 12/220 В

Компьютерные источники бесперебойного питания (ИБП) нередко адаптируют в качестве автомобильных преобразователей 12/220 В:

1. Вскрывается корпус устройства.

2. Демонтируется штатный свинцовый аккумулятор емкостью 7 А·ч.

3. В корпусе сверлится отверстие для вывода питания.

4. Провода, шедшие к внутренней АКБ, наращиваются и выводятся наружу.

При такой переделке критически важно обеспечить силовые линии проводами максимального сечения и организовать активное охлаждение компонентов ИБП, поскольку они не рассчитаны на длительную непрерывную работу под нагрузкой. Ток холостого хода у подобных устройств варьируется от 0,3 до 1,5 А в зависимости от модели.

Сборка и балансировка батарей из элементов 18650

Для носимых радиостанций практичным решением является самостоятельная сборка аккумуляторов из ячеек Li-Ion формата 18650 (в том числе извлеченных из батарей ноутбуков)

. Банки с остаточным напряжением ниже 2,5 В отбраковываются как не подлежащие восстановлению.

Для аппаратуры с номиналом 12 В оптимальна конфигурация 3S (три последовательных группы):

• Схема 3S: номинальное напряжение $3{,}7 \times 3 = 11{,}1$ В. Полный заряд — $4{,}2 \times 3 = 12{,}6$ В; порог глубокого разряда — $3{,}5 \times 3 = 10{,}5$ В.
• Схема 4S выдает номинал 14,8 В и пик до 16,8 В. Попытка гасить излишек последовательными диодами под нагрузкой в 3 А показала сильную нестабильность (просадка с 15,5 В холостого хода до 12 В).

На практике была собрана батарея 3S6P (18 элементов по 2,1–2,2 А·ч) общей емкостью 13 А·ч и весом около 900 г

. Сборка способна выдерживать зарядные токи до 10 А и отдавать пиковый ток до 25 А. Для зарядки и контроля применяются универсальные зарядные устройства (например, iMAX B6) или платы BMS с функцией балансировки. Балансировка элементов с разбросом параметров требует длительного времени из-за малых токов встроенных балансиров (около 200 мА)

. Превышать предельное напряжение заряда Li-Ion (4,20 В или 4,35 В в зависимости от химии ячеек) категорически недопустимо.

Поведение аккумуляторов при отрицательных температурах

Различные электрохимические системы переносят холод по-разному:

• Li-Ion: Зарядка допускается строго при плюсовой температуре. Хранение допускается при температурах до -20 °C при уровне заряда около 50% (в таком случае после отогрева сохраняется до 80% емкости)

. Эксплуатация заряженного литий-иона на морозе (-15...-20 °C) приводит к быстрому падению напряжения (смартфоны и радиостанции могут отключаться за 1–2 часа).

• LiFePO4: Демонстрирует значительно более высокую морозостойкость. После суточного нахождения на морозе аккумуляторы отдают практически полную номинальную емкость.
• Ni-Cd: Отличаются крайней живучестью (военные элементы 2НКН-24 / 2НКП-20, стандартные аккумуляторы АА способны сохранять работоспособность после многолетнего хранения на неотапливаемых складах даже в полностью разряженном состоянии).

Солнечные панели и мускульные генераторы

Восполнение емкости свинцово-кислотных или емких литиевых батарей от альтернативных источников в поле сопряжено с жесткими физическими ограничениями:

• Солнечные батареи: Панель площадью 0,5 м² выдает ток около 1 А при полной инсоляции. Зимой в пасмурную погоду отдача падает до 0,15 А, в прояснения — до 0,5 А. Летом идентичная панель может отдавать до 3,65 А. Для заряда автомобильного аккумулятора емкостью 40 А·ч током 1 А потребуется не менее 40 часов чистого солнечного времени (около трех дней). Современные монокристаллические элементы (типа SunPower с КПД до 24%) вырабатывают ток даже при закатном свете (порядка 0,5 А при номинале 5,5 А), работая с холостым напряжением порядка 16 В.
• Мускульные генераторы: Армейские ручные генераторы способны выдавать ток около 2 А . Полный цикл зарядки емкой АКБ вручную физически труднореализуем (требует многочасового вращения). В исторической практике для длительного электропитания применялись педальные велогенераторы-тандемы на двух операторов, позволявшие получать постоянную мощность 150–200 Вт с учетом КПД генератора .

Аварийное подключение телефонов при выходе из строя АКБ

В случае выхода из строя штатного аккумулятора мобильного устройства подать питание от внешнего источника постоянного тока (например, DC-DC преобразователя, понижающего напряжение с 12 В до нужных 3,7–4,2 В) можно следующими способами:

• Подключением проводников с зажимами-«крокодилами» напрямую к терминалам батарейного отсека . Полярность определяется по маркировке на старом АКБ.
• Использованием контроллера штатной батареи: старый аккумулятор разбирается, неисправная «банка» отсекается от встроенной платы контроллера, а провода от внешнего стабилизированного источника подпаиваются напрямую к плате. Это обходит проблему третьего (тестового) контакта, из-за отсутствия которого телефон может отказываться включаться.
• В старых аппаратах без встроенного контроллера средний контакт в зависимости от бренда либо соединяется перемычкой с плюсовой клеммой (характерно для кнопочных телефонов Nokia), либо оставляется неподключенным.
• При разборке отсека следует контролировать концевые микропереключатели на корпусе телефона, блокирующие включение устройства при открытой задней крышке.