Reparar una batería de bicicleta

Veremos una solución económica para cambiar las baterías de una bicicleta eléctrica


En efecto ,progresivamente toda batería ,sea de la tecnologia que sea  termina perdiendo capacidad hasta el punto que llega el momento en que tenemos que desecharla porque no es eficiente ni practico contar con esta , sobre todo  si esta tiene que suministrar potencia a un medio de movilidad personal y  esta no cumpla con su cometido.

En este post vamos   a  ver que podemos hacer  con   una batería de nicd de 24V 8000maH  que ha perdido por completo su capacidad , y que necesitariamos por tanto repararla o  reemplazarla 

Veamos en primer lugar que tecnologías están disponibles   de baterías  para luego tras  analizar  como esta compuesta ,  sospesar  un remplazo o reparación de esta  teniendo siempre en cuenta   ventajas y desventajas del uso  de un tipo de batería u  otro

 

Baterías de Nicd

Las baterías de NiCd (níquel-cadmio ) son  batería recargables cuyo uso se extendió hace bastantes años en el el ámbito   doméstico e industrial , por ejemplo en los primeros  robots de limpieza, pero  que hoy han quedado prácticamente  en desuso

Este  tipo de batería  cada vez se usa menos primero a cambio de la tecnología de  de NiMH , debido a :

      • Alto coste  por célula
      • Efecto memoria
      • El alto precio del cadmio en su composición
      • El uso del Cd  representa un peligro para el medio ambiente
      • Densidad energética 50–150 W·h/L
      • Durabilidad (ciclos): 2000 ciclos

Sin embargo las baterías de Nicd  poseen algunas ventajas:

    • Sobre el NiMH, como por ejemplo los ciclos (1 ciclo = 1 carga y descarga) de carga, que oscilan entre los 1000 y 1500 ciclos (+ vida).
    • En condiciones estándar, dan un potencial de 1,25 V (tensión de trabajo nominal 1,2 V).
Resumiendo:
Voltaje de célula nominal: 1.2 V
Eficiencia carga/descarga: 70–90 %
Durabilidad (ciclos): 2000 ciclos
Densidad energética: 50–150 W·h/L
Potencia específica: 150 W/kg
Energía específica: 40–70 W·h/kg
Velocidad de autodescarga (%/mes): 10 %/mes

 

Baterías de NiMh

Las baterías de níquel-metal hidruro o de níquel-hidruro metálico (Ni-MH)  utilizan un ánodo de oxihidróxido de níquel (NiOOH), como en la batería de níquel cadmio, pero cuyo cátodo es de una aleación de hidruro metálico.

Cada pila de Ni-MH puede proporcionar un voltaje de 1,2 voltios y una capacidad entre 0,8 y 2,9 amperio-hora.

Esta tecnologia tiene varias ventajas:

      • Posee una mayor capacidad de carga (entre dos y tres veces más que la de una pila de NiCd del mismo tamaño y peso)
      • ​ Este tipo de baterías se encuentran menos afectadas por el llamado efecto memoria, en el que en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o una corriente elevada), imposibilitando el uso de toda su energía.
      • Su densidad de energía llega hasta los 100 Wh/kg, y los ciclos de carga de estas pilas oscilan entre las 500 y 2000 cargas.
      • Menor precio al no contener Cd
      • Mas respetuosas con el medio ambiente al no contener Cd

Estas baterías son superiores  a las de niCd pero aun adolecen de  una mayor tasa de autodescarga que las de NiCd (un 30% mensual frente a un 20%), lo cual relega a estas últimas a usos caracterizados por largos periodos entre consumos (como  mandos a distancia,  luces de emergencia, etc), mientras que son desplazadas por las de NiMH para consumos continuos.

Resumiendo: 

Eficiencia carga/descarga: 66%​
Voltaje de célula nominal: 1.2 V
Durabilidad (ciclos): 500–2000​ ciclos
Energía específica: 60–120 W·h/kg
Potencia específica: 250–1,000 W/kg
 

No obstante, en 2005 se desarrolló una variante de baja autodescarga (low self-discharge, LSD) para estas pbaterias : LSD-NiMH , las cuales presentan una tasa de autodescarga mucho menor, lo que permite almacenarlas durante largos períodos de tiempo sin dañar la batería por desuso y pudiendo utilizarse de forma inmediata cuando sea requerido.

 

Baterías de Ion litio

Las batería de iones de litio, también denominadas baterías Li-Ion emplean como electrolito una sal de litio que consigue los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.

Las propiedades de las baterías de Li-ion, :

      • Elevada densidad de energía debido a la ligereza de sus componentes,
      • Elevada capacidad energética
      •  Resistencia a la descarga,
      •  Poco efecto memoria ​
      •  Capacidad para funcionar con un elevado número de ciclos de regeneración,

Este tipo de tecnlogia    ha permitido diseñar acumuladores ligeros, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados a las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo como por ejemplo a la movilidad personal .

Sin embargo, su rápida degradación y sensibilidad a las elevadas temperaturas, que pueden resultar en su destrucción por inflamación o incluso explosión, requieren, en su configuración como producto de consumo, la inclusión de dispositivos adicionales de seguridad  así como comtroladores  de carga  específicos, resultando en un coste superior que ha limitado la extensión de su uso a otras aplicaciones.

 

Baterías  de Gel de Pb

La  baterías  de plomo, también denominadas batería de ácido-plomo son  un tipo de batería a húmeda muy común en vehículos  como batería de arranque, aunque también se utilizan como batería de tracción de vehículos eléctricos como por ejemplo carretillas ,  vehículos de transporte ,etc. Suelen proporcionar una tensión de 6 V, 12 V u otro múltiplo de 2, ya que la tensión que suministra cada celda es de 2 V pudiendo  suministrar unas intensidades de corriente relativamente grandes, aunque no obstante  adolecen de un peso mayor respecto a otros tipos de baterías ( y por lo tanto una densidad energética menor)

Aunque su utilización y forma más conocida es la batería de automóvil, este acumulador tiene muchas aplicaciones, como por ejemplo en energía solar.

La  evolución de las baterías de Pb  son las  baterías de gel , que se componen de un electrolito gelidificado (de ahí su nombre) con lo cual nunca puede haber ningún tipo de derrame si se volcase la batería por accidente, como si podría ocurrir con una batería de ácido-plomo convencional  (por tanto gracias a ello, se pueden colocar en cualquier posición y orientación). Al igual que las AGM, las baterías de gel vienen en un envase sellado que no requiere de mantenimiento ya que el gas de su interior se recombina evitándose la pérdida de agua.
 

Una batería de gel tiene una vida útil de 12 años, superior a los 8-9 años de las baterías AGM y mucho mayor que las clásicas baterías  monoblock, la cual es de 4-5 años,con lo cual una batería de gel es una buena inversión para aquellas personas que no quieren realizar un desembolso económico tan grande como para poner baterías estacionarias (opzs, topzs, ropzs, opzv…) 

 
Esta mayor vida útil se consigue gracias al grosor de sus placas y a la alta densidad de su material activo en forma de gel que permite obtener un mejor rendimiento que otras baterías pues al disponer de unas mejores placas y rejillas favorece una mejor resistencia a la corrosión y un funcionamiento óptimo con el paso de los años.

Las baterías en formato gel ofrecen   las siguientes  ventajas:

      • Permite un elevado número de ciclos de carga y descarga durante mucho tiempo
      • Permite descargas profundas hasta el 80% sin afectar a su vida útil.
      • Autodescarga muy baja, lo cual  supone una gran ventaja donde no haya un control diario de su funcionamiento.
      • Buena tolerancia a las altas y bajas temperaturas ya que gracias a la densidad de su electrolito, dispone de una buena resistencia a congelarse y soportará temperaturas mucho más bajas que baterías como las AGM, smonoblock o las estacionarias OPZS. 

 

Una vez conocidas las tecnologías disponibles, analizaremos una batería real de una bicicleta eléctrica con  batería agotada de tecnologia Nimh   para   ver que podemos hacer para volver a usar el dispositivo alimentada  por esta.

 

Desmontaje de una batería de bicicleta elctrica

Veamos  que se esconde tras una carcasa de  una batería convencional  de una vieja bicicleta City Mover

En primer lugar desmontaremos  la carcasa  cuidando de no cruzar  ni romper ningún hilo

Tras abrir la carcasa  toca  separar el bloque de baterías  del resto  de componentes 

Como vemos separando el bloque de baterías  solo hay dos conectores ( el de carga  y el salida hacia la bicicleta) , el panel de medida   y el interruptor  

Bien centrémonos  en el bloque de batería de 24v 800maH  de tecnologia NiMh

Una vez levantados los  aislantes que cubren las 20  células de Nimh, las cuales  están conectadas en serie  ,   configuración que nos da una salida  de  1.2×20=24v 

 

Es interesante  observar  la presencia de un fusible de protección en serie de 10Amp  de los usados en automoción

También en serie con el circuito  encontramos un controlador de temperatura del motor SENSATA YS11A95A-C7 7A 250V serie YS11

Por ultimo hay una pequeña NTC conectada entre masa  y un pin de salida hacia el cargador

¿ Tiene solución esta batería?  Pues  si tiene unos cuantos años   esta batería   y la medida  con un voltÍmetro de cada  celda  de forma individual no llega a los 0.8-0.9V a lo sumo ( recordemos debería ser de 1.2v) ,  tenemos que  pensar   que las celdas han acabado su vida útil  y necesitaran ser reemplazadas..,   pero por lo contaminante  del Cd  usado en su composición  y  el   alto precio que tenemos que pagar por ellas  creemos no es una opción a  considerar

Bien ¿que opciones podemos evaluar?

OPCION 1

Pues una opción es   una batería de Litio  de un voltaje  y capacidad similar .En concreto para el ejemplo que estamos viendo   las especificaciones de la batería elegida son las siguientes:

        • Tensión nominal: 24V
        • Voltaje de salida: 16.5-25.2 V
        • Capacidad de la batería: 10Ah
        • Dimensiones: 68x100x112mm
        • Peso total: 2kgr
        • Circuito interno de la protección
        • Peso de la batería: cerca de 1825g
        • Embalaje: PVC azul
        • Celdas de la batería dentro: Células grandes modelo 18650.
        • Ciclos de vida: Más de 1000 veces
        • Descarga de la batería :La corriente de pico máxima: 36A/Corriente máxima de funcionamiento: 18A

La mejora en cuanto a  dimensiones y peso suelen ser considerables , tal y como se puede ver en la siguiente imagen donde aparecen ambas baterías  , donde se aprecian prácticamente  que por una tercera parte doblamos la capacidad con una batería de Litio:

IMG_20170714_230525[1]

Con esta solución ,  ahorraremos mucho peso debido a la mayor densidad energética, pero a cambio la vida de la batería  no es  tan  alta como la solución 2  que vamos a ver   que  ademas es de un pecio significativamente menor

OPCION 2

El problema de las baterías  de litio de la opción 1 ,  es su  relativo alto  coste ( entre 100 €y 250€  según  donde se compre  )  y la  relativa baja durabilidad  de estas baterias.

Otra  opción mas económica es usar baterías de Gel  pues este tipo de batería es de  menor coste (unos 14.99€ cada bateria en su version de 7ah  que es la capacidad mas similar)    y ofrece un rendimiento alto con una durabilidad mucho mayor.

El electrolito de ácido sulfúrico se encuentra absorbido por los separadores y placas y  éstas a su vez inmovilizadas. Están diseñados utilizando la tecnología de recombinación de gas que elimina la necesidad para la adición regular de agua mediante el control de la evolución de hidrógeno y oxígeno durante la carga.

La batería está completamente sellada y hermética y por lo tanto es libre de mantenimiento, permitiendo ser utilizada en cualquier posición. En el caso que accidentalmente la batería sea sobrecargada produciendo hidrógeno y oxígeno, unas válvulas especiales unidireccionales permiten que los gases salgan al exterior evitando la sobrepresión en su interior.

Resumiendo estas  son las características principales de esta bateria

      •  Tecnología AGM para una eficiente recombinación de los gases, hasta el 99% y libres de mantenimiento o de añadir agua
      •  Sin restricciones para el transporte aéreo, cumplimiento con la IATA/ICAO provisión especial A67
      •  Puede ser montado en cualquier posición
      •  Plomo diseñado por ordenador con rejilla de aleación de calcio-estaño para una alta densidad de energía
      • Larga vida de servicio, tanto en aplicaciones en flotación como cíclicas
      • Libres de mantenimiento
      •  Baja auto-descarga

Bien ,si elegimos esta opción de dos baterias en serie  de gel de 12v 7aH     por  unos 30€  el conjunto podemos  sustituir la vieja batería de NiCd  , teniendo ademas la posibilidad de mejorar la capacidad   y por tanto la autonomía del vehículo  por ejemplo usando de 12v de  gel  pero 10Ah o de 12H

 

En realidad el montaje no puede ser mas sencillo :

1-Uniremos  las dos baterías por uno de los costados  para lo cual simplemente podemos  usar cinta de doble cara  de buena calidad (  o pegarlo con un adhesivo)

2-Colocaremos dos baterias en serie  de gel de 12v 7aH      de   modo que  las  conexiones  de ambas  baterías  queden  a un mismo lado 

3-Conectaremos  en serie ambas baterías (es decir el polo + de una batería  con el negativo  de la otra  con  un cable  en el que interconectaremos un portafusible).

3-Es importante no olvidar el fusible en serie con el circuito pues esto nos evitara problemas  posteriores.

4-Finalmente conectaremos  en el polo +  de una batería   y el polo negativo a un conector  macho por ejemplo (reciclado de un alimentador de un viejo router de ADSL). Mucho cuidado de no confundir el polo positivo   y el polo negativo  a la hora de  soldar los hilos al conector.

5-Conectaremos un conector  hembra en la bicicleta  ( por ejemplo reciclando el conector  externo de un viejo router de ADSL). Mucho cuidado de no confundir el polo positivo   y el polo negativo  a la hora de  soldar los hilos al conector.

6-Colocaremos  las baterías  en el hueco de la bicicleta . enchufaremos ambos conectores y  !a probar la bicicleta!

 

 

 

Cómo construir un banco de energía con supercondensadores.

Para ensamblar supercondensadores de forma segura veremos cómo conectar supercondensadores en serie y en paralelo para hacer un banco de energía de forma segura con placas para proteger los supercondensador es de daños por sobretensión.


Recientemente se ha introducido en el mercado los “supercondensadores” o lo que es lo mismo condensadores de gran capacidad pero que mantienen prácticamente el mismo factor de forma que los condensadores electrolíticos que estamos acostumbrados a usar en electronica . 

Un aspecto muy diferenciador  de esta nueva tecnología  es que gracias a esta se puede  almacenar energía sin reacciones químicas , lo cual permite que los súpercondensadores se carguen y descarguen mucho más rápido que las baterías y debido a ello  no sufren el desgaste causado por las reacciones químicas, también durando mucho más tiempo (como sabemos a diferencia de los condensadores ordinarios, las baterías almacenan energía en una reacción química, y debido a esto, los iones se insertan realmente en la estructura atómica de un electrodo : a diferencia de un condensador, los iones simplemente “se adhieren”.)

Normalmente si  descargamos nuestra batería del coche a menudo e intentamos arrancar nuestro coche una vez más ,esto  causará más daño a la batería del coche y eventualmente  no cargará de nuevo , hasta que llegue un tiempo rodando otra vez. Sin embargo esto no es cierto para los super-condensadores: por ejemplo un condensador tradicional del tamaño de una batería de célula 18650  , tiene una capacidad de aproximadamente 20 microfaradios, pero si tomamos un supercondensador  de tamaño similar, este  puede llegar a tener una capacidad de 300 Farads lo que  significa que para la misma tensión, el supercondensador  podría en teoría almacenar hasta 15 millones de veces más energía.

 A pesar  del gran avance ,sin embargo no todo son ventajas en los condensadores pues un condensador típico de 20 microfaradios sería capaz de manejar hasta 300 voltios, mientras que un ultracondensador solo puede llegar  a soportar  2,7 voltios, lo cual significa que  si se usa un voltaje más alto, el electrolito dentro del supercondensador comienza a descomponerse  y podría por tanto llegar a destruirse: por este motivo en realidad un super-condensador tiene la capacidad de almacenar alrededor de 1.500 veces la energía de un condensador de tamaño similar.

Por todo esto los supercondensadores  aunque  el campo de aplicación es muy grande : alimentación de emergencia ideal para CMOS, RAM, VCR, radio, televisión, teléfono, instrumentos inteligentes, datos de conducción, tres ICs, relojes electrónicos, linternas LED, dispositivos inteligentes, motores de juguetes, pantalla DC, USV industrial, válvula magnética, IC, reflectores LED, etc.    deberíamos  tenemos  tener en cuenta algunas consideraciones ya comentadas antes de proceder a  usarlos.

Preparación de un supercondensador

Como hemos ya comentado los supercondensadores deben  ser cargados SIEMPRE con circuitos de carga balanceadas pues sin estos corremos el riesgo de destruirlos .No obstante si piensa que son complejos no es así puesto que  estos, circuitos son asequibles de bajo costo  , sencillos ( en realidad hablamos de  un simple circuito de conmutación que no deja pasar la tensión de carga al condensador por encima del umbral )  y  son  muy fáciles de instalar pues van encima de cada condensador ya que están diseñadas con la misma forma para colocar estos justo encima y dar continuidad eléctrica ( y carga ) al conjunto

Por ejemplo si conectamos 5 supercondensadores en serie a 12v  el  voltaje no se dividirá por igual entre los diferentes terminales de los condensadores (2.2V),lo cual ya no está dando una pista de sus limitaciones especialmente a la hora de cargarlos puesto que en caso de asociación serie ,  hasta que cada supercondensador esté completamente cargado,  el voltaje en los extremos de cada condensador subirá y bajará casi como en vumetro de leds precisamente :es precisamente esta la razón  por la que  debemos usar un circuito de protección que proteja los condensadores labor que realizan las placas balanceadoras las cuales mantiene el voltaje entre los condensadores entre 2.7V o menos , es decir los mantiene en  la zona segura de funcionamiento segura cortando la tensión de carga cuando se supera ese valor protegiendo así de este modo al supercondensador

Estas placas por tanto nos descargan de un  trabajo tedioso  pues para cargar un simple condensador de 2.7V 500F   con 2.4 v de forma segura sin usar una placa balanceadora deberíamos conectar un voltímetro y un amperímetro simultáneamente durante unos 30 minutos para llegar casi a los 2V con una intensidad de unos 0.19Amp controlando en cada  momento que no se supere  el umbral . Una vez cargado aunque baje la tensión estos se comportan manteniendo la corriente casi invariable

 

Vamos a ver como calcular la capacidad  resultante de la asociación mas tipica de 5 supercondensadores  

  • En el caso de dos condensadores serie sabemos que esta es la capacidad resultante  es  1/c= 1/c1+ 1/c2

Por tanto la capacidad resultante será : 1/Cfinal= 1/500+ 1/500  =>  Cfinal =250F  

Asimismo  las tensión final es el sumatorio de las parciales:V=V1+v2

Es decir  V= 2.7 +2.7 =5.4V                                                                                                                                                                                                                          

  • En el caso de  tres  condensadores serie sabemos que esta es la capacidad resultante  es

      1/c=1/c1+1/c2+1/c3    lo que da  Cfinal=  166.67F

        Asimismo  las tensión final es el sumatorio de las parciales:    3x 2.7V 500F =8.1v                                                                                                                                                                                                                                                                                      

  • En el caso de cuatro condensadores serie  1/c=1/c1+1/c2+1/c3 +1/c4

Por tanto la capacidad resultante será Cfinal=125F

Asimismo  las tensión final es el sumatorio de las parciales:4 x 2.7V 500F =10.8V                                                                                                                                                                                         

  • Finalmente en el caso de cinco condensadores serie 1/c=1/c1+1/c2+1/c3 +1/c4+1/c5

Por tanto la capacidad resultante será Cfinal=100F

Asimismo  las tensión final es el sumatorio de las parciales  5* 2.7V 500F =13.5V , que es justo el valor que queremos llegar        

 

 

 

 

 

Calculo final

En el calculo anterior de  5 supercondensadores serie  obtuvimos  una tensión útil de 13.5V d3l conjunto   pero con una capacidad final  muy mermada de 100F  así que para aumentarla  si tomamos dos agrupaciones de 5  condensadores en serie  en  paralelo la  capacidad aumentará manteniéndose la tensión final;

 

 

La  capacidad  de este conjunto  aumenta justo el doble tal y como nos dicen los cálculos

          1/cfinal= 1/c1+1/c2+1/c3 +1/c4+1/c5 + 1/c6+1/c7+1/c8 +1/c9+1/c10  =>

         1/cfinal= 1/500+1/500+1/500 +1/500+1/500 + 1/500+1/500+1/500 +1/500+1/500 =>

          cfinal=200F  

Asimismo  las tensión final es el sumatorio de las parciales de una agrupación al estar ambas en paralelo

Es decir  V= 10 x 2.7V = 13.5V

En resumen    tenemos  con ambas agrupaciones  un supercondensador equivalente   de 3.5V 200F

 

Como C=As/V ( AS=Amperios por segundo) , entonces AS=C+V,

 AS= 200F x 13.5V =2700 Amp/seg   

Vemos   que para nuestra agrupación  serie y paralelo de 10 supercondensadores  obtenemos pues  una capacidad en AS  de 2700 Amp/seg

 

Por otro lado como la capacidad de un acumlador normalmente se mide en  unidades  de tiempo (AH= Amperios hora)  como AH =AS/3600s

C (en Amphora) =2700 (enAmp/seg)   /3600= 0.75Ah

Vemos   que para nuestra agrupación de 10 supercondensadores  una capacidad en AH de 0.75AH  que sería la capacidad de esta agrupación , lo cual  nos hace ver en números  que con estas agrupaciones siguiendo estas fórmulas ya comentadas  necesitamos bastantes elementos (  por ejemplo  para obtener un powerbank de 15AH necesitaríamos  unos 200 supercondensadores de 2.7V 500nf)

Una vez hecho los cálculos  llega el momento de construir el  banco de supercondensadores , para  lo cual lo primero es soldar los condensadores a las placas de  protección respetando escrupulosamente la  polaridad  .

Ya montados los módulos de condensador con las placas toca interconectar estos   para obtener  los 0.75AH    . Debemos   tener en cuenta ,dada la corriente que debe pasar por estos cables  que deberemos hacer   la interconexión   con cables  de cobre   de cierto espesor . En este sentido como un cable de 1.1mm soporta  unos 99 Amp en alterna  lo ideal es usar varios cable juntos para que no haya problemas   de calentamiento de estos

Este es el resultado final del montaje

 

 

Medición  de corriente  y tensión de carga

La mejor manera de monitorear la carga de  un acumulador o una  la agrupación de supercondensadores es usar  un medidor multifuncional de panel , pero !atención !  , porque este debe ser especial  para  corriente continua, lo cual será claramente evidente cuando  sea necesario un shut  que deberemos conectar en serie con la carga  (en nuestro caso el banco de supercondensadores)

Normalmente en estos medidores  el shunt se conecta  en  el polo negativo en serie con la carga   en el que precisamente  en ambos extremos  conectaremos  los hilos de medición  siguiendo el esquema siguiente 

Este tipo de multímetros  DC 4 en 1  suelen tener  una precisión de medición de grado 1.0, combinando  la medición de voltaje, corriente, potencia y energía en un combo, súper compacto y liviano que puede ser portátil y fácil de usar.   También  suelen  tener una  función de alarma mostrando el voltaje parpadeando  la luz de fondo  simultáneamente si el voltaje va más allá del umbral de alarma   que se puede establecer si es necesario( el rango va desde   6 a los 90v ).

Además estos instrumentos almacenan automáticamente los datos de  la última prueba de modo que  cuando se  apagan  el valor energético se puede restablecer por una pulsación corta el botón de función en segundos.

En  concreto este medidor, puede medir voltios, amperios, vatios y energía individualmente contando con un shunt de 100 A / 75 mV, adecuada para mediciones de gran alcance . Cuenta  con una pantalla Digital Súper Grande de  51x30mm de  LCD azul para mostrar la tensión, corriente, potencia y la energía.  Con este medidor, puede medir voltaje 6.5V – 100V DC, amperios 0.0A – 100A y vatios 0.0w – 10Kw.

 

 

Si tiene dudas sobre su uso en este video podemos ver el medidor   en funcionamiento  usando precisamente  est  para monitorizar la carga de nuestro conjunto de 10 supercondensadores

 

Conclusión 

Realmente ya hemos visto como montar  los supercondensadores  para fabricar  un banco de energía de supercondensadores  para uso doméstico utilizando  placas de protección  para ensamblar los condensadores   de 2.7V 500F  montados en una combinación mixta de serie y en paralelo de forma segura.

El valor total de la capacidad de los  10 supercaps resultante de es  de 13.5V ,como hemos calculado es de 200F  que traducido a Ampx hora es de  0.75AH .siendo e tiempo de carga promedio para este paquete de unos 8 minutos  utilizando un  cargador lento  comercial  tradicional  de  batería del automóvil.

No nos cansaremos de repetir que las placas de carga son imprescindibles  porque  protegen los condensadores de daños por sobretensión.

 

Finalmente  en este video podemos ver el montaje de este conjunto   y su utilización practica

 

 

 

Reproductor multimedia para coche con interfaz táctil

El sistema utiliza un dongle 3G para Internet que permite el límite de velocidad, el tiempo y la recuperación de datos de mapas. Además de proporcionar un punto de acceso WiFi para su uso por otros dispositivos dentro del coche.


Cada  vez son más los aficionados  que se deciden a poner su inventiva  e ingenio en pro de un problema   concreto  y le buscan  una solución  que comparten con  todo el mundo.

En la preparación para ir en un viaje extendido por carretera se pueden tener dos requisitos principales:

  • Una gran oferta de música para el viaje
  • Una lectura de velocidad en vivo respaldada por GPS para que pueda determinar de forma fiable la velocidad de los coches debido a los neumáticos más grandes que ponen el velocímetro del tablero en alrededor de un 10%.

Este  proyecto  inicialmente se basó en  una Raspberry Pi 2 (ahora actualizado a la Raspberry Pi 3 ) basado en el ordenador de coche que ejecuta Raspbian

 

En esta ocasión la necesidad era (  y es)   complementar el sistema multimedia de un coche  de unos ciertos años   con un interfaz táctil de gran pantalla    y de  paso que puede ofrecer  más información util para el conductor  , tarea  que ha implementado  con una Raspberry Pi 3, construyendo   un ordenador de coche basado en Raspberry Pi  con almacenamiento de 1 TB  que  proporciona música, un punto de acceso WiFi en  el coche y muestra la información de velocidad actual  además la ubicación respaldada por un receptor de  GPS  

El proyecto se  llama Nomadic Pi   y se basa en el API de mapas Here.com utilizandose  para recuperar el límite de velocidad y la información meteorológica. En cuanto al hw su creador  en lugar de dictar una configuración exacta de hardware nos enseña  el hw  que ha usado :

  • Raspberry Pi 3
  • Tarjeta SanDisc 32GB Clase 10 SD
  • Pantalla oficial De 7 pulgadas Raspberry Pi Touch
  • Concentrador USB de 4 puertos alimentado
  • Sombrero GPS Adafruit Ultimate
  • SMA hembra a RP-SMA convertidor adaptador hembra (utilizado para conectar el sombrero GPS a una antena GPS externa)
  • Rp-SMA a uFL/u.FL/IPX/IPEX RF Adapter Cable (utilizado para conectar el sombrero GPS a una antena GPS externa)
  • Antena GPS – Antena Activa Externa – Cable de 3-5V 28dB 5 Metros
  • Unidad portátil Samsung de 1 TB de 2,5 pulgadas
  • Cable USB a SATA
  • ZTE MF832 4G dongle
  • Convertidor de voltaje de 12v a 5v 3A
  •  Tiras de metal y soportes angulares de la ferretería
  • Pintura en aerosol negra
  • Pernos de cabeza Phillips pequeños con tuercas hexagonales

 

Hardware 

Después de disponer de r todo el hardware para construir el ordenador de su coche es un reto ponerlo todo junto en un formato que no se dañará en un coche en movimiento. La pantalla táctil oficial de Raspberry Pi tiene agujeros perforados en la parte posterior de la carcasa de la pantalla. Así que hacen un gran punto de partida para mantener todo unido.  Los que están cerca del centro permiten que la Raspberry Pi acabe con la pantalla en sí. A continuación, hay agujeros roscados más cerca de las esquinas que decidí adjuntar un marco de tipo y construir hacia atrás.

Sólo un  consejo : si decide seguir el mismo camino y atornillar su marco en la parte posterior de la pantalla. ¡Apriete los tornillos muy suavemente! Si aprieta demasiado la pantalla comenzará a empujar hacia fuera el lado opuesto. Así que sólo vaya muy despacio y tenga cuidado!

Luego en lugar para montar la carcasa sólo tiene que decidir lo que va a decidir lo que va a utilizar para albergarlo. En cualquier ferretería encontrara algunas tiras metálicas delgadas y soportes angulares con agujeros pretaladrados. Así que  puede  crear un marco utilizándolos, ya que se pueden atornillar fácilmente juntos. Este enfoque es barato, robusto y proporciona una gran cantidad de puntos de montaje prácticos para sostener periféricos (hub USB, dongles externos, etc.) en su lugar.

Las carcasas Double Din disponibles en el mercado están disponibles para montar dispositivos en el tablero. Pero es probablemente más fácil construir el marco alrededor de la raspeberry Pi y luego atornillar el marco a la carcasa para mantener las cosas en su lugar.

Alimentación

Además de albergar la Raspberry Pi  tenemos que suministrar  energía a todo el hw   para lo cual tomaremos  la potencia de 12 voltios DC del sistema eléctrico de su coche y reduciremos el voltaje. dado que la Rasbberry PI se alimenta a 5V DCm requeriremos una fuente de alimentación de 5 voltios.

Afortunadamente, los convertidores de voltaje CC de 12 a 5 voltios se pueden encontrar fácilmente en muchos Amazon :solo necesita prestarle atención a la clasificación de amperaje  suministrado pues  necesitará un convertidor  DC/DC que pueda entregar 3 amperios o más.

Regulador convertidor CPT-UL-1 DC/DC 12 V a 5 V 3 A 15 W de potencia de pantalla LED para coche

Un convertidor de voltaje de 3 amperios dará un consumo de potencia máximo de 15 vatios ( 5v x 3 amperios á 15vatios). Para la configuración de hardware apuntada se estima  un consumo máximo de energía de 10,44 vatios, lo cual  da una  potencia  adicional de 4 vatios disponibles, pero si usted planea conectar una gran cantidad de dispositivos hambrientos de energía fuera del Pi sólo tenga en cuenta que la energía necesaria podría convertirse en un problema.

 

 GPS

La antena GPS externa no es un requisito, ya que la mayoría de los dispositivos GPS (sombreros o memorias USB) tendrán una antena pasiva incorporada. Una cosa a tener en cuenta es la ubicación de instalación prevista del ordenador en el coche, sin embargo. Si el Pi va a ser montado en el salpicadero  el dispositivo GPS estará rodeado en todos los lados por el acero que va a obstaculizar su ordenador conseguir una fijación GPS  por lo que lo mas sensato es usar una  antena GPS externa (tenga en cuenta que el uso de una antena GPS activa aumentará ligeramente el consumo de energía general del sistema ) .

 

Este es finalmente el aspecto que presenta el montaje  completo en el salpicadero

 

 

 

Software

 

El  autor de este proyecto nos proporciona una imagen de Raspbian preparada con todo el sw ya instalado que ha llamado Nomad  Pi  y que  ha subido a Google Drive para su descarga. en este link: Nómada Pi v1.1   ( son unos 2.3GB)

Una vez completada la descarga,descomprima el archivo de imagen y escriba en la tarjeta SD con el comando dd o pruebe Win32 Image writer si está utilizando un sistema Windows.

El objetivo principal de esta versión  11  era permitir el uso del sistema fuera de las restricciones de la interfaz principal de Nomadic Pi.

Algunos de los cambios más importantes en la versión v1.1 incluyen:

  • La capacidad de salir del modo de pantalla completa del navegador. Esto hace uso de la funcionalidad experimental táctil “salir de pantalla completa” en Chromium 61.
  • Permitir el uso para acceder a otras aplicaciones en el sistema o navegar por Internet en el Pi nómada como un ordenador de sobremesa estándar.
  • La adición de software de navegación GPS Navit para proporcionar funcionalidad de navegación giro a giro.
  • La posibilidad de entrar en el modo de “pantalla completa” en el navegador a través de la pantalla táctil cuando se desee utilizando un elemento de menú en el menú de la aplicación Nómada Pi.

La interfaz en sí está construida con el marco Ionic basado en AngularJS y se ejecuta dentro del navegador Chromium en modo quiosco.

 

 

Sw navegación

El ordenador del coche Nomadic Pi hace uso de algunas fuentes de datos externas para enriquecer la experiencia en carretera.Estos son:

  • Here.com – Información de límite de velocidad específica de ubicación y datos meteorológicos
  • LocationIQ – Información de direcciones legibles de los datos de latitud y longitud

 Estos servicios como puede intuir  requieren que el Pi nómada tenga una conexión a Internet activa, razón por la que precisamente en este montaje  se usa un dongle ZTE MF832  , aunque   en realidad   podría conectarse a un red MIFI  por ejemplo compartiendo la conectividad de nuestro smartphone

Para obtener claves de API necesarias, vaya al portal para desarrolladores here.com y regístrese para recibir una clave de API y un identificador de aplicación. La cuenta es gratuita y el acceso a sus servicios de datos es gratuito para menos de 15000 solicitudes al mes (que permite una solicitud cada 2,9 minutos).

Una vez que lo haya hecho, here.com id de aplicación y clave de API. Edite la configuración de la aplicación Nomadic Pi. Esto se puede encontrar en:

  • /home/pi/Software/car-computer/config/config.ini

Introduzca sus datos en la sección etiquetada [here-api]. Guarde los cambios y, a continuación, reinicie el Pi nómada para que los cambios surtan efecto.

Para usar el servicio de geocodificación inversa locationIQ, primero registre una cuenta para recibir un token de desarrollador. El token permite hasta 10.000 llamadas a la API al día de forma gratuita.

Después de recibir el token de desarrollador. Añádalo a la configuración de la aplicación Nomadic Pi bajo el encabezado [location-iq].

 

Cómo conectarnos  a  Noma pi

Si se usa un dongle  4g podemos compartir la conexión  vía Wifi. Para ello ,el acceso WIFI ,lo  conseguiremos una vez que el sistema haya terminado de arrancar. La forma más fácil de configurar el sistema es conectarse a través del punto de acceso WIFI.

SSID: Nomadic-PI
WPA Contraseña: pinomadica

Para cambiar la configuración de WIFI desde el valor predeterminado. Inicie sesión en Pi sobre SSH elevar a privilegios raíz. A continuación, edite el archivo de configuración hostapd.conf en el directorio /etc/hostapd.

En cuanto al acceso SSH, una vez conectado al ordenador del coche a través de WIFI,p uede iniciar sesión en Nomadic Pi en 192.168.2.1 con las siguientes credenciales:

Nombre de usuario: pi
Contraseña: pinomadico

Después de iniciar sesión como usuario pi, puede usar sudo para elevar a privilegios raíz.

SSH terminal session on the Nomadic Pi car computer

En este momento si su ordenador de coche tiene una conexión a Internet a través de Ethernet o un dongle 4G. Sería una buena idea actualizar los paquetes instalados en el sistema a la última y mejor:

apt-get actualización
apt-get actualización

Adición de música

De forma predeterminada, MPD está configurado para buscar música en /media/usbstick. Si desea que la música se reviva en otro lugar del sistema de archivos, tendrá que cambiar el directorio de música en los archivos de configuración MPD.

Lo más probable es que almacene la música en un dispositivo de almacenamiento separado que la tarjeta SD que contiene el sistema operativo. Si este es el caso, necesitará agregar una línea a su archivo /etc/fstab. Así que el dispositivo está montado en el arranque del sistema y el demonio MPD puede ver su colección de música.

Al igual que los propios archivos de música, las listas de reproducción se almacenan en los archivos /var/lib/mpd/playlists como archivos .m3u. La configuración MPD tendrá que cambiar si desea almacenarlos en una ubicación diferente.

 

 

Conclusión

Estamos  ante un interesante  proyecto que hace   una vez más uso  de la Raspberry Pi  como hw  casi único para toda la funcionalidad demandada. Los archivos multimedia se almacenan en un disco duro de 2,5 pulgadas y 1 TB con el demonio MPD que controla la reproducción de música. El dispositivo GPS permite una lectura en vivo de la velocidad y la ubicación actuales de los coches. Incluso en la página de inicio tendremos  advertencias de velocidad al exceder el límite de velocidad.

Quizás  se podría poner una única  pega  en cuanto a funcionalidad  pues  el autor se ha limitado al entretenimiento  o  al velocímetro  descuidando   otros aspectos que definitivamente  se pueden obtener en  una Raspberry PI  ( por ejemplo añadiendo sensores de aparcamiento, cámaras frontal  y trasera con reconocimiento de imágenes ,procesamiento de alarmas  con el GPIO , etc  )  que seguro la distanciarian de  una tableta corriendo Google Play Auto ( que es básicamente la funcionalidad actual)

 

Current music play queue.

 

 

El proyecto ahora tiene su propio sitio en https://www.nomadicpi.com donde se puede encontrar información sobre la construcción de su propio Pi nómada. Junto con una imagen preconstruida para descargar para su Raspberry Pi 3

La interfaz de usuario del proyecto todavía está en desarrollo activo con nuevas características que se agregan de forma regular. Con la base de código disponible libremente en github para su descarga bajo una licencia GPL V3.