Almacenando energía de la Raspberry Pi 5 V y luego ampliándola hasta 12 V a 1A

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Recientemente participé en un desafío llamado 'Hydrogen Hack' donde tenemos una Raspberry Pi y tenemos que hacer algo controlado por eso. El problema es que tiene que ser alimentado por una celda de combustible de hidrógeno: cada celda de combustible tiene una salida de estilo USB de 5 voltios a 1 amperio. Esto es suficiente para ejecutar la Raspberry Pi (que hemos probado) y extraer 5 V del Pin GPIO de 5 V.

Sin embargo, el voltaje mínimo con el que nuestros motores pueden funcionar es de 8 V a 1 A, pero preferiblemente necesitamos 12 V 1.5 A, ya que cuanto más rápido giren los motores mejor y los Puentes H que estamos usando consumirán algo de potencia (obviamente).

Mis amigos y yo hemos tenido algunas ideas, pero todas parecen poco prácticas, necesitamos dibujar el 8 V 1A (o 12 V 1 A) durante unos 20 segundos, preferiblemente, pero esto podría reducirse a 15 segundos nuevamente. si es necesario.

Me preguntaba si alguno de ustedes podría tener alguna idea sobre cómo / si podemos hacer esto?

Detalles breves:

Entrada de Pi: 5 V 1 A

Pi GPIO 5 V Salida: 5 V 200 mA

Acumulación de energía: 8 V 1 A durante 15 s, pero preferiblemente 12 V 1 A durante 20 segundos

He buscado en Google y no puedo encontrar nada relevante para lo que necesitamos, ya que probablemente sea una tontería pensar que alguien habrá hecho esto y se molestó en documentarlo antes.

La pérdida de potencia en la L293D es aprox .: (1.4V + 1.2V) x 0.6A = 1.56W

El motor necesita preferentemente: 12v * 1A = = 12w

Potencia disponible: 1w

Entonces, primero necesito una forma de convertir el 1w a 13.56 y luego almacenarlo

Y, por cierto, no puede usar ninguna otra batería, pero no descartaron específicamente los condensadores.

    
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Esto es bastante sencillo.

Usted usa un convertidor elevador con una salida nominal de 12 voltios que también está limitada por la corriente a una corriente de entrada que se ajustará a su presupuesto de energía del USB. Digamos que su fuente de alimentación USB puede ahorrar 100 mA.

Ahora veamos el condensador de almacenamiento de energía. Debido a que desea que suministre aproximadamente 12 voltios durante 20 segundos, y la tensión del capacitor caerá bajo carga, ¿qué tan grande es el capacitor que necesita? Digamos, solo como punto de partida, que aceptará una caída de 2 voltios en 20 segundos, o 0.1 voltios / seg. Durante este tiempo, asuma que la corriente de carga es insignificante.

La ecuación pertinente relaciona capacitancia, corriente y voltaje por $$ \ frac {dV} {dt} = \ frac {i} {C} $$ En este caso particular, podemos hablar de las diferencias discretas de voltaje y tiempo en lugar que los valores instantáneos, entonces $$ \ frac {{\ Delta} V} {{\ Delta} t} = \ frac {i} {C} $$ o $$ C = \ frac {i {\ Delta} t} {{\ Delta} V} $$ Conectando sus valores, i = 1.5, delta V = 2, delta t = 20, obtenemos C = 15. Eso es 15 faradios, no microfaradios.

Ahora, en cuanto a la carga. Suponiendo una eficiencia del 100%, el cargador debe proporcionar la misma potencia de entrada que la salida. La potencia de entrada (voltaje actual de los tiempos) debe ser 5 veces 0,1 o 0,5 vatios. 12 voltios fuera significa que la corriente de salida debe ser (5/12) 0.1, o aproximadamente 40 mA. Como la corriente de salida es de 1.5 amperios, el tiempo de carga debe ser 1.5 / .04 o aproximadamente 37 veces más largo que el tiempo de descarga. En este caso, eso equivale a aproximadamente 12 1/2 minutos de tiempo de carga para cada activación del motor.

Puedes jugar juegos con esto, por supuesto. Si deja que el voltaje caiga de 12 a 8 voltios, la capacitancia puede ser la mitad de grande, por lo que el tiempo de carga se reducirá aproximadamente a la mitad.

    
respondido por el WhatRoughBeast

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