USB2BYK
Régulateur
– chargeur USB
pour alternateur (« dynamo ») de
vélo
Modèle déposé par EURECART (SIREN 539 582 940)
Infos email : eurecart@free.fr
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Installé sur le
vélo, USB2BYK assure :
- la charge de
tout appareil USB (GPS, smartphone / iPhone, player MP3,…)
- un éclairage
permanent et efficace même à l’arrêt ou à vitesse réduite
- la charge d’une
batterie 6V (ou 5 accus 1,2V) avec protection en fin de charge
- le couplage de
plusieurs dynamos si beaucoup de puissance est nécessaire
- la protection
des accessoires en écrêtant les surtensions (dynamo de moyeu…)
S’adapte à toute
source de courant (alternatif ou continu) délivrant jusqu’à 12W (2A
maxi) :
« dynamo »
tangentielle, de moyeu, sous base, manuelle, panneau solaire,…
USB2BYK PRATIQUE
USB2BYK,
c’est l’esprit du vélo et de la mobilité.
Ce qui en fait sa force n’est pas tant sa complexité que son ingéniosité. Il
est conçu pour le cycliste, adapté au vélo : efficace, pratique, discret,
ultra léger, sans réglages, peu onéreux.
USB2BYK
procure une alimentation USB (5V
régulé, 500mA) destinée aux appareils ultra-mobiles se trouvant dans notre
musette : smartphone,
iPhone, player MP3 … l’accès sans réserve sur le vélo
au GPS, Internet, photo, musique, téléphone… Pratique non ?
USB2BYK
est un chargeur de batterie 6V.
Celle-ci permet d’accumuler l’électricité lorsque non consommée sur le vélo et
de la restituer lorsque la consommation dépasse la production instantanée de
l’alternateur. Conjointement à la batterie, USB2BYK permet le raccordement et
la commutation du circuit d’éclairage, et ainsi un éclairage efficace même à l’arrêt ou à vitesse réduite,
simultanément à la charge USB. Un élément de sécurité non négligeable !
USB2BYK
est un chargeur d’accus 1,2V, dès
lors que la batterie en question sera constituée de 5 éléments en série.
L’autonomie va ainsi au-delà des instants de pédalage, en utilisant ces accus
sous la tente, dans la lampe de poche, le rasoir, le réveil, les jouets, les
éclairages accessoires…
USB2BYK
peut aussi bien se fixer sur le vélo,
qu’être emmené dans la sacoche avec le téléphone. Il suffit de le raccorder
à la dynamo, ou encore à un panneau solaire.
USB2BYK TECHNIQUE
USB2BYK
est conçu dans un souci d’optimisation
du rendement électrique : pas de voyants superflus toujours trop
gourmands, dimensionnement rigoureux des composants électroniques.
USB2BYK
permet de réguler l’électricité
délivrée par un générateur de courant, alternatif ou continu (alternateur,
panneau solaire). On peut ainsi inter-changer les éléments constitutifs du
circuit sans les apparier (alternateur, ampoules, GPS…). On peut utiliser,
voire coupler pour augmenter la puissance, des générateurs de différentes
puissances (par exemple une dynamo tangentielle et une dynamo de moyeu), sans
modifier les accessoires déjà installés, et vice-versa.
USB2BYK
permet de protéger le circuit et les
accessoires des surtensions. Si une ampoule vient à mourir, l’autre ne sera
pas détruite par la surtension qui en résulterait sans régulateur. Ceci assure
aussi la protection de fin de charge de la batterie, si raccordée.
Une
protection supplémentaire en tension et en courant du circuit USB est assurée
par un régulateur spécifique, conforme à
la spécification USB, compatible avec la spécification Apple, permettant de
charger tous les périphériques USB (dont iPhone 4…).
Description
-
une
patte avec trou oblong pour fixation sur le vélo. Sa partie arrière est
métallisée pour réaliser la mise à la masse du régulateur (0V au châssis du vélo,
voir schéma 1). La partie avant est isolante et peut permettre d’isoler
l’alternateur du cadre
-
un
fils double pour raccorder le régulateur à l’alternateur (pas de polarité)
-
un
connecteur poussoir « +Batt 6V » pour
raccorder le +6V d’une batterie (le « - » batterie étant raccordé à la masse du
régulateur)
-
un
connecteur poussoir « Light » pour raccorder l’éclairage avant /
arrière
-
un
commutateur à glissière pour allumer / éteindre l’éclairage (connecteur
« Light »).
-
un
connecteur femelle USB type A pour raccorder et alimenter tout appareil USB
Caractéristiques techniques
Dimensions
(mm) : longueur 60 x largeur 30 x hauteur 20
Masse :
24g (sans câble)
Câble :
1m en standard (masse 12g)
Circuit principal : alimente une batterie,
l’éclairage, le régulateur USB
-
redressage
et lissage du courant de l’alternateur avec un rendement > 96%
-
protection
des surtensions / fin de charge (7,2V / 5W)
-
puissance
maximale en entrée : 12W (2A maxi)
-
protection
(sur le porte-accus) des surintensités par fusible thermique 2A auto-reinitialisable
-
courant
de fuite si batterie connectée : < 1,5mA
Circuit USB :
-
connecteur
femelle type A (comme sur les ordinateurs)
-
tension
régulée à 5V +/- 0,15V
-
ondulation
maximale 50mV
-
limitation
du courant maximal à 500mA (standard USB)
-
chute
de tension minimale par rapport au circuit principal (Ucp) :
0,5V
o Si
Ucp > 5,5V, Uusb = 5V
o Si
3V < Ucp < 5,5V, Uusb
= Ucp – 0,5V
o Si
Ucp < 3V, Uusb = 0V
-
rendement :
de 70% si Ucp = 7,2V à 90% si Ucp = 5,5V
-
compatible
avec la spécification Apple (chargeur iPhone 4…)
Etanchéité
Le
boitier est étanche, mais des intrusions d’eau sont possibles si les
connecteurs sont soumis à des projections directes. Il est donc préconisé de
protéger le coté connectique de telles projections. On peut pour cela installer
USB2BYK sous la selle, ou tout simplement connectique orientée vers le bas.
Une
intrusion d’eau n’aurait pas de conséquence car la carte électronique est
protégée par tropicalisation.
Schémas d’installation (exemples)
Cliquer ici pour voir des exemples
d’installations (photos)
Chacun
pourra installer le régulateur suivant ses besoins personnels.
-
Le schéma 0 montre une installation quasi instantanée :
on raccorde USB2BYK à la dynamo, le GPS ou Smartphone à la prise USB. Et roulez
petit bolides !
-
Le schéma 1 permet de réaliser une installation « fixe ». Par
analogie avec une voiture où vous avez une batterie 12V et un allume cigare,
vous aurez une batterie 6V et une prise USB.
-
Le schéma 2 permet un usage nomade. Vous pouvez emporter l’ensemble pour bénéficier des
accus et chargeur USB ailleurs que sur le vélo, sous une tente, en randonnée
pédestre…
-
Le schéma 3 montre comment coupler plusieurs générateurs avec
USB2BYK, lorsque beaucoup de puissance est exigée. Le couplage direct
d’alternateurs serait en effet impossible sans un système complexe de
synchronisation du fait du déphasage lié à la position physique des aimants.
-
Raccordement d’une source de
courant continu : voir schéma 3. Les deux fils
d’entrée de USB2BYK sont raccordés sur le « + » de la source, la
masse de USB2BYK est raccordée au « - » de la source.
Voir aussi : note concernant l’isolation
de l’alternateur
Utilisation
sans batterie
La batterie n’est pas
indispensable au fonctionnement du régulateur. USB2BYK permettra d’alimenter un
GPS à l’occasion d’une ballade occasionnelle, dès lors que vous aurez un coup
de pédale pour assurer une production instantanée suffisante avec
l’alternateur.
-
Une
vitesse de 15km/h avec une « dynamo » standard 3W permet de faire
fonctionner un appareil USB consommant 300mA (600mA avec une
« dynamo » 6W)
-
Pour
400mA, il vous faudra pédaler à 20km/h (10km/h avec une « dynamo » 6W)
-
Si
la vitesse décroît, la charge de l’appareil n’est plus assuré
-
Un
alternateur 3W n’assurera pas instantanément la production pour l’utilisation
simultanée de l’éclairage et du matériel USB. Pour utiliser les deux ensembles,
il faudra un alternateur 6W.
-
Il
est préférable de désactiver la « dynamo » lorsque vous n’utilisez
pas l’électricité : la tension à vide d’un alternateur de bicyclette peut
atteindre plusieurs dizaines de Volts. Le régulateur écrêterait alors cette
surtension par son système de protection, mais ce serait de l’énergie perdue…
Réguler la production, assurer
la consommation
Comme la quantité d’électricité
produite est constante pour une distance donnée (voir ci-dessous
« L’alternateur de vélo »), que vous soyez dans une rue piétonne à pousser
à la main votre vélo, ou à parcourir cette même rue « nez dans
l’guidon », vous aurez produit la même quantité d’électricité d’un bout à
l’autre de cette rue.
Mais le courant instantané à
5km/h (vitesse d’un piéton), 100mA, ne suffira pas à assurer la charge de votre
GPS. En revanche, s’il est accumulé dans une batterie adjointe au système, le
régulateur sera en mesure de le restituer en beaucoup moins de temps qu’il n’a
été nécessaire pour le produire, et vous pourrez disposer de jusqu’à 2A (limitation
de sécurité) pour alimenter un appareil gourmant (ou USB + éclairage).
Autrement dit, inutile de
rouler à « fond la caisse » pour alimenter votre GPS s’il est
gourmand : roulez tranquille et n’utilisez l’énergie produite que lorsque
nécessaire !
Vous apprécierez par ailleurs,
lorsque la nuit arrive, d’avoir un éclairage efficace, même à l’arrêt !
La
batterie est donc parfaitement complémentaire au régulateur.
Elle joue le rôle de « tampon » :
-
accumule
les faibles intensités
-
permet
des pics de consommations non réalisables avec l’alternateur seul (éclairage +
USB…)
-
permet
un meilleur lissage de la tension du circuit principal (ondulation résiduelle
quasi nulle).
Pour estimer les distances
nécessaires à la charge
Une dynamo 3W produira 20mAh
sous 6V par kilomètre.
On
peut ainsi facilement estimer la distance nécessaire pour charger complètement
une batterie selon sa capacité : D(km) = Capacité (mA.h) /
20 (mA.h/km).
-
téléphone :
batterie 3,7V / 860mAh : D = 3,7 / 6 x 860 / 20 = 27km
-
pack d’accus : batterie 6V / 1000mAh : D = 6 / 6 x 1000 / 20 = 50km
-
ordi
portable : batterie 11,1V / 4400mAh : D = 11,1 / 6 x 4400 / 20 =
407km (peu réaliste…)
Si
on utilise une dynamo 6W au lieu de 3W, il suffit de diviser les distances par
2.
On
peut aussi rajouter 10 à 30% pour tenir compte du rendement et de l’état de la
batterie.
Dimensionner la batterie
Elle
doit avoir une tension nominale de 6V.
En utilisant une batterie au plomb, ou Ni-ca, ou Ni-Mh,
la tension minimale sera de 4V (complètement déchargée), pour une tension
maximale de 7,2V (complètement chargée). Lorsque la batterie sera complètement
chargée, la tension atteindra la valeur d’écrêtage et l’intensité excédentaire
sera dissipée par le système de protection du régulateur.
|
Capacité batterie mA.h |
Distance nécessaire pour une
charge complète (km) avec un alternateur 3W |
Temps si V = 20km/h |
|
500 |
25 |
1h 15mn |
|
1000 |
50 |
2h
30mn |
|
1500 |
75 |
3h 45mn |
|
2000 |
100 |
5h |
|
2600 |
130 |
6h30mn |
Pour un alternateur 6W, il suffit
de diviser les distances et les durées par 2.
Il est recommandé de choisir
une capacité au moins 2 fois supérieure au courant de charge maxi délivré,
soit :
-
pour
une dynamo 3W : Imax sous 6V = 500mA donc choisir capacité = 1000mAh mini.
-
pour
une dynamo 6W : Imax sous 6V = 1A donc choisir capacité = 2000mAh mini.
Solution proposée
5 accus 1,2V NiMh type AAA (R3) ou AA (R6) montés en
série permettent de réaliser la batterie de 6V : peu volumineux, légers,
disponibles, supportent des intensités de charge / décharge assez élevées, peu
sujet à « l’effet mémoire ». L’inconvénient est l’autodécharge
lorsqu’inutilisés pendant plusieurs semaines : il faudra alors pédaler un
peu pour les recharger…
Le porte-accus proposé
(photos ci-dessus) permettra de sérialiser ces 5 accus 1,2V. Il est
équipé :
-
d’un
interrupteur coupe circuit pour couper la batterie lorsque le vélo n’est pas
utilisé,
-
d’un
fusible de protection auto-réinitialisable 2A
-
d’un
cordon débrochable (type pile 9V) pour simplifier un
éventuel démontage.
Exemples et conseils d’utilisation
A
titre d’exemple, avec le HTC Diamond, en pédalant aux
alentours de 20km/h (production 400mA) :
-
Smartphone
en charge : il consomme 500mA ;
la batterie assure le complément et débite 100mA.
-
Smartphone
chargé, écran allumé : il consomme 250mA ; 150mA rechargent la
batterie.
-
Smartphone
chargé, écran éteint : il consomme 50mA. 350mA rechargent la batterie.
-
Lorsque
la batterie est complètement chargée, sa tension coïncide avec le seuil
d’écrêtage de USB2BYK. La protection fin de charge est ainsi assurée par dissipation du courant
excédentaire.
Après
la ballade, il est recommandé de manœuvrer l’interrupteur pour mettre le
système hors tension.
Pour charger des batteries
lithium-Ion
Les batteries Li-Ion
nécessitent un contrôleur électronique de charge, spécifique à chaque
batterie. Il ne faut jamais, au
risque d’explosion, recharger des éléments Li-Ion sans ce contrôleur dont les
spécifications diffèrent d’un fabricant de batterie à l’autre ! C’est
pourquoi ce contrôleur est généralement incorporé soit dans la batterie
elle-même, soit dans l’appareil qui l’utilise.
Ainsi, les Smartphones, et la
plupart des appareils équipés de batteries Li-Ion, sont prévus pour être chargé
par USB, soit sous 5V, car le contrôleur incorporé ajustera la tension et le
courant selon le cycle de charge nécessaire. On peut donc charger ces appareils en toute sécurité avec le port USB de USB2BYK.
En revanche, il est vivement
déconseillé de raccorder directement tout élément Li-Ion qui ne serait pas
équipé d’un tel contrôleur, ni à USB2BYK, ni à tout autre chargeur non prévu
spécifiquement pour cela.
L’alternateur de vélo : une
source d’électricité à adapter
L’alternateur
(communément appelé « dynamo ») de bicyclette, délivre un courant
alternatif variable selon sa vitesse de rotation.
Conçue
initialement pour 2 ampoules sous 6V (2.4W avant, 0.6W arrière), et pour ne pas
les griller, la « dynamo » délivrera 3W maxi sous 6V vers 25 ou
30km/h. Au-delà, elle saturera à 3W, en deçà, la puissance diminuera jusqu’à 0W
pour 0km/h.
D’autres
modèles sont donnés pour fournir 6W maxi sous 12V, mais sans régulateur, il
faudra utiliser des ampoules en 12V pour 6W.
Il y a plusieurs
inconvénients majeurs :
-
les
appareils électroniques ne fonctionnent pas avec du courant alternatif.
-
l’éclairage
ne sera parfaitement efficace qu’en pédalant à vive allure,
-
la
tension et puissance du circuit d’éclairage doivent être appariées à celles de
la « dynamo », au risque de griller les ampoules,
-
si
l’on ne pédale pas, il n’y a pas d’électricité…
USB2BYK résout
ces inconvénients. Il permet :
-
de
faire fonctionner des appareils électroniques,
-
un
éclairage efficace même à … 0km/h,
-
d’utiliser
n’importe quelle dynamo sans nécessité d’adapter le circuit d’éclairage, et
vice-versa
-
de
protéger les accessoires des surtensions
-
de
charger des accus pour utiliser l’électricité hors temps de pédalage.
Quantité d’énergie produite par
une dynamo standard 6V/3W
|
Courant
et puissance délivrés par
un alternateur ("dynamo") standard 6V/3W (charge
avec USB2BYK de 5 accus 1,2V NiMh)
|
De
0 à 20km/h, la puissance délivrée est quasiment linéaire en fonction de la
vitesse. La quantité d’énergie Q
produite sur une distance donnée est constante, quelle que soit la vitesse,
et de l’ordre de 20mA.h/km. En effet : - à 20km/h, I = 400mA d’où - à 10km/h, I = 200mA d’où Autre
constat : 3W correspondent à une puissance maximale, la puissance
nominale se situant davantage autour de 2W vers 15km/h. |
|
|
Cette
quantité d’énergie produite selon la distance est valable pour une dynamo
tangentielle, quel que soit le rayon
de la roue : la distance développée par la circonférence de la roue
est la même que la distance parcourue par le vélo. Avec
une dynamo de moyeu, pour une distance donnée, plus la roue est petite et
plus elle fera de tours. Il convient de se référer à la notice. |
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Date
de création : 18 juin 2011
Dernière
révision : samedi 28 avril 2012