Зарядка и питание радиостанций в походе.
Проблема электроснабжения средств связи в походных условиях или режима автонома рано или поздно накрывает всех, кто использует в этих условиях связь. Сразу оговоримся, что в контексте написанного под «№походными условиями» понимается такие мероприятия, где нет рядом розеток 220в. И прикуривателей на авто-мото-транспорте. Т.е. авто- и мото- походы по сути таковыми не считаются, это скорее путешествия на моторах. Конечно, вопрос касается всех электронных устройств группы, но если как правило речь идёт о мобильниках, GPS-навигаторах и даже планшетах и т.п. устройствах, которые используют 3-3,7v – аккумуляторы и батареи, и для из подзарядки достаточно 5V/2A, то для зарядки радиостанций с их аккумуляторами на 7,2-7,4V (у старых 12V) и работы зарядных устройств и схем необходимо 12-16V стабилизированного постоянного напряжения мощностью не менее 10, а лучше 12 Ватт.
Вот и вопрос – где их взять, и сколько нужно?
Расчёт запасённой энергии.
Начнём с того, что понятие «походные условия» - растяжимо. Условно их можно разделить на три разных условия по сложности с заряжанием электронных устройств и радиостанций. Но для начала, что бы понять, от чего отталкиваться в этом вопросе, необходимо ввести ключевое понятие для оценки всего что с этим связано, это Среднее Время Разрядки Батареи (СВРБ), которое можно обозначить величиной “Dtz”. Эту величину каждый должен самостоятельно на практике определить для своей радиостанции. Измерять проще всего в Днях, но можно в часах или сутках, но здесь мы будем говорить о «днях». Величина усреднённая, потому как в жизни расход батареи происходит неравномерно, зависит от интенсивности радиообмена, частоты и продолжительности работы на передачу, активный приём (когда рация принимает сигнал), и режима ожидания (stand bay), и конечно же от ёмкости используемых элементов питания. По идее понять на сколько в среднем хватает батарейки не так уж сложно, когда пару раз она разрядилась в процессе эксплуатации. Например для большинства CB-радиостанций это примерно 1 день в режиме экономии (связь по времени и необходимости), для VHF-радиостанций мощностью 5W –от 3 до 7 дней в зависимости от прожорливости рации и ёмкости батареи. UHF примерно так же как и VHF в этом вопросе, но 5 и более ваттные радиостанции более прожорливы чем аналогичные VHF, а 4-ваттные и менее – соответственно – менее.
Теперь походные условия можно дифференцировать по отношению к параметру Dtz:
Лёгкие условия – когда время похода, или в процессе похода интервал между ситуациями где можно получить централизованное электроснабжение («присосаться в розетке», запитаться от прикуривателя в автомобиле) меньше чем Dtz. В этом случае проблема с зарядкой радиостанции не стоит вовсе, достаточно иметь при себе минимальный «лёгкий» комплект (см. статью "Походная радиостанция"), аккумулятор в рации, запасной, на всякий случай, и для перестраховки батарейный отсек с батарейками. Это обычно когда есть базовый лагерь, станция, где есть централизованное электроснабжение, и совершаются радиальные выходы оттуда с возвратом не превышающим наше Dtz. Тогда просто как только разряжается один аккумулятор, вместо него оперативно вставляется другой, который при возвращении ставится на зарядку. Если что-то пошло не так (забыл зарядить) – то можно аварийно поставить батарейки. Но такое «счастье» в походе не всегда, чаще условия несколько более суровые.
Средние условия – Когда Dtz ощутимо меньше межподзарядного от сети интервала. Это когда к примеру поход длится 21 день, подзарядится от сети получится где-то на 11-13 день, а Dtz составляет 5 дней. В этом случае с собой нужно нести большее количество батареек или аккумуляторов для радиостанции, или использовать автономные источники электричества. О них речь пойдёт ниже, а пока рассчитаем «на батарейках». Для приведённых вводных получится, что мы сможем один раз зарядить оба имеющихся в стандартном комплекте аккумулятора один раз, но дотянуть нужно, использовав батарейки или 3-й аккумулятор. Потом всё повторяется. Стало быть, для «средних условий» в поход берём 2 аккумулятора (один уже в рации) и 3 комплекта батарей (один – дотянуть до подзарядки, второй – до конца похода, и третий – резервно-аварийный). Или тянуть 4шт. стандартных аккумуляторов и резервно-аварийный набор батареек.
Как выше сказано, для каждой рации, трансивера, и устройства с его источником питания своя величина Dtz, но исходя из некоторого нашего опыта можно присвести усреднённые известные данные, на которые мы сами ориентируемся (в ходовых днях).
|
Модель трансивера |
Штатный аккумулятор |
Повышенной ёмкости Dtz |
Сверхёмкие аккумуляторы (самодельные или докуплены отдельно) Dtz |
Комплект батарей alcaline в battery case (оригинальном) Dtz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тяжёлые условия – это когда никакой «халявы» с подзарядкой устройств в процессе похода нет, и не предвидится. Полный автоном. В этой ситуации всё очень зависит как от нашего Dtz, величину которого надо знать точно и округлить в меньшую сторону, так и от продолжительности этого самого «автонома». Тактически приходится разделить эту ситуацию на две под-ситуации: «долгий поход» (ДП) и «бесконечный поход» (БП, ассоциации аббревиатуры, увы, верны). Так вот с ДП расчёт несложный делим длительность (ориентировочную) похода на Dtz, прибавляем 1-2 резерва (лучше 2), и получаем количество аккумуляторов или комплектов батареек на весь автоном. Разумеется, здесь не учтены возможности в случае использования в походе автономных источников. С ними конечно проще, но можно обойтись, как видим, без них. А вот при БП без них уже точно не обойтись. Что касается запасённой энергии в виде заряженных заранее аккумуляторов или просто батареек – то логика проста – чем больше, тем лучше. Причём следует делать упор на самые ёмкие элементы с высоким внутренним сопротивлением (чтобы долго хранили заряд и не разряжались). Но сколько их не возьми и держи – рано или поздно они разрядятся, и надо будет использовать автономные источники.
Автономные источники электроснабжения в походе.
Практически в этих целях используется всего три основных и достаточно надёжных источника. Конечно дать гарантию, что они будут работать вечно даже при условии своевременного обслуживания и бережного отношения никто не может, но жизнь в длительных автономах и при БП значительно упрощают. Другое дело, что рассчитывать на них полностью я бы не рекомендовал. Итак есть три основных вида источников электроэнергии в автономных длительных походах: Велогенератор (ВГ), Солнечная батарея (СБ) и ручное переносное зарядное устройство (ПЗУ, «Цапа»). У каждого из них есть свои достоинства и недостатки, и выбор наиболее пригодного для конкретной группы и участника должен строится на компромиссе их них. Для этого надо рассмотреть все особенности.
Солнечная батарея.
Начнём с неё, поскольку это самый технически простой источник – всё что ему теоритически надо – достаточно света, солнца и времени этого самого солнца. Но на самом деле есть ряд трудностей, с которыми сталкиваются пользователи СБ. Во-первых, солнце не всегда бывает достаточно, и не всегда есть время и возможность поставить СБ для зарядки, тем более что сама СБ изделие довольно нежное. Во-вторых, для обеспечения 12w мощности при 12-16V напряжения СБ должна иметь ощутимый габарит, почти исключающий использование СБ не стационарно., заодно нужен стабилизатор напряжения, потому как оно изменяется в зависимости от освещённости. Часть этих проблем снимается использованием стабилизирующего DC-DC преобразователя, и промежуточного накопителя энергии (буферного аккумулятора). Понятным языком это можно описать как то, что СБ не подключается напрямую у ЗУ радиостанции, а через стабилизатор, который делает из изменяющегося тока/напряжения с СБ стабильные ток/напряжение, и заряжает этим большой аккумулятор-буфер, от которого уже питается ЗУ радиостанции или она сама.
Благодаря этому можно накопить энергию пока есть возможность, но нет необходимости её тратить (солнца много, все стоят лагерем, всё заряжено), и расходовать когда необходимость есть, а возможности нет (темно, пасмурно, в движении с активным радиообменом).
Но СБ не спасёт, если света в походе просто мало (например «зима» или пещеры-подземелья), и есть беда такая, что СБ могут внезапно и бесповоротно выйти из строя без возможности восстановления работоспособности.
Велогенераторы.
Это самый распространённый, судя по отчётам из наиболее надёжных способов получения электроэнергии в походе. В данном случае под ВГ понимается не сколько генератор-динамка от велосипеда, сколько принцип получения электричества от динамы, генератора, получаемого от вращения. Но велосипедный всё-таки в приоритете из-за его неприхотливости, малом (относительно) весе и габарите, позволяющем его использовать в самых разных видах походной и аутдор-деятельности. Сейчас на рынке есть масса велогенераторов в виде велосипедной втулки, которые должны вместо втулки устанавливаться в колесо, и контакты, с которых мы получаем электричество, при этом находятся на валу, который не вращается, а вращательный момент должен поступать на корпус генератора. Его уже используют не только в «штатном» положении в велосипедном колесе: его «приручили» водники, приделав к нему лопасти и поплавок, так. Что бы будучи выброшенным в воду позади плав-средства он вращался и давал ток. Так же с лопастями, раскладными и побольше, из него получается походно-стационарный вертяк. Некотрые умельцы делают на основе велогенератора турбину, сквозь которую течёт вода горной реки, отдавая свою энергию в виде электричества.
Однако, чтобы велогенератор выдал нужные нам 13,8V стабильного выпрямленного тока 1,5-2А, нужно набраться терпения и вникунуть в некоторые электротехнические детали. Дело в том, что на выходе из велогенератора вовсе не то электричество, которое может зарядить аккумуляторы электронных устройств. Велогенератор выдаёт ток переменный ток плавающей (от частоты вращения) частоты, со скачкообразными бросками по напряжению и току. Для лампочки накаливания к примеру, это совершенно безразлично, а вот светодиодный фонарик, который к этой динаме подключают производители, имеет одно-периудный выпрямитель в виде диода, и гасящий избыток резитстор, которые от поступающей энергии отсеивают в совокупности 90%, оставляя 10% на работу стабилизатора напряжения и ШИМ самого светодиода. Если посмотреть, то схема рассчитана вообще на 6V напряжения. А большинство походников, сделавших на основе велогенератора источники автономного электроснабжения преобразуют ток, поступающий из ВГ в 5V (USB) для зарядки мобильников и GPS. Мы же на такое расточительство понятно не готовы, поэтому и придётся озаботится деталями.
А детали состоят в том, что кроме DC-DC преобразователя и буфера, как в случае с СБ, нам придётся добавить в цепь выпрямитель (диодный мост) и стабилизатор напряжения То, что сравнивать будет скачки напряжения – конденсатор), и только потом DC-DC и буферный аккумулятор.
Велогенератор способен выдать на максимальном ходу, если не врут – 22-24V (это при большой скорости вращения), выше – у них встроенное ограничение, чтобы не сжечь. Исходя из этого и подбираются номиналы конденсаторов и марка диодов в выпрямителе. Разумеется с большим запасом, чтобы это всё работало как можно дольше, но понятно, что «дополнения» к велогенератору могут получится больше и тяжелее его самого, особенно из-за буферного аккумулятора. Кроме этого, он работает. когда есть вращение – велоколесо, катящееся по дороге или крутимое на стоянке педалями, вода в реке или в турбинке, или ветер. А это тоже не всегда возможно: например в пешем или конном походе. На такой случай есть «Цаппа» - ручной генератор.
Переносное зарядное устройство, «Цаппа».
По шкале надёжности и независимости «Цаппа» стоит наверное на первом месте. Ей вообще ничего не нужно для получения электричества, кроме мускульной силы того, кто будет эту «цаппу» крутить. Но, как и в двух предыдущих случаях, к ней стоит иметь схему выравнивания и стабилизации, поскольку вращать ручку рукой с одной скоростью вряд ли у кого получится долго. На рисунке: Цаппа "ПЗУ-5М", которая способна выдать от 3 до 40 вольт однополупериудного выпрямленного тока (пилообразного) от 400 до 1400Гц.
Аппаратно этот вариант реализовывается через армейские ПЗУ различных модификаций (что удастся достать), или изготавливается вручную, путём приделывания повышающего редуктора, например, на велогенератор. Таким образом, мы получим абсолютно независимый источник энергии, ограниченный только сроком износа и физическими возможностями того, кто эту «цаппу» крутить будет. Единственный серьёзный недостаток «цаппы» - то что для её работы нужно чтобы были силы на её кручение. В походных условиях к моменту, когда появляется свободное время на кручение «цаппы» сил на это, как правило, не остаётся. А вот если днёвка или есть не занятые руки – то (например, по причине сильной непогоды) – это самое время крутить «цаппу» на общее благо.
Подробнее про Цаппу, и как её подготовить к работе в поле >>>
Альтернативные источники энергии.
Кроме перечисленных выше встречаются и альтернативные источники, но довольно редко, видимо их живучесть в походных условиях оставляет желать лучшего. Наша группа ни с одним из них не работала, поэтому давать развёрнутую оценку нет возможности, но перечислить известные необходимо для полноты картины.
Химические, каталитические. Как правило, это ёмкость с находящимися внутри анодом и катодом, а так же элементами преобразующими химическую реакцию в электричество. Обычно для активации источника необходимо туда заливать воду или какой-то реагент, получаемый на месте.
Термические. Преобразуют тепловую энергию в электрическую. Классический случай – элемент пельтье и ему подобные. Особенностью термических источников является небольшой вольтаж и ток при низком КПД. Очень боятся перегрева – выходят из строя навсегда, ремонту не подлежат.
Перепадные. Работают за счёт перепадов давления или температуры (воздуха, воды). В реализации довольно громоздкое приспособление, требующее не малых усилий и времени по монтажу и демонтажу. Единственное достоинство – надёжность – ломаться там особенно нечему.
Паротурбинные. Довольно экзотический источник энергии, по устройству напоминающий паровоз. Гибрид термического и велогенераторного. Реализуется в виде большой ёмкости для воды, под которой разводится костёр, но ёмкость замкнутая, единственный выход – через трубу, в которой установлена паротурбина, приводящая в движение велогенератор. Конструкция в принципе достаточно живучая и малоприхотливая, но не популярна из-за массо-габаритных величин.
Итог.
Рассмотрев различные способы получения энергии для зарядки и работы радиостанций, даже в условиях БП, а так же разобравшись с тем, сколько нужно с собой брать в обычный поход аккумуляторов или батареек, можно с уверенностью сказать, что проблема электроснабжения в походе решаема не только теоретически, всё зависит от возможностей конкретного владельца радиостанции-трансивера и готовности его товарищей помогать с получением энергии из автономных источников. Наиболее эффективным решением будет дублирование этих источников или использование разнообразных способов в одном походе, если он того требует (это бывает не всегда). Вопрос стоит ли оно того, что бы так сильно заморачиваться и тащить с собой столько дополнительного груза – каждая группа или участник решает самостоятельно, исходя из приоритетов конкретной ситуации.
