USB2BYK
Régulateur
– chargeur USB
pour alternateur (« dynamo ») de
vélo
Modèle déposé par EURECART (SIREN RCS Blois)
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Raccordé à la « dynamo » du vélo, USB2BYK assure :
-
la charge de tout appareil USB (USB1,
USB2, USB3) : GPS, smartphone / iPhone, player MP3, téléphone….
- la charge d’une batterie 6V ou 5
accus 1,2V (en série), avec protection en fin de charge
- un éclairage permanent et efficace
même à l’arrêt ou à vitesse réduite
- le couplage de plusieurs
« dynamos » si beaucoup de puissance est nécessaire
- la protection du circuit et des
accessoires en écrêtant les surtensions (dynamo de moyeu…)
USB2BYK
s’adapte à toute « dynamo » 6V
/ 3W : tangentielle, de moyeu, sous base, manuelle,…
Le
connecteur USB est le même que celui d’un ordinateur : utiliser le cordon
USB fourni avec votre appareil.
Le
raccordement de la batterie (optionnelle) et du circuit d’éclairage est
simplissime : presser le poussoir, insérer le fil dans le connecteur, et
relâcher le poussoir.
USB2BYK
s’installe de façon fixe sur le vélo, ou s’embarque avec les équipements à
charger dans une sacoche.
USB2BYK,
c’est l’esprit du vélo et de la mobilité.
Ce qui en fait la 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 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 la
« dynamo ». 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… C’est un moyen
écologique d’économiser les piles.
Il
ne sera plus nécessaire de recharger par ailleurs des accus… traditionnellement
« à plat » au moment du départ !
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.
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…).
-
une
patte avec trou oblong pour fixation sur le vélo. Sa partie arrière est
métallisée pour réaliser éventuellement la mise à la masse du régulateur (0V au
châssis du vélo, voir schéma 1).
-
un
connecteur Jack ø5.5xø2,1 pour raccorder USB2BYK à
l’alternateur (pas de polarité, cordon fourni).
-
un
connecteur poussoir « +Batt 6V » pour
raccorder le +6V d’une batterie. Le « - » batterie sera raccordé au 0V du
régulateur, c'est-à-dire sur la partie métallisée de la patte de fixation (le
pack d’accus est pour cela équipé d’une cosse et d’un boulon).
-
un
connecteur poussoir « Light » pour raccorder l’éclairage avant /
arrière, associé à un commutateur à glissière pour allumer / éteindre
l’éclairage.
-
un
connecteur femelle USB type A pour raccorder et alimenter tout appareil USB.
Dimensions
(mm) : longueur 60 x largeur 30 x hauteur 20
Masse :
24g (hors cordon)
Circuit primaire (Ucp)
: alimente la batterie, l’éclairage, le régulateur USB interne
-
redressement
et lissage du courant alternateur
-
protection
des surtensions / fin de charge (7,2V / 5W)
-
puissance
maximale en entrée : 5W (protection par fusible thermique auto-réamorçable)
-
courant
de fuite si batterie connectée : < 1,5mA
Circuit USB :
-
compatible
USB1, USB2, USB3
-
connecteur
femelle type A (comme sur les ordinateurs)
-
tension
régulée à 5V +/- 0,1V (@25°C)
-
courant
délivré jusqu’à 1A (pointe 1,6A quelques secondes, protection thermique)
-
protection
contre court-circuit
-
chute
de tension minimale par rapport au circuit primaire (Ucp) :
0,28V
-
rendement :
de 70% si Ucp = 7,2V à 95% si Ucp
= 5,28V
-
compatible
avec la spécification Apple (chargeur iPhone 4, 5, 6…)
IP33 :
Protégé contre les corps solides supérieurs à 2,5 mm et contre l'eau en
pluie jusqu'à 60° de la verticale.
Des
intrusions d’eau sont possibles si les connecteurs sont soumis à des
projections directes. Il est préconisé de protéger le coté connectique de
telles projections. On peut pour cela installer USB2BYK sous la selle, ou dans
une mallette, 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.
Si
l’énergie produite n’est pas consommée (pas de périphérique USB, pas de charge
batterie, pas d’éclairage…), elle est dissipée sous forme de chaleur par
USB2BYK. Les calories sont évacuées en partie par la carte électronique (partie
métallisée de la patte de fixation), mais principalement par le connecteur USB
qui joue le rôle de dissipateur.
Il ne faut pas obstruer le
connecteur USB (scotch, élastique…) au risque de voir le système
s’échauffer anormalement ! Il est préconisé de laisser
branché un cordon USB en permanence, celui-ci permettant l’évacuation plus
efficace des calories par son câble.
Pour
pallier au cas d’utilisations extrêmes, une protection thermique (fusible auto-réamorçable) réduira le courant d’admission en cas
d’échauffement excessif.
A
noter que si vous ne chargez rien, le plus logique reste de débrancher
USB2BYK : ceci supprimera aussi la résistance mécanique qu’oppose la
dynamo lorsqu’elle débite.
-
Schéma 0 : installation quasi instantanée : on raccorde USB2BYK à la
dynamo, le GPS ou Smartphone à la prise USB. Et roulez petits bolides !
-
Schéma 1 : installation « fixe ». Par analogie au circuit 12V et la
prise allume cigare d’une voiture, on a un circuit 6V et une prise USB sur le
vélo, le cadre étant au 0V batterie (masse).
-
Schéma 2 : usage nomade. Permet d’emporter l’ensemble pour bénéficier des accus
et chargeur USB ailleurs que sur le vélo, sous une tente, en randonnée
pédestre…
-
Schéma 3 : coupler plusieurs générateurs, lorsque beaucoup de puissance est
exigée. Le couplage direct d’alternateurs serait impossible 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 (0V) d’USB2BYK est raccordée au « - » de la source.
Cliquer ici pour voir des
exemples d’installations (photos)
Voir aussi : note
concernant l’isolation de l’alternateur
La batterie n’est pas
indispensable au fonctionnement du régulateur. Dès lors que vous pédalez pour
assurer une production instantanée suffisante avec l’alternateur, USB2BYK
permettra d’alimenter votre GPS.
-
Une
vitesse de 15km/h avec une « dynamo » standard 3W permet de faire
fonctionner un appareil USB consommant 300mA
-
Pour
400mA, il faudra pédaler à 20km/h
-
Si
la vitesse décroît, la charge de l’appareil n’est plus assurée
-
Un
alternateur 3W n’assurera pas instantanément la production pour l’utilisation
simultanée de l’éclairage (3W) et du matériel USB (2.5W)
La quantité d’électricité
produite est constante pour une distance donnée (20mAh/km, voir chapitre
« L’alternateur de vélo »). Ainsi, 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), environ 100mA, ne suffira pas à assurer la charge
de votre GPS. En revanche, si ce courant est accumulé dans une batterie, le
régulateur sera en mesure de le restituer beaucoup plus rapidement qu’il n’a
été nécessaire pour le produire : vous pourrez ainsi 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 parfaitement complémentaire au régulateur.
Elle joue le rôle de « tampon » :
-
Emmagasine,
même à faible vitesse, le courant produit plutôt qu’il soit dissipé,
-
Restitue
ce courant lors de pics de consommations trop importants pour l’alternateur
(éclairage + USB…)
-
Permet
aussi un meilleur lissage de la tension du circuit primaire (ondulation
résiduelle quasi nulle).
La batterie 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 est complètement chargée, sa tension coïncide
avec la valeur d’écrêtage et l’intensité excédentaire est dissipée par
USB2BYK : ceci assure la fin de charge, ainsi que la protection en
surtension.
Il est recommandé de choisir
une capacité au moins 2 fois supérieure au courant de charge maxi délivré. Par exemple avec une dynamo
3W : Imax sous 6V = 500mA (I = P/U) donc choisir une capacité mini =
1000mAh.
Une dynamo 3W produira 20mAh
sous 6V par kilomètre (voir chapitre
« l’alternateur de vélo… »)
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).
-
pack d’accus : batterie 6V / 1000mAh : D = 1000 / 20 = 50km
-
téléphone :
batterie 3,7V / 860mAh : D = 3,7 / 6 x 860 / 20 = 27km
Pour
intégrer le rendement et l’état batterie, on augmentera ces distances de 10 à
30%.
|
Capacité batterie mA.h |
Distance nécessaire pour une
charge complète (km) avec un alternateur 3W |
Temps si V = 20km/h |
|
1000 |
50 |
2h 30mn |
|
1700 |
85 |
4h 15mn |
|
2600 |
130 |
6h30mn |
Pour
doubler la puissance disponible et diminuer les distances de charge :
On peut coupler une dynamo 3W de moyeu, qui fonctionnera en permanence, avec
une dynamo tangentielle 3W qui ne sera activée que sur besoin important en
énergie. Il faut alors un USB2BYK par alternateur. Cette solution est assez
souple et assure une redondance en cas de panne d’un alternateur.
5 accus 1,2V NiMh type AAA (R3) ou AA (R6) 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 ».
Le porte-accus proposé
(photos ci-dessus) permet 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-réamorçable 2A
-
d’un
cordon de raccordement débrochable (type pile 9V)
pour simplifier un éventuel démontage.
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 d’USB2BYK. La protection de 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.
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
chargés 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
d’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. Pour recharger directement de telles batteries (caméscope
7,2V…), vous pouvez intercaler un chargeur spécifique qui assure le contrôle
(par exemple le C-PIXO USB), entre votre batterie et le port USB d’USB2BYK.
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.
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 la puissance du circuit doivent être appariées à celles de la
« dynamo », au risque de griller les accessoires (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 accumulateurs pour utiliser l’électricité hors temps de pédalage.
|
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. |
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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 : mercredi 19 octobre 2016