veni, vidi, fietsie

een minimal-lader voor me akkupek smartfoon

In de allereerste steckdose unterwegs op fahrradzukunft.de heeft de auteur van deze onvolprezen artikelenreeks, Andreas Oehler, een minimal-lader als referentie geïntroduceerd. De Minimal-Lader bestaat uit wat losse onderdelen die bijmekaar 7 euro kosten. De foto rechts geeft een aardige indruk van hoe minimaal het maximaal kan.
In zijn opsomming van de prestaties van het apparaat eindigt-ie onder de Zzing en de Forumslader, maar boven de E-Werk van B&M, die 139 euro kostte in 2010. 707 mA - 675 mA was de eindstand in het nadeel van B&M.
Ik heb dat altijd een superkoel resultaat gevonden.

In die tijd vonden de meeste telefoons het geen probleem als er geen buifferaccu tussen de omvormer en hunniezelf zat. Das war einmal zoals de oosterburen dan roepen. Ik heb ooit een accupack van 4000maH als relatiegeschenk gekregen en dat heeft als prettige eigenschap dat je er terzelfdertijde stroom kan instoppen en uithalen. De vakterm is pass-through charging. Dat is eigenlijk een bufferaccu, dus.
Omdat mijn forumslader naar zijn Schepper is teruggekeerd en ik wacht op mijn nieuwe bouwpakket, ben ik naar Delft gefietst waar de enige Zuid-Hollandse elektronikazaak die nog componenten verkoopt, zit. Ik was voor 15 euro klaar, maar bij die prijs zit dus wel een derdehandje met vergrootglas dat ik nodig denk te hebben als de forumslader arriveert. En een doosje om het in te bouwen.

Wat zit er eigenlijk in?

Wat zijn de onderdelen? De onderdelen zijn 1 niet gepolariseerde condensator ter waarde van 330 µF, 4 schottky diodes (1N5711), een afvlak condensatorretje van 2200 µF/35V, een zener 5.1V/5W (1N5338B) en een USB uitgang. Die zener gaat warm worden, dus daar heb ik een dubbelzijdig printplaatje uit me rommelkist bijgezocht waar hij opgesoldeerd is.

De niet gepolariseerde condensator van 330µF was niet op voorraad dus ik heb geloof ik 120 en 200 en die staan parallel. Die zet je in serie met de dynamo en die zorgt er voor dat de stroom wat sneller oploopt bij snelheden tot 20 km/uur. De Dynamo Harvester heeft een plus-versie tegenwoordig, en die + is gewoon dus die condensator (van 220µF) en nu doet de harvester kwa prestaties niet veel meer onder voor de forumslader. Als je de seriecondensator weglaat bij de minimallader presteert-ie duidelijk minder (dat scheelt maar liefst 250 mA - een kwart ampere! - bij 20 km/uur), dus die condensator daar is best een goed idee.
Overigens heeft Andreas uitgedokterd dat je ook je B&M E-werk kan pimpen met een 220 µF condensator, en dan neemt het rendement echt spectaculair toe. Dus als je die hebt (een werkende), wordt het tijd om de soldeerbout warm te gaan stoken.

en wat doen die dingetjes dan?

De diodes zijn voor de gelijkrichting, dus die maken van de wisselspanning gelijkspanning. Schottky diodes hebben als prettige eigenschap dat ze lekker snel kunnen schakelen wat handig is, omdat er meer dan 20 polen in een naafdynamo zitten en de snelheid waarmee de spanning van polariteit wisselt, afhankelijk van de helling waarop je naar beneje fietst, best aardig kan oplopen.
De wel gepolariseerde condensator vlakt de restjes wisselspanning af en de zenerdiode zorgt ervoor dat de spanning op usb-waarde blijft ongeacht de belasting of de spanning die de dynamo levert bij remmen of topsnelheid. De 2 middelste pootjes van de usb uitgang moeten worden kortgesloten anders gelooft je accu of je telefoon niet dat er iets aanhangt dat oplaadt.

Omdat ik van de week heb gelezen dat een plaatje meer zegt dan 1000 cavia's, volgt hier de foto:

Men ziet: het stelt echt geen reet voor. Het printplaatje waar alles aanhangt is eigenlijk voor de koeling van de zenerdiode en heeft een pluskant en een minkant. Die zener smurft vooral vermogen als er niet wordt opgeladen (de wisselspanning van je naafdynamo kan onbelast oplopen tot 100V en hij moet dat omzetten naar 5,1V), dus dan is het handig om 'm af te koppelen. Het ding kan dus behoorlijk heet worden en daarom heb ik 'm vlak voor en achter de diode, waar hij het heetst wordt, op het printplaatje gesoldeerd ter koeling.
Ik heb de grote condensator vastgelijmd aan de binnenkant van het doosje en de boel zit verder klemvast. Andreas giet z'n doosjes vol met epoxy maar dat lijkt mij lastig ivm de koeling en als je er later nog iets aan wilt verspijkeren, dus dat heb ik niet gedaan.

En dan wordt het spannend, want dan sluit je 'm aan. Vroeger, toen ik vaker elektronische dingen knutselde, was dat altijd het moment supreme: doet-ie het of slaan de stoppen door? Soms zat ik tot drie uur 's nachts te knutselen. Mijn vriendin begreep daar niets van. We konden seks hebben en zo en dan ging ik zitten solderen. En...?

Het logo der relatie licht op bij een zwaai aan het voorwiel! Hij doet het! Supergeil zoals de Oosterburen zeggen. De vraag is, even afgezien van het werkende hoogtepunt, wel wat ik ermee moet. Welnu het is een bekup. Als je forumslader ermee uitscheidt, hetgeen mij nu al twee keer is overkomen (1 keer eigen fout, tweede keer totaal onduidelijk), dan is het toch handig als je je telefoon kunt bijladen zodat je kunt blijven navigeren. En met dit accupack kan je je telefoon laden terwijl je ook het accupack oplaadt, dus dan werkt het hetzelfde als de forumslader, maar dan wel met een veel lagere capaciteit.
Maar wel met een hogere piekstroom dan al die volksstammen die met een E-Werk onderweg zijn, als je de literatuur mag geloven.

een resultaat

Omdat ik toch wel benieuwd ben of die geadverteerde 700 miliampere ook daadwerkelijk gehaald wordt, heb ik een vermogensmetertje voor usb-aansluitingen gekocht. Hij meet spanning en stroom en hij houdt ook bij wat er in je accuutje is gestopt in termen van aH. En wat blijkt? Rond de 14 km/uur piekt-ie inderdaad iets over de 700 mA en daarboven vlakt het snel weer wat af. Dat klopt ongeveer met de grafiek van Andreas die wat later piekt maar ook een 28"-wiel gebruikt.

De USB- en de E-werk leveren volgens deze grafiek bij 20 km/uur ongeveer hetzelfde vermogen als de minimal-lader. Onder de 20 km per uur doet de minimal-lader het iets beter. Als je als B&M-adept een daadwerkelijk verschil wilt maken, dan moet je volgens deze grafiek dus harder dan 20 km per uur fietsen om het verschil in aanschafprijs terug te verdienen...

Ik ga nu fietsen met dat ding en dan kijken hoe of wat. Het is in ieder geval grappig dat het voor die paar euroos werkt en dat ik inderdaad vergelijkbare waarden heb gemeten. Als dat ding 2,5 watt levert, dan moet ik 3 uur rijden om mijn telefoonaccu (7,5 Wh) vol te krijgen. Helaas gaat daar nog zo'n 20-30% warmteverlies af, omdat je met een accu een andere accu aan het opladen bent, dus dan ben ik al snel 4 uur aan het trappen om me telefoon helemaal op te laden. In theorie, dan he.

In de praktijk blijkt het ook te werken. Als ik de hele dag m'n kroatische accupack laad, dan kan ik daarmee 's avonds mijn telefoon, die de hele dag heeft genavigeerd, weer helemaal opladen. En als ik m'n volgeladen relatiegeschenk als bufferaccu gebruik en m'n ook volle telefoon de hele dag bijlaad, dan zijn beide aan het eind van de dag nog steeds helemaal 100% vol. Oftewel: hij levert genoeg om m'n telefoon en de bufferaccu - ondanks de warmteverliezen - tijdens het navigeren bij te laden.
Wat grappig is, is dat het laadproces van de telefoon stopt als ik stop, en dat de bufferaccu weer stroom levert als ik verder fiets. Kennelijk werkt de minimallader als schakelaar voor het laadproces met dit accupack.

een superstomme ontdekking

Ik heb inmiddels iets superstoms ontdekt en dat is dat-ie m'n telefoon ook laadt als er geen accupack tussenzit. Dat kwam als een volledige verrassing, omdat alle (veel duurdere) laders, die ik voor de forumslader bij de winkel heb gekocht en die geen bufferaccu hebben, niet werkten met mijn telefoon.
Dat betekent dat de verliezen nu 20% kleiner zijn, aangezien de bufferaccu er dus tussenuit kan blijven. In de praktijk blijkt nu dat als ik 20 km/u gemiddeld rij, me telefoon elk uur nog 5% wordt bijgeladen tijdens het navigeren. Het scherm staat dan de hele tijd aan omdat-ie het scherm altijd aanzet als er na een stop weer geladen wordt; bv als je bij een stoplicht wegrijdt..

Me nieuwe smartfoon, een Nokia 1 is niet alleen de allerstegoedkoopste onder de smartfoons, maar doet het ook gewoon zonder bufferaccu er tussen met de minimallader. Omdat de accu een wat lagere capaciteit heeft laadt-ie 10% per uur bij. Wat ook helpt is dat als je je scherm uitzet dit toestel dus wel onthoudt dat het scherm uitstond als er na een interval weer geladen wordt.
De kosten van de minimallader + een nokia 1 zijn lager dan van de simpelste zelfbouw forumslader. Dus als je enkelt iets zoekt om goedkoop en lichtnetonafhankelijk mee te navigeren dan is deze combinatie onbetwist de winnaar.

Ten opzichte van de veel duurdere laders met een bufferaccu komt er dus nog een rendementswinst van 20% bij omdat die bufferaccu er tussenuit gelaten kan worden. Die winst is in de grafiek hierboven niet verrekend.
Het verschil over de hele linie met zo'n dure lader wordt daarmee verder verkleind.

en je licht doet het ook met deze

Ander voordeel van dit apparaat is dat je je licht er ook gewoon bij aan kan doen en dat je nog je gebruikelijke lichtbundel ook hebt dan. De forumslader schakelt zichzelf uit als je je licht aandoet. Het afgeleverde vermogen aan je telefoon daalt wel naar een half watt (15 km/u) tot 1 watt (35 km/u), dan, dus echt bijladen lukt niet met licht aan. Als je de condensator uit de dynamoleiding haalt (bv door er een schakelaartje overheen te zetten) levert-ie een iets structureler vermogen van 1,5 watt bij 25 km/u.
Nadeeltje van dit apparaatje is dat-ie maar liefst 4 watt trapvermogen eist als er niets wordt opgeladen, dus je wilt 'm afkoppelen als je niets laadt want hij staat alleen maar te globalwarmen dan.

Ik heb er inmiddels de kasseien van de Ronde van Vlaanderen mee getrotseerd. M'n achteras heb ik er aan gort gereden, maar m'n minimallader heeft geen krimp gegeven... Hij weegt bijna niks en neemt haast geen plaats in, dus hij mag voortaan mee als reserve.

De bouwbeschrijving van de Minimal-Lader staat hier, het oude artikel van de steckdose staat hier.