lundi 26 décembre 2011

Une lampe de poche immortelle


Voilà un petit moment que je souhaite expérimenter les super-condensateurs (ou supercap, goldcap, supercapacité, ultracap…). Ce sont des condensateurs qui ont des capacités de stockage énormes par rapport à ce que l'on faisait avant (supérieur au Farad, il y en a certains qui vont jusqu'à 3000 Farads sous 2,7Volts).


Je suis donc allé sur Ebay et j'ai acheté un lot de condensateurs 10 Farads en 2,7 volts. Si on fait un petit calcul, un condensateur tel que celui-là peut stocker :

E=½ * C * V² soit ½ * 10 *2,7² è 36 Joules soit 1Watt pendant 36 secondes

En comparaison, une « pile » rechargeable peut fournir 1 watt pendant 7300 secondes (pour un type AA de 1700mAh) soit 200 fois plus. Cependant, la pile est deux fois plus grande et 4 fois plus lourde. Il y a donc un coefficient de 100 à volume égale et de 50 à masse égale.

Mais les condensateurs ont quand même des avantages :
  • Ils peuvent se charger et décharger très rapidement
  • Ils ont une durée de vie nettement supérieure (500 cycles max pour une batterie contre plus de 100000 pour un condensateur)
  • Ils ont un rendement bien meilleur
  
Le premier montage que j'ai voulu réalisé avec un super condensateur est une lampe de poche à led. Mais le gros inconvénient des condensateurs est que leur tension diminue en même temps que leur charge. Une led blanche consomme très peu mais a besoin d'une tension d'au minimum 2 volts pour éclairer. Un condensateur qui a une tension max de 2,7 Volts ne serait donc utile que sur la plage 2V/2,7V soit sur 25% de sa charge.
J'ai donc cherché une solution à mon problème sur internet et j'ai trouvé un circuit très interessant : le « Joule Thief » (en français : voleur de Joule). La plupart des fois, il est utilisé pour allumer une led avec une pile AA jusqu'à la dernière joule (ou presque).

  
Voici le schéma d'un joule thief :

C'est en fait un circuit auto-oscillant ou la LED sert de "diode de roue libre" à la deuxième bobine. Quelquesoit la tension aux bornes de la pile, il y aura toujours une tension suffisante aux bornes de la LED.
En remplaçant la batterie par le super condensateur, je me suis dit que ça devrait marcher. Et oui, ça fonctionne !!!
J'ai donc une lampe de poche qui éclaire pendant 15 minutes (sans perte de luminosité) et qui se charge en… 10 secondes.
Les composants pour la réaliser sont :
  • Une led blanche (récupéré sur une lampe de poche dont la pile était vide)
  • Un super condensateur (10F ; 2,7V)
  • Un transistor
  • Un tore
  • Une résistance 1kΩ
  • Du fil
  • Une plaque de prototypage
J'ai récupéré le tore et le transistor dans une lampe à économie d'énergie HS. Il y a d'ailleurs plein de bonnes choses à récupérer dedans mais faites attention si vous en démontez une à ne pas casser la partie en verre (c'est très nocif, il y a des vapeurs de mercure).

  
J'ai ensuite amélioré la lampe en y ajoutant un circuit de charge, avec un port USB. De façon à pouvoir la charger sur un PC, un auto-radio ou n'importe quel autre port USB.
Il y a cependant des précautions à prendre :
  1. Un port USB ne peut pas fournir une puissance trop forte sous peine de l'endommager. Certains port peuvent fournir jusqu'à 500 mA mais plus généralement, ils ont une puissance de 100 mA. J'ai donc ajouté une résistance de charge de 56 Ω. (5V/56Ω=89mA). Le temps de charge est donc ralenti, mais on ne peut pas faire autrement si on veut utiliser un port USB comme source d'énergie. La lampe se charge donc maintenant en 1 minute (ce qui reste très intéressant)
  2. Il faut aussi protéger le condensateur qui ne peut pas supporter une tension supérieure à 2,7 Volts (le port USB délivre 5V). J'ai donc mis une diode zener de 2,4 V en parallèle. Une fois la tension de 2,4 Volts atteinte aux bornes du condensateur, la diode devient passante et le protège.
       
Voici donc le schéma final, avec un interrupteur pour la partie lampe de poche:


  
Les précautions à prendre :
  • ne jamais déconnecter la LED pendant le fonctionnement sinon, c'est le transistor qui sert de diode de roue libre à la bobine (et il risque de ne pas apprécier).
  • Vérifiez lors des premières utilisations, la charge de votre condensateur car il pourrait exploser et je pense qu'un super condensateur qui pète ça doit faire des dégats…
  • Vérifiez si vous le pouvez l'intensité de charge (pour la durée de vie de vos ports USB)

  
Les photos de la lampe de poche terminée:


J'ai remplacé le diode Zener par une petite LED rouge. Dès qu'elle s'allume, je retire la lampe du port USB.

13 commentaires:

  1. Je pense que la diode Zener est connecté au revers...

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    1. La diode est bien dans le bon sens. Elle est passante à partir de 2,4 v. Elle protège donc le condensateur. Merci quand même pour votre intérêt pour l'article.

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    2. La diode Zener passe 2.4V au revers et 0.6 (approx) au direct, le schema n'est pas correct. Regardez wikipedia: https://fr.wikipedia.org/wiki/Diode_Zener et faites attention à là polarité.

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  2. Effectivement, je pense que tu as raison.
    Le schéma est bon si on met une LED à la place de la diode Zener. Mais dans le cas d'une diode Zener, il faut bien la brancher à l'envers car c'est sa tension d'avalanche (ou tension zener) qui nous interesse. Il faut donc suivre ce schéma si vous utilisez une LED ou une diode normale et inverser la polarité si vous utilisez une diode Zener. Je vais changer le schéma au plus vite.
    Merci beaucoup

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  3. Très cool! C'est à la mauvaise tu dois attendre une minute au lieu de 10 secondes, mais c'est compréhensible.
    Est-ce qu'un travail sur la mise hors tension ou serait la décharge du condensateur, même si vous avez cassé le circuit? Il serait encore plus cool de faire un condensateur multiples + lampe de poche LED qui dure pour les mêmes 15 minutes, mais les frais en quelques secondes.

    Le dernier commentaire que j'ai, c'est que peut-être quelles que soient les haut-parleurs à fréquence unique comme celui sur une carte mère serait encore mieux que la LED rouge en cas vous arrive d'oublier que vous l'avez branché po moins que le LED rouge empêche la surcharge. Ca me donne envie de prendre plus de classes dans les EE à nouveau.

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    1. J'ai rien compris ! Rocky_Blogs as soit voulu embrouiller ceux qui le lisent, soit il avais un coup dan l'nez :lol:

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  4. Merci pour les encouragements.
    Je travaille sur une lampe avec plus d'autonomie, on en reparlera dans quelques temps.

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  5. Il existe des adaptateurs USB sur prise allume cigare de voiture qui débitent 2A max.
    Si l'on s'astreint à recharger la lampe sur ces adaptateurs, le schéma sera simplifié et l'on gagnera en instantanéité de recharge.

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  6. M'ouais Pierre Paul mais avec une prise usb de 2 A la zener devrait en être une de taille! Outch, c'est chaud !

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  7. rajouter un petit panneau solaire pour recharger partout !

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  8. Je voulais savoir à quoi sert le tore .. Et est-il vraiment utile ???

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  9. Bonjour,

    Que pense-tu de la Brique solaire éternelle à supercondensateur (Infinity Sun Jar) :
    http://www.supercondensateur.com/brique-solaire-eternelle-supercondensateur

    C'est plutôt costaud comme montage, mais c'est Open Source !
    ;-)

    Benoît

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