ライト出力からUSB充電ポートを作る

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2019.12.23


なぜか自転車業界は常識的な利便性を無視する。
バカでかいバッテリー積んだE-BikeなのにUSB充電ポートがない。
STEPS作ってるシマノの問題ではあるが、BESV側でももっと本気で考えるべき。
(STEPS以外のBESV車種には順次USBポートが装備されてるようだが、、、)

今やスマホなしの行動は考えられない。
特に自転車でウロつくと地図はスマホでGoogleマップ。
GPSを多用するのでバッテリーはもたない。
必ずモバイルバッテリー持ってウロつくことになる。
さらに言えばGoProやサイコンなどUSB電源が欲しい機材はいくらでもある。
何個もモバイルバッテリー持つのはもう嫌。
単純にめんどくさい。

TRS2は504Whの巨大電源を持っている。
なぜUSBポートを用意しないのか意味がわからない。
純正オプションでUSB充電ポートをBESVにリクエストしたが実現せず、、、

無いなら作る。
いつものパターンである。

電源はSTEPSのライト出力端子。
仕様は一般には公開されていないが電圧は6V(実測でも確認)。
信頼できる情報筋からシマノの仕様として2A-12Wという情報を得た。
36V→6V-2A MAXのDC-DCダウンコンバーターが入ってるようだ。

TRS2のオプションライトの消費電流は600mA程度(実測)。
つまり、ライト併用時でも6V-1.4A(8.4W)の余力がある。
ライトオフの昼間なら12Wがまるまる使える。
USB充電ポートの元電源としては十分。


ちょいちょいとDC-DC変換して、と思ってたが、、、
元電源が6Vってのがネック。
USBは5V(規格では4.75〜5.25Vの範囲)。
電圧差が1V以下はDC-DC変換しにくい。
ボロいコンバーターICでは性能が出ない。

ちなみに、ボッシュユニットのライト出力は12V-1.5A(18W)。
普通に考えると12Vだわな。
電圧高い方が配線抵抗とか何もかも有利。
STEPSはなんで6V仕様なのか、、、



適当なDC-DCコンバーターを試すが、、、
テスト電源ではいけるがTRS2につなぐと思うような出力がでない。
ライト配線での電圧降下が発生してコンバーターの入力仕様を下回るのが原因。

元出力は6Vだが負荷かかって電流流れると配線分で電圧降下する。
なので実際には6V以下の5.5〜5.7V付近の入力電圧。
6V入力のDC-DCには厳しい、、、
優秀なことにライトにはDC-DC変換が入ってるようで電圧変動しても光量は変化しない。

仕方ないので昇圧DC-DCで9Vぐらいに上げてから降圧DC-DCで5Vへ。
電源想定を5.5Vで色々テストして試行錯誤。
配線ミスってDC-DCを吹っ飛ばしたり、、、(^^;

一応は動いたものの2段では変換効率悪くてダメ。
USBの出力が大きくなると元電源の出力容量を使い切ってしまう。
試した昇圧DC-DCの変換ロスが想像より大きかった。
発熱も大きいのでよろしくない。


どーしたもんかと思ったが、特定の降圧DC-DC基板で出力が確保できることに気づいた。
仕様では6V〜入力だが電圧が下回っても性能出るようだ。
なんのことはない降圧DC-DCのみでいける。

電源装置につないで入力電圧下げるいじわるテストをしてみる。
5.5Vぐらいまでは頑張って安定出力を出してくれる。
実力値として0.5Vの電圧差で降圧する優秀な基板だった。
同じ仕様のDC-DC基板でもICチップによって実力値はまったく違う感じ。
こいつを採用することで全部解決。


いけるとなると欲が出る。
マトモなUSB電源ポートが2個欲しい。
1ポートを2分岐とかのごまかしでは意味がない。
直結の2分岐では取れる電流が少ない上に不安定。
機材によっては充電拒否で止まる。

贅沢にDC-DCを2個独立で使う。
元電源5.4Vのシビア条件でテストしてみる。
1.8A電流でちゃんと動く。
USB側は両方とも4.8V以上の1A以上を安定に確保。
基本性能として問題なし。


実機テスト。
バッテリー減らしたiPhoneの充電とモバイルバッテリー充電を並列実行。
だいたい想定通りでDC-DCの入力端子電圧が5.45Vぐらい。
この時のSTEPS側のライト出力は11W付近と思われる。

配線が細めなのが影響してるのか電圧降下が大きめなのが気になるが、このまま時間経過しても配線に発熱は感じないので許容電流は下回ってる感じ。まー、最大出力で使うことはほぼ無いので電圧降下は無視しとこう。

当然ながらこの状態でSTEPS側の出力は最大に近い。
追加でライトは点灯させれない。
ライトONすると過負荷になり元電圧が下がってグダグダになる。
その状態を続けるとSTEPSのライト出力が壊れる可能性がある。
(STEPS側のDC-DCコンバーター過負荷状態)

本来はライトとテールランプを使うための出力。
目的外で使うので負荷を意識して使わないと元電源を潰すことになる。
※電気知識の無い人はマネしないように。
※当然ながら保証外の自己責任です。


iPhoneは減ってる状態からの充電時に5V-1.4A(7W)ぐらい。
満充電に近い状態でGPS記録&地図で常時表示で5V-700mA(3.5W)ぐらい。
GoProは録画状態で5V-600mA(3W)ぐらい。
モバイルバッテリーとか充電系だと5V-1A(5W)ぐらい。

DC-DCの変換ロスが10%程度なので元電源に対しては1割増しで考慮。
純正ライトは3.5Wぐらいのはず。
トータル負荷で10Wぐらいまでに抑えて運用するのが安全。
スマホは満充電での常時表示なら3Wぐらいなのでまったく問題ない。
急速充電中は7W付近になるので状況で使う組み合わせを判断。


機材と運用のメドがついたのでケースを作る。
とはいっても囲っただけ。
あんまし発熱はしないが放熱を考えて前後はあいてる。
ケース凝りだすと3Dプリンターが欲しくなるな。


USB電源は裏にマジックテープつけてトップチューブバッグの側面にペタリ。
雨イベント時はビニール袋で防水する想定。



配線もまじめに作る。
なにせライト出力を使うのでライトスイッチが必須。
ON-OFFできないとライト点きっぱなしになっちまう。

手元にあった懐かしのミサイルスイッチを再利用。
配線に割り込ましてライトON-OFFスイッチを作った。

小型スイッチだけど容量は3A。
ライト用として問題ない。
防水でも耐水でもないが単線のON-OFF接点なのでショートすることはない。
実力で耐水として働いてもらう。
壊れたら交換用のスイッチは何個もあるし。
BESVがライトイッチを開発してるようなのでそれまでのつなぎ。


配線を整理。
線が増えるのでフレームへの穴は元フタは使えない。
てか、元のフタはこないだ林道走った時にネジ緩んで消失した(^^;
豪華なアルミパーツだったが融通効かないので柔らかいプラパーツでいいのだが。
防水クッションとかで隙間埋めるか、、、

トップチューブバッグへは上から入れたがバック底に配線穴を作った方が良さそうな感じ。
まー、とりあえずはこれで安定度を様子見。
ちょっと試した程度では問題なかった。

ちなみにTRS2の元電源は巨大だが無限ではない。
USB側を使うことで確実に消費する。
1日でどのぐらい使うことになるのか?

計算値的には、

3.5W×8時間×1.1(変換ロス)=30.8Wh
GoProもあると追加で26.4Wh
最後2時間ぐらいをライトONで走ると追加で7Wh

504Whが439.8Whになる。
ラスト1メモリで帰り着くパターンだとビミョーに影響出てくる。
普通の人にはあまり関係ないか、、、

マネする人はリスク理解した上で自己責任で。
使った基板はネット上で簡単に入手できます。
わかる人なら簡単に探せるのであえて具体的な基板情報は載せません。

(基板自体は中国製品の流動的なモノなので「今はある」って製品です。随時アップデートされたり無くなったり類似品が出たりする世界です。不良品やハズレ品を引くこともよくある部類の品です)

どーしても基板の情報が欲しい、って場合は、
連絡してくれれば伝授します。

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