通勤自転車のすべてのバッテリー式コンポーネントのソースとして使用したいバッテリーパックがあります。

私のパックには、直列に配線された（10）1.2Vセルが含まれています。

{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]}  
|                                                  |
└--------------------- 12 V -----------------------┘

問題は、私のデバイスの一部は（2）単三電池で動作し、一部は（4）を使用し、一部は12Vを必要とすることです。私がしたいのは：

• すべてのデバイスを1つの共通パックに配線し、個々のバッテリーの必要性をなくし、再充電を簡素化
• 振動や天候に強い堅牢なデザインを使用
• 低アンペア数のコンポーネントには適切な設計を使用してください
• ほぼ100％の効率ですべてのコンポーネントを供給
• 保守が容易（つまり、不良セルを定期的に識別して交換）

私が見つけることができるすべての調査から、2つの一般的な解決策があるようです：

1）既製の電子DC / DCコンバーターを追加して、電圧をそれぞれ6Vおよび3Vに下げ、変換の非効率性を受け入れます。

2）シリーズを特定のポイントでスプライスして、3つの回路を作成します。

{[+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -][+ -]} 
|         |              |                         |
└- 2.4 V -┘              |                         |
|                        |                         |
└-------- 6 V -----------┘                         |
|                                                  |
└--------------------- 12 V -----------------------┘

3）3番目のオプションは、余分な体重で生活することです。各コンポーネントに個別に独立して電力を供給し、必要に応じてバッテリーを充電/交換します。

これらのオプションにはそれぞれ欠点があります。しかし、＃2が最も有望です。最も明らかな問題は、負荷がパック内のセル間で不均一に分散されていることです。それを克服できれば、私たちには勝利の解決策があると思います。

だから私の質問はこれです：

賢い配線と最小限の電子機器を使用して、NiMH充電式バッテリーの同じパックから3つの異なる電圧を供給することは可能ですか？

コメント、提案、アイデアはすべて高く評価されています。

これまでのところ、私の最良の推測は次のとおりです。

• タイマーとリレーを組み合わせて、本質的には2極の5投スイッチを作成します。これにより、セルの各ペアを1分ごとに循環し、2.4vの安定したストリームを提供します
• タイマーとリレーを組み合わせて、基本的に双極双投スイッチを作成します。このスイッチは、セルの半分を1分ごとに循環し、6vの安定したストリームを提供します
• 通常のようにすべての12vデバイスをパックに接続する

残念ながら、3つの独立した回路を維持しながら、リレーと、タイマーを接続してリレーを作動させる方法に行き詰まっています。コンパクトにしたいです。バッテリーパックに加えて靴箱サイズの回路基板を使用することは現実的ではありません。理想的には、ペリカン1010防水ケースにすべてを詰め込みたいです。

最初はダイオードを使用してすべてを1つの大きな質量で接続できると思っていましたが、以前のテストの後でそのオプションを放棄しました。ダイオードが非常に熱くなっているように見えました。これはもちろん、コンポーネントに向かうはずの大量のエネルギーを放散していることを意味します。

私が検討した別の代替案は、ツェナーダイオード電圧レギュレータです。これは、アンペア数の少ないアプリケーションや最小限の電子機器と相性が良いですが、残念ながら変換効率が悪いという問題もあります。

参考までに、私のコンポーネントは次のとおりです。

+---------------------------+---------+--------------+-------+  
| component                 | voltage | usage        | draw  |  
+---------------------------+---------+--------------+-------+  
| tail light                | 3V      | night time   |  25mA |  
| headlight                 | 6V      | night time   | 250mA |  
| cycling computer          | 3V      | always       |   1mA |  
| turn signals (automotive) | 12V     | intermittent |  55mA |  
+---------------------------+---------+--------------+-------+  

良いニュースは、これらのデバイスはすべて電池式であるため、電池の化学的性質の通常の電圧変動に耐えることです。

今後の計画：
6Vハブダイナモ充電システム

すべての電圧に対して、DC-DCコンバーターまたは専用のバッテリーパックを使用する必要があります。

バッテリーパックの中点は使用しないでください。これにより、セル内の電荷レベルが異なります。その結果、最初に放電されたセルに逆電圧が発生し、これによりバッテリーや機器が損傷する可能性があります。

以下の回路図はこれを示しています。

バッテリーのセルの1つが完全に放電されると、逆電圧が現れます。したがって、両端に電圧はありません。他のセルが電力を供給し続ける場合、電流は依然として流れるため、死んだセルは負の電圧で「充電」されます。

このようにしてデッドセルに接続された負荷は、逆極性の電源電圧を取得するため、場合によっては死にます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

最も最適（他の電圧定格デバイスを使用したくない場合）私は、最も強力なデバイス（6Vヘッドライト）を直接供給し、他のすべてのデバイスにはステップアップ/ステップダウンコンバーターを使用することを考えています。

Vovaniumが提案したことから離れて、Voltage Doublerまたはとして知られているものを見てくださいcharge-pump。私はあちこち検索してみましたが、アプリケーションにやや適しているように見える集積回路パッケージ、特に低静止電流（110uA）と変換効率（98％）が見つかりました。データシートは、この特定のICの最大出力電流が45mAであることを示しているので、もう少し電流を供給することができるものを見つける必要がありますが、このオプションを知ってもらいたかっただけです。

もちろん、これらはいずれにしてもDC-DCコンバーターであるため、基本的に同じものです。アプリケーションのステップアップ（チャージポンプ）とステップダウン（チョッパー）を使用するのも同じくらい簡単です。

おそらく、これらのコンバーターのいくつかだけで十分です。必要に応じて、6Vを12Vに昇圧し、6Vを3Vに降圧できます。これは、これらのデバイスが最大20Wを提供する容量を持っているデータシートに書かれています。