硬核，這個(gè)充電寶居然燒煤氣！

在戶外旅行時(shí)，你們有沒有遇到手機(jī)或其他電子設(shè)備沒電，無法充電的情況呢？怎么辦呢？

下面這位哥們就想到了一個(gè)辦法——熱能發(fā)電。

雖然效率會(huì)很低，但結(jié)果真的可以充電。

項(xiàng)目來源：instructables.com 制作者：Joohansson

編譯：王同學(xué)

視頻中使用的是熱電模塊，也稱為珀?duì)柼?，TEC或TEG，模塊中有1個(gè)熱的一面和1個(gè)冷的一面，溫差就會(huì)發(fā)電。當(dāng)將其用作發(fā)電設(shè)備時(shí)，物理概念稱為塞貝克效應(yīng)。

熱電模塊主要用于產(chǎn)生相反的效應(yīng)，即珀耳帖效應(yīng)，然后施加電負(fù)載，這迫使熱量從一側(cè)傳遞到另一側(cè)，這種方式常常用于較小的冰箱和冷卻器應(yīng)用場(chǎng)合。

既然是在野外艱苦的條件下使用，這個(gè)發(fā)電設(shè)備就要滿足：

盡可能小，輕便和便攜

可調(diào)電壓（可供多種產(chǎn)品一起使用）

至少5V / 0.2A（1W）為手機(jī)充電，如果可能的話輸出2W

與酒精/煤氣燃燒器，篝火和蠟燭兼容

?具體的解決方案：

首先選擇TEG模塊：

如果要滿足一定的功率輸出，就需要一個(gè)功能強(qiáng)大的TEG模塊。便宜點(diǎn)的TEC模塊（8歐元）只能產(chǎn)生約0.5W的電壓，而且它的電壓過低、溫度過高。當(dāng)然，可以使用幾個(gè)一起實(shí)現(xiàn)，但這是一個(gè)更復(fù)雜且受熱量限制的結(jié)構(gòu)。

所以最后采用的是40x40mm的TEG在180oC時(shí)可產(chǎn)生5.9W（4.2V /1.4A）。它的最高工作溫度為350oC（冷側(cè)180oC），應(yīng)該足夠了。雖然價(jià)格相當(dāng)昂貴，約50歐元，但仍然比大多數(shù)太陽能充電器便宜，或者其他商用熱電充電器便宜。

其次是散熱器：要帶走所有熱量并用空氣冷卻，通常需要一個(gè)大型散熱器。由于電子結(jié)構(gòu)需要緊湊且重量輕，因此只能使用很小的散熱器。然后，決定還是用金屬的散熱器，并用電動(dòng)機(jī)/風(fēng)扇冷卻。這將減少充電能量，但這是唯一能想到的減小尺寸（而不使用水冷）的方法。

隨著溫度的升高，它會(huì)產(chǎn)生更多的電能，并通過風(fēng)扇產(chǎn)生更多的冷卻功率。為了阻止熱量傳遞到冷側(cè)，使用了兩個(gè)隔熱墊圈進(jìn)行固定，并在金屬塊之間使用了一層隔熱層。

?主要材料：

1個(gè)高溫TEG模塊TEP1-1264-1.5

2個(gè)倍升壓模塊

1個(gè)小型散熱器。從舊電腦拆下來的（ 60x57x36mm）

1x鋁板（90x90x6mm）

帶塑料風(fēng)扇的1x 5V無刷直流電動(dòng)機(jī)

散熱器固定件：鋁條（6x10x82mm）

2個(gè)隔熱墊圈：由硬紙板制成

80x80x2mm瓦楞紙板（在高溫下不是很好）

2個(gè)拉簧：能拉長(zhǎng)45毫米

數(shù)個(gè)螺母、螺栓等

TEG與散熱器

搭結(jié)構(gòu)

最重要的是將散熱器固定在基板的頂部，但同時(shí)要隔離熱量，要保持散熱器盡可能冷卻。最好的解決方案是兩層隔熱墊圈，這將阻止熱量通過固定螺栓到達(dá)散熱器。

組裝：

1.將TEG模塊安裝在散熱器上。

2.將紙板放在散熱器上，然后臨時(shí)固定TEG模塊。

3.兩個(gè)M3螺栓穿過鋁條，然后穿過頂部有螺母的紙板。

4.將帶有TEG和紙板的散熱器安裝在底板上，中間有兩個(gè)1mm厚的墊圈，以將紙板與“熱”底板分開。

從上到下的組裝順序是螺栓，墊圈，塑料墊圈，紙板墊圈，鋁條，螺母，2毫米紙板，1毫米金屬墊圈和基板。在底板的上側(cè)添加4個(gè)1mm墊圈，以使紙板與接觸隔離。

?電路

主要思想是具有穩(wěn)定的輸出電壓，以便為不同類型的小工具充電或供電。由于TEG模塊產(chǎn)生的電壓非常低（0-5V，取決于熱源），因此需要一個(gè)良好的升壓和穩(wěn)壓器。升壓電路功率不夠強(qiáng)大，因此做了兩個(gè)模塊：一個(gè)將為3-5V風(fēng)扇供電，另一個(gè)將為其他電子設(shè)備供電。

另外為此項(xiàng)目增加了兩個(gè)要求：TEG模塊需要防止過熱；需要保護(hù)iPhone免受高壓侵害。

溫度監(jiān)控器和穩(wěn)壓器：如果熱端溫度超過350oC或冷端溫度超過180oC，TEG模塊將破裂。為了報(bào)警，特地設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)溫度監(jiān)控器。如果溫度達(dá)到用戶設(shè)置的特定限制，它將點(diǎn)亮紅色LED。

當(dāng)產(chǎn)生大量熱量時(shí)，電壓將超過5V，這可能會(huì)損壞某些電子設(shè)備。升壓只能升壓而不能降壓。找不到能同時(shí)解決這兩個(gè)問題的解決方案，因此設(shè)計(jì)了可調(diào)限壓器。

它結(jié)合了運(yùn)算放大器和齊納二極管以檢測(cè)特定電壓，然后將輸出信號(hào)饋送到MOSFET晶體管。

晶體管將使整個(gè)電源短路，但前提是必須高于電壓限制（5V）。這將迅速增加電流，并且由于TEG模塊具有有限的輸出效果，因此將降低輸出電壓。

這意味著它將以熱量的形式消耗掉所有能量，但同時(shí)保持非常穩(wěn)定的電壓，它不能超過5V。

它還會(huì)打開一個(gè)LED，以便用戶可以關(guān)閉熱源，直到LED再次熄滅。一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是，如果高于4.7V，則僅使用一個(gè)齊納二極管將輸出電壓接地。但這并沒有那么明顯，并且可能會(huì)逐漸消失。只能找到5W齊納管，這還不夠。

電路如下圖，點(diǎn)擊可放大：

該電路的核心是低壓運(yùn)算放大器，使用的工作在1.8-6V的MCP6002。它內(nèi)部有兩個(gè)單元，這意味著可以將溫度監(jiān)控器和電壓限制器與同一電路組合在一起。

溫度監(jiān)控器校準(zhǔn)：

將溫度傳感器PT1000放在TEG模塊的冷側(cè)。它的最高溫度為180oC，將監(jiān)控電路報(bào)警值調(diào)為120oC。需要計(jì)算電路中R3的確切值來得到報(bào)警閾值，這個(gè)項(xiàng)目中R3是986Ω。

PT1000在120oC時(shí)的電阻為1461Ω。R3和R11構(gòu)成一個(gè)分壓器，并根據(jù)以下公式計(jì)算輸出電壓：Vout =（R3 * Vin）/（R3 + R11）。

校準(zhǔn)這一點(diǎn)的最簡(jiǎn)單方法是輸入5V，測(cè)量IC PIN3上的電壓，然后調(diào)整P2，直到達(dá)到正確的輸出（Vout）。

計(jì)算出的電壓是這樣的：（986 * 5）/（1461 + 986）= 2.01V。這意味著調(diào)整P2直到PIN3上有2.01V。

當(dāng)R11達(dá)到120oC時(shí)，PIN2上的電壓將低于PIN3，從而觸發(fā)LED報(bào)警。R6用作施密特觸發(fā)器。它的值確定觸發(fā)器將有多“慢”。沒有它，LED將會(huì)熄滅并保持不變。當(dāng)溫度下降約10％時(shí)，LED將關(guān)閉。如果增加R6的值，則會(huì)更快觸發(fā)，而較低的值會(huì)更慢的觸發(fā)。

R6用作施密特觸發(fā)器。它的值確定觸發(fā)器將有多“慢”。沒有它，LED將會(huì)熄滅并保持不變。當(dāng)溫度下降約10％時(shí)，LED將關(guān)閉。如果增加R6的值，則會(huì)更快觸發(fā)，而較低的值會(huì)更慢的觸發(fā)。

限壓器的校準(zhǔn)：那要容易得多。只需給電路提供所需的電壓限制，然后轉(zhuǎn)動(dòng)P3直到LED點(diǎn)亮。確保電流在T1上不是太高，否則會(huì)燒毀！

USB連接器：最后就是USB連接器，沒有連接適當(dāng)?shù)某潆娖鞯脑?，許多手機(jī)將無法充電。手機(jī)通過查看USB電纜中的兩條數(shù)據(jù)線（電壓）來確定是否連接充電器。

如果數(shù)據(jù)線由2V電源供電，則手機(jī)“認(rèn)為”它已連接到計(jì)算機(jī)，并開始以低功率充電。

例如對(duì)于iPhone4s：

低功率下充電電流約為500mA。如果數(shù)據(jù)線由2.8V供電，它將開始以1A充電，但這對(duì)于該電路來說太大了。

為了獲得2V，使用了一些電阻器來形成一個(gè)分壓器：

Vout =（R12 * Vin）/（R12 +R14）=（47 * 5）/（47 + 68）= 2.04。

這通常會(huì)在5V以下，還不錯(cuò)。

?對(duì)比測(cè)試

已經(jīng)測(cè)量了4.8V@500mA（2.4W）的輸出，但是無法在該功率下運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間。iPhone的最佳充電速度為4.25V / 300mA = 1.3W，結(jié)果穩(wěn)定。

但調(diào)整電子設(shè)備以獲得最佳輸出有些棘手。如果將電流增加到300mA以上（在低燃?xì)夤β氏拢瑒t由于TEG的輸入電壓低，升壓開始限制電流（電壓）。發(fā)生這種情況時(shí)，充電功率將急劇下降至約0.2W。

必須將USB電壓/電流調(diào)整為剛好低于該限制，無負(fù)載時(shí)為4.35V，而在iPhone 4s充電時(shí)為4.25V。因此該測(cè)試中風(fēng)扇速度為60-80％是最佳的。

將使用兩個(gè)AA堿性電池和“煤氣爐充電寶”進(jìn)行了比較。兩節(jié)電池重46克，可以為iPhone充電，充電率從20％升至36％。完全相同的充電需要花費(fèi)60克汽油。

這次電池贏得了重量方面的勝利，但是煤氣充電寶的結(jié)構(gòu)可以通過許多方式進(jìn)行優(yōu)化！結(jié)果是如果還要把電池進(jìn)行垃圾分類處理掉，那么這個(gè)煤氣充電寶就贏了。

本文編譯來自instructables.com，非常多有創(chuàng)意、才華的人分享項(xiàng)目。沒有做不到，只有想不到。項(xiàng)目的思路給你們了，有感興趣的可以一試。

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