pws - de mobiele oplader

30

Profielwerkstuk "Mobiele Oplader"

Jelle Geerlings, Ralph van den Hoff & Timon Brew

Mobiele oplader

30



Door: Jelle Geerlings, Ralph van den Hoff & Timon Brew Klas: LHA5G Profielen: N&T en E&M Begeleider: Dhr. van der Zee Inleverdatum: 16-02-2014

Inhoudsopgave

Bladzijde:

Voorwoord 3Inleiding 4

TheorieHoofdstuk 1: Technisch aspect

§1.1 Deelvraag 1Hoe werkt het elektrisch circuit? 5/8§1.2 Deelvraag 2Hoe snel kan onze lader een telefoon opladen? 9/10

Hoofdstuk 2: Economische aspecten§2.1 Deelvraag 3Hoeveel stroom genereert de oplader, wat is dan de uiteindelijke laadtijd? 11/12§2.2 Deelvraag 4Wat is de besparing bij het gebruik van de mobiele oplader? 13/19§2.3 Deelvraag 5Is het gebruik van een mobiele oplader als deze in economische zin efficiënt? 20

PraktijkHoofdstuk 3: De bouw

§3.1 Het ontwerp 21/22

30



§3.2 Benodigdheden & kosten 22§3.3 Uitvoering 23/24

Hoofdstuk 4 Testen & metingen§4.1 Beschrijving 25§4.2 Benodigdheden & kosten 25§4.3 Uitvoering & Resultaten 26

Hoofdstuk 5: Conclusie 27

Evaluatie 28Notenlijst 29Bijlage

Voorwoord

We hebben lang moeten nadenken over het onderwerp voor ons profielwerkstuk. Aangezien we in een groepje zitten met de profielen NT én EM wilden we een onderwerp dat aansluit bij allebei de profielen. Na lang zoeken zijn we op het idee gekomen om een telefoon oplader voor op de fiets te maken. We zijn gaan kijken wat de mogelijkheden van dit onderwerp waren op technisch en economisch gebied. Het bouwen testen en meten van de lader dekt het technische gedeelte en vanuit de metingen konden we doorberekeningen maken naar economische aspecten. Zo is dit uiteindelijk ons definitieve onderwerp geworden.

30



Inleiding

Onze hoofdvraag binnen dit project is: Is het economisch en technisch efficiënt om dit product te gaan gebruiken?De uitwerking hiervan is verdeelt in 3 delen: Een technisch aspect, een economisch aspect en een verslag van de bouw van de oplader. In het technisch aspect behandelen we de verschillende onderdelen en berekeningen die ons uiteindelijk hebben geholpen bij de bouw van de uiteindelijke oplader. We hebben de meetresultaten van onze oplader vergeleken met de berekeningen die we van te voren hebben gedaan om zo een deel van de conclusie te vormen.In het economisch aspect behandelen we onderwerpen die te maken hebben met hoe praktisch een dergelijke oplader is en wat de eventuele financiële voordelen en nadelen zijn als deze oplader grootschalig gebruikt zou worden. Ook dit gedeelte vormt een gedeelte van onze conclusie en beantwoording van de hoofdvraag.De bouw van de oplader hebben we ook weer verdeeld in 3 delen: Het ontwerp, de bouw zelf en het testen van de oplader. In het ontwerp staat de vormgeving omschreven aan de hand van de eisen die we aan de oplader hebben gesteld. Bij de bouw staat beschreven hoe we te werk zijn gegaan en wat de tegenslagen ervan zijn geweest. Bij het test gedeelte staan de opstellingen en procedures beschreven. Ook hebben we hier de meetresultaten genoteerd.

Als bijlage is er een CD met foto's aanwezig. Dit zijn foto's die we gemaakt hebben tijdens het bouwen van de oplader. Er staan ook een aantal verwijzingen naar de foto's in het verslag. Dit is ter verduidelijking van de beschreven onderdelen en handelingen.

30



Technisch aspect

§ 1.1 Deelvraag 1

Om elektriciteit op te wekken gebruiken we een banddynamo. Deze dynamo wordt aan een fietsband geplaatst en als de band gaat draaien, gaat de kop van de dynamo meedraaien. Vervolgens ontstaat er energie in de vorm van elektriciteit. Wat de dynamo dus doet is een roterend momentum omzetten in een elektrische spanning.

Deze spanning is een wisselspanning, ook wel aangeduid als "AC". Dit houdt in dat de spanning met een bepaalde frequentie wisselt tussen positieve spanning en negatieve spanning. In een grafiek zou dat eruit zien als een sinus-vormige lijn (Fig. 1).

Fig. 11

Met deze onregelmatige spanning is het niet mogelijk een telefoon op te laden.

Om een spanning te krijgen waarmee wel een telefoon opgeladen kan worden hebben we een circuit gemaakt dat de elektriciteit langs een aantal elementen stuurt om zo een spanning te krijgen waarmee wel een telefoon op te laden is. Om een goed beeld te krijgen hoe dit in zijn werk gaat hebben we dit stapsgewijs en met behulp van een aantal afbeeldingen proberen te beschrijven. In de afbeelding (Fig. 2a) zijn drie onderdelen te zien, van links naar rechts:- Een gelijkrichter- Een condensator- Een spanningsregelaarDe zwarte lijn is een x-as die een tijdsverloop aangeeft. De rode lijn geeft een spanningswaarde aan.

Stap 1:De dynamo wekt elektriciteit op en geeft dit vervolgens af als een wisselspanning.

1 Zie notenlijst

30



Fig. 2a1

Zoals te zien is (Fig. 2a) wisselt de spanning met een bepaalde

frequentie tussen een positieve spanning en een negatieve spanning. Dit gebeurt in de vorm van een sinus, waarbij de amplitude (de maximale uitwijking) ook met een bepaalde frequentie varieert.

Stap 2:De stroom komt aan bij de gelijkrichter.

Fig. 2b1

1 Zie notenlijst

30



De gelijkrichter zorgt ervoor dat de wisselstroom wordt omgezet in een stabiele gelijkstroom, ook wel "DC" genoemd. Dit betekend dat de spanning niet meer wisselt tussen positieve en negatieve spanning, maar nu alleen varieert als een positieve spanning.Op de afbeelding(Fig. 2b) is te zien dat alle negatieve sinus-bewegingen onder de zwarte streep nu gespiegeld staan en dus positief zijn. De amplitude en de frequentie zijn niet veranderd.

Stap 3:De stroom komt aan bij de condensator.

Fig. 2c1

De condensator zorgt dat de spanning minder variabel wordt. De spanning veranderd dan minder snel van waarde en heeft ook een kleiner bereik van waarden. Op de afbeelding(Fig. 2c) is te zien dat de amplitude van de sinus-beweging is afgenomen en dat de periode (tijd waarin één sinus-beweging plaatsvindt) is toegenomen.

1 Zie notenlijst

30



Stap 4:Als laatste komt de stroom bij de spanningsregelaar.

Fig. 2d1

De spanningsregelaar zorgt ervoor dat de spanning op een constante wordt gehouden, in ons geval 5 Volt.Op de afbeelding(Fig. 2d) is dan ook te zien dat er een rechte, horizontale lijn doorgaat.

De meeste mobiele telefoons en tablets worden geleverd met een oplader die de wisselstroom vanuit het stopcontact omzet in een gelijkstroom met een spanning van, afhankelijk van de batterij in de telefoon en de fabrikant, 5 tot 5,5 Volt. Met dit circuit in de oplader verwerkt is onze oplader dus zeer geschikt om een mobiele telefoon of zelfs een tablet op te laden.

1 Zie notenlijst

30



§ 1.2 Hoe snel kan onze lader een telefoon opladen?

Het is natuurlijk leuk om zo'n mobiele oplader te hebben, maar dan moet deze ook wel nuttig zijn. Het is dus niet alleen de bedoeling dat de oplader werkt, maar ook dat deze met een redelijk tempo een telefoon oplaadt. Stel het duurt een volle 24 uur van een dag om een telefoon op te laden met deze oplader, er is natuurlijk niemand die 24 uur lang gaat fietsen om zijn / haar telefoon op te laden.

Om deze reden gaan we berekenen hoe snel de oplader een telefoon zou kunnen opladen. Dit kunnen we dan tijdens het testen van de oplader vergelijken met de conclusies die we hier trekken en zo een goede eindconclusie vormen.

De tijd die het kost om een telefoon op te laden is afhankelijk van de capaciteit van de batterij van een telefoon en van de lader. we willen dus eerst weten hoe groot de stroomsterkte is die onze oplader levert. Na de bouw van de lader hebben we de weerstand en de spanning gemeten met een ohm meter en een voltmeter. Deze kwamen uit op een weerstand van ...Ω en een spanning van 5,1V. We hadden geen Ampère meter bij de hand, maar het ampèrage is eenvoudig te berekenen met de volgende formule:

U = I • R

Hierbij geldt: U = spanning in Volt(V) I = stroomsterkte in Ampère(A) R = weerstand in Ohm(Ω)

Om het aantal geleverde ampère te berekenen moet I berekend worden. U en R hebben we gemeten en zijn dus bekend. Om I te berekenen moeten weer het volgende doen:

I = U/RI is dus 5,1/5,5 = 0.927ADit rekenen we even om in milli-ampère, omdat dit straks makkelijker rekent.I is dan dus 0,94 • 1000 = 927 mA

Verder willen we weten hoe groot de capaciteit van de batterij van een telefoon is. Het probleem is, dat bijna alle telefoons een verschillende batterijcapaciteit hebben. Moderne telefoons hebben een batterijcapaciteit tussen de 1000 mAh en 3500 mAh. mAh staat voor milli-ampère-uur en geeft dus hoeveel milli-ampère een batterij een uur lang kan geven. Als een telefoon een batterij capaciteit van bijvoorbeeld 2300 mAh heeft en we nemen even aan dat er constant 200 mA per uur wordt gebruikt, dan heeft de batterij een levensduur van: 2300/200 = 11,5 uur

30



Als we willen weten hoe lang het dan duurt om dezelfde telefoon met de 2300 mAh batterij op te laden met onze mobiele opladen, delen we de batterijcapaciteit van de telefoon door het aantal milli-ampère dat onze opladen levert:

2300/927 = 2.48 uur

Het zal in theorie dus ongeveer twee en een half uur duren om een telefoon met een batterijcapaciteit van 2300 mAh op te laden met onze mobiele oplader. Om dit te verhaal te verduidelijken doen we hetzelfde rekensommetje met een voor de meeste mensen bekende telefoon: de iPhone 4s. Deze heeft een batterijcapaciteit van 1432 mAh. Om de iPhone volledig op te laden met onze mobiele opladen duurt het dus:

1432/927 = 1,54 uur.

Hierbij moet wel rekening gehouden worden met het feit dat de telefoon ook stroom gebruikt tijdens het opladen en dat er ook tijdens het opladen een klein beetje stroom verloren gaat. De werkelijke oplaadtijd zal dus iets hoger liggen.

Theoretisch gezien is de oplader dus best wel efficiënt, want je kan best je telefoon voor een gedeelte opladen als je bijvoorbeeld op een mooie dag een middagje gaat fietsen. Hoe snel je telefoon wordt opgeladen hangt dan uiteraard wel af van het type telefoon, omdat er in (bijna) elke telefoon een andere batterij zit. De efficiëntie van de oplader zal in de loop der tijd wel een beetje afnemen, omdat telefoons steeds verder ontwikkeld worden en er dus steeds "grotere" batterijen in de telefoons geplaatst worden door de producenten. Aangezien de lader nog steeds evenveel stroom afgeeft en de batterijen steeds groter worden zal het lijken of de lader steeds langzamer zal laden.

30



Economische aspecten

§ 2.1 Hoeveel stroom genereert de oplader, wat is dan de uiteindelijke laadtijd?

Zonder het aanpassen van de stroom regeling op de dynamo zou deze ongeveer 30 volt aan stroom leveren aan de mobiele telefoon. Dit zou genoeg zijn om de batterij van de telefoon letterlijk op te blazen. Met de aanpassing die wij hebben toegepast op de standaard dynamo wisten wij het vermogen terug te draaien naar ongeveer lager voltage, wat een uitstekende stroom spanning is voor het opladen van een mobiele telefoon. Na wat research op het internet kwamen wij tot de conclusie dat de ideale voltage voor het opladen van een mobiele telefoon ongeveer 5 volt bedraagt. Zou je met dit systeem andere elektrische apparaten willen opladen, dan zou een aanpassing in de stroom regeling nodig zijn.

Voor het volledig opladen van een mobiele telefoon heb je zo ongeveer een uur tot anderhalf uur nodig met alle verbindingen op actief. Echter varieert dit per mobiele telefoon afhangend van het type. Een nieuwe Samsung Galaxy Note III heeft uiteraard veel meer stroom nodig dan een ouderwetse Nokia 3310.Wij zijn bij alle berekeningen uitgegaan van het opladen van een smartphone en een simpelere telefoon, dit hebben wij op verschillende manieren getest. Volgens verschillende bronnen op het internet zou het namelijk een degelijk verschil maken in laadtijd als je de smartphone uit zet of in het zogeheten “vliegtuigmodus” zet. Dit komt doordat de telefoon dan geen verbinding maakt met het netwerk, wat dus stroom bespaard. Dit heeft weer als gevolg dat de telefoon ook sneller oplaadt. Het is in dit geval extra belangrijk dat de mobiele telefoon zo snel mogelijk word opgeladen in een zo kort mogelijke tijdsbestek. Dit houdt dus in dat je niet meer fietst dan nodig is om je mobiele telefoon te gebruiken gedurende de dag.

De door ons opgezochte bronnen wijzen bij een voltage van 5 volt deze verschillende laadtijden uit ( het gaat hier om het opladen via een stopcontact e.d. ); Z.O.Z

30



Status van de simpelere mobiele telefoon

Laadtijd in minuten

Normaal, met alle verbindingen op actief

40 tot 70 minuten

Vliegtuigmodus, met alle verbindingen op non-actief

30 tot 60 minuten

Uitgeschakeld 20 tot 50 minutenStatus van de smartphone. Laadtijd in minuten


60 tot 90 minuten


50 tot 80 minuten

Uitgeschakeld 40 tot 70 minuten Fig. 3a1

Fig.3b1

Status van de simpele mobiele telefoon

Laadtijd in minuten


50 tot 80 minuten


40 tot 50 minuten

Uitgeschakeld 30 tot 40 minutenHet zou voor onze dynamo oplader volgens de bronnen optimaal zijn als zowel de smartphone als de simpele mobiele telefoon uitgeschakeld zouden zijn. Echter is dit niet geheel haalbaar wat men laat vaak haar mobiele telefoon of smartphone aan staan gedurende het opladen. Wij zijn bij het testen van onze dynamo oplader ook uitgegaan van deze 3 modi. Deze gegevens staan in de volgende tabellen genoteerd; Fig. 4a1

1 Zie notenlijst

30



Fig. 4b1

Status van de smartphone. Laadtijd in minuten


60 tot 90 minuten


50 tot 80 minuten

Uitgeschakeld 40 tot 50 minuten

30



§ 2.2 Wat is de besparing bij het gebruik van de mobiele oplader?

Wat is de besparing bij het gebruik van de mobiele oplader?

Als onderdeel van de economische aspecten is het natuurlijk bijzonder interessant om te gaan berekenen wat er bespaard kan worden aan zowel stroom als geld bij het gebruik maken van onze mobiele dynamo oplader. Om duidelijk te maken wat er bespaard kan worden met gebruik, hebben wij twee zaken van elkaar gescheiden. Deze luiden als volgt; - Wat is de besparing die deze fiets oplader kan leveren, op het Lyceum aan Zee?- Wat is de besparing die deze fiets oplader kan leveren, in Nederland? Wat is de besparing die deze fiets oplader kan leveren, op het Lyceum aan Zee?Om dit te kunnen gaan berekenen hebben wij verschillende feiten moeten opzoeken en/of moeten onderzoeken;

1. Het leerlingenaantal 2. Het aantal leerlingen met een mobiele telefoon 3. Het aantal leerlingen dat op de fiets naar school komt4. Gemiddelde af te leggen afstand van de fietsende leerling

1. Het leerlingenaantal.Voor het aantal leerlingen* op het Lyceum aan Zee hebben wij deze officiële gegevens gevonden via de Dienst Uitvoering Onderwijs oftewel DUO (zoals te zien in de tabel).

Fig. 51

*voor ons onderzoek hebben we het jaar 2012 gebruikt.

Na het navragen bij de teamleider van HAVO bleek het leerlingen aantal op 1300 te liggen.

1 Zie notenlijst

30



2. Het aantal leerlingen met een mobiele telefoon en/of smartphone

Het exacte getal voor het aantal leerlingen met een mobiele telefoon is voor ons een te lastige opgave, dus hebben wij hier een schatting naar gedaan. Dit hebben wij gedaan aan der hand van observaties in pauzes en kleine ondervragingen aan sommige leerlingen. Wij hebben ondervonden dat 90% van de leerlingen in het bezit is van een mobiele telefoon en/of smartphone.

1170 130 13000

200

400

600

800

1000

1200

1400

Smartphone / mobiele telefoon bezit Lyceum aan Zee

Wel in het bezit van een smartphone en/of mobiele telefoonNiet in het bezit van een smartphone en/of mobiele telefoonTotaal

Fig. 61

3. Het aantal leerlingen dat op de fiets naar school komt.

Ook voor het aantal leerlingen dat elke dag op de fiets naar school komt hebben wij een schatting gedaan op basis van onderzoek en ondervraging. Hierbij hebben we gekeken naar het aantal scooters die per werkdag voor de school staan geparkeerd en naar het aantal leerlingen die met de auto of het openbaar vervoer naar school komt. Wij hebben aangenomen dat de rest met de fiets naar school komt.

Dag van de week Aantal scooters op de parkeerplaats

Maandag 25

1 Zie notenlijst

30



Dinsdag 27Woensdag 31Donderdag 27Vrijdag 29Zaterdag N.V.TZondag N.V.TFig. 71

Aantal scooters per dag op de parkeerplaats voor de school (telkens tijdens het 3e uur);

Wij nemen van alle scooters per dag het gemiddelde, en dat getal gebruiken wij voor ons onderzoek. Dit komt neer op het volgende getal;

25+27+31+27+295

=27,8

Dag van de week Aantal leerlingen met auto/openbaar vervoer

Maandag 30Dinsdag 34Woensdag 36Donderdag 28Vrijdag 38Zaterdag N.V.TZondag N.V.T

Ongeveer 28 leerlingen met de scooter naar school per dag.

Voor het aantal leerlingen dat per dag met de auto of openbaar vervoer naar school gaan, hebben wij wederom ondervragend onderzoek gedaan. Wij hebben hierbij ook een visuele schatting gedaan door buiten te gaan staan bij het bushokje en op de parkeerplaats voor de auto’s (dit hebben wij gedaan vlak na het 6e uur elke dag).

Hiervan gebruiken wij het gemiddelde voor ons onderzoek. Dus het gemiddelde aantal Fig. 81

1 Zie notenlijst

30



Leerlingen dat per dag naar school komt met het openbaar vervoer of auto bedraagt;

30+34+36+28+385

=33,2

Ongeveer 33 leerlingen met het openbaar vervoer of de auto per dag.

Het aantal leerlingen dat per dag naar school komt op de fiets, kunnen wij nu berekenen door de volgende rekensom;

Totaal aantal leerlingen ( met mobiele telefoon/smartphone ) 1170Aantal leerlingen met scooter 28Aantal leerlingen met openbaar vervoer/auto 33

Aantal leerlingen met de fiets 1109

Bronnen hebben uitgewezen dat het opladen van een mobiele telefoon in totaal €0,01 kost per keer. Dit gegeven hebben wij verder gebruikt in onze berekeningen.

x leerlingenmet de fiets ∙ kosten vanhet opladen=besparingvan alle leerlingen per dag1109 ∙0,01=11,09

Debesparingkomt∈dit geval opeenbedrag van€11,09.- per dag.

In een schooljaar gaan volgens de Rijksoverheid ongeveer 200 dagen. Als wij dit gegeven vermenigvuldigen met de besparing per dag met het gebruik van onze mobiele oplader

komen wij op het volgende;

Besparing per dag ∙ xaantal schooldagen=besparing per jaar11,09 ∙200=2218

De besparing komt op een bedrag van €2218,- per jaar.

30



Deze besparing is nog niet heel interessant, dit is echter wel het geval als je het op een lange termijn gaan beschouwen, bijvoorbeeld voor 5 jaar.

Besparing per jaar ∙ x aantal jaren=besparing∈x aantal jaren

2218 ∙5=11090De besparing in 5 jaar komt neer op een bedrag van €11090,- . Bij gebruik op lange termijn

kan onze mobiele oplader dus zeker veel stroomkosten besparen.

30



Wat is de besparing die deze fiets oplader kan leveren, in Nederland?

Het berekenen van de besparing in heel Nederland is simpeler dan het berekenen van de besparing op het lyceum. Dit omdat de fiets gegevens van Nederland als geheel gewoon op internet te vinden zijn. Van het lyceum was dit niet het geval, dat moesten wij zelf onderzoeken.

Fig. 91

De cirkel diagrammen zijn afkomstig van de Nederlandse Fietsersbond en geven exact aan hoe de keuze qua vervoerswijze is verdeeld in Nederland. In cirkeldiagram 1 is te zien dat bij verplaatsingen tot 7,5 Kilometer 34% van het Nederlandse volk de fiets verkiest als vervoerswijze. Dit aantal staat gelijk aan ongeveer 4,5 miljard fietsritten per jaar. Bijna alle mensen zijn hierbij in het bezit van een smartphone of mobiele telefoon.

Het berekenen van de besparing zou er nu als volgt uit kunnen zien;

Ook bij het berekenen van de besparing van Nederland als geheel zijn wij weer uitgegaan van het volgende gegeven; het opladen van een mobiele telefoon kost in totaal €0,01 keer.

x aantal fietsende Nederlanders ∙ kosten per oplaadbeurt=besparing per jaar

4.500 .000 .000 ∙0,01=45.000.000 De besparing in Nederland komt dus neer om een bedrag van €45.000.000,- op jaarbasis.

1 Zie notenlijst

30



Echter zou deze besparing niet realistisch zijn. Dit zou namelijk betekenen dat er een marktpenetratie van 100% is, dat wil zeggen dat elke fietsende Nederlander gebruikt maakt van dit apparaat. Een marktpenetratie van rond de 30% zou in dit geval meer komen tot de werkelijkheid. De formule voor het berekenen van de besparing blijft in principe hetzelfde. Wel moet het aantal fietsende Nederlanders worden terug gebracht naar 30%.

De berekening voor het aantal fietsende Nederlanders zou er dan als volgt uitzien;

4.500 .000 .000100

∙30%=1.350 .000.000

x aantal fietsende Nederlanders ∙ kosten per oplaadbeurt=besparing per jaar

De x in de formule kan nu worden ingevuld als 1.350 .000 .000 , de kosten van het opladen blijven in deze hetzelfde namelijk €0,01,-

1.350 .000 .000∙0,01=13.500.000

Bij een marktpenetratie van rond de 30% zou de besparing in Nederland dus kunnen liggen op €13.500.000,- op jaarbasis.

30



§ 2.3 Is het gebruik van een mobiele oplader als deze in economische zin efficiënt?

Efficiëntie is met dit product natuurlijk niet onbelangrijk. In deze paragraaf gaan wij bekijken of het gebruik van een mobiele oplader als deze wel degelijk efficiënt is. Hierbij kijken we voornamelijk naar de economische kant. Echter kijken wij ook of het gebruik in de praktijk als gemakkelijk kan worden ervaren.

Economische efficiëntie Als we kijken naar de besparing die het gebruik van de mobiele oplader kan brengen, kunnen we constateren dat het gebruiken van dit apparaat zeker efficiënt is. Bij een fietsrit gaat er al snel een volle oplaadbeurt verloren indien men niet de stroom benut die zij op dat moment opwekken. Bij een klassieke dynamo is dit echter het minst voorkomend. Een klassieke dynamo moet namelijk fysiek tegen het wiel worden aangeklikt.

De meeste stroom gaat verloren bij het gebruik van de modernere naafdynamo (waar ons apparaat ook op aangesloten kan worden), deze genereert namelijk stroom zonder dat men daar ook maar iets van merkt, of voor hoeft uit te voeren. ( zie afbeelding 1a.)

Fig 101

Het verlies van de stroom van zowel een naafdynamo als een klassieke dynamo is erg zonde. De stroom kan natuurlijk gebruikt worden voor doeleinden die bijna iedereen wel nodig heeft, het opladen van een smartphone of een mobiele telefoon!

Praktische efficiëntie Ons ontwerp hebben wij zodanig aangepast dat het praktisch heel makkelijk is in gebruik. Het monteren van de mobiele oplader is erg simpel waardoor menig smartphone gebruiker het makkelijk kan gaan gebruiken. Ook is de mobiele oplader uitgerust met een universele USB aansluiting, dit zodat men elk soort mobiele telefoon kan aansluiten. Dit is zeker een pluspunt voor het praktische aspect van ons project. Echter is het wel noodzakelijk dat de gebruiker ook daadwerkelijk gaat fietsen en niet het stopcontact verkiest boven onze mobiele oplader. Dit zou dan weer in het nadeel kunnen werken van het praktische aspect

1 Zie notenlijst

30



De bouw

§ 3.1 Het ontwerp

Om een telefoon op te laden zijn een paar dingen nodig, namelijk: elektriciteit en een manier om dit naar de batterij van de telefoon te krijgen. Verder wilden we een telefoonhouder hebben, want het is natuurlijk niet handig en ook niet veilig om met je telefoon in je handen te moeten fietsen. Omdat een fiets niet overdekt is wilden we de houder zo maken dat de telefoon beschermd is tegen verschillende weersomstandigheden zoals regen en wind (wind neemt vaak zand en vuil mee). Ook moet de houder de telefoon beschermen tegen vallen met de fiets.

Voor deze opties hebben we als volgt gekeken naar de mogelijkheden:

Als eerste hadden we elektriciteit nodig. Aangezien er geen portable stopcontact op een fiets zit, moesten we een manier vinden om dit zelf op te wekken. Gelukkig bestaan er al een aantal opties om elektriciteit op te wekken op een fiets of ander voertuig. De twee beste opties vonden wij via zonnepanelen en via een dynamo. We hebben hierbij toch gekozen voor de dynamo, omdat een zonnecel duur en relatief kwetsbaar is. Op de fiets is er altijd de mogelijkheid dat je omvalt en een zonnecel zou dan snel kapot kunnen gaan, terwijl een dynamo een aardig solide onderdeel is. Met een zonnecel ben je natuurlijk ook afhankelijk van de zon. Met veel bewolking zou deze dan waarschijnlijk te weinig stroom leveren om je telefoon op te laden. Met een dynamo ben je dan alleen afhankelijk van je snelheid, wat ons veel efficiënter leek.

Nu hadden we de keus om de dynamo bij het voorwiel of bij het achterwiel te plaatsen. Omdat we de telefoon tijdens het opladen zo dicht mogelijk bij de dynamo wilden hebben, hing de positie van de dynamo dus af van de positie van de telefoon. We konden de telefoon bijvoorbeeld in een tasje of houder op de bagagedrager plaatsen, maar het leek ons het meest praktisch om een houder op het stuur te maken. Als je dan gebeld wordt kan je zien wie je belt en heb je ook snel toegang tot de telefoon om eventueel op te nemen. Het was dus ook beter om de dynamo bij het voorwiel van de fiets te plaatsen.

Vervolgens moesten we de stroom van de dynamo naar de telefoon in de houder op het stuur kunnen krijgen. Dit gaat uiteraard via een kabel. Het probleem was dat mobiele telefoons (nog) geen universele aansluiting hebben. Zo hebben iPhones een aansluiting die door 'Apple' zelf heeft ontworpen en hebben de meeste Android telefoons (bijvoorbeeld HTC, Samsung, Sony & LG) een micro-USB aansluiting. Wat al deze aansluitingen gemeen hebben is dat er aan het andere uiteinde van de kabel een USB-aansluiting zit die in de stekker of in een computer geplugd kan worden. Om ons systeem zo universeel mogelijk te maken leek het ons het meest praktisch om de dynamo te koppelen aan een USB-poort. Zo kan iedereen zijn/haar eigen kabel (die meegeleverd is met de telefoon) aansluiten op de oplader. Zo kun je ook eventueel een telefoon van iemand anders opladen en zijn er ook geen problemen als je een nieuwe telefoon van een ander merk koopt.

30



Als laatste moest er natuurlijk een houder op het stuur komen. Een telefoonhouder zoals je die in auto's tegenkomt leek ons om twee redenen niet handig;Ten eerste past er in deze houders vaak maar een beperkt aantal telefoons, maar we wilden natuurlijk een zo universeel mogelijk product hebben. Ten tweede zijn deze houders aan meerdere kanten open en beschermen de telefoon dus niet tegen regen, zand en ander vuil in de buitenlucht. We moesten zelf dus met een alternatief komen die wel aan de eisen voor ons concept voldoet. We bedachten dat een bakje wel aan onze eisen zou voldoen. Als eerste moet het een bakje zijn waar zo veel mogelijk telefoons in passen. Een ruim bakje zorgt er wel voor dat kleinere telefoons een beetje zullen rond stuiteren tijdens het fietsen. Het bakje zou dus aan de binnenkant bekleed moeten worden met een zacht materiaal. De deksel van het bakje kon met scharnieren vastgezet worden zodat deze niet snel kwijt raakt, maar de toegankelijkheid van het bakje nog steeds even goed is. Verder moet in ieder geval de voorkant van het bakje doorzichtig zijn, zodat je zicht hebt op de telefoon. Op deze manier kan je zien wie je belt en vervolgens makkelijk bepalen of je moet opnemen of niet. Het is dus niet nodig om het bakje open te doen als je gebeld wordt of een berichtje krijgt. Als laatste moeten er een paar doorgangen voor de kabel komen. Het is handig als er een doorgang aan de onderkant en bovenkant, maar ook aan de linker en rechter kant zit. Niet alle mobiele telefoons hebben namelijk de aansluiting aan dezelfde kant zitten. De verschillende doorgangen zorgen er dus voor dat elke telefoon "rechtop" in het bakje kan en blijft het scherm makkelijker afleesbaar. De doorgang aan de bovenkant is voor eventuele aansluiting van een hoofdtelefoon, aangezien veel mensen op de fiets graag naar muziek luisteren.

§ 3.2 Benodigdheden & kosten

Het maken van dit concept hebben we verdeeld in 2 delen; De oplader zelf en de telefoon houder. De oplader bestaat niet alleen uit een dynamo en een kabel, maar ook uit een schakeling die het voltage beperkt, zodat de batterij in de telefoon niet overbelast wordt. We hebben hiervoor de volgende spullen aangeschaft:

- Een dynamo (foto 11), gekocht bij een fietsenwinkel voor €4,95- Een circuit bordje (foto 21)- Een voltage regulator (foto 31)- Een condensator (foto 41) gekocht bij een hobbywinkel, totaal €16,85- Een gelijkrichter (foto 51)-Een hobby-box (foto 61)- Draad (foto 71)- Een USB(m)-USB(f) kabel (foto 81), gekocht bij action voor €1,55

11 Zie bijlage

30



§ 3.3 Uitvoering

Om de oplader te maken hebben we een tutorial video via YouTube gevolgd. Daarbij hebben we een link naar een hulpsite gekregen waar we het volgende schema vandaan hebben gehaald:

Hier is ook te zien hoe het systeem aan elkaar vast moet komen te zitten. Van links naar rechts zien we hier: de gelijkrichter, de condensator en de spanningsregelaar. Verder hebben we ook wat advies gehad van de meneer in de hobbyrama, waar wij onze onderdelen hebben gehaald. Om de oplader te maken hebben we de volgende stappen gevolgd (per stap staan er foto's in de bijlage):

Stap 1: We buigen de middelste aansluiting van de spanningsregelaar 90 graden naar achteren en het linker pootje naar voren.

Stap 2: We solderen een rode draad aan het linker pootje en een zwarte draad aan het middelste pootje en knippen al het overtollige draad af.

Stap 3: We vouwen de polen van de gelijkrichter naar buiten.

Stap 4: We vouwen de polen van de condensator naar buiten en draaien de polen van de gelijkrichter vast in de polen van de condensator (positief aan positief en negatief aan negatief).

30



Stap 5: We solderen de negatieve kant van de in elkaar gedraaide componenten aan het zwarte draadje die ook aan de spanningsregelaar zit.

Stap 6: We solderen de positieve kant van de in elkaar gedraaide componenten aan het rode draadje die ook aan de spanningsregelaar zit.

Stap 7: We solderen de 2 overgebleven uiteinden van de gelijkrichter aan 2 draden en bevestigen deze draden aan de dynamo. Het maakt niet uit welke de positieve en welke de negatieve kant is.

Stap 8: We Strippen het uiteinde van de USB-kabel en verbinden de 2 kabels aan de uiteinden van de spanningsregelaar.

stap 9: we plaatsen het systeem in een hobbybox, zodat het redelijk stof- en watervrij blijft.

Stap 10: We maken het bakje voor de telefoon en plaatsen deze op het stuur.

Stap 11: we plaatsen de dynamo bij de band.

Stap 12: Nu kunnen we een eigen USB-kabel aansluiten en onze telefoon inpluggen.

Testen maar!

30



Testen en metingen

§4.1 BeschrijvingVoor het de fase van Testen en Metingen hebben wij verschillende aspecten onderzocht. Denk hierbij aan het testen van de voltage van de mobiele oplader, we willen immers niet dat de oplader onze mobiele telefoon opblaast door te veel voltage te leveren. Ook hebben wij gekeken naar hoeveel de mobiele telefoon oplaad tijdens het rijden. Hierbij hebben wij gekeken naar afstand en snelheid van de fiets en ook naar het batterijpercentage op de mobiele telefoon zelf. Deze hebben wij uitgezet in een tabel, die verderop in dit hoofdstuk te zien is. Ook hebben wij tijdens het testen de “Action Camera” van Timon gebruikt, deze beelden zullen wij vertonen tijdens de profielwerkstukken presentatieavond op school.

§4.2 Benodigdheden & Kosten In deze paragraaf geven wij exact aan wij hebben gebruikt tijdens het testen van onze mobiele oplader. Ook zullen wij de eventuele gemaakte kosten hierbij vermelden, maar de meeste attributen hadden wij zelf nog liggen.

- Fietscomputertje Gekocht bij de Big Bazar voor €5,-- Spanningsmeter- Mobiele telefoon - Sony Action Cam Deze attributen hadden wij zelf nog. - De fiets

30



§4.3 Uitvoering & resultaten

Nadat de oplader af was, hebben we eerst een ohm-meter gebruikt om de weerstand te meten en een voltmeter om het voltage te meten. Hiermee kunnen we dan het ampèrage berekenen. De weerstand kwam uit op 5,5Ω. De stroomsterkte kwam uit op 5,1V. Zoals in een eerdere Nadat de oplader af was, hebben we eerst een ohm-meter gebruikt om de weerstand te berekening laten zien is, komt het ampèrage dan uit op 0.93A. Om te kijken hoe nuttig de oplader nou echt in de praktijk is hebben we hem gebruikt waarvoor hij is gemaakt; namelijk een telefoon ( of iets anders met een USB-aansluiting) opladen. Hier hebben weer allereerst onze eigen telefoons voor gebruikt. Dit zijn een HTC One, een HTC One X en een Samsung Galaxy Note III. we hebben alle 3 de telefoons om de beurt aangesloten en een Met de fietscomputer gekeken bij welke snelheid de telefoons begonnen met opladen. Dit gebeurde vanaf ongeveer 15 km/h. Daarna zijn we vlak boven deze snelheid op een zo constant mogelijke manier gaan fietsen met de telefoons weer aangesloten. Nu gingen we kijken hoe snel de telefoons werden opgeladen. We hebben hierbij steeds 20 minuten met een zo constant mogelijke snelheid gereden. De resultaten hiervan staan vermeld in figuur 4.2.

Fig. 111

Uit deze tabel is af te leiden dat de oplader ongeveer 230 mAh per 20 minuten oplaadt bij een snelheid van ongeveer 20 km/h. Als we dat vergelijken met de berekeningen uit §1.2 zien we dat de oplader iets langzamer oplaad dan dat we hadden berekend. Dit komt waarschijnlijk doordat de telefoons ook stroom gebruikten terwijl we aan het opladen waren.

1 Zie notenlijst

30



Conclusie

Is het economisch en technisch gezien efficiënt om dit product te gaan gebruiken?

Technisch.

Technisch gezien is dit product zeer efficiënt om te gebruiken. Het product is eenvoudig te maken met een aantal goedkoop verkregen onderdelen. Daarbij de laadtijd verschilt niet zo veel van de laadtijd van een reguliere oplader. Het nadeel is wel dat er continu boven een bepaalde snelheid gefietst moet worden om een telefoon op te laden. Verder kan het zijn dat bij telefoons met een grotere batterijcapaciteit niet zo snel wordt opgeladen als bij telefoons met een kleinere batterijcapaciteit.

EconomischEconomisch gezien is onze mobiele oplader zeker efficiënt te noemen, dit heeft meerdere redenen. Natuurlijk is de besparing hier één van, het kan veel besparing opleveren qua energieverbruik en zo kan het dus ook besparing opleveren in geld. Bij het gebruik op korte termijn wordt er zoals gezien niet verbazingwekkend bespaard. Dit is echter wel het geval als je het gaat beschouwen op lange termijn en bij veelvoudig gebruik. Als onze mobiele oplader bijvoorbeeld gebruikt word door één persoon op in een zeer kort tijdsbestek, dan levert het bijna niets op. Echter is dit wel het geval als onze mobiele oplader word gebruikt door duizenden mensen, en in een langer tijdsbestek. In dit geval loopt de besparing toch snel op naar de meer interessantere bedragen. Hieruit kunnen we concluderen dat het gebruik van de mobiele oplader op het gebied van besparing toch zeker een positief gevolg heeft. Een ander (niet onbelangrijk) aspect die meespeelt in de efficiëntie op economisch vlak zijn de bouwkosten van een mobiele oplader. Deze kosten vielen in praktijk duurder voor ons uit, dit kwam natuurlijk doordat wij het 2 keer hebben moeten maken. Maar de kosten op zich vallen reuze mee. Je hebt alle onderdelen voor de mobiele oplader gekocht voor ongeveer €23,35.

30



Evaluatie

Het onderwerp. Het idee voor de bouw van de mobiele oplader is begonnen met het brainstormen van mogelijke onderwerpen. Wij hebben besloten dit onderwerp in eerste instantie niet te gaan gebruiken, wij kozen namelijk voor het bouwen van een zogeheten “pulsejet”. Later in het profielwerkstuk traject bleek dit echter niet haalbaar en zijn wij vrij laat geswitcht van onderwerp. Dit is iets wat wij beter aan het begin hadden kunnen beslissen, zeker een aandachtspunt voor eventuele opdrachten in de toekomst. Eenmaal besloten dit onderwerp aan te houden, hebben wij er uiteindelijk ook zeer veel plezier in gehad.

De bouw. De bouw van de mobiele oplader bleek echter nog een beste uitdaging,de eerste keer ging het dan ook mis. Hierdoor waren wij genoodzaakt nieuwe onderdelen te kopen bij de hobby winkel. De 2e poging was echter wel succesvol en zijn wij erin geslaagd om een mobiele oplader te bouwen die werkt op de stroom van de dynamo op de fiets. Naar ons zeggen een zeer origineel idee.

Testfase. Het testen van de mobiele oplader was ook een onderdeel van ons profielwerkstuk. Dit was het makkelijkste onderdeel van dit alles. Wij hebben het apparaat bevestigd op de fiets, en we zijn met behulp van een fietscomputertje de metingen en testen begonnen. Dit door gewoon simpelweg rondjes te gaan fietsen door Den Helder.

Het schrijven van het verslag. Het schrijven van het verslag werd met plezier gedaan. Het zoeken naar de verhouding tussen het economische aspect en het technische aspect was een erg leuk ding om te doen. Uiteindelijk zijn wij hierin geslaagd en hebben we een aantal leuke stukken in het verslag weten te schrijven. Echter had de timing van het schrijven van het verslag nog wel wat verbetering nodig. Dit is wederom een punt waar wij in de toekomst rekening mee zullen moeten gaan houden.

30



Notenlijst

Fig. 1Een afbeelding van een sinusgrafiek. Gekopieerd van wikipedia.

Fig. 2a - Fig. 2dAfbeeldingen van de verschillende onderdelen die in de oplader zijn verwerkt; Van links naar rechts de gelijkrichter, de condensator en de spanningsregelaar. De rode lijn geeft de grafiek van de spanning weer en laat zien wat ermee gebeurt als deze langs de verschillende componenten van de lader komt. De zwarte lijn geeft y-waarde 0 aan.

Fig. 3a & Fig. 3bTabellen van de oplaadtijden van smartphones en niet "smart-" phones verdeeld in verschillende stadia van verbruik: volledig aan, vliegtuigmodus en volledig uitgeschakeld.Hierbij worden de telefoons opgeladen met reguliere opladers.

Fig. 4a & Fig. 4bDezelfde tabelverdeling als in Fig. 3a en 3b, maar dan opgeladen met de door ons gemaakte mobiele oplader.

Fig. 5Het aantal leerlingen op wat tegenwoordig het Lyceum aan Zee is in de jaren 2007 tot en met 2012. Gekopieerd van d website van de Dienst Uitvoering Onderwijs(DUO).

Fig. 6Een staafdiagram van het aantal leerlingen op het lyceum die in het bezit is van een mobiele telefoon. De getallen geven hier het aantal leerlingen weer.

Fig. 7a & Fig. 7bHet aantal leerlingen dat per dag met een scooter/brommer naar school komt weergegeven in een tabel (Fig. 7a). En het aantal leerlingen dat per dag met het openbaar vervoer naar school komt (Fig. 7b). Dit hebben wij zelf elke dag bijgehouden.

Fig. 9Vervoerswijze keuze verdeling in Nederland weergegeven in cirkeldiagrammen. Gekopieerd van de Nederlandse fietsersbond website.

Fig. 10Een afbeelding van een naafdynamo.

Fig. 11 Een tabel met een aantal resultaten van een test van onze oplader. Hier is te zien hoeveel procent er in 20 minuten is opgeladen bij alle 3 van onze mobiele telefoons.

30



LOGBOEK PWS

Naam: Ralph van den Hoff, Timon Brew & Jelle Geerlings

Klas: LHA5G, LHA5H

Onderwerp PWS: Mobiele oplader

Begeleider: Dhr. Van der Zee

* = Iedereen

Datum Wie Verklaring Bestede tijdin min.

29-09-2013 * Informatie opzoeken, logboek opstellen 200

30-09-2013 * Informatie opzoeken 120

01-10-2013 Ralph Werken aan deelvraag 1 120

10-10-2013 Jelle Informatie opzoeken 120


26-11-2013 * Begin praktisch onderdeel 100

27-11-2013 Timon Werken aan deelvraag 3 120


29-11-2013 * Werken aan praktisch onderdeel 100

30-11-2013 Jelle Werken aan deelvraag 4 120



30



Datum Wie Verklaring Bestede tijdin min.





28-12-2013 * Werken aan presentatie 120


31-12-2013 * In elkaar zetten PWS/ opmaak 180





07-01-2014 * In elkaar zetten pws/ opmaak 120

08-01-2014 * In elkaar zetten pws/ opmaak 120

09-01-2014 - Afronden pws 60

17-02-2014 - Verwerken feedback 60

Totaal aantal minuten 4900

pws - de mobiele oplader

Documents