Балансир для аккумуляторов 12 вольт
В этой статье я расскажу как можно очень легко и просто изготовить балансиры для балансировки последовательно соединённых аккумуляторов в сборках на 24/36/48 вольт, ну и любых других где есть АКБ на 12 вольт. В статье полное описание принципа работы, в так-же моё видео по изготовлению балансира.
Сама балансировка необходима в таких сборках, так-как часто со временем наступает дисбаланс и одни АКБ в сборке перезаряжаются, а другие недозаряжаются, в итоге вся цепочка АКБ быстро портится. Вообще в идеале нужно балансировать все ячейки сборки, то-есть «банки 2 вольта», которых в каждом АКБ по 6 штук, но корпуса АКБ герметичные и это сделать очень проблематично, хотя часто бывает так что умирает одна или две «банки» в АКБ и в итоге умирает. Но балансировать внутренние «банки» АКБ не принято и считается что они абсолютно одинаковые, и не должны расбалансироваться, но на практике это далеко не так. Но мы всё равно не сможем балансировать внутренние ячейки.
А вот сами аккумуляторы между сабой балансировать вполне можем, и сейчас можно купить заводские балансиры, правда стоят они неприлично дорого, но их покупают чтобы предотвратить быструю деградацию АКБ от дисбаланса. Дисбаланс между АКБ бывает как небольшой и может лечится с помощью параллельного заряда всех АКБ, это можно делать периодически, но кому охота всё переподключать чтобы зарядить АКБ в параллели. Но сильный дисбаланс наступает когда в сборках используются старые АКБ с новыми, АКБ разной ёмкости. В итоге АКБ с меньшей емкостью перезаряжаются до 15-16 вольт и «кипят», а те что с большей емкостью наоборот недозаряжаются, и первые умирают от перезаряда, а вторые от недозаряда.
Балансиры как я уже упомянул можно купить готовые, а можно сделать самостоятельно, благо схем различных в интернете полно. Но думаю не все хотят платить по 3-4 т.рублей за простой готовый балансир, а сделать такой сами не могут так-как не умеют делать платы, подбирать компоненты и спаять всё это дело в рабочее устройство и настроить. Я предлагаю простой балансир, с которым справится почти любой кто хоть раз держал в руках паяльник. Ниже принципиальная схема, и далее описание.
За основу схемы взят автомобильный реле-регулятор напряжения, стоит он не дорого и есть в любом магазине авто-запчастей. Нужен РР с управлением по минусу, то-есть он должен отключать минус с контакта «Ш», это реле-регуляторы «Газ» «Волга». В автомобиле РР при достижении 14 вольт отключает питание щётки обмотки возбуждения генератора и он перестаёт вырабатывать энергию, и напряжение падает. А как только напряжение упадёт ниже 14 вольт то РР снова подаёт «минус» на щётку и генератор снова даёт энергию. Таким образом в бортовой сети держится напряжение 14 вольт, а РР очень быстро переключается и импульсно подаёт питание к «якорю» генератора.
Но нам надо что-бы было наоборот, чтобы пока напряжение ниже 14 вольт РР ничего не подавало, а как только наступит 14 вольт то сразу включение нагрузки чтобы АКБ не перезаряжался пока другие ещё не зарядились. Это можно сделать добавив полевой N-канальный транзистор.
Транзистор работает так, «минусом» закрывается, а «плюсом» открывается. А у нас как-раз когда напряжение ниже 14 вольт то РР подаёт минус с контакта «Ш», и транзистор будет закрыт, а как только напряжение поднимется выше 14 вольт то «минус» пропадёт и транзистор откроется, и через него потечёт ток на лампочку, которая в качестве нагрузки. А «плюс» к затвору транзистора подаётся через резистор, по этому когда пропадает «минус» транзистор мгновенно открывается «плюсом» через резистор, и так работает очень быстро включаясь и отключаясь сжигая лишнюю энергию с АКБ.
Для изготовления балансира понадобятся:
1. Реле-регулятор с управлением по «минусу» (Газ, Волга) стоит от 50 руб
2.Полевой транзистор любой на ток 10-20А ( с запасом по мощности) примерно 10руб
3. Резистор 220-570кОм со светодиодном 3мм, можно выпаять из электроники
Так-же я снял видео с изготовлением балансира что-бы показать как работает. Я делал всё только что-бы показать, по-этому об эстетике устройства не думал. А вы можете установить балансиры в какой-то корпус, или аккуратно разместить транзистор на корпусе. Вместо лампочки можно использовать резистор. Схему можно регулировать, добавляя диод шоттки по питанию РР вы можете на 0,3 вольта увеличить порог срабатывания. С одним диодом порог срабатывания будет при 14,5 вольт, с двумя при 14,9 вольт, и так-далее. Так-же можно в разрыв делителя напряжения на плате РР впаять переменный резистор и выставлять свои пороги срабатывания. Но на практике настройка не нужна и 14,2 вольта вполне достаточно.
Эта-же схема использовалась мной для создания балластного регулятора для ветряка, чтобы лишнюю энергию сжигать и аккумуляторы не перезаряжались, об этом смотрите в разделе на сайте. Если есть вопросы то оставляйте комментарии под статьёй.
Источник
Простой балансир для аккумуляторов
Запись дневника создана пользователем Андрей-АА, 20.09.18
Просмотров: 2.544, Комментариев: 3
Сделал («разработал» — будет громко сказано, но суть — именно эта) для своей системы резервного питания очень простой автоматический пассивный балансир для двух 12 вольтовых свинцовых аккумуляторов на 2-х автомобильных реле контроля напряжения (см. фото). Никакой электроники, печатных плат и паяния. Только — 2 реле, 2 колодки на ДИН рейку, 2 лампочки, отвертки и обжим клемм.
Суть проблемы:
Последовательно соединенные аккумуляторы со временем расползаются по напряжению («разбалансируются»), что приводит к преждевременному выходу из строя самого «слабого» из них, а это, в свою очередь, выведет из эксплуатации всю батарею (24 Вольт, 48 Вольт и т.д.)
Параметры и особенности:
— Ток нагрузки: 0,25 А (3-х ваттные лампочки, 2 шт), но позволяет подключить нагрузку до 25 Ампер, в чем, в общем-то, нет необходимости.
— Реле: № 362.3787-4 (спецификация приложена), 2 шт.
— Держатель реле на DIN рейку № DIN001.
— Авто-клеммы (с десяток, см. фото). В любом авто-магазине.
— Провода.
— Предохранители на 2-5Ампер, 2 шт.
— Бокс с ДИН-рейкой.
— Разъем от старого компа для контроля работы и удобной настройки. В него хорошо влезают стандартные щупы от современных тестеров.
— Кабель от аккумуляторов к балансиру — 3 метра (чем меньше, тем лучше, но мне по-другому неудобно работать) сечением 1кв.мм (надо бы побольше (2,5кв.мм), но менять уже лень). Чем больше ток балансира, тем больше должно быть сечение кабеля и меньше го длина.
Точность (выставленная мной): 14,38В-14,43в — включение лампочек, 14,25В-14,20В — отключение. Точней не выставляется, возможно из-за длинного и тонкого кабеля. А возможно, что такие ограничения у реле. Еще обнаружил импульсы от инвертора в процессе заряда, которые несколько снижают точность настройки, но конденсатор на 20000 мкФ в параллель всему пакету аккумуляторов помогает. Подстройка возможна от 10 до 16 Вольт.
Да, предохранители пришлось делать самодельные (на синих клеммниках), под рукой нормальных не нашлось.
Схему не рисовал, ибо она очевидна. Главное разобраться как работают реле и как их настраивать. А дальше — всё ясно.
Все затраты не считал, но реле купил по 450 руб. (2 шт.), ДИН-держатели реле по 136 руб. (2 шт.)
Конечно, по-хорошему нужен активный балансир, чтобы работал и на 13,6 Вольтах и при разряде, но мне пока достаточно.
Примеры «промышленных» балансиров:
— ЭЛНИ (на разные напряжения) — отечественные.
— SBB2-12-A, SBB4-12-A — предположительно отечественные
— МБЗ-12/12 — отечественные.
— SKAT BB — отечественные.
— HA01 (на 24В), HA02 (на 48В) — китайские.
Тема по балансирам — здесь.
Важный момент:
Балансиры лучше ставить на новые аккумуляторы. 
Источник
Простейший балансир для аккумулятора
Да, Америку я не открыл. Подобных схем в сети лежит несметное множество. Просто я как обычно (видимо из-за своей лени) попытался уменьшить число деталей и количество сборочных работ до минимума. Вроде бы получилось 🙂
Схема очень простая: до достижения напряжения 4,2в (идёт зарядка) управляемый стабилитрон TL431А и pnp транзистор закрыты. Балансир отключен. Когда напряжение на заряжаемом аккумуляторе достигает верхнего порога 4,2в, TL431А открывается и начинает пропускать ток, открывая мощный транзистор, который подключает параллельно батарее составной резистор сопротивлением 4 Ома. Это не позволяет подняться напряжению на аккумуляторе выше допустимого и не мешает зарядке других аккумуляторов в батарее. Когда аккумулятор заряжен, светодиод горит. При суммарном сопротивлении 4 Ома в цепи коллектора мощного транзистора, зарядка током 0,5А проходит без проблем. Плата ощутимо тёплая, но не горячая.
Данную схему я делал для зарядки батареи аккумуляторов 18650 от ноутбука, которую я решил использовать вместо вышедшей из строя кислотной 12в 4,5Ач в моём УПСе. Батарея представляет из себя 6 аккумуляторов. Они соединены парами параллельно и три пары последовательно. Получается конфигурация 3s2p с напряжением в заряженном состоянии 12,6в и ёмкостью около 4,5Ач.
В неактивном состоянии ток утечки через цепи платы балансира составляет менее 10мкА, поэтому сколь нибудь значимого уменьшения ёмкости аккумуляторов не происходит.
Проверить собранную плату очень просто: подключаем её через резистор к источнику напряжения, выше 4,2в. На контактах платы должно быть 4,2в. Если это не так, подобрать можно резистором 220к меняя сопротивление в небольших пределах.
Когда будете делать стабилизатор напряжения для зарядки аккумуляторной батареи, выбирайте напряжение немножко выше числа банок, умноженное на 4,2в. Например, для трёх банок это будет 4,2 х 3 = 12,6в. Добавляем милливолльт по 100 на банку для ускорения заряда и получаем напряжение около 12,9в. Обязательно ограничить ток, иначе очень много мощности в тепло будет уходить.
Аккумуляторная батарея заряжена тогда, когда на каждом из балансиров загорелся светодиод.
Файл платы балансира можно бесплатно скачать в разделе «Каталог файлов».
Если Вы авторизуетесь на сайте в качестве пользователя, Вы будете получать уведомления о новых материалах на сайте.
Источник
Балансир для зарядки литиевых аккумуляторов
Скорей всего я бы не стал писать эту статью, если бы не одно обстоятельство. Несколько дней назад удалось придумать, как сделать очень хороший балансир на микросхеме TL431. Те, кто понимают, о чём речь, наверняка скажут – эка невидаль, да этих балансиров на TL431 – пруд пруди. Не спорю – эти микросхемы для этих целей используются очень давно. Но, из-за свойственных им недостатков, целесообразность их применения всегда вызывала много вопросов. Нет ни малейшего желания приводить примеры уже существующих схем этих балансиров, и подробно рассматривать их недостатки. Наверное, будет лучше, если я уделю больше времени, тому, что удалось сделать мне. Не покидают опасения, что что-то подобное уже было сделано до меня. Но проводить глобальные исследования, нет, ни желания, ни времени, и если вдруг выяснится, что подобный балансир уже существует, то мне останется, лишь попросить прощения за свою неосведомлённость.
Прежде, чем описывать собственно балансир, необходимо вкратце пояснить его назначение.
Суть вот в чём – литиевые аккумуляторы, чаще всего, используются в виде последовательного соединённых отдельных секций. Это необходимо, чтобы получить необходимое выходное напряжение. Количество составляющих аккумулятор секций, колеблется в очень широких пределах – от нескольких единиц, до нескольких десятков. Есть два основных способа зарядки таких аккумуляторов. Последовательный способ, когда зарядка осуществляется от одного источника питания, с напряжением, равным полному напряжению аккумулятора. И параллельный способ, когда осуществляется независимая зарядка каждой секции от специального зарядного устройства, состоящего из большого количества гальванически не связанных друг с другом источников напряжения, и индивидуальных, для каждой секции, устройств контроля.
Наибольшее распространение, ввиду большей простоты, получил последовательный способ зарядки. Балансир, о котором идёт речь в статье, не используется в параллельных системах зарядки, поэтому параллельные системы зарядки в рамках данной статьи рассматриваться не будут.
При последовательном способе зарядки, одно из главных требований, которое необходимо обеспечить, следующее – напряжение ни на одной секции заряжаемого литиевого аккумулятора, при зарядке, не должно превысить определённой величины (величина этого порога зависит от типа литиевого элемента). Обеспечить выполнение этого требования, при последовательной зарядке, не приняв специальных мер, невозможно…Причина очевидна – отдельные секции аккумулятора не идентичны, поэтому достижение максимально допустимого напряжения на каждой из секций при зарядке, происходит в разное время. Складывается ситуация, когда мы обязаны зарядку прекратить, так как напряжение на части секций уже достигло максимально допустимого порога. В то же время, часть секций остаются недозаряженными. Это плохо главным образом потому, что в итоге снижается общая ёмкость аккумулятора, так нам придётся прекратить разряд аккумулятора в тот момент, когда напряжение на самой «слабой» (недозаряженной) секции, достигнет своего минимально допустимого порога.
Чтобы не допустить повышение напряжения при зарядке, выше определённого порога, и служит балансир. Его задача достаточно проста – следить за напряжением на отдельной секции, и, как только напряжение на ней при зарядке достигнет определенной величины, дать команду на включение силового ключа, который подключит параллельно заряжаемой секции балластный резистор. При этом, если остаточный ток зарядки (а он, ближе к концу зарядки, уже достаточно мал, из-за малой разницы потенциалов между напряжением на заряжаемом аккумуляторе и напряжением на выходе зарядного устройства) будет меньше (или равен) тока протекающего через балластный резистор, то повышение напряжения на заряжаемой секции – прекратиться. При этом зарядка остальных секций, напряжение на которых ещё не достигло максимально допустимых значений – продолжиться. Закончится процесс заряда тем, что сработают балансиры всех секций аккумулятора. Напряжение на всех секциях будет одинаковым, и равным тому порогу, на которые настроены балансиры. Ток зарядки будет равен нулю, так как напряжение на аккумуляторе и напряжение на выходе зарядного устройства будут равны (нет разности потенциалов – нет тока зарядки). Будет протекать лишь ток через балластные резисторы. Его величина определяется величиной последовательно соединённых балластных резисторов и напряжением на выходе зарядного устройства.
Саму функцию контроля напряжения, легко смог бы выполнить любой компаратор, снабжённый опорным напряжением…Но компаратора у нас нет (точнее – он есть, но использовать его нам не удобно и не выгодно). У нас есть TL431. Но компаратор из неё, честно сказать – никакой. Сравнивать напряжение с опорным она умеет очень хорошо, но вот выдать чёткую, однозначную команду на силовой ключ, она не может. Вместо этого, при подходе к порогу, она плавно начинает загонять силовой ключ в активный (полуоткрытый) режим, ключ начинает сильно греться, и, в итоге, мы имеем не балансир, а полное дерьмо.
Вот именно эту проблему, которая не позволяла полноценно использовать TL431, удалось решить на днях. Ларчик просто открывался (но открывать его пришлось более двух лет) – надо было превратить TL431, в триггер Шмитта. Что и было сделано. Получился идеальный балансир — точный, термостабильный, достаточно простой, с чёткой командой на силовой ключ. И хотя этот балансир на TL431 немного сложнее сделанного ранее балансира на микросхеме KIA70XX, но зато и TL431, найти гораздо легче, и работает она точнее.
Ниже — две принципиальные схемы балансиров, рассчитанные для контроля порогов LiFePO4 и Li-ion аккумуляторов.
Превратить TL431 в триггер Шмитта, удалось добавив в схему p-n-p транзистор Т1 и резистор R5. Работает это так — делителем R3,R4 определяется порог контролируемого напряжения. В момент, когда напряжение на управляющем электроде достигает 2,5 Вольта, TL431 – открывается, открывается при этом и транзистор Т1. При этом потенциал коллектора повышается, и часть этого напряжения через резистор R5 поступает в цепь управляющего электрода TL431. При этом TL431 лавинообразно входит в насыщение. Схема приобретает ярко выраженный гистерезис – включение происходит при 3,6 Вольт, а выключение — при 3,55 Вольт. При этом в затворе силового ключа формируется управляющий импульс с очень крутыми фронтами, и попадание силового ключа в активный режим – исключено. В реальной схеме, при токе через балансировочный резистор равном 0,365 Ампер, падение напряжения на переходе сток-исток силового ключа составляет всего 5-6 мВ. При этом сам ключ, всегда остаётся холодным. Что, собственно, и требовалось. Эту схему можно легко настроить для контроля любого напряжения (делителем R3,R4). Величина максимального тока балансировки определяется резистором R7 и напряжением на секции аккумулятора.
Коротко про точность. В реально собранном балансире на пять секций для аккумулятора LiFePO4, напряжения при балансировке уложились в диапазон 3,6-3.7 Вольт (максимально допустимое напряжение для LiFePO4 составляет 3,75 Вольт). Резисторы при сборке использовались обычные (не прецизионные). На мой взгляд – очень хороший результат. Считаю, что добиваться большей точности при балансировке, никакого особого практического смысла – нет. Но для многих – это скорее вопрос религии, нежели физики. И они вправе, и имеют возможность добиваться большей точности.
Рисунок ниже – плата отдельного балансира, и, для примера, плата балансира на шесть секций. Очевидно, что клонируя плату отдельного балансира, можно легко сделать плату балансира на любое количество секций и любых пропорций.
Вот таким зарядно-балансировочным устройством я теперь пользуюсь. Я использую блок питания, описанный в статье про инвертор с адаптивным ограничением тока. Но можно использовать и любой другой стабилизированный блок питания, доработав его шунтом.
Балансир выполнен в виде отдельной платы. Он подключается к балансировочному разъему аккумулятора во время зарядки.
Пара слов про комплектующие. TL431 и p-n-p биполярный транзистор (подойдёт практически любой) в корпусах SOT23, можно найти на материнских платах компьютеров. Там же, можно найти и силовые ключи с «цифровыми» уровнями. Я использовал CHM61A3PAPT (или можно — FDD8447L) в корпусах TO-252A — подходят идеально, хотя характеристики очень избыточны (на токи до 1А , можно найти и что-нибудь по-проще).
В современных устройствах контроля за литиевыми батареями, описанные выше функции возложены на микроконтроллер.Но это гораздо более сложные для повторения устройства, и их применение оправдано далеко не всегда. Думаю — совсем не плохо, когда есть выбор.
Так выглядит балансир «живьём». За качество изготовления, вновь прошу прощения — из-за экономии времени, вновь рисовал плату обычным перманентным фломастером.
Источник