Устройство отключения аккумулятора по напряжению

Устройство защиты аккумуляторной батареи от глубокого разряда «УЗАБ».

Автор: Александр Давыдов
Опубликовано 16.08.2009

Всем доброго времени суток. Отдельно приветствую тех, кого заинтересовала эта статья. Данное творение вышло из под лап скромнейшего кота Кулибина в соавторстве с уважаемым котом i8086 и несравненной нашей кошечкой Анастасией Попковой. Речь в этой статье пойдет об устройстве защиты аккумуляторной батареи от глубокого разряда, которое далее будем называть УЗАБ.
УЗАБ предназначен для предотвращения глубокого разряда аккумуляторных батарей, который автоматически отключает нагрузку при уменьшении напряжения батареи до минимально допустимого значения. Конструктивные решения позволяют использовать УЗАБ везде, где используются кислотные или щелочные батареи, где отсутствует постоянный контроль за состоянием аккумуляторов, то есть там, где важно обеспечить предотвращение необратимых процессов, связанных с глубоким разрядом.
Вас заинтересовала эта идея? Не спешите! Еще несколько маленьких отступлений, перед тем, как я опишу саму схему. Идея создания такого устройства возникла давно. Первый, кто заговорил об этом, был i8086 . Он собрал преобразователь для длительного автономного питания своего ноутбука от автомобильного аккумулятора. Но преобразователь не отключался при снижении напряжения ниже 10В, а продолжал работать и разряжать аккумулятор.
С одной стороны это хорошо — дольше хватает времени работы от аккумулятора. А с другой стороны — для аккумулятора крайне нежелателен разряд ниже порогового для него напряжения в 10В. Часто приходилось периодически контролировать напряжение на клеммах аккумулятора с помощью цифрового мультиметра, что очень неудобно, а если недосмотришь, то и аккумулятор придется скоро поменять из-за глубокой разрядки.
В связи с этим, ваш покорный кот Кулибин и уважаемый i8086 начали поиски подходящего УЗАБ для этой цели. Перелопатив немало информации в Интернете и не найдя ничего подходящего я поделился данной проблемой с уважаемой Настей. И о чудо! Она предложила оригинальное включение операционного усилителя OP07 как компаратора совместно со стабилизатором 78L05.
Ниже схема из первоисточника.

Обсудив данную схему с i8086, мы решили ее немного доработать, внеся некоторые сервисные функции управления и индикации. Результатом наших творческих изысканий явилась эта схема:

После сборки схема прошла тестовые испытания, которые закончились великолепно. Рассмотрим имеющиеся сервисные функции в схеме:
1) Индикация пониженного напряжения питания. При снижении напряжения до 10,5 В загорается светодиод.
2) При снижении напряжения до 10,0 В происходит полное отключение нагрузки и схемы контроля от аккумулятора.
3) Благодаря подстроечным резисторам, напряжения срабатывания компараторов можно регулировать для конкретных типов аккумуляторов.
4) После аварийного отключения повторное включение возможно при напряжении выше 11,0 В, нажатием на кнопку «ON».
5) Если есть необходимость отключить нагрузку вручную, достаточно нажать кнопку «OFF».
6) Полезное преимущество — защита от переполюсовки (не соблюдения полярности) при подключении к аккумулятору. В этом случае УЗАБ и подключенное устройство просто не включатся.
Преимущество предложенного решения с использованием реле трудно сравнить с простейшей защитой — включением в обратной полярности мощного диода, когда в случае неправильной полярности сгорит предохранитель. В данном случае ничего сгореть не может, так как элементарно не включится.

Допускается использование подстроечных резисторов любого номинала в диапазоне от 10 кОм до 100 кОм.
Стабилизатор напряжения 78L05 на напряжение стабилизации 5В. Можно применить любой другой аналогичный, например, КР142ЕН5А.
Транзистор КТ815 можно заменить на КТ817 или другой аналогичный соответствующей проводимости.
Диод можно использовать любой маломощный, способный выдержать ток обмотки реле. В нашем варианте использован 1N4007.
Светодиод любой, желательно красного цвета свечения. Мы использовали 5 мм красный светодиод. Можно использовать мигающий светодиод со встроенным генератором для лучшей визуализации. Измерения показали, что нет необходимости установки токоограничивающего резистора, т.к. напряжение на нем равно 2В, а ток ограничивается самим ОУ LM358N.
Реле JZC-20F на 10А 12В, возможно применение и других аналогичных реле.
Кнопки применены разных цветов, зеленая на включение, красная — на отключение.
А теперь и фото самого контроллера УЗАБ, которые любезно предоставлены уважаемым i8086.

Собранное без ошибок и из исправных деталей устройство начинает работать сразу, наладка заключается в установке нужных порогов напряжения зажигания светодиода и отключения реле. Как ранее говорилось, это устройство успешно используется совместно с преобразователем для ноутбука, которые смонтированы в единый корпус. Необходимо отметить предложение Насти использовать данное схемное решение в автоматических зарядных устройствах, которые будут отключать цепь зарядки аккумулятора при достижении порогового уровня напряжения. На наш взгляд, нам есть над чем поработать!

Источник

Поделки своими руками для автолюбителей

Автоотключение любого ЗУ автомобиля при завершении зарядки, схема

Всем привет, сегодня рассмотрим несколько универсальных схем, которые позволят отключить зарядное устройство при полной зарядке аккумулятора, иными словами внедрением этих схем можно построить автоматическое зарядное устройство или доработать функцию автоотключения промышленной зарядки.

Сразу хочу пояснить один момент, если зарядное устройство работает по принципу стабильный ток — стабильное напряжение, то нет смысла использовать функцию автоотключения, поскольку естественным образом по мере заряда батареи ток в цепи будет падать и в конце заряда он равен нулю.Схемы, которые мы сегодня рассмотрим, предназначены для работы с автомобильными свинцово — кислотными аккумуляторами, хотя они могут работать с любыми зарядными устройствами, без всякой переделки последних.

Начнём с простых схем…

Первый вариант построен всего на одном транзисторе, переключающим элементом в схеме является реле с напряжением катушки 12 вольт.

Использованы те контакты, которые замкнуты без подачи питания на реле

Резистивный делитель или переменный резистор, задает нужное напряжение, смещение на базе транзистора, тот срабатывая подаёт питание на обмотку реле, вследствие чего реле включается размыкая контакт, который в состоянии покоя был замкнут и через который протекал ток заряда.Используя подстроечный резистор мы можем выставить то напряжение при котором сработает транзистор.

Для настройки схемы удобно использовать регулируемый источник питания, на котором нужно выставить напряжение около 13.5-13.7 вольт, что равноценно напряжению полностью заряженного автомобильного аккумулятора.

Затем медленно вращая подстроечный резистор добиваемся срабатывания транзистора, а следовательно и реле при выставленном напряжении.Теперь проверяем схему еще раз, допустим в начале заряда напряжение на аккумуляторе 12 вольт, по мере заряда оно увеличивается и по достижению порога 13.5 вольт реле срабатывает, отключив зарядное устройство от сети.

Кстати, можно подключить реле следующим образом, в этом случае зарядка не отключается от сети, а просто пропадает выходное напряжение и процесс заряда прекратиться, в этом случае контакты реле должны быть рассчитаны на токи в полтора раза больше максимального выходного тока зарядного устройства.

Транзистор буквально любой обратной проводимости, советую взять транзисторы средней мощности наподобие BD139, диоды в эмиттерной цепи транзистора тоже особо не критичны, ток потребления схемы всего 10-20 миллиампер, но схема имеет несколько недостатков.

Например, низкая помехоустойчивость, из-за которых возможно ложное срабатывание реле и невысокая точность работы, из-за отсутствия источника опорного напряжения и прочих стабилизирующих узлов.

Добавив в базовую цепь ключа стабилитрон, мы решим указанные проблемы и появится возможность довольно точно выставить нужное напряжение срабатывания.

Для настройки советую использовать многооборотный подстроечный резистор. Диод VD1 защищает транзистор от самоиндукции в случае размыкания реле.

Настраиваем схему точно так, как в первом варианте, лампочка имитирует процесс заряда и подключена вместо аккумулятора, при превышении определенного порога, реле срабатывает и лампа потухает.

Вторая схема построена на базе любого таймера NE555, этот вариант похож на предыдущие, микросхема NE555 в своей конструкции содержит два компаратора, пониженное опорное напряжение формирует стабилитрон, порог срабатывания устанавливается подстроечным резистором, как только напряжение на батарее будет равна пороговому, на выходе таймера получим высокий уровень, вследствие чего сработает транзистор.

В этом варианте использовать те контакты реле, которые находятся в разомкнутом состоянии без подачи питания. Во время настройки точку «А» размыкают от выходного контакта и подключают к плюсу зарядного устройства. К выходному контакту реле подключают лампу, второй вывод лампы подключают к массе питания.

В обеих схемах порог срабатывания можно выставить в пределах от 13.5 до 14 вольт, напряжение полностью заряженного автомобильного аккумулятора составляет от 12.6 до 12.8 вольт но при заведенном двигателе напряжение доходит до 14.5 вольт, так что небольшой перезаряд аккумулятора никак не повредит.

Аналогичную схему можно собрать на базе компаратора или операционного усилителя в компараторном включении, принцип работы тот же, что и в случае внедрения таймера NE555. В этой же статье, приведены наиболее простые и доступные варианты.

Все печатки в формате .lay можно скачать для повторения.

Источник

Отключение нагрузки при разряде аккумулятора

Обновление:

05/11/2020 — Добавлено видео процесс травления печатной платы

Имеется некое устройство, которое питается от литий-титанатных аккумуляторов (LTO). В аккумуляторной сборке используется BMS — контроллер который не даёт аккумуляторам перезарядиться или разредиться ниже минимального напряжения. Если напряжение падает ниже минимального, BMS отключает нагрузку.

Казалось бы, что проблемы ни какой нет и BMS отключит нагрузку при достижении минимального напряжения… Но нет…

Происходит следующая ситуация:

Напряжение падает ниже порогового значения, BMS отключает нагрузку.
Постепенно, на аккумуляторах начинает расти напряжение (такая особенность всех типов аккумуляторов — без нагрузки, напряжение растёт до некоего значения).
Напряжение повышается выше минимального порога и BMS включает нагрузку.
Через какое-то время, под нагрузкой, напряжение опять падает и BMS снова отключает нагрузку.
И так по кругу…

Происходить это может сотни (или даже тысячи) раз, пока аккумулятор не разрядится до того уровня, что после снятия нагрузки, напряжение не вырастет до нужного минимально допустимого значения.

Это конечно может привести к выходу из строя оборудования.

Вот и стоит задача — сделать устройство, которым можно включать нагрузку нажатием кнопки и что бы оно отключало нагрузку при достижении минимального напряжения, а также если пропадёт напряжение (если BMS сработал раньше) и снова появится, уже не включал нагрузку (пока не нажмёшь кнопку).

Схема для устройства

На просторах Интернет’а нашлась подходящая схема.

Схема отключения нагрузки при разряде аккумулятора

Но схему пришлось доработать:

Что бы сократить потери на переходе транзистора и не использовать радиатор для охлаждения, в параллель были поставлены три транзистора 50N06. Это снизило сопротивление перехода в 3 раза.
Напряжение отключения определяет стабилитрон DV1, но мне нужна регулировка в плюс хотя бы в пределах 1,5В, для этого поставил подстроечный резистор R7.
Изначально, схема находится в выключенном состоянии, по этому добавляю кнопку (ON).

Принцип работы схемы:

В изначальном положении при любом напряжении на аккумуляторной батареи, транзисторы VT2-4 закрыты, то есть нагрузка отключена.
Мы нажимаем и отпускаем кнопку (ON), транзисторы VT2-4, открываются, нагрузка подключается.
Если при этом, напряжение на стабилитроне VD1 более 8,2В, то он открывается и соответственно открывается транзистор VT1, который будет поддерживать в открытом состоянии транзисторы VT2-4.
По мере разряда аккумуляторной батареи, напряжение на VD1 будет снижаться и когда опустится ниже 8,2В (или которое настроено), стабилитрон закроется и тем самым закроет все транзисторы и нагрузка отключится.
Резистивный делитель на R6-8, дает нам возможность плавной регулировки напряжения отключения (в пределах 1,5В). Основной порог отключения, определяет стабилитрон VD1. Его можно подбирать под необходимые параметры в каждом конкретном случае.

Опытный образец

Проектируем печатную плату прототипа

Элементная база была в наличии, надо было срочно сделать плату и отдать на испытания.

Разработку платы как всегда начал в Sprint Layout и первая версия была распечатана на лазерном принтере используя термобумагу от старого факса.

Плата на термобумаге

Результат меня не очень порадовал, но для опытной эксплуатации пойдет, собираем и отправляем на тестирование.

Прототип в сборе

Как и предполагалось, испытания прошли на отлично.

Диапазон регулировки устроил, нагрев транзисторов VT2-4 был незначительный (при 10-12А, 14-9В). Схема отрабатывала свой функционал на все 100%.

Серийный образец

Печатная плата была немного оптимизирована. Добавлены клеммники для удобства подключения. Есть возможность использовать кнопку для ручного отключения, но для этого нужно разрезать дорожку под 3-4 контактом клеммника и установить нормально замкнутую кнопку. (Скачать окончательны вариант разводки платы в Sprint Layout).

Серийная печатная плата

Технология изготовления будет что и при изготовлении прототипа, единственная разница, попробую использовать глянцевую фотобумагу Lomond 150 gsm.

Глянцевая фотобумага Lomond 150 gsm

Тонер лег значительно плотнее и чётче, это не может не радовать. Дальше всё зависит от кривизны моих рук.

Теперь утюг в руки, лимонную кислоту в перекись водорода и вперед смотрим на результат.

Тонер на платах после промывки

Раствор готов, разогрет градусов до 40-50. Будем травить сразу 2 платы.

Теперь нужно просверлить отверстия, снять тонер мелкой шкуркой с водой и залудить дорожки.

Все комплектующие получены, можно приступать к сборке, более 30 минут это не займет.

Комплектующие для сборки

После сборки все было покрыто лаком, условия эксплуатации планируются немного агрессивные.

Клеммы под выходы попросили не ставить, но потом все равно пришлось установить.

Это решение подойдет под любой тип аккумуляторов, а напряжение срабатывание можно подобрать под свои задачи.

Видео с проверкой платы

Источник