Устройство заряда разряда аккумуляторов схема

Поделки своими руками для автолюбителей

Схема зарядного устройства для восстановления АКБ реверсивным током

Всем привет, в этой статье поговорим о том, как собрать устройство для зарядки автомобильного аккумулятора реверсивным, ассиметричным током на полевых транзисторах.

Что такое зарядка АКБ реверсивным током, подробно останавливаться не буду, так как этой информации полно в инете. Для данного устройства было перепробовано много различных схем, большинство из них или не работало вообще, или работа остальных, тем или иным способом не устраивала по параметрам.

Поэтому пришлось начинать с нуля и сделать надёжную, работающую схему, что в конце концов и получилось. Вот так выглядит схема для зарядки аккумуляторов реверсивным током.Данная схема очень элементарна, очень надёжна и очень проста в повторении. Что мы видим на этой схеме, два 555-ых таймера включенных здесь в качестве генераторов импульсов. Каждая микросхема управляет своим полевым ключом.

Соответственно один мосфет отвечает за зарядку аккумулятора, второй мосфет за разрядку. Сначала давайте рассмотрим узел, который отвечает у нас за разрядку аккумулятора.555-ый таймер (№2) здесь настроен на частоту около 1Кгц с коэффициентом заполнения около 85%. Питание данной схемы осуществляется непосредственно от самого аккумулятора, именно поэтому в данной схеме очень важно использовать полевые транзисторы. Потому что в них присутствует, так называемый обратный диод, благодаря этому диоду и возможна работа данной схемы.

Вторая микросхема (№1) отвечает за зарядку аккумулятора, соответственно от того, как вы подберёте частота-задающую обвязку данной микросхемы и будет, в конечном итоге, зависеть время заряда и время разряда вашего аккумулятора.

Значит как же эта схема работает в целом…

Как только на выход нашего устройства мы подключаем какой-либо АКБ, соответственно у нас запускается микросхема №2 и начинает на своём выходе генерировать прямоугольные импульсы, в следствии чего у нас открывается транзистор VT2, который в свою очередь разряжает наш аккумулятор на какую-либо нагрузку, в моём случаи это автомобильная лампа на 21 ватт.

Микросхема под №1 у нас не запускается, так как на выходе нашего устройства стоит диод VD1 (сдвоенный диод-шоттки). На вход нашего устройства мы подключаем какой-либо источник питания, будь то зарядное устройство или какой-нибудь блок питания, соответственно у нас запускается микросхема под №1 и начинает также на своём выходе вырабатывать прямоугольные импульсы с той частотой с которой вы ей задали с помощью частота-задающей обвязки.И как только на выходе №1 микросхемы появляется высокий уровень у нас открываются транзисторы VT1 и VT3. Ну и как видно из схемы транзистор VT1 у нас закорачивает 5 вывод микросхемы №2 на землю, тем самым останавливая генерацию прямоугольных импульсов и запирая транзистор VT2, тем самым прекращая разрядку нашего аккумулятора.

И в то же время открытый транзистор VT3 соединяет наш аккумулятор с нашим источником питания, тем самым обеспечивая его зарядку.

Ну и соответственно, как только с выхода микросхемы №1 высокий уровень исчезает два транзистора VT1 и VT3 закрываются, тем самым разъединяя наше зарядное устройство от нашего аккумулятора и в то же время рассоединяя 5 вывод микросхемы №2 с землёй, тем самым восстанавливая генерацию прямоугольных импульсов на выходе.

По деталям…

Обе микросхемы питаются через 12-ти вольтовые стабилизаторы 7812.

Время заряда и время разряда АКБ можно регулировать изменяя номиналы резисторов R2,R3,R4 и частота-задающего конденсатора С3.

Плата получилась довольно компактная, мосфеты и диод установил на небольшой радиатор.

Хотя они работают в ключевом режиме и нагрев минимальный.

Клемники поставил для подключения разрядной лампы и аккумулятора.Вот подключил, загорелась лампочка, то есть пошла разрядка аккумулятора.Цикл разряда и цикл зарядаПоворачивая бегунок подстроечного резистора можно менять скорость заряда и разряда данной схемы.Данную платку можно разместить непосредственно в корпусе зарядного устройства, тем самым добавив ему очень полезную функцию десульфатации.

Печатку в формате .lay можно скачать здесь.

Источник

Устройство импульсного заряда/разряда АКБ на МК PIC (Эх, заряжу — 01)

Редакция 1.06. (после обсуждения и дополнительных размышлений в схему и программу внесены изменения, в тексте они выделены подчеркиванием

Каждый тип аккумуляторов (далее просто АКБ) требует своего алгоритма и параметров заряда и разряда. В Интернете десятки схем ЗУ, которые, как правило, не отвечают достаточно строгим требованиям к процедуре заряда. И это при том, что такие требования многократно описаны.

Цели разработки устройства:

• Максимально простая аппаратная часть (HW)
• Максимум функций возлагается на программную часть (SW).
• Универсальность, гибкость, минимум деталей, благодаря применению контроллера
• Параметры заряда и разряда должны соответствовать требованиям производителей и ГОСТу
• Реализация импульсного метода заряда и разряда
• Реализация функции десульфатации
• Реализация функции восстановления

Многие авторы утверждают, что заряд и/или разряд импульсами тока благотворно сказывается на состоянии сульфатированных аккумуляторов (а это практически все АКБ с возрастом более 1 года).
Например, исследования немецкого института промэлектроники (см. 7).
Многие промышленные ЗУ имеют режим десульфатации (см. 4).
Важность своевременного заряда АКБ показывает график:

Основные технические характеристики

• БП: Uвых=18-20 В, Iвых до 10 А
• Емкость АКБ: 30,40,50,60,70,80,90,100 А*ч (при измерительном резисторе 0,2 Ом х 10 Вт)
• Режимы работы: Заряд, разряд, десульфатация, восстановление, калибровка
• Напряжение заряда: определяется типом АКБ, температурой, фазой заряда
• Ток заряда: определяется емкостью АКБ, фазой заряда
• Ток разряда: согласно ГОСТ_959-2002
• Защита от переполюсовки АКБ
• Защита от КЗ, программная и аппаратная
• Реле защиты включается при Uакб >= 2в (т.е. возможна работа с аккумуляторами от 2 в и выше).
• Опознавание отсоединения (потери контакта) АКБ
• Предупреждение срабатывания реле защиты при десульфатации «убитых» аккумуляторов,
• когда импульс разряда снижает напряжение АКБ до 2В (ограничение тока разряда при падении напряжения АКБ до 3 В)
• Учет температуры АКБ при выборе контрольных напряжений заряда (Umax и Ustandby) (продувка вентилятором для выравнивания температур внутри и снаружи корпуса перед расчетом коэффициентов термокомпенсации).
• Работа при температуре от -20 до +60 (для расширения диапазона просто добавить значения в таблицу термокомпенсации).
• Плавный старт заряда/разряда

Принципиальная схема

Описание работы принципиальной схемы

Блок питания в принципе любой, в т.ч. импульсный, выдающий напряжение >16 В. У меня на трансформаторе от ИБП Иппон, первичная обмотка включена так, чтобы на вторичной стороне выдавалось не 12, а 16 В. (некоторые товарищи утверждают и доказывают на практике, что чем больше импульс тока, тем лучше идет десульфатация: см. «Десульфатация автомобильного аккумулятора, http://shyza.ru/forum/viewtopic.php?f=15&t=50».

Поэтому БП может выдавать и еще большее напряжение (ограничение только по макс. пиковому току выпрямительных диодов и транзистора заряда).
Токоизмерительный резистор R_izm (0,1+0,1 Ом 10 Вт) используется при заряде и разряде.
*Если БП будет выдавать больше 20 В, то надо пересчитать входные делители для АЦП и соответствующие коэф-ты в программе.

Простота аппаратной части обеспечена благодаря применению метода импульсного (ШИМ-) заряда и разряда — ключ напрямую коммутирует БП на АКБ без применения каких-либо емкостей или индуктивностей. В результате на АКБ поступает короткий, но мощный импульс тока (до 20-30 А). Затем импульсы тока приобретают синусоидальную форму с частотой 100 Гц.

HW состоит из БП, двух ключей, измерительного и нагрузочного резисторов, контроллера, индикатора и 4 кнопок.
Остальное (вентилятор, зуммер, 2 светодиода) в принципе необязательны.
После включения выполняется инициализация начальных параметров.
После подключения АКБ необходимо кнопками Up/Dn выбрать емкость АКБ.
Если в течение 2 мин не будет нажата ни одна кнопка, то включается авто-режим и выполняется режим по умолчанию = Заряд последней использованной АКБ..
Далее выбирается режим работы (заряд, десульфатация, разряд, восстановление, калибровка).
Далее МК проверяет, подключена ли АКБ — если U После этого выполняется продувка корпуса вентилятором, пока не стабилизируется температура.
Это необходимо для измерения температуры внешнего воздуха, примерно равной температуре АКБ.
Затем рассчитывается индекс температурной поправки для режима заряда (U_max и U_stand-by).
Из EEPROM считываются нужные параметры и начинается работа.
МК рассчитывает среднее напряжение и средний ток и корректирует скважность импульса согласно текущей фазе заряда или разряда.
Зарядный ключ выполнен на T3 (BC338) и T1 (IRF9540N). Разрядный ключ на T2 (IRLZ34N).
T1 и T2 установлены на небольшие радиаторы (прим. 70*40*10) и практически не греются (сейчас при Токр 50 вентилятор охлаждения включается, при Т 0,01С поддержание напряжения АКБ= Umax(t) (режим «насыщения» с учетом температуры АКБ)
Этап 4 — Float: Поддержание напряжения АКБ=Ustandby(t) (режим «подпитки» с учетом температуры АКБ)
*все конкретные значения приведены в программе и могут меняться.
Рассчитываются и выводятся:
— значение Ампер*часов, полученных АКБ
— отношение Umax/Usr как показатель сульфатации АКБ
— Usr, Isr

РЕЖИМ РАЗРЯДА:
— Разряд выполняется согласно ГОСТ_959-2002, т.е. разряд средним током 0,05С до напряжения 10,5 +- 0,05 В при 25 гр.
Рассчитываются и выводятся:
— значение Ампер*часов, «изъятых» из АКБ
— время разряда ЧЧ:ММ
— Usr, Isr

РЕЖИМ ДЕСУЛЬФАТАЦИИ:
— Является комбинацией заряда и разряда, т.е.
— Цикл заряда ==> Этап 3 режима заряда
— Цикл разряда ==> разряд током 0,05С
— повторить, если время десульфатации Десульфатация==>Разряд==>Заряд. (можно легко изменить этот порядок в программе)

РЕЖИМ КАЛИБРОВКИ:
— Вместо АКБ необходимо подсоединить резистор 5-10 Ом
— Программа выдает напряжение, измеренное на «левом» (по схеме) конце R_izm.
— Кнопками Up/Down надо приблизить это значение к показанию мультиметра.
— Далее аналогично для «правого» конца R_izm (на АКБ).
— И затем подстраивается ток заряда (последовательно с АКБ надо включить амперметр). Значения сохраняются в EEPROM после нажатия ENTER.

Калибровка позволяет применять R_izm = 0-255 Ом. Для калибровки лучше использовать БП (например от ПК) на 12в, так как сетевое напряжение постоянно меняется.
12В надо подключить на выход диодного моста. Для измерения тока надо перемкнуть контакты реле: соединить +Bat и правый вывод R_izm.

ИНТЕРФЕЙС:
— КНОПКИ: ENTER (SET), UP, DOWN, RESET -назначение понятно из названия
— LCD-ИНДИКАТОР 16х2
— Зуммер активный (с внутренним генератором)
— 2 светодиода «Заряд» и «Разряд» -горят при открытых транзисторах заряда или разряда.

Настройка устройства

ПОРЯДОК НАСТРОЙКИ:
— все спаяли, МК не ставим, АКБ не подключаем,

Если дым не пошел:
— проверяем наличие 19в на C1, R5, LM7805
— проверяем наличие 19/4в на контактах Панелька.2 и П.3
— проверяем наличие 5в на П.20
— подаем 5в с П.20 на П.25 — должен гореть LED ZAR
— подаем 5в с П.20 на П.26 — должен гореть LED RZR
— подаем 5в с П.20 на П.7 — должен пищать зуммер
— подаем 5в с П.20 на П.10 — должен заработать вентилятор
— подсоединяем АКБ -должно щелкнуть реле, на П.2 и П.3 д.б. напряжение АКБ/4
— подаем 5в с П.20 на П.4 (включаем силовой транзистор заряда) — на R_izm д.появиться напряжение (или АКБ включить через амперметр)
— подаем 5в с П.20 на П.5 (включаем силовой транзистор разряда) — на R_izm д.появиться напряжение обратного знака (или АКБ включить через амперметр)
— если все ОК, выключаем и ставим МК
— проверяем работу программы во всех режимах.

Испытания
ИСПЫТАНИЯ «НА МАКЕТКЕ»

Испытание на АКБ 60АЧ:

— форма импульса зарядного тока:

виден короткий импульс

18A длительностью около 5-10мс
далее синусоида, обусловленная разрядом-зарядом сглаживающих конденсаторов (8*2200х25в)
расчетный средний ток 4А
скважность 410/1000=0,4 (т.е. схема может выдавать средний ток около 10А)

Максимальный импульсный ток:

— при среднем токе ок.5.5 А пиковый ток= 23А длительностью ок. 5мс
— хорошо видны «синусоиды» разряда-заряда сглаживающих конденсаторов
— можно увеличить емкость этих конденсаторов, а можно и оставить,
так как известны схемы десульфатации положительными полупериодами сетевого напряжения (не 220 конечно).

— слева-направо: 55-выбранная емкость АКБ
Z3-фаза заряда 3
02.72 — закачанные Ампер*часы
1.10 — соотношение Umax/Usr как индикатор степени сульфатации АКБ (не уверен, что это так. )
Us=14.53 — среднее напряжение на АКБ
Is=4.17 — средний зарядный ток
— При температуре окр. среды ок. 17 градусов (на «балконе») температура радиатора силового транзистора (по датчику)
не превышает 50 гр. (вентилятор не включается)
— Сильнее всего греется трансформатор (почти до 70 гр., пишут что для Класса В это нормально
— многие говорят о том, что трансформаторы в ИБП Иппон сильно греются).

Испытания на реальных АКБ:

Прибор испытан на нескольких аккумуляторах 7а*ч, 55 и 60а*ч (в т.ч. 01.02.14 при — 20 градусах…). Полет нормальный.

Общий вид прибора в корпусе:

Требования к конструкции

Первым по ходу всасываемого вентилятором воздуха должны стоять радиаторы силовых ключей и только затем трансформатор, чтобы транс не обманывал датчик температуры на радиаторе.
МК установлен на панельке для удобства обновления прошивки.

В архиве принципиальная схема, схема печатной платы, прошивка (.hex), исходный код программы, схема для Proteus.

Новая версия 1.06 в архиве V1.06.rar.

ИЗМЕНЕНИЯ В ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЕ, РЕДАКЦИЯ 1.06
Измерительный резистор заменен на 2 по 0,1 10 Вт
Убраны подтягивающие резисторы с кнопок (используются внутренние)
ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОГРАММЕ, редакция 1.06:
Исправлена пара ошибок, включены подтягивающие резисторы
Добавлено хранение/считывание информации в/из EEPROM
При включении предлагается к работе АКБ с емкостью, запомненной в ПЗУ
После пропадания-восстановления сетевого напряжения и отсутствия нажатия кнопок в течение 2 минут будет запущен заряд АКБ с емкостью, запомненной в EEPROM.
Добавлен режим калибровки напряжений до и после измерительного резистора и калибровки тока заряда.

Были проанализированы следующие варианты улучшения точности измерения тока:

1) Дополнительный измерительный резистор (скажем 2.3 Ом, подключаемый/шунтируемый реле) последовательно с основным R_izm=0.1 Ом.
Проработано:
— программное определение присутствия реле
— работа реле только в нужных режимах
— переключение реле при определенных токах
— переключение реле при отсутствии тока через его контакты
— компенсация резкого изменения тока заряда после коммутации реле
— калибровка измерительных резисторов и сопротивления контактов реле
Вариант ОТВЕРГНУТ:
— контакты реле не предусмотрены для работы в качестве измерительного резистора
— нестабильность сопротивления контактов

2) Усилитель шунта на операционном усилителе (в верхнем плече питания!):
— профессионалы применяют измерительные ОУ
— обычный ОУ не подходит
— ОУ Rail-to-Rail недостаточен
— нужен ОУ Rail-to-Rail с малым Input Offset Voltage (напряжение смещения)
— у меня есть т. MCP601 с Uofs до 2 мВ, что очень много.
(погрешность измерения= погр. резисторов+ Uofs/Uizm_rez)

Вариант ОТВЕРГНУТ:
— чтобы овчинка стоила выделки нужен прецизионный ОУ
— измерение тока только в одну сторону, а надо в обе стороны, что вызовет падение точности в 2 раза (диапазон АЦП надо поделить на 2 области- для +токов и -токов)

Поскольку основным (моим) требованием является сохранение простоты аппаратной части, то выбран самый простой вариант: увеличение R_izm в 2 раза до 0,1+0,1 Ом.
Конечно, решение далеко не идеальное, но сохраняет простоту схемы при увеличении точности в 2 раза, а «лампочку» 10-20 Вт на пару часов один раз в месяц мой бюджет выдержит.

Источник