Устройство импульсного заряда/разряда акб на мк pic (эх, заряжу – 01)

Автоматическое зарядное устройство на микроконтроллере PIC

Здравствуйте уважаемые пользователи, хочу представить вам ЗУ для автомобильных АКБ. Вот опытный образец печатной платы,на которой и проводилась отладка устройства.

Дорогие радиолюбители! Прошивка платная!!! И в интернете ее нет! Покупайте готовый PIC контролер у Автора схемы ( PIC Не дорогой и оно того стоит!!! ) Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Плата передней панели

Схема устройства.

Для просмотра в полном размере и скачать схему кликните на нее левой клавишей мыши.

Зарядное устройство построено на основе микроконтроллера PIC16F690 ,все режимы управление зарядкой АКБ (аккумуляторной батареи ), а также режим десульфатации АКБ производятся посредством специальной микропрограммы зашитой в микроконтроллер.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  • Напряжение питания: 220-240В
  • Напряжение заряжаемой АКБ 12В
  • Максимальная ёмкость заряжаемой АКБ 220А/ч (в зависимости от применяемых силовых элементов (трансформатор ,оптотиристор,шунт))
  • Максимальный ток заряда АКБ от 1 до 20А (в зависимости от применяемых силовых элементов (трансформатор ,оптотиристор,шунт))
  • Максимальное время заряда 50 часов Токи десульфатации от 1 до 5А с шагом в 0.5А (по желанию заказчика)

КАК РАБОТАТЬ С ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ

1.Подключите ЗУ к сети переменного тока с напряжением 220-240В

2.Подсоидените АКБ к ЗУ обязательно соблюдая полярность (красный «крокодил» к «+» клемме АКБ ,чёрный «крокодил» к «-» клемме АКБ )

3.Включите ЗУ при помощи тумблера «Сеть» При включении зарядное входит в режим зарядки АКБ, если вы хотите перейти в режим десульфатации АКБ ,тогда нажмите кнопку «Десульфатация

 НАСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ ЗАРЯДА АКБ

После второго пункта «как работать с зарядным устройством» на ЛЕД дисплее вы увидите 0.0,а также свечения светодиода «установка тока» (это означает что зарядное устройство находится в режиме установки тока)

Кнопками «+» и «-» устанавливаем ток для данного типа АКБ (ток заряда для АКБ должен составлять от 3 до 10% от ёмкости АКБ ,чем меньше ток зарядки тем более качественна зарядка, но и в тоже время ,более длительна)

После установки тока зарядки АКБ нажимаем кнопку «Выбор» и переходим в режим установки таймера, о чём свидетельствует свечение светодиода «Таймер» , на ЛЕД дисплее мы увидим 10.0(это значение таймера по умолчанию )его можно изменить кнопками «+» и «-» .время заряда АКБ можно посчитать поделив ёмкость АКБ на ранее установленный ток заряда.

На этом параметров заряда АКБ завершена , для того чтобы приступить к зарядке АКБ нажмите кнопку «Старт» ,о начале заряда АКБ будет свидетельствовать свечение светодиодов «Заряд» и «Ток» , подождите 5-15 секунд и вы увидите на ЛЕД дисплее как ЗУ плавно увеличивает ток заряда до установленного вами уровня.

В данном зарядном устройстве реализована функция стабилизации тока заряда АКБ, так что при любых условиях, и во всём периоде заряда ЗУ будет стабилизировать ток заряда на ранее установленном вами уровне.

Контролировать степень заряженности свинцовых АКБ рекомендуется по плотности электролита АКБ.В полностью заряженном АКБ плотность должно быть на уровне 1.27г/дм3

Также в процессе заряда АКБ у пользователя есть возможность посмотреть напряжение АКБ ,и поставить заряд на паузу, для этого нужно нажать кнопку «Пауза» , при этом на ЛЕД дисплее отобразится напряжение АКБ ,а также вы увидите свечение светодиода «Напряжение» а также мерцание светодиода «Заряд», при этом заряд АКБ прекращается, а также останавливается отсчёт таймера.

Для продолжения заряда нажмите кнопку «Выбор» ,при засветится светодиод «Установка тока» и на Лед дисплее вы увидите ранее установленное вами значение тока (при надобности его можно изменить кнопками «+» и «-»)

При следующем нажатии кнопки выбор вы попадаете в меню корректировки таймера (если это надо) ,после этого ЗУ включает ток заряда(плавно подымает ток до установленного вами уровня).

О том что вы находитесь в режиме коррекции таймера свидетельствует свечение светодиода «Таймер»,на ЛЕД дисплее вы увидите оставшееся(приблизительное +/- 1час) количество времени до окончания заряда(оно будет отображаться в первых двух разрядах ЛЕД индикатора(с лева от запятой),в крайнем правом разряде после запятой) вы увидите отсчет времени от 9 до 0 секунд и так в циклическом режиме(это сделано для визуального контроля работоспособности таймера),также в этом режиме есть возможность менять значение таймера, это осуществляется кнопками «+» и «-».

При следующем нажатии кнопки «Выбор» ЗУ перейдёт в режим отображения тока заряда ,о чём свидетельствует свечение светодиодов «Заряд» и «Ток»

По истечению времени заряда ЗУ блокирует роботу всех кнопок ,отображает на ЛЕД дисплее напряжение АКБ ,о чём свидетельствует свечение светодиодов «Заряжен» и «Напряжение»,а также переходит в режим «ХРАНЕНИЯ АКБ» 

ЧТО ТАКОЕ РЕЖИМ «ХРАНЕНИЯ АКБ»

Режим «ХРАНЕНИЯ АКБ» подразумевает под собой не полное отключение тока заряда по окончанию заряда ,а снижение его до безопасного уровня в 150-200мА,это ток компенсации саморазряда АКБ, и в этом режиме АКБ может находится бесконечно долго, без никакого вреда для АКБ

ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН РЕЖИМ «ХРАНЕНИЯ АКБ»

В основном для зимнего периода хранения АКБ (если он не используется)

 РЕЖИМ ДЕСУЛЬФАТАЦИИ АКБ

Как мы знаем ,через некоторое время роботы АКБ (а именно через 3-3.

5года),АКБ начинает понемногу терять свою ёмкость ,это есть результатом сульфатации пластин внутри АКБ (связано это с химическими процессами происходящими внутри АКБ во время его длительной эксплуатации ,а также не корректной зарядке в автомобиле, что встречается очень часто) Вот как раз для того чтобы восстановить пластины в АКБ в первоначальное состояние и предназначен режим десульфатации.

Что же подразумевает под собой режим десульфатации. Это заряд(и в то же время разряд) АКБ по специальному алгоритму импульсным током не большого уровня(в данном устройстве ток десульфатации заряда составляет 2.5А ,а ток десульфатации розряда 0.25А для всех видов АКБ)

Алгоритм десульфатации таков: сначала на АКБ подаётся импульс тока заряда в рзмере 2.5А,потом ток заряда отключается и к АКБ подключается нагрузка ,и АКБ разряжается в неё с током разрядки в 0.25А(то есть 0.

1 часть от тока заряда)и так происходит в циклическом режиме с частотой 100Гц на протяжении всего времени десульфатации (то есть за одну секунду АКБ попеременно заряжается (50 раз) и розряжаеться (50раз)).

При этом медленно ,не нанося вред пластинам АКБ, разрушается слой сульфатации на пластинах АКБ

 НАСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ ДЕСУЛЬФАТАЦИИ АКБ  

После третьего пункта «как работать с зарядным устройством»  засветится светодиод «Ёмкость АКБ» на Лед дисплее вы увидите значение ёмкости по умолчанию в 55А/ч, её можно изменить кнопками «+» и «-»,после того как ёмкость АКБ установлена, нажимаем кнопку «Выбор»,при этом ЗУ автоматически высчитает оптимальное время десульфатации и отобразит его на ЛЕД дисплее, также засветится светодиод таймер указывая на тот рёжим в котором находится ЗУ ,также мы оставили возможность корректировать время десульфатации в ручном режиме ,это можно сделать кнопками «+» и «-». В это же время ЗУ уже десульфатирует АКБ .  

Теперь следует ещё раз нажать кнопку «Выбор» и ЗУ перейдёт в режим отображения тока зарядки десульфатации, об этом свидетельствует свечение светодиодов «Десульфатация» и «Ток»

Также в режиме десульфатации поддерживается режим паузы ,как и в режиме зарядки, все возможности в режиме паузы при десульфатации аналогичны режиму паузи обычной зарядки. По окончанию режима десульфатации ЗУ также переходит в режим ХРАНЕНИЯ АКБ

За прошивкой обращайтесь к АВТОРУ в

 ICQ:412252584

или пишите на почту по адресу

Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Вот как и обещал фото и окончательный вариант печатных плат

А вот собственно сами печатки: Скачать

Источник: http://shemu.ru/cifrovueshemu/221

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 16

Как то проходил я мимо аккумуляторной комнаты на работе. Проходя возле двери, почувствовал запах тухлых яиц. Так было несколько раз. Я спросил у мужиков, что за ядерная вонь? Они сказали, что сероводород из батарей так пованивает. Заглянул я туда и увидел что стоят пару батарей на зарядке и кипят как суп в кастрюле.

Оказывается некоторые пользователи автомобилей оставляют свои батареи на ночь на зарядку и идут баиньки. А там пусть все огнем горит. С одной стороны откуда пользователь знает, что там за зарядное и как оно работает? К тому же эти зарядники общественные, ну то есть колхозные. А колхозное, часто качественным не бывает.

Разобрал я один зарядник и увидел, что там стоит трансформатор и диодный мост. Это все что там было. Конечно при такой схеме батарея будет кипеть. Ну вот и решили я грохнуть эти зарядные и сделать что то получше. Начал рыть интернет, скачал пару книг. Посмотрел теорию. Схем зарядных устройств валом. Но большинство из них 70х годов. Сделаны как правило на транзисторах.

В более продвинутых еще тиристоры есть. Все это очень скучно, серо и уныло. Есть так же схемы на микроконтроллерах, это уже интересней. Можно данные на LCD дисплей вывести, разные органы управления замутить. Но мне захотелось изобрести свой велосипед. Творчество как никак. Вот я и склепал с десяток зарядников по такой схеме. 8 ампер выжимают. Этого хватит за глаза.

Схема в нормальном качестве лежит в архиве в конце статьи.Это было правда года 4 назад. Этими зарядниками до сих пор пользуются. Одна из целей, собрать из того что было под рукой. Корпуса использовал из под старых зарядников. Трансформатор использовал от списанных, сгоревших бесперебойников для компьютеров. Так называемых УПСов. Вот он.

Вот его внутренности:Силовой трансформатор УПСа оказался идеальным по всем параметрам. Вторичная обмотка толстая с «мизинец». Сам трансформатор мощный, сделан качественно, с креплениями. Выходное напряжение 16 — 17 V AC. То что надо. В упсе есть еще второй трансформатор, маленький такой. Я его использовал для питания самой управляющей платы.

Причем в нем есть две вторичные обмотки соединенные последовательно. Двухполярное питание для операционников считай уже готово. Прелесть. Диодный силовой мост, тоже был использован из старых зарядников. Охлаждение для тиристора взял из старых материнок для компьютеров. Вентилятор для охлаждения тоже снял со сгоревших китайских импульсных блоков питания, для тех же материнок.

Остальную мелочевку, аккуратно выпаял из плат со старых мониторов. Купить только пришлось LCD дисплеи для индикации, энкодеры, ну и парочку мелочевок. Так что большинство деталей наколупал в загашниках. Atmega16 тоже лежали в загашнике. Ее и использовал.

Задачи перед зарядником были поставлены такие:

1. Автоматическое поддержание тока зарядки, изначально выставленным пользователем. 2. Простота в управлении. Один энкодер. Повернул и нажал. Это все. 3. При неправильно подключенной батарее (ошибка полярности), заряд невозможен. 4. Защита от к.з. Если при заряде, вдруг упал ломик на клеммы батареи, зарядник должен вырубится. А батарея, ну уж как получится. 5. Если батарея дохлая, и не может достичь порога 14.4 вольт при зарядке, то программный таймер должен вырубить заряд с соответствующим выводом сообщения не дисплей. Иначе батарея просто выкипит. 6. Зарядник невозможно запустить, пока не будет подключена батарея к клеммам зарядника с соблюдением полярности. 7. Зарядник не должен выходить из строя если к нему подключили батарею не соблюдая полярность. 8. Должен иметься режим «хранение батареи». Предположим ты не планируешь пользоваться батареей в течении пол года. Можно просто подключить батарею к заряднику, поставить на полку и забыть. Зарядник время от времени проверяет напряжение на батарее. И ели оно упало ниже чем например 12.5 вольт, автоматически врубается зарядка малым током 0.5 А. Пин ADC0 — измеряет ток заряда батареи. Пин ADC1 — фиксирует скачек тока при к.з. Пин ADC2 — измеряет напряжение батареи. Пин AIN1 — фиксирует отсутствие/присутствие батареи. Пин PB4 — если что не так пошло, врубает защитное реле, которое отключает силовой трансформатор. К пинам PD0, PD1, PD3 подключен энкодер. Пин INT0 — ловит прохождение синусоиды после диодного моста, через нулевую точку. Зная когда эта точка появляется, можно легко вычислить когда надо включить тиристор. А вырубается тиристор сам, в точке указанной ниже на схеме.

Немного о теории заряда автомобильных аккумуляторов:

1. Батарея считается заряженной на 100% когда на ней 12.9 вольт. 2. Если на батарее 10.8 вольт, то она разряжена на 100%. Дальнейшее хранение или эксплуатация приведет с сульфатации пластин. Этот процесс фактически необратим. Если пластины засульфатированы, то такая батарея уже мусор. Существуют конечно такие спец зарядники, которые специальной импульсной формой тока как бы десульфатируют пластины. Но сами понимаете батарея уже будет не та. Так что если на батарее 12 вольт или ниже, то бегом ноги в руки и заряжать. 3. Зарядник в процессе заряда должен довести батарею до 14.4 вольта. Это так называемая точка закипания электролита. Когда эта точка достигнута, заряд еще не закончен. Далее надо плавно убавлять ток заряда. Убавили, подождали, пока опять не будет 14.4 вольта. Потом снова убавили. И так пока ток заряда не достигнет меньше 0.5 ампера. Ну а там уже можно вырубить. 4. Для батареи всегда более эффективна зарядка малым током. Это дольше по времени, но зато батарея целее будет. И при таком заряде она зарядится максимально. Так что гнаться за большими токами заряда не стоит. Большие токи оправданы в том случае, если вам надо срочно ехать, а батарея сдохла. Тогда можно конечно влупить 20А но не на слишком большой срок. Это реанимирует батарею и стартер она провернет. Опять таки, для батареи с большой емкостью этот ток еще ничего, с малой уже чего. Ток заряда выбирается делением емкости батареи на 10. Если у вас емкость 65 А/ч, значит начальный ток заряда можно установить 6.5А. Вот график заряда батареи моим зарядником для батареи 65 А/ч.Если посмотреть на оциллограмму работы тиристора, то увидим такую картину.

Красная зона, это и есть та временная часть, когда осуществляется заряд батареи.Получается когда открывается тиристор, батарея подкорачивает вторичную обмотку на себя. И напруга на обмотке падает до напряжения на батарее. Из-за этого трансформатор в красном диапазоне может входить в насыщение. И начинать нехило греться.

Поэтому лучше брать транс по мощнее. Если нет такого, тоже можно выкрутиться из ситуации. Тиристор надо открывать попозже. Тогда красная зона заряда будет поменьше. Нагрев уменьшится, но и токи заряда будут меньше. Как раз таки двигая точку открытия тиристора по синусоиде, регулируем ток заряда батареи.

Читайте также:  Фазоинвертор для мостового усилителя

Драйвер работы с дисплеем писал с нуля.

Вообще ничего не мешает, перекроить схему по желанию, что нибудь выкинуть или добавить. Ну и прошивку самому написать. Творчество великое дело. Прошивку накатал на ассемблере в AvrStudio 4.19. Весь проект на асме и схема в нормальном качестве лежит в топике.

Недостатки:

1. Тяжелый. Можно вместо гантелей использовать. Если долбанет по ноге, ногти сразу отлетят. На импульсной схеме полегче был бы. 2. Если покупать детали с нуля, то дорого выйдет. Дешевле купить готовый. С другой стороны когда делаешь сам, то сделаешь то, что тебе самому надо. + творчество и + кайф пусконаладочных работ. 3. Из-за конденсатора(интегрирующая цепочка) на ноге ADC0 есть некоторая инерционность работы зарядника. Но без него никак. Но по сути работе это не мешает. 4.… остальные пункты сами добавите.

Достатки:

1. Творчество. 2. Развитие умственных способностей. 3. Повышения уровня знаний в том как работают те или иные электронные приборы. В частности тиристор, LCD дисплей, аппаратные узлы микроконтроллера и др. Если просто купить готовый, то этого никогда не узнаешь. Ну только если из книг, но это сухая теория. А здесь тебе и практика и польза колхозу. 4. Как выше говорилось, кайф пусконаладочных работ. 5.… остальные пункты сами добавите. Вот две книженции выкладываю.

Зарядно пусковые устройства.zip — 2005г.

Зарядные устройства.zip — 2005г.
Но судя ниже из комментария clawham ни в коем случае их не скачивайте. Потому что там все схемы тупо кипятильные. Ну и моя схема в статье тоже тупо кипятильная. Только то зарядное которое он спроектировал, является самым правильным, но он с ним не хочет делиться. Или вот такое на 24 вольта 15А. А недавно я собрал вот такое зарядное на импульсном блоке питания

Источник: http://we.easyelectronics.ru/power-electronics/zaryadnoe-ustroystvo-dlya-avtomobilnyh-akkumulyatorov-na-atmega-16.html

Зарядное устройство для малогабаритных аккумуляторов на МК

 

Владимир Глуша

Данное зарядное устройство предназначено для независимой автоматической зарядки трёх малогабаритных АКБ, размера ААА, АА. Весь процесс зарядки индицируется светодиодами.

Если аккумулятор не разряжен до 1-го вольта, то ЗУ проведёт его разрядку и только потом начнётся зарядка, по окончании которой ЗУ проверит работоспособность аккумулятора, и если он будет неисправен, то подаст соответствующий сигнал.

За основу своей конструкции, я взял схему из журнала «Радио» № 10 за 2007 год – «Зарядное устройство на микроконтроллере PIC12F675», стр. 33-35.

Схема зарядного устройства и схема блока питания, приведены ниже на рисунках 1 и 2. В оригинальном зарядном устройстве, был использован импульсный блок питания на микросхеме TNY264, который подробно описан в журнале “Радио” за 2006 год, стр. 33-34, и в качестве которого можно использовать любой подходящий блок питания, с выходным напряжением 9 – 12 вольт, и током нагрузки от 1,5 ампера.

Рисунок 1.
Схема электрическая принципиальная.

Рисунок 2.
Схема электрическая принципиальная блока питания.

Программа для применённого в схеме микроконтроллера PIC12F675, постоянно дорабатывается. На данное время есть версия прошивки ZU_12F675_V_6.5.1. Я прошил версией ZU_12F675_V_6.4. Работает нормально. В прикреплённом архиве имеются все эти прошивки.

Данное зарядное устройство так же можно собрать и на микроконтроллере PIC12F683, программа для него написана пользователем kpmic с форума, ссылка на который приведена ниже и основательно отличается от версий для МК 12F675.

На данном микроконтроллере я работу устройства не проверял, а прошивка для него также имеется в прикреплении. Да, схема и плата при применении данного микроконтроллера переделки не требует, отличие от версий для МК 12F675

измерение напряжения производится по прерыванию АЦП..

Работа схемы

После подачи питающего напряжения, МК DD1 последовательно проверяет наличие подключенных к ячейкам аккумуляторов. При отсутствии напряжения на гнезде XS1 – МК DD1 “делает вывод”, что аккумулятор не установлен и переходит к анализу состояния следующей ячейки. Когда аккумулятор подключен, MK DD1 измеряет его напряжение, и если оно более 1 В.

ячейка включается на режим разрядки. На выводе 5 регистра DD2 появляется высокий уровень напряжения, открывается транзистор 1VT3, и через него и резистор 1R8 протекает ток разрядки около 100 мА, а светодиод 1HL2 начинает светить, индицируя этот режим. Как только напряжение аккумулятора станет менее 1 В, МК DD1 выключит режим разрядки и светодиод 1HL2 погаснет.

Высокий уровень появится на выводе 6 регистра DD2, откроются транзисторы 1VT1 и 1VT2, начнется зарядка аккумулятора и загорится светодиод 1HL1. В этом режиме МК DD1 периодически измеряет напряжение на аккумуляторе, и когда оно достигнет значения 1,45 В, он начинает проверять возрастает напряжение или нет.

Когда напряжение перестает увеличиваться, режим зарядки прекращается и кратковременно включается режим разрядки (загорается светодиод 1HL2) и измеряется напряжение на аккумуляторе. Если оно будет 1,1 В и менее, что свидетельствует о неудовлетворительном состоянии аккумулятора, светодиод 1HL2 станет мигать.

При подключении к ЗУ аккумулятора, напряжение на котором менее 1 В, режим зарядки включается сразу. Для охлаждения элементов ЗУ применен вентилятор М1, который начинает работать при включении режима зарядки любого из аккумуляторов.

Так как на него поступает напряжение питания меньше номинального (примерно 8,5 В), вращается он медленно, но производительности достаточно для охлаждения устройства. После окончания зарядки всех аккумуляторов вентилятор прекращает работу, а светодиод HL1 зеленого цвета свечения начинает мигать, показывая, что ЗУ можно отключить от сети.

ЗУ собрал на печатке, которую сделал по размерам имеющегося корпуса

Рисунок 3.
Печатная плата ЗУ.

При изготовлении ЗУ обратил внимание, что в схеме есть неточности: вывод 4 (GP3/MCLR) DD1 подключить к плюсу питания через резистор 1 к; перепутаны ноги DD1 5, 7 – это 1-й и 3-й канал (просто поменять местами при изготовлении платы).

При номиналах 1R2 24Ома – ток заряда около 0,22А и 1R8 10 Ом – ток разряда – 0,1А. Если нужны другие токи (под конкретный АКБ), то необходимо подбирать эти резисторы.
 

При прошивке МК особое внимание об­ратить на калибровочный байт, прошитый на заводе. Перед программированием необходимо прочитать содержимое его памяти. В конце последней строки вместо 3FFF будет 34ХХ это и есть байт, после загрузки hex в буфер программы эту константу нужно вернуть на место вручную! Ели затереть калибровочный байт, ЗУ не будет работать.

Ниже на рисунке 4, он обведён красным квадратом.

Рисунок 4.
Скрин с калибровочным байтом.

Если собрано все правильно, детали исправные, МК прошит как говорилось раньше, то ЗУ начинает работать сразу.
В процессе прогонки (проверки работоспособности, проверка max тока потребления, чтобы определиться с блоком питания) проводил заряд-разряд АКБ на всех каналах по раздельно и вместе.

У применённой мной версии прошивки, после включения устройства – кратковременно мигают светодиоды разряда. Если напряжение больше 1 V – включается разряд, загораются светодиоды разряда и светодиод индикации включения.

Желтый (1HL2) – разряд до 0,9 V, красный (1HL1) – заряд, напряжение зависит от состояния аккумулятора, чем хуже аккумулятор, тем выше напряжение, может доходить до 2,5 V (зависит от внутреннего сопротивления аккумулятора). После окончания заряда, на 10 сек.

включается желтый (разряд) и измеряется напряжение на аккумуляторе, и если оно упало до 1,1 вольта (и ниже), то мигает желтый светодиод. Аккумулятор в таком случае можно выкинуть или использовать в пультах управления. Хватает на пару месяцев.

При тестировании использовал свой лабораторный БП:

Рисунок 5.
Лабораторный БП.

Зеленый (HL1) включается при отсчете минутных интервалов, вспыхивает каждую минуту. Так как устройство предназначенного для длительной работы (полный цикл заряд-разряд АКБ 2,8 А/ч занял около 15 часов), то желательно проконтролировать температурный режим силовых элементов (1DA1, 1VT2 во всех каналах) в подготовленном Вами корпусе.

Я сначала установил 1VT2 такие, как по схеме – КТ973, но в процессе работы «уж больно сильно они грелись» – до 70С. Пришлось поставить по мощнее – TIP146 (по схеме Дарлингтона, составные, аналог КТ825). Можно было в принципе оставить и КТ973, только желательно предусмотреть для них теплоотвод.

7805 тоже порядочно греются, если есть возможность, то их тоже лучше ставить на радиатор (все три на общую пластину через изолятор). После всех тестов определился с параметрами необходимого БП, который должен иметь напряжение 9,5 V, и с током нагрузки 1,5 А.

Сначала пытался использовать и «китайские» малогабаритные БП, потом принял решение собирать ИБП по подобию в оригинале, на основе микрух TNY267PN (имеются в наличии). При проектировании использовал программу PIExpertSuite. Данная прога очень упрощает изготовление ИБП.

Вот скрин рабочего проекта:

Рисунок 6.
Скрин рабочего проекта схемы БП.

Рисунок 7.
Спецификация (список элементов).

Схема электрическая принципиальная, применённого мной в устройстве блока питания.

Рисунок 8.
Схема блока питания.

Программа PIExpertSuite очень удобная для проектирования импульсных блоков питания (правда, только на основе подобных микрух) и дает все рекомендации в использовании и применении компонентов, а также и изготовлении импульсного трансформатора.

Рисунок 9.
Рекомендации по изготовлению импульсного трансформатора.

Изготовил плату ИБП

Рисунок 10.
Печатная плата ИБП.

Собрал, проверил в работе.

Рисунок 11.
Собранная конструкция блока питания.

При изготовлении ЗУ обратил внимание, что в схеме есть неточности: вывод 4 (GP3/MCLR) DD1 подключить к плюсу питания через резистор 1 к; перепутаны ноги DD1 5, 7 – это 1-й и 3-й канал (просто поменять местами при изготовлении платы).

Рисунок 12.
Плата БП в корпусе.

Рисунок 13.
Плата ЗУ в крышке корпуса.

Рисунок 14.
Компоновка устройства.

По данному ЗУ есть форум журнала “Радио”, где обсуждаются некоторые вопросы по повторению данной конструкции…

Если кто-то заинтересуется данной конструкцией, и в процессе сборки, или настройки возникнут какие либо вопросы, то задавайте их здесь на форуме. Чем смогу – обязательно помогу и отвечу на вопросы. В прикреплённом вложении содержатся все необходимые файлы для сборки ЗУ.

Архив для статьи.

 

Источник: http://vprl.ru/publ/istochniki_pitanija/zarjadnye_ustrojstva/zarjadnoe_ustrojstvo_dlja_malogabaritnykh_akkumuljatorov_na_mk/18-1-0-88

Импульсное зарядное устройство – прорыв в области приборов данного назначения

Устройства, предназначенные для зарядки автомобильного АКБ, делятся на несколько типов — трансформаторные и импульсные.

Трансформаторные ЗУ для аккумулятора авто обладают большим весом и размерами, при этом их коэффициент полезного действия значительно ниже, чем у других устройств.

В результате спрос на такие зарядки постепенно снизился. На сегодняшний день импульсное зарядное устройство является наиболее популярным типом.

Фирменное импульсное ЗУ Tesla

Устройство и принцип работы

Любое импульсное зарядное устройство для автомобильного АКБ представляет собой прибор, предназначенный для восстановления заряда.

Конструктивно импульсное ЗУ состоит из таких элементов:

  • трансформатора (импульсного);
  • устройства выпрямителя;
  • прибора стабилизатора;
  • элементов индикации;
  • основного блока, предназначенного для контроля процедуры заряда.

Необходимо отметить, что все элементы, из которых состоит импульсное зарядное устройство, по своей конструкции имеют небольшие размеры, если сравнивать с трансформаторными ЗУ.

В принципе, соорудить такой прибор для зарядки автомобильного АКБ своими руками не так сложно — для этого потребуется только плата, которая будет управлять транзистором.

В результате того, что конструкция данного типа приборов довольно простая, а компоненты для изготовления легко доступны, импульсные ЗУ популярны среди наших автолюбителей.

Внутренняя плата импульсного ЗУ

Что касается принципа работы, то сама процедура заряда может осуществляться одним из нескольких методов:

  • путем напряжения при постоянном токе;
  • напряжением неизменных параметров;
  • комбинированным методом.

В принципе, способ напряжения неизменных значений является самым правильным с теоретической точки зрения.

Все потому, что импульсные ЗУ для автомобильных АКБ могут производить контроль в автоматическом режиме за параметрами силы тока только в том случае, если напряжение будет постоянным.

Если вы хотите добиться того, чтобы уровень зарядки был наиболее максимальным, надо учитывать и параметр разряда.

Что касается способа напряжения при постоянном токе, то этот вариант не самый оптимальный. Все потому, что при оперативной зарядке аккумулятора, получаемой в результате воздействия постоянного тока, пластины прибора могут попросту осыпаться. А восстановить их будет уже невозможно.

ЗУ для заряда АКБ авто

Комбинированный вариант зарядки АКБ является одним из наиболее щадящих. При применении данного способа сначала проходит постоянный ток, а в самом конце процедуры он начинает изменяться на переменный.

Далее, этот параметр постепенно снижается до нуля, таким образом стабилизируя уровень напряжения. По словам специалистов, такая схема работа позволяет предотвратить или снизить к минимуму вероятность закипания аккумулятора авто.

Кроме того, при таком подходе снижается и вероятность выделения газов.

Аспекты подбора оборудования

Если вы хотите добиться того, чтобы батарея авто работала должным образом, необходимо заранее подумать о том, чтобы купить необходимое ЗУ для зарядки.

Есть определенные нюансы этого вопроса, которые желательно учитывать:

  1. В первую очередь, многих потребителей интересует вопрос — сможет ли ЗУ, работая по своей схеме, восстановить полностью разряженную АКБ авто. Здесь нужно учитывать, что далеко не все зарядные устройства, продающиеся в автомагазинах, могут справиться с такой задачей. Поэтому при покупке данный момент необходимо уточнять у продавцов.
  2. Второй, немаловажный аспект — это уровень максимального параметра тока, который выдает зарядное устройство в ходе функционирования. Кроме того, нужно учитывать и напряжение, до которого будет заряжаться аккумулятор авто. К примеру, если вы остановите свой выбор на импульсном ЗУ, то учтите, что в нем должна быть опция отключения или функция поддержки, включающаяся автоматически при полном заряде (автор видео — ChipiDip).

Советы по эксплуатации

При эксплуатации ЗУ своими руками нужно учитывать несколько моментов. В первую очередь, это последовательность действий. Для начала рекомендуется демонтировать крышку устройства и открутить пробки. Если необходимо добавить электролит в систему, для этого используйте дистиллированную воду, сделать это нужно до того, как будет осуществлена процедура заряда.

Учтите несколько параметров:

  1. Уровень напряжения. Максимальный показатель в данном случае должен составлять не более 14.4 вольт.
  2. Сила тока. Этот параметр регулируется, для этого учитывайте уровень разрядки батареи. К примеру, если батарея авто разряжена на 25%, то при активации ЗУ параметр силы тока может возрасти.
  3. Время заряда аккумулятора авто. В том случае, если на ЗУ нет никаких индикаторов, то понять, когда аккумулятор авто заряжен, можно по показателю величины тока. В частности, если этот параметр в течение трех часов не будет изменяться, то это будет свидетельствовать о том, что батарея заряжена.

Никогда не заряжайте прибор более 24 часов, это приведет к тому, что электролит просто закипит, а внутри схемы произойдет замыкание.

Инструкция по изготовлению импульсного ЗУ своими руками

Схема для производства ЗУ в домашних условиях

Чтобы соорудить ЗУ для аккумулятора авто своими руками, применяется схема IR2153.

Читайте также:  Iar embedded workbench

Данная схема отличается от схемы производства обычного ЗУ тем, что вместо двух конденсаторов, подсоединенных к средней точки, используется только один электролит.

Следует отметить, что данная схема изготовления своими руками позволяет сделать ЗУ для аккумулятора авто, рассчитанное на небольшую мощность. Но и эту проблему можно решить, используя более мощные элементы.

В схеме, приведенной выше, применяются ключи типа 8N50, оборудованные изолированным корпусом. Что касается диодных мостов, то лучше использовать те, которые устанавливаются в компьютерные блоки питания. Если такого элементы схемы у вас нет, то можно попробовать собрать диодные мост из четырех выпрямительных диодов (автор видео о создании ЗУ для АКБ авто — Blaze Electronics).

Теперь перейдем к цепи питания устройства схемы. Для обустройства данного компонента своими руками применяется резистор для гашения тока, используйте устройство на 18 кОм.

После резистора на схеме идет обычный выпрямительный компонент, установленный на одном диоде, при этом само питание будет в любом случае поступать на плату.

Непосредственно на питании стоит электролит, которые параллельно подключен к конденсатору (этот элемент может быть либо пленочным, либо керамическим). Применение конденсатора необходимо для того, чтобы обеспечить наиболее оптимальное сглаживание импульсов и помех.

Что касается трансформатора, то его также можно демонтировать из блока питания ПК. Следует отметить, что такой трансформатор отлично подходит для создания зарядного устройства аккумулятора, поскольку он позволяет обеспечить хороший ток на выходе.

Кроме того, трансформатор такого типа может обеспечить одновременно несколько параметров выходных напряжений. Сами диоды должны быть только импульсными, поскольку стандартные элементы не смогут функционировать в результате слишком высокой частоты.

Фильтр можно не добавлять в схему, но вместо него желательно установить несколько емкостей и сам дроссель. Чтобы снизить уровень бросков на входе до фильтрующего элемента, желательно добавить в схему термистор на 5 Ом.

Этот элемент также можно вытащить своими руками из блока питания ПК. Важным моментом будет установка электролитического конденсатора.

Его необходим подобрать, опираясь на специальное отношение 1 Ватт — 1 мкФ, уровень напряжения должен составлять 400 вольт.

В целом такая схема по своей конструкции является достаточно простой. На практике, если подойти к этому вопросу правильно, то соорудить зарядное устройство для аккумулятора своими руками будет не так сложно, даже если у вас нет опыта.

А учитывая то, что у вас под рукой будет материал со всеми необходимыми схемами и обозначениями, справиться с такой задачей будет проще простого.

Разумеется, если вы не можете отличить трансформатор от резистора, то лучше просто пойти в магазин и купить нужное зарядное устройство.

Видео «Изготовление импульсного зарядного устройства своими руками»

Все нюансы, которые необходимо учесть, а также подробная пошаговая инструкция по изготовления импульсного ЗУ для автомобильного АКБ, приведена ниже (автор видео — Паяльник TV).

 Загрузка …

Источник: http://AvtoZam.com/elektronika/akb/impulsnoe-zaryadnoe-ustrojstvo/

Описание

Устройство предназначено для зарядки и тренировки (десульфатации) свинцово-кислотных АКБ ёмкостью от 7 до 100 Ач, а также для приблизительной оценки уровня их заряда и емкости. ЗУ имеет защиту от неправильного включения батареи (переполюсовки) и от короткого замыкания случайно брошенных клемм.

В нём применено микроконтроллерное управление, благодаря чему осуществляются безопасные и оптимальные алгоритмы зарядки: IUoU или IUIoU, с последующей «добивкой» до 100%-го уровня зарядки.

Параметры зарядки можно подстроить под конкретный аккумулятор (настраиваемые профили) или выбрать уже заложенные в управляющей программе. Конструктивно зарядное устройство состоит из блока питания АТ/АТХ, который нужно немного доработать и блока управления на МК ATmega16A.

Всё устройство свободно монтируется в корпусе того же блока питания. Система охлаждения (штатный кулер БП) включается/отключается автоматически.
Достоинства данного ЗУ – его относительная простота и отсутствие трудоёмких регулировок, что особенно актуально для начинающих радиолюбителей.

Рассмотрим основные режимы работы устройства для заложенных в программу предустановок (профилей).

1. Режим зарядки – меню «Заряд». Для аккумуляторов емкостью от 7Ач до 12Ач по умолчанию задан алгоритм IUoU. Это значит:

– первый этап- зарядка стабильным током 0.1С до достижения напряжения14.6В – второй этап-зарядка стабильным напряжением 14.6В, пока ток не упадет до 0,02С – третий этап-поддержание стабильного напряжения 13.8В, пока ток не упадет до 0.01С. Здесь С – ёмкость батареи в Ач. – четвёртый этап – «добивка». На этом этапе отслеживается напряжение на АКБ. Если оно падает ниже 12.7В, включается заряд с самого начала. Для стартерных АКБ (от 45 Ач и выше) применяем алгоритм IUIoU. Вместо третьего этапа включается стабилизация тока на уровне 0.02C до достижения напряжения на АКБ 16В или по прошествии времени около 2-х часов. По окончанию этого этапа зарядка прекращается и начинается «добивка». Это- четвёртый этап. Процесс заряда проиллюстрирован графиками рис.1 и рис.2.

2. Режим тренировки (десульфатации) — меню «Тренировка». Здесь осуществляется тренировочный цикл:

10 секунд – разряд током 0,01С, 5 секунд – заряд током 0.1С. Зарядно-разрядный цикл продолжается, пока напряжение на АКБ не поднимется до 14.6В. Далее – обычный заряд.

3. Режим теста батареи. Позволяет приблизительно оценить степень разряда АКБ. Батарея нагружается током 0,01С на 15 секунд, затем включается режим измерения напряжения на АКБ.

4. Контрольно-тренировочный цикл (КТЦ). Если предварительно подключить дополнительную нагрузку и включить режим «Заряд» или «Тренировка», то в этом случае, сначала будет выполнена разрядка АКБ до напряжения 10.8В, а затем включится соответствующий выбранный режим.

При этом измеряются ток и время разряда, таким образом, подсчитывается примерная емкость АКБ. Эти параметры отображаются на дисплее после окончания зарядки (когда появится надпись «Батарея заряжена») при нажатии на кнопку «выбор».

В качестве дополнительной нагрузки можно применить автомобильную лампу накаливания. Ее мощность выбирается, исходя из требуемого тока разряда. Обычно его задают равным 0.1С – 0.05С (ток 10-ти или 20-ти часового разряда). Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево», «вправо», «выбор».

Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню.

Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля — П1 и П2. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM-е).

Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор», выбрать «установки», «параметры профиля», профиль П1 или П2. Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор». Стрелки «влево» или «вправо» сменятся на стрелки «вверх» или «вниз», что означает готовность параметра к изменению.

Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM.

Значения настроек:

1. «Алгоритм заряда». Выбирается IUoU или IUIoU. См. графики ниже.
2. «Емкость АКБ». Задавая значение этого параметра, мы задаем ток зарядки на первом этапе I=0.1C, где С- емкость АКБ В Ач. (Таким образом, если нужно задать ток заряда, например 4.5А, следует выбрать емкость АКБ 45Ач).
3. «Напряжение U1». Это напряжение, при котором заканчивается первый этап зарядки и начинается второй. По умолчанию задано значение 14.6В.
4. «Напряжение U2». Используется только, если задан алгоритм IUIoU. Это напряжение, при котором заканчивается третий этап зарядки. По умолчанию — 16В.
5. «Ток 2-го этапа I2». Это значение тока, при котором заканчивается второй этап зарядки. Ток стабилизации на третьем этапе для алгоритма IUIoU. По умолчанию задано значение 0.2С.
6. «Окончание заряда I3». Это значение тока, по достижению которого зарядка считается оконченной. По умолчанию задано значение 0.01С.
7. «Ток разряда». Это значение тока, которым осуществляется разряд АКБ при тренировке зарядно-разрядными циклами.

Алгоритм заряда – IUoU


Алгоритм заряда – IUIoU


Выбор и переделка блока питания

В нашей конструкции мы используем блок питания от компьютера. Почему? Причин несколько. Во–первых, это – практически готовая силовая часть. Во-вторых, это же и корпус нашего будущего устройства. В-третьих, он имеет малые габариты и вес. И, в-четвёртых, его можно приобрести практически на любом радиорынке, барахолке и в компьютерных сервисных центрах. Как говорится, дёшево и сердито. Из всего многообразия моделей блоков питания нам лучше всего подходит блок формата АТX, мощностью не менее 250 Вт. Нужно только учесть следующее. Подходят лишь те блоки питания, в которых применён ШИМ-контроллер TL494 или его аналоги (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4). Итак, блок питания имеется. Сначала необходимо его проверить на исправность. Для этого его разбираем, вынимаем предохранитель и вместо него подпаиваем лампу накаливания 220 вольт мощностью 100-200Вт. Если на задней панели БП имеется переключатель сетевого напряжения, то он должен быть установлен на 220В. Включаем БП в сеть, для ATX нужно замкнуть зелёный и чёрный провода на большом разъёме. Если лампочка не светится, кулер вращается, а все выходные напряжения в норме – значит, нам повезло и наш блок питания рабочий. В противном случае, придётся заняться его ремонтом. Оставляем лампочку пока на месте. Для переделки БП в наше будущее зарядное устройство, нам потребуется немного изменить «обвязку» ШИМ-контроллера. Несмотря на огромное разнообразие схем блоков питания, схема включения TL494 стандартная и может иметь пару вариаций, в зависимости от того, как реализованы защиты по току и ограничения по напряжению. Схема переделки показана на рис.3. На ней показан только один канал выходного напряжения: +12В. Остальные каналы: +5В,-5В, +3,3В не используются. Их обязательно нужно отключить, перерезав соответствующие дорожки или выпаяв из их цепей элементы. Которые, кстати, нам могут и пригодиться для блока управления. Об этом – чуть позже. Красным цветом обозначены элементы, которые устанавливаются дополнительно. Конденсатор С2 должен иметь рабочее напряжение не ниже 35В и устанавливается взамен существующего в БП. После того, как «обвязка» TL494 приведена к схеме на рис.3, включаем БП в сеть. Напряжение на выходе БП определяется по формуле: Uвых=2,5*(1+R3/R4) и при указанных на схеме номиналах должно составлять около 10В. Если это не так, придется проверить правильность монтажа. На этом переделка закончена, можно убирать лампочку и ставить на место предохранитель.

Схема и принцип работы

Все основные процессы выполняет микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа, в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4,C9,R7,C11.

Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера – встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10R11, Зарядный и разрядный ток измеряются следующим образом.

Падение напряжения с измерительного резистора R8 через делители R5R6R10R11 подается на усилительный каскад, который находится внутри МК и подключен к выводам PA2, PA3. Коэффициент его усиления устанавливается программно, в зависимости от измеряемого тока.

Для токов меньше 1А коэффициент усиления (КУ) задается равным 200, для токов выше 1А КУ=10. Вся информация выводится на ЖКИ, подключенный к портам РВ1-РВ7 по четырёхпроводной шине. Защита от переполюсовки выполнена на транзисторе Т1, сигнализация неправильного подключения – на элементах VD1,EP1 ,R13.

При включении зарядного устройства в сеть транзистор Т1 закрыт низким уровнем с порта РС5, и АКБ отключена от зарядного устройства. Подключается она только при выборе в меню типа АКБ и режима работы ЗУ. Этим обеспечивается также отсутствие искрения при подключении батареи.

При попытке подключить аккумулятор в неправильной полярности сработает зуммер ЕР1 и красный светодиод VD1, сигнализируя о возможной аварии. В процессе заряда постоянно контролируется зарядный ток. Если он станет равным нулю (сняли клеммы с АКБ), устройство автоматически переходит в главное меню, останавливая заряд и отключая батарею.

Транзистор Т2 и резистор R12 образуют разрядную цепь, которая участвует в зарядно-разрядном цикле десульфатирующего заряда (режим тренировки) и в режиме теста АКБ. Ток разряда 0.01С задается с помощью ШИМ с порта PD5. Кулер автоматически выключается, когда ток заряда падает ниже 1,8А. Управляет кулером порт PD4 и транзистор VT1.

СХЕМЫ:

первую часть схемы – (Переделка БП) вторую часть схемы – (Микроконтроллерная часть) Ниже в архиве имеется проект в протеусе, точнее его микроконтроллерная часть.

Режимы работы (скрины):

Тут приведена только часть скринов, поиграться можете сами, скачав проект протеуса.

Детали и конструкция

Микроконтроллер. В продаже обычно встречаются в корпусе DIP-40 или TQFP-44 и маркируются так: ATMega16А-PU или ATMega16A-AU. Буква после дефиса обозначает тип корпуса: «P»- корпус DIP, «A»- корпус TQFP. Встречаются также и снятые с производства микроконтроллеры ATMega16-16PU, ATMega16-16AU или ATMega16L-8AU.

В них цифра после дефиса обозначает максимальную тактовую частоту контроллера. Фирма- производитель ATMEL рекомендует использовать контроллеры ATMega16A (именно с буквой «А») и в корпусе TQFP, то есть, вот такие: ATMega16A-AU, хотя в нашем устройстве будут работать все вышеперечисленные экземпляры, что и подтвердила практика.

Типы корпусов отличаются также и количеством выводов (40 или 44) и их назначением. На рис.4 изображена принципиальная схема блока управления для МК в корпусе DIP. Резистор R8 –керамический или проволочный, мощностью не менее 10 Вт, R12- 7-10Вт. Все остальные- 0.125Вт. Резисторы R5,R6,R10 и R11 нужно применять с допустимым отклонением 0.1-0.5%.

От этого будет зависеть точность измерений и, следовательно, правильная работа всего устройства. Транзисторы T1 и Т1 желательно применять такие, как указаны на схеме. Но если придется подбирать замену, то необходимо учитывать, что они должны открываться напряжением на затворе 5В и, конечно же, должны выдерживать ток не ниже 10А.

Подойдут, например, транзисторы с маркировкой 40N03GР, которые иногда используются в тех же БП формата АТХ, в цепи стабилизации 3.3В. Диод Шоттки D2 можно взять из того же БП, из цепи +5В, которая у нас не используется. Элементы D2,Т1 иТ2 через изолирующие прокладки размещаются на одном радиаторе площадью 40 квадратных сантиметров.

Буззер EP1- со встроенным генератором, на напряжение 8-12 В, громкость звучания можно подрегулировать резистором R13. Жидкокристаллический индикатор – WH1602 или аналогичный, на контроллере HD44780 , KS0066 или совместимых с ними.

К сожалению, эти индикаторы могут иметь разное расположение выводов, так что, возможно, придется разрабатывать печатную плату под свой экземплярПечатная плата

Файлы печатных плат лежат ниже в архиве, есть два варианта ПП: для DIP элементов и вариант в SMD.


Программа

Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие: Запрограммированы (установлены в 0): CKSEL0 CKSEL1 CKSEL3 SPIEN SUT0 BODEN BODLEVEL BOOTSZ0 BOOTSZ1 все остальные – незапрограммированы (установлены в 1).

Наладка

Источник: http://cxema21.ru/publ/mikrokontrollery/istochniki_pitanija_i_pribory/avtomaticheskoe_zarjadnoe_ustrojstvo_dlja_svincovo_kislotnykh_akb/16-1-0-157

Теория заряда NiCd АКБ

Капельная зарядка

Несмотря на существующее мнение, капельная зарядка никак не способствует продолжительной работе аккумуляторов. При данном способе зарядки ток не отключается даже после полной зарядки аккумулятора. По этой причине ток и выбирается малым.

Читайте также:  Компания silicon labs выпустила экономичные микроконтроллеры на ядре arm cortex-m0+

Даже если вся энергия, передаваемая аккумулятору, превращается в тепло, при малом токе аккумулятор не сможет достаточно нагреться. Для Ni-MH аккумуляторов, которые более негативно реагируют на перезарядку, чем Ni-Cd, ток заряда рекомендуется устанавливать максимум 0,05C.

Для зарядки аккумулятора большей емкости ток капельной зарядки следует установить больше. Отсюда следует, что, аккумуляторы малой емкости нельзя заряжать в устройствах, предназначенных для заряда аккумуляторов большой емкости из-за опасности сильного нагрева и сокращения срока службы аккумулятора.

Если аккумулятор большой емкости установить в зарядное устройство для аккумуляторов малой емкости, то он может не зарядиться полностью. Находясь в таких условиях долго, аккумуляторы начинают терять емкость.

К сожалению, надежно определить конец капельной зарядки невозможно. При низких токах зарядки профиль напряжения является плоским и характерный максимум в конце зарядки практически не достигается. Температура плавно растет и единственным методом является ограничение времени процесса зарядки.

Но для применения данного метода необходимо помимо точной емкости аккумулятора знать величину его начального заряда. Влияние начального заряда можно исключить единственным способом – полной разрядкой аккумулятора непосредственно перед его зарядкой. А это увеличивает длительность процесса зарядки и укорачивает время работы аккумулятора, которое зависит от количества циклов заряд-разряда.

Следующей проблемой при вычислении времени капельной зарядки является достаточно низкий КПД данного процесса. КПД капельной зарядки не превышает 75% и зависит от большого количества факторов (температуры аккумулятора, его состояния и т.д.). Единственное преимущество капельной зарядки – простота реализации процесса (без контроля конца зарядки).

Только в последнее время производители аккумуляторов отмечают, что капельная зарядка перестала вести к уменьшению емкости современных Ni-MH аккумуляторов.

Быстрая зарядка

Большая часть производителей Ni-MH аккумуляторов указывают характеристики своих аккумуляторов в случае быстрой зарядки током 1С. Существуют рекомендации не превышать 0.75C. «Умное» зарядное устройство само должно оценивать условия и при необходимости переходить к быстрому заряду.

Быстрый заряд используется только при температуре от 0 до +40°C и с напряжением от 0,8 до 1,8В. КПД быстрой зарядки составляет около 90%, поэтому аккумулятор практически не нагревается. Но в конце зарядки КПД резко уменьшается и практически вся энергия, подводимая к аккумулятору превращается в тепло.

Таким образом, происходит резкий рост температуры аккумулятора и внутреннего давления. Это вызывает открытие вентиляционных отверстий и утрату части содержимого аккумулятора. Кроме того, под воздействием высокой температуры меняется внутренняя структура электродов. Поэтому быструю зарядку аккумулятора важно прекращать вовремя.

К счастью, есть достаточно надежные признаки, проверяя которые зарядное устройство способно это делать.

Работа быстрого зарядного устройства состоит из следующих фаз:

  1. Определение наличия аккумулятора.
  2. Квалификация аккумулятора (qualification).
  3. Пред-зарядка (pre-charge).
  4. Переход к быстрой зарядке (ramp).
  5. Быстраязарядка (fast charge).
  6. Дозарядка (top-off charge).
  7. Поддерживающая зарядка (maintenance charge).

Фаза определения наличия аккумулятора

На данном этапе обычно проверяется напряжение на выводах аккумулятора. Если напряжение оказывается выше 1.8В, то это значит, что аккумулятор не подключен к зарядному устройству или поврежден. Если обнаруживается меньшее напряжение, значит аккумулятор подключен, и можно переходить к зарядке.

Во всех фазах наряду с основными действиями производится проверка наличия аккумулятора. Это связано с тем, что аккумулятор может отсутствовать в зарядном устройстве. Если это произошло, то зарядное устройство из любой фазы должно перейти к проверке наличия аккумулятора.

Фаза квалификации аккумулятора

Зарядка аккумулятора начинается с фазы его квалификации. Данная фаза нужна для предварительной оценки начального заряда аккумулятора.

Когда напряжение на аккумуляторе меньше 0,8В быструю зарядку производить нельзя, требуется дополнительная фаза предварительной зарядки. Если напряжение больше 0,8В, то фаза предварительной зарядки пропускается.

На практике замечено, что аккумуляторы не разряжают ниже 1,0В, и фаза пред-зарядки практически никогда не используется.

Фаза пред-зарядки

Предназначена для первоначальной зарядки серьезно разряженных аккумуляторов. Значение тока предварительной зарядки необходимо выбирать от 0,1С до 0,3C. Пред-зарядка обязательно должна быть ограничена по времени.

Длительная фаза пред-зарядки не требуется, так как у рабочего аккумулятора напряжение должно достаточно быстро достигать значения в 0.8В.

Если напряжение не растет, то это означает, что аккумулятор поврежден и необходимо прерывать процесс зарядки.

В длительных фазах зарядки необходимо следить за температурой аккумулятора и прекращать зарядку, когда температура достигает критического значения. Для Ni-MH аккумуляторов максимально допустимая температура составляет 50°C. Также, как и в остальных фазах, следует проверять наличие аккумулятора.

Фаза перехода к быстрой зарядке

Когда напряжение на аккумуляторе доходит до отметки 0,8В, можно переходить к быстрой зарядке. Не рекомендуется сразу использовать большой зарядный ток. Включать большой ток в начале зарядки не рекомендуется. Необходимо плавное увеличение силы тока в течении 2-4 минут до достижения заданного значения тока быстрой зарядки.

Фаза быстрой зарядки

Зарядный ток устанавливается от 0,5-1,0C. В данной фазе важным является точное определение момента ее окончания. Если фаза быстрой зарядки не будет вовремя прекращена, то аккумулятор разрушится. Поэтому для определения точного времени окончания быстрой зарядки необходимо использовать несколько независимых критериев.

Для Ni-Cd аккумуляторов обычно применяется –dV метод. Во время зарядки напряжение растет, в конце зарядки начинается уменьшение. Для Ni-Cd аккумуляторов признаком окончания зарядки является уменьшение напряжения примерно на 30мВ (для каждого аккумулятора).

Метод –dV является самым быстрым и прекрасно работает даже для не полностью заряженных аккумуляторов.

Если при помощи этого метода начать зарядку полностью заряженного аккумулятора, то напряжение на нем будет быстро расти, а затем резко уменьшаться, что и вызовет окончание процесса зарядки.

Для Ni-MH аккумуляторов метод работает не столь успешно, так как уменьшение напряжения для них выражается менее заметно. При зарядных токах менее 0,5C максимум напряжения, как правило, не достигается, поэтому зарядное устройство для аккумуляторов малой емкости, часто не может правильно определять окончание зарядки аккумуляторов крупной емкости.

Из-за незначительного снижения напряжения в конце зарядки необходимо повышать чувствительность, что может приводить к досрочному прекращению быстрой зарядки из-за возникающих помех, которые генерируются зарядным устройством, а также проникают из питающей сети.

Именно поэтому не следует проводить зарядку аккумуляторов в автомобиле, по причине того, что бортовая сеть, как правило, имеет слишком высокий уровень помех. Аккумулятор также является источником шумов. По этой причине при измерении напряжения следует применять фильтрацию.

Поэтому в процессе измерения напряжения необходимо использовать фильтрацию.

При заряде батарей последовательно соединенных аккумуляторов, когда отдельные аккумуляторы различаются по степени заряда, надежность метода –dV заметно уменьшается. В указанном случае пик напряжения разных аккумуляторов достигается в разные моменты времени, при этом профиль напряжения смазывается.

Для Ni-MH аккумуляторов также используют метод dV=0, при котором вместо снижения напряжения детектируют плато на профиле напряжения. В этом случае о конце зарядке свидетельствует постоянное напряжение на аккумуляторе в течение нескольких минут.

Несмотря на все трудности при определении конца зарядки аккумулятора методом –dV, большинством производителей Ni-MH аккумуляторов этот метод определяется как основной для быстрой зарядки. В конце зарядки током 1С напряжение должно меняться от- 12мВ до -2,5 мВ.

Сразу после подключения большого зарядного тока напряжение может испытывать флуктуации, которые могут быть определены как уменьшение напряжения в конце зарядки. Для предотвращения ложного прекращения процесса быстрой зарядки первое время (обычно 3-10 минут) после подключения зарядного тока контроль –dV необходимо отключать.

Вместе с уменьшением напряжения в конце зарядки начинается рост температуры и давления внутри аккумулятора. Таким образом, время завершения зарядки можно определить по росту температуры.

Тем не менее, из-за влияния окружающей среды не рекомендуется устанавливать абсолютный температурный порог для определения момента окончания зарядки. Чаще используют не саму температуру, а скорость ее изменения. При зарядном токе в 1С зарядку необходимо завершать, когда скорость роста температуры достигает 1°C/мин.

Следует отметить, что при зарядных токах менее 0,5C скорость роста температуры практически не меняется и указанный критерий использовать нельзя.

Оба рассмотренных метода вызывают незначительный перезаряд аккумулятора, что приводит к снижению срока его службы.

Для обеспечения полного заряда аккумулятора, завершение процесса зарядки следует проводить с помощью малого тока и при низкой температуре аккумулятора (при повышенных температурах способность аккумуляторов принимать заряд серьезно уменьшается). Поэтому фазу быстрой зарядки советуют завершать немного раньше.

Существует так называемый inflexion метод для определения времени окончания быстрой зарядки. Суть метода заключается в том, что анализируется максимум производной напряжения по времени.

Быстрая зарядка прекращается в тот момент, когда скорость роста напряжения достигает максимального значения. Этот способ дает возможность завершить этап быстрой зарядки раньше, чем температура успевает значительно подняться.

Этот метод требует измерения напряжения с высокой точностью и математических вычислений.

Некоторые зарядные устройства используют импульсный зарядный ток. Импульсы тока имеют длительность порядка 1с, а промежуток между импульсами – порядка 20-30 мс.

Среди преимуществ этого метода можно отметить лучшее выравнивание концентрации активных веществ по всему объему и меньшую вероятность появления кристаллических образований на электродах.

Точных сведений об эффективности такого метода нет, но известно что, вреда он не приносит.

В процессе определения окончания быстрого заряда аккумулятора необходимо точно измерять напряжение. Если эти измерения производить под током, то из-за сопротивления контактов будет появляться дополнительная погрешность. По этой причине на время измерения зарядный ток отключают.

После выключения тока следует делать паузу 5-10 мс, пока устанавливается напряжение на аккумуляторе. Далее проводится измерение.

Для качественной фильтрации помех сетевой частоты, как правило, проводится ряд последовательных выборок на интервале, величиной в один период сетевой частоты (20 мс), а затем производится цифровая фильтрация.

Был разработан еще один метод заряда импульсным током, под названием FLEX negative pulse charging или Reflex Charging.

Он отличается от обычного импульсного заряда наличием импульсов разрядного тока в промежутках между импульсами тока зарядки.

При импульсах тока зарядки порядка 1с длительность импульсов разрядного тока выбирается примерно 5мс. Величина разрядного тока превышает ток зарядки в 1-2,5 раз.

Из преимуществ метода следует упомянуть более низкую температуру аккумулятора в процессе зарядки и способность устранять кристаллические образования крупного размера на электродах. Корпорацией General Electric были проведены независимые исследования этого метода, которые говорят о том, что метод не приносит ни пользы, ни вреда.

Так как правильное определение окончания быстрого заряда является чрезвычайно важным, зарядное устройство должно использовать несколько методов определения конца зарядки сразу.

Также, необходимо проводить проверки некоторых дополнительных условий аварийного прекращения быстрой зарядки. Во время быстрой зарядки следует контролировать температуру аккумулятора и прерывать процесс в случае достижения критического значения.

Для быстрой зарядки ограничение по температуре является более жестким, чем для всего процесса зарядки. Поэтому, когда температура достигает +45°C необходимо аварийно прекращать быструю зарядку и переходить к фазе дозарядки меньшим зарядным током.

Перед продолжением зарядки температура аккумулятора должна уменьшиться, так как при повышенной температуре способность аккумулятора к принятию заряда существенно снижается.

Еще одно дополнительное условие – ограничение быстрой зарядки по времени. Зная зарядный ток, емкость аккумулятора и КПД зарядки можно вычислить время, необходимое для полной зарядки.

Таймер быстрой зарядки нужно устанавливать на время, превосходящее расчетное на 5-10%. Если это время зарядки закончилось, но ни один из способов определения окончания быстрой зарядки не сработал, то процесс аварийно прекращается.

Подобная ситуация с большой долей вероятности свидетельствует о неисправности каналов измерения напряжения и температуры.

Фаза дозарядки

Зарядный ток устанавливается в пределах 0,1-0,3C. При токе дозарядки 0,1C производители рекомендуют производить дозарядку в течение 30мин. Проведение более длительной дозарядки приводит к перезаряду аккумулятора; емкость аккумулятора увеличивается на 5-6%, но количество циклов заряд-разряда сокращается на 10-20%.

Положительным эффектом процесса дозарядки является выравнивание заряда аккумуляторов батареи. Те из них, которые заряжены полностью, рассеивают подводимую энергию в виде тепла одновременно с зарядкой остальных аккумуляторов.

Если фаза дозарядки следует сразу после фазы быстрой зарядки, то в течение нескольких минут необходимо дать аккумуляторам остыть. С повышением температуры аккумулятора, его способность принимать заряд существенно падает. При температуре 45°C аккумулятор может принимать только 75% заряда.

Поэтому процесс дозарядки, проводимый при комнатной температуре, дает возможность провести наиболее полную зарядку аккумулятора.

Фаза поддерживающей зарядки

Зарядные устройства для Ni-Cd аккумуляторов после процесса зарядки, как правило, переходят в режим капельного заряда с целью поддержания аккумулятора в состоянии полного заряда.

Таким образом, температура аккумулятора все время остается повышенной, а это существенно уменьшает срок службы аккумулятора. Ni-MH аккумуляторы плохо переносят перезаряд, и поэтому для них нежелательно находиться в состоянии капельной зарядки.

Необходимо использовать очень низкий ток поддерживающей зарядки, для того, чтобы только компенсировать самозаряд.

Для Ni-MH аккумуляторов саморазряд в первые 24 часа может составлять до 15% емкости аккумулятора, а затем саморазряд уменьшается и составляет 10-15% емкости аккумулятора в месяц. Для компенсации саморазряда достаточно среднего тока менее 0,005C.

Некоторые устройства включают поддерживающий зарядный ток один раз в несколько часов, а в другое время аккумулятор отключен от устройства.

Величина саморазряда серьезно зависит от температуры, поэтому лучший вариант – сделать поддерживающий заряд адаптивным – чтобы небольшой зарядный ток подключался только тогда, когда обнаруживалось заданное уменьшение напряжения.

Фазу поддерживающей зарядки можно не проводить, но если между зарядкой и использованием аккумулятора проходит длительное время, то перед использованием аккумулятор необходимо подзаряжать, для того, чтобы компенсировать саморазряд. Лучшим вариантом является тот, при котором зарядное устройство поддерживает полный заряд аккумуляторов.

Сверхбыстрый заряд

При заряде до 70% емкости аккумулятора КПД процесса зарядки близок к 100%. Данный показатель является предпосылкой для создания сверхбыстрых зарядных устройств. Конечно, увеличивать ток заряда до бесконечности нельзя. Существует предел, обусловленный скоростью, с которой протекают химические реакции.

На практике можно использовать зарядные токи до 10C. Чтобы аккумулятор не перегревался, после достижения уровня 70% заряда ток необходимо снижать до уровня стандартной быстрой зарядки производить контроль окончания зарядки стандартным способом. Необходимо точно контролировать достижение 70% отметки заряда.

Пока надежных методов для решения этой задачи нет. Проблема заключается в определении степени заряда в батарее, в которой аккумуляторы могут быть по-разному разряженными. Также проблематично подводить к аккумуляторам зарядный ток.

При столь высоких зарядных токах слабый контакт может вызвать дополнительное нагревание аккумулятора вплоть до его разрушения. В случае ошибок зарядного устройства возможен даже взрыв аккумулятора.

Рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:

Источник: http://www.4AKB.ru/stati/teoriya_zaryada_nicd_akb/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector