Защита акб машины от разряда. Усовершенствованный ограничитель разрядки аккумуляторной батареи

Схема защиты кислотно-свинцового аккумулятора от разряда

Задача такая: есть солнечные панели, заряжающие аккумулятор, и есть нагрузка, сосущая этот аккумулятор. Задумано так, что аккумулятор работает в буферном режиме и постоянно разряжается и подзаряжается. Но в реальности режим получается несколько иным, и возможна ситуация, когда нагрузка может чрезмерно разрядить аккумулятор. Известно, что разряд кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей ниже 11 вольт для них губителен: происходит необратимая сульфатация пластин, в результате которой существенно теряется ёмкость батареи. Чтобы этого не происходило, нужно отключать нагрузку, если аккумулятор разрядился до 11 вольт, в идеале - с небольшим запасом, т.е. не до 11, а, допустим, до 11,5 вольт.

Поиск схем в интернете привёл к ожидаемому результату: самых нужных и полезных устройств либо нет, либо единицы, и те - далеки от идеала. Удалось найти схему на радиокоте, которая, в принципе, поставленную задачу выполняет, но она не продумана. В частности, если нагрузка разрядила аккумулятор, устройство отключило её на 11 вольтах, что будет происходить далее? Напряжение на аккумуляторе слегка подрастёт, даже без подзарядки, и нагрузка вновь подключится, пока напряжение снова не просядет, и так - циклически, от раза к разу, в режиме, можно сказать, генерации.

Чтобы этого не происходило, необходим гистерезис. Он разносит пороги срабатывания устройства, предотвращая возникновение подобных режимов генерации циклических срабатываний. У компараторов на этот случай есть прекрасный вариант включения, который заключается в добавке всего лишь одного резистора с выхода на вход. Именно этим способом мы доработали схему с радиокота, промоделировав её в протеусе.

Схема устройства очень простая. На интегральном стабилизаторе 7805 собран источник опорного (образцового) напряжения. Напряжение с аккумулятора, поступающее через делитель на потенциометре, сравнивается с ним, что приводит к срабатыванию или не срабатыванию компаратора. Потенциометром регулируется напряжение срабатывания, а резистором с выхода на вход задаётся гистерезис. При номиналах, указанных на схеме, нагрузка отключается при напряжении 11,5 вольт, а подключается (по мере заряда аккумулятора) - на 12,5 вольтах. Пересчитав сопротивления этих резисторов, данные значения напряжений можно изменять.

Печатная плата нарисована под имеющиеся компоненты, чем и обусловлен выбор таких крупных деталек. Светодиод предназначен для индикации текущего режима работы устройства: он светится, когда нагрузка подключена. Диод защищает от выбросов ЭДС самоиндукции обмотки реле, которое предполагается для управления нагрузкой.

Печатная плата.

Что-то попаять захотелось… Не отказывать же себе в таком удовольствии 🙂

Предыстория такова. Собираю квадрокоптер 🙂 Нужны хорошие аккумуляторы: большой ёмкости, с хорошей токоотдачей, лёгкие. Т.е. литий-ионные. Была закуплена пара аккумуляторов и было решено их протестировать. Я в последнее время проверяю всё что покупаю в Китае. Гораздо лучше собирать устройство из заведомо исправных деталей: во-первых, есть время перезаказать детальку если пришла дохлая, во-вторых, на столе элемент проверить проще чем в устройстве и не придётся выдирать его из недр в случае чего. Входной контроль — это правильно!

Итак, проверяю мои батарейки и обнаруживаю что они показывают ёмкость заметно меньше заявленной. Ну, бывает, полежали на складе и всё такое (хотя напряжение было в норме и это должно было насторожить). Помню что аккумуляторы можно «потренировать», т.е. провести несколько циклов разряд-заряд и тогда ёмкость может восстановиться.

Ставлю одну батарею на зарядник iMax B6 , который умеет автоматически управлять процессами разряда и заряда. Процесс долгий… что делать со второй? Ага, мысль! Давай-ка я её по-старинке, лампочкой разряжу! Да, я знаю что литий-ионные аккумуляторы нельзя разряжать ниже примерно 3 Вольт на элемент («банку»), но у меня же есть тестер, я буду контролировать напряжение прям на балансировочном разъёме… В общем, плохая идея. Я, конечно закрутился и угандошил батарейку в ноль 🙁

Я думал — ничего страшного. Прошлый опыт с никель-кадмием говорит что полный разряд это плохо, но не смертельно. Ан нет! Моему аккумулятору хватило одного раза чтобы один элемент из трёх вздулся и сдох (пришлось его ампутировать и теперь у меня есть 2S аккумулятор). Т.е. литий-ионный аккумулятор разряжать ниже 3В на элемент не просто нельзя, а совсем, вообще нельзя!

Так, думаем дальше. Далеко не во всех приборах, особенно самодельных есть контроллер, который не даст разрядить батарею до опасного уровня. Значит нужно некое устройство, которое будет следить за напряжением и предупредит в случае чего. Моделисты всего мира в голос ржут надо мной за такую свежую идею 😀

Как это сделать? Мысль потекла в какие-то влажные дали, в сторону схемы на микроконтроллере с поэлементным контролем батареи… И тут на глаза попалось видео , в котором была предложена очень простая аналоговая схемка, которая отключает питание при снижении напряжения ниже заданного порога. Правда, она следит только за общим напряжением на батарее и не контролирует отдельные «банки»…. но мы же заряжаем наш аккумулятор по-честному, на балансирующем заряднике , поэтому при работе достаточно знать общее напряжение.

Пока я размышляю, китайцы действуют! И вот один из них накосячил вместо заказанных «кренок» (L7805) прислал мощные МОП-транзисторы (они же MOSFET). Нууууу… раз столько всего сошлось — пора браться за паяльник 🙂

Так, схема годная. Но есть нюанс (c). В ней есть кнопка запуска. Т.е. чтобы включить нагрузку, надо подать напряжение и кратковременно нажать кнопку. Неудобно: два действия вместо одного. Хочу без кнопки!

Всем известно, что глубокая разрядка аккумуляторных батарей резко уменьшает срок эксплуатации последних. Для того чтобы исключить такой режим работы аккумуляторов применяют различные схемы – ограничители разрядки. С появлением микросхем и мощных полевых переключательных транзисторов такие схемы стали иметь небольшие габариты, стали более экономичными.

Схема ограничителя, ставшая уже классической, показана на рисунке 1, ее можно встретить во многих схемах радиолюбителей. Устройство предназначено для работы в составе бесперебойного источника питании домашнего инкубатора. Полевой транзистор VT1 – IRF4905 в данной схеме выполняет функцию ключа, а микросхема КР142ЕН19 является компаратором напряжения.

При замыкании контактов К1, это контакты реле, которые подключают аккумулятор при отсутствии напряжения сети 220В, на схему подается напряжение с аккумуляторной батареи GB1, но так как сам по себе транзисторный ключ открыться не может, то для его запуска введены два дополнительных элемента – С1 и R2. И так, при появлении напряжения на входе, начинает заряжать конденсатор С1. В первый момент начала его заряда затвор транзистора оказывается зашунтирован этим конденсатором на общий провод схемы. Транзистор открывается и если напряжение на аккумуляторной батарее находится выше установленного на компараторе порога, он остается открытым и далее, если же напряжение ниже…, то транзистор сразу же закрывается. Порог отключения аккумулятора от нагрузки устанавливается резистором R3. Компаратор работает следующим образом. По мере разряда аккумуляторной батареи напряжение на выводе 1 микросхемы DA1 КР142ЕН19 будет уменьшаться и как только оно приблизится к опорному напряжению данной микросхемы -2,5В, начнет увеличиваться напряжение на ее выводе 3, что соответствует уменьшению напряжения на участке исток-затвор транзистора VT1. Транзистор начнет закрываться, что приведет к еще большему уменьшению напряжению на выводе 1 DA1. Возникает лавинообразный процесс закрывания VT1. В результате этого нагрузка будет отсоединена от аккумулятора. Ток нагрузки, коммутируемый данным транзистором, может быть увеличен в разы при условии соблюдения теплового режима транзистора. Я имею в виду установку его на радиатор, но не забывайте, что при температуре кристалла 100°С, максимальный ток стока уменьшается до 52А. Мощность стока транзистора 200Вт дана в справочнике для температуры 25°С.

Резистор R1 нужен для создания необходимого тока через микросхему, который должен быть не менее одного миллиампера. Конденсаторы С1 и С3 блокировочные. R4 это сопротивление нагрузки. Если последовательно с нагрузкой включить диод, лучше с барьером Шоттки, то можно ввести в данную схему индикатор перехода работы на аккумуляторную батарею – светодиод HL1. Для экономии энергии батареи в качестве индикатора лучше взять сверхъяркий светодиод и подобрать номинал резистора R по нужной яркости.

Как часто мы забываем выключить нагрузку от аккумулятора… Вы никогда не задумывались над этим вопросом… А ведь часто так бывает вроде работает-работает АКБ, а тут что то высох… Меряем на нем напряжение, а там 9-8В, а то и меньше. Торба, востановить аккумуляторную батарею можно попробовать, но не всегда выходит.
По этому поводу было придумано устройство, которое при разрядке аккумулятора будет отключать от него нагрузку и предотвратит глубокую разрядку АКБ, ведь не секрет, что АКБ боятся глубокого разряда.
Если честно, я думал много раз об устройстве защиты аккумулятора от глубокого разряда, но никак не судьба было все попробовать. И вот на выходных поставил цель сделать небольшую схему защиты

Схема защиты аккумулятора от полного разряда

Кнопки Start и Stop любые без фиксации

Рассмотрим схему. Как видите все построено на двух ОУ включенных в режиме компаратора. Для эксперимента была взята LM358. И так поехали…
Опорное напряжение формируется цепочкой R1-VD1. R1 балластный резистор, VD1 – простейший стабилитрон 5В, можно и на большее-меньшее напряжение. Но не больше и не равное напряжению разряженного АКБ, которое равно кстати 11В.

На первом ОУ был собран компаратор, сравнивающий опорное напряжение с напряжением аккумулятора. Напряжение на 3 ногу подается от АКБ через резисторный делитель, который и создает сравниваемое напряжение. Если на делителе напряжение приравнивается к опорному, на первой ножке появляется положительное напряжение, которое открывает транзисторы, которые поставлены как усилительный каскад, что бы не нагружать выход ОУ.

Настраивается все просто. Подаем на клемму Out — 11В. Именно на эту ногу, потому что на диоде идет падение на 0,6В и потом придется перестраивать схему. Диод нужен, что бы при нажатии на кнопку старт, ток не уходил в нагрузку, а подавал напряжение на саму схему. Подбором резисторов R2R6 ловим момент, когда реле будет отключаться, на 7 ноге пропадет напряжение, а на 5 ноге напряжение должно быть чуть меньше опорного

Когда отстроили первый компаратор, подаем напряжение 12В, как и положено, на клемму Vcc и жмем Start. Схема должна включится и работать без проблем, пока напряжение не упадет до 10,8В, схема должна отключить реле нагрузки.

Нажимаем Стоп, на 5 ноге пропадет напряжение и схема отключится. Кстати C1 лучше не ставить большего наминала, поскольку он будет долго разряжаться и придется держать кнопку STOP дольше. Кстати пока не придумал как заставить схему сразу отключаться, если на самой нагрузке стоит хорошая емкость, которая будет дольше разряжаться, хотя можно и на сам кондер балластный резистор кинуть

На втором Оу было решено собрать индикатор указывающий когда АКБ почти разряжен и схема должна отключиться. Настраивается так же… Подаем на Out – 11,2В и подбором R8R9 добиваемся, что бы загорался красный светодиод
На этом настройка заканчивается и схема полностью работоспособна…

Удачи всем с повторением…
Для безопасной, качественной и надежной зарядки любых типов аккумуляторов, рекомендую

Что бы не пропустить последние обновления в мастерской, подписывайтесь на обновления в Вконтакте или Одноклассниках , так же можно подписаться на обновления по электронной почте в колонке справа

Не хочется вникать в рутины радиоэлектроники? Рекомендую обратить внимание на предложения наших китайских друзей. За вполне приемлемую цену можно приобрести довольно таки качественные зарядные устройства

Простенькое зарядное устройство с светодиодным индикатором зарядки, зеленый батарея заряжается, красный батарея заряжена.

Есть защита от короткого замыкания, есть защита от переполюсовки. Отлично подойдет для зарядки Мото АКБ емкостью до 20А\ч, АКБ 9А\ч зарядит за 7 часов, 20А\ч — за 16 часов. Цена на это зарядное всего 403 рубля,доставка бесплатна

Этот тип зарядного способен автоматически заряжать практически любые типы автомобильных и мото аккумуляторов 12В до 80А\Ч. Имеет уникальный способ зарядки в три этапа: 1. Зарядка постоянным током, 2. Зарядка постоянным напряжением, 3. Капельная дозарядка до 100%.
На передней панеле два индикатора, первый указывает напряжение и процент зарядки, второй указывает ток зарядки.
Довольно качественный прибор для домашних нужд, цена всего 781,96 руб, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 1392, оценка 4,8 из 5. Евровилку

Зарядное устройство для самых разнообразных типов аккумуляторов 12-24В с током до 10А и пиковым током 12А. Умеет заряжать Гелиевые АКБ и СА\СА. Технология зарядки как и у предыдущего в три этапа. Зарядное устройство способно заряжать как в автоматическом режиме, так и в ручном. На панеле есть ЖК индикатор указывающий напряжение, ток заряда и процент зарядки.

Хороший прибор если вам надо заряжать все возможные типы АКБ любых емкостей, аж до 150А\ч

Цена на это чудо 1 625 рублей, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 23, оценка 4,7 из 5. При заказе не забудьте указать Евровилку

Если какой то товар стал недоступен, пожалуйста напишите в комментарий внизу страницы.
Автор Статьи: Admin-чек

Создавая устройства с автономным питанием необходимо позаботиться о защите аккумулятора от глубокого разряда. Достаточно один раз упустить момент и допустить глубокую разрядку акб ниже минимального порога напряжения и ваш аккумулятор выйдет из строя, либо потеряет часть емкости и окажется неспособен работать на номинальных токах нагрузки.

С целью предотвращения случаев снижения напряжения ниже критической отметки в разрыв цепи акб- потребитель устанавливают схемы защиты, которые состоят из нескольких узлов:
компаратора и силового ключа.

Требования к схеме защиты:

• малый ток утечки (собственное потребление)
• коммутация токов сравнимых с максимально допустимыми для АКБ

Данная схема защиты от глубокого разряда аккумулятора собиралась для защиты кислотно-гелевого 6 вольтового АКБ емкостью 4 ампер-часа, но она может быть настроена и на работу с 12 вольтовыми акб и выше, вплоть до напряжения питания микросхемы ne7555. Прообразом этой платы, была найденная в каком-то журнале и немного измененная. Вместо обычного стабилитрона, был введен регулируемый стабилитрон TL431 который позволяет настраивать напряжение отсечки (отключения нагрузки) в совокупности с подстройкой резистивного делителя R6/R7. С 3-ей ножки микросхемы таймера 555 сигнал стал не засвечивать светодиод, а открывать n-p-n транзистор, который в свою очередь открывает силовой ключ N-channel полевой транзистор. Обратите ваше внимание на характеристики данного транзистора, он должен быть рассчитан на работу с предполагаемыми токами нагрузки, и еще немаловажная деталь- это напряжение открытия затвора. Если вы планируете схему для 6 вольтового акб вам необходим полевой транзистор с напряжением открытия 5 вольт n-channel logic level mosfet. Полевые транзисторы «общего силового» назначения с напряжением открытия 10-20 вольт вам не подойдут, так как при напряжении между затвором и истоком транзистора 5 вольт они будут находиться не в режиме насыщения а в линейном режиме, что приведет к сильному тепловыделению и выходу из строя.