Ограничитель тока заряда аккумулятора – Простейшие схемы ограничения разряда Li-ion аккумуляторов (контроллеры защиты литиевых батарей от переразряда)

Схема ограничителя тока к любому зарядному устройству

В любом самодельном зарядном устройстве, выполненным для заряда автомобильного аккумулятора, должен быть ограничитель тока и стабилизация.

Такое дополнение нужно нам для выставления любого тока заряда. В этой статье я расскажу вам, как сделать это простое дополнение, вернее схему к любому зарядному устройству, схема проверенная, отлично работает со всеми зарядными устройствами.

Схема ограничителя тока к любому зарядному устройствуСхема блока довольно простая и собрана всего на одном операционном усилителе. ЗУ должно отдавать ток до 10 ампер и работать в диапазоне напряжений от 13,5 до 14,5 Вольт.

Силовым элементом данной схемы является один полевой транзистор, через который будет проходить весь ток, поэтому его нужно устанавливать на радиатор. Экспериментально сначала схему я собирал на макетной плате… один полевой транзисторВ схеме желательно использовать полевые транзисторы с током от 40 ампер, но подойдёт и с током от 20 ампер.

В нашей схеме отлично зарекомендовали себя такие транзисторы как IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48, IRF3205 и аналогичные. полевые транзисторы Я использовал шунт от китайского мультиметра он даёт довольно точные замеры при токах 10-14 ампер. Вы можете использовать другие шунты например низкоомный резистор или что-то подобное. например низкоомный резистор

Транзистор так же можно заменить на биполярный, если брать наши транзисторы, то отлично подходят такие как КТ8101 или КТ819ГМ, но также не забудьте поставить их на радиатор. Операционный усилитель я взял ЛМ358, сдвоенный, но как показала практика можно взять и одиночный к примеру TLO71 или TL081. КТ8101 или КТ819ГМ

Всё остальное делается, как обычно, я думаю, что в остальном никаких вопросов возникнуть не должно. Приставка к зарядному устройству работает сразу и не требует никаких настроек. Приставка к зарядному устройству Автор: Ака Касьян

Самое простое, но самое правильное зарядное устройство

   Впервые столкнувшись с необходимостью реанимации уже мертвых аккумуляторов, я решил изучить вопрос и задаться целью «впихнуть невпихуемое», т.е. выжать из приготовленных на выброс АКБ последнее. Вопрос этот встал в середине 90х — в то время самыми распространенными и используемыми были кислотные, щелочные, никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы.

   Сразу скажу, что штатные ЗУ, предназначенные для зарядки разных АКБ уже не справлялись: одни уже в начале цикла говорили, что ничего нельзя сделать, а другие честно проходили цикл, но АКБ свою емкость так и не набирала даже на 10%.

    Итак, есть два способа зарядки от источника постоянного тока: постоянным (во времени) током или постоянным (во времени) напряжением. Однако, в любом случае отмечается нагрев пациента и закипание (если электролит жидкий). Опуская всякие детали, перейду к тому, что же я вывел для себя.

    А получается вот что: заряжать аккумуляторы нужно не только импульсами, а еще и разряжать в паузах между импульсами заряда. Но что еще важнее — импульсы постоянного тока также не очень благоприятны. В итоге родилось вот такое устройство:

Плюс аккумулятора по схеме сверху.

 

 Это решение позволяет заряжать аккумулятор, а также разряжать в паузах длиной в полу-период.

  R1 — регулируется общий ток, который составляет 10% от емкости АКБ+Jразр, т.е.Jобщ=Jзар+Jразр.

  R2 — рассчитывается так, чтоб через него в паузах разряда шел ток Jразр в 10 раз меньший, чем ток заряда. Я для этой цели использую и лампы накаливания, если токи заряда велики.

  Например, если емкость АКБ 55Ач, то зарядный ток нужно поддерживать на всем протяжении заряда равным Jзар=5.5+0.55=6.1А.

  Первый опыт был настолько многообещающим, что я не мог поверить.

1. Щелочной брикет 10-НКГЦ-10 был настолько мертв, что родное армейское полностью автоматическое ЗУ вообще отказывалось заряжать. Этим устройством я зарядил так, что до сих пор (с 1995 года) пользуюсь этой батареей (естественно, заряжая, при необходимости). Пусть и изредка.

2. Шахтерский фонарь выпуска 1992 года, проведший в разряженном состоянии на балконе друга несколько лет (с нашими-то зимами). На момент вручения его мне в 1997 году он вообще признаков жизни не подавал. А ведь я его до сих пор использую на рыбалке 😉

3. Аккумулятор в первом автомобиле был при покупке забракован продавцом (UA9CDV) и был крайне рекомендован к смене первой же зимой, т.к. «намаялся он с ним»… А ведь я поездил на авто несколько лет и до сих пор на нем ездит уже третий владелец. Авто 1993 года.

4. Аккумулятор видеокамеры друга в 2000 году не держал уже даже 5 минут. После «правильной» процедуры он заставлял работать видеокамеру в течение 1 часа, хотя по паспорту она всего 45 минут могла непрерывно работать и длительней у него никогда не получалось.

 

Более перечислять не буду, ибо страница станет навязчивой.

  При этом, нужно отметить, что аккумуляторы не «кипели» как при родных зарядниках и не грелись столь сильно.

  Правила пользования:

1. Подключить R2 к аккумулятору.

2. Резистором R2 установить разрядный ток 1/10 от необходимого зарядного тока. Будьте бдительны: если аккумулятор не подает признаков жизни, с подбором этого резистора можно ошибиться существенно. Сможете скорректировать его позже.

3. Подключить ЗУ к аккумулятору. Резистором R1 установить зарядный ток Jзар=1/10 от емкости АКБ

4. Скорректировать R2 и R1 минут через 20 после начала заряда.

5. В течение зарядки вручную поддерживать ток заряда постоянным во времени. Это требование желательное, но сколько себя помню — ни разу его не соблюдал 😛 Поэтому ток заряда изначально ставил больше, т.к. он неизбежно снизится существенно (зависит от состояния АКБ).

6. При таких условиях, заряжать любой аккумулятор (из перечисленных в начале) нужно 14-16 часов.

 

 Примите во внимание, что эффект от такой зарядки на современных, т.н. «кальцинированных» АКБ не будет столь высоким. Более того, у меня сложилось впечатление, что их специально делают явно одноразовыми. Посудите сами: автомобильные аккумуляторы работают не более 3 лет! Данная процедура не восстанавливает их столь же явно и еще через год приходит понимание, что их маркетологи с технологами свой хлеб отработали — аккумуляторы приходится менять! Некальцинированные аккумуляторы могли и 10 лет «ходить» в умелых руках. Между строк читайте «с данной схемой зарядки» 🙂

 

Различают несколько основных типов свинцово-кислотных АКБ:

Wet Standard (Sb/Sb)

Wet Low Maintenance (Sb/Ca)

Wet «Maintenance Free» (Ca/Ca)

И только в первом типе возможна т.н. десульфатация. В остальных типах процесс сульфатации необратим.

 

 В случае с Li-on и Li-Pol аккумуляторами вопрос решается гораздо сложнее: с применением зарядных процессоров и прочей обвязки, однако, у них нет памяти, поэтому есть вариант обойти различные хитрости. Но их заряжать ассиметричным током не рекомендую (лучше постоянным). Хотя и делал это неоднократно))

 

 

  С учетом такого опыта, я сделал в источнике питания трансивера третью клемму, на которую подал через диод питание с трансформатора. Теперь, подключая аккумулятор к этой клемме и к минусовому выводу, я заряжаю все свои старые аккумуляторы на протяжении уже более 10 лет. Тем более, что и ток выходит знатный! 

А вот видеокурс от пользователя Владимир Коротеев, повторившего данный способ:

                                                                                     30.09.2010

Ограничение зарядного тока конденсаторной батареи

Известные схемы ограничения зарядного тока конденса­торов или слишком сложные [1], или маломощные [2], или уменьшают КПД установки [3], или, имея в своем составе дополнительные элементы коммутации, требуют определен­ного алгоритма включения устройства.

Предлагаемый вариант ограничителя зарядного тока хотя и не отличается дешевизной и требует подбора элементов при наладке, но очень надежен и допускает даже очень кратковременное пропадание напряжения сети (так называемая «просадка») и защищает аппаратуру от серии «просадок», что является притчей во языцех для силовой электроники.

Источник кратковременного сверхтока для проверки за­щитных устройств показан на фото в начале статьи.

Простой ограничитель зарядного тока

Схема, изображенная на рис.1 состоит из маломощного реле К1, контактора К2, резистора R1, ограничивающего за­рядный ток батареи конденсаторов С1…Сn, величина рези­стора R2 определяет величину тока включения реле К1, а, следовательно, и напряжение, до которого успеют зарядится конденсаторы батареи, перед включением контактора К2, для минимизации броска тока. Резистор R3, подключаемый по­сле срабатывания реле и контактора, уменьшает рабочий ток через реле и уменьшает разницу напряжений срабатывания и отпускания реле.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

С целью уменьшения мощности (и размеров) резисторов R2 и R3 желательно подобрать очень чувствительное реле с минимальным ток срабатывания. Среди реле встречаются эк­земпляры с током срабатывания меньше 5 мА, например, ти­па РЭС-54 с напряжением срабатывания 24 В (рис.4,а) или типа MY4 с напряжением срабатывания 230 В (рис.4,6).

Рис. 4

Используя силовой геркон (так называемый герсикон, рис.5,а), намотав на него несколько тысяч витков тонкого провода (рис.5,б, рис.5,в), можно добиться тока срабатыва­ния меньше 3 мА. Следует напомнить, что обычные (мало­габаритные) герконы не рассчитаны на работу с напряжени­ем питающей сети 230 В / 50 Гц, и использовать их в дан­ных условиях не допустимо.

Рис. 5

Резистор R1 можно заменить малогабаритной лампой на­каливания на напряжение 230 В (например, галогенной, рис.2), предусмотрев пожаробезопасное крепление. В таком случае даже длительное короткое замыкание не вызовет необрати­мых процессов в устройстве, а лампа будет сигнализиро­вать о «форс-мажорных» обстоятельствах. UR1 на рис.2 — это варистор, еще значительней уменьшающий разницу на­пряжения срабатывания и отпускания реле К1. Элементы С1, С2 и L1 на рис.2 — входной помехоподавляющий фильтр.

Если в качестве токоограничительного элемента приме­нить две последовательно включенные лампы (рис.3), то на­дежность схемы увеличится, а температура внутри корпуса (при аварии) — уменьшится. К тому же, в таком случае мож­но использовать дешевые малогабаритные китайские «ква- зигалогенки».

Некоторые «креативные» фирмы, выпускающие трехфаз­ные контакторы, «забывают» устанавливать блок-контакты (автор встречал контакторы фирмы Siemens, на которых да­же не предусмотрено место для «пристегивания» блок-контактных мостиков). В таком случае коммутация дополни­тельного резистора R3 производится дополнительной группой самого реле К1 (рис.2), т.е. К1 должно иметь две группы переключательных контактов (или одну Н.О. группу и одну Н.З. группу контактов). Но в этом случае, при наладке схе­мы, необходимо убедиться в адекватном срабатывании ре­ле при достаточно медленном нарастании напряжения, т.к. возможна ситуация, когда реле будет «строчить», а контак­тор не включится. Спровоцировать (на время наладки) мед­ленное нарастание напряжения можно преднамеренным уве­личением сопротивления R1.

Ограничитель зарядного тока для преобразователей частоты

Для устройств, питающихся от однофазной сети, еще од­ной проблемой является низкое напряжение звена постоян­ного тока — не более 320 В, что недостаточно для питания преобразователей частоты (ПЧ), особенно, если нужно полу­чить выходную частоту ПЧ более 50 Гц. Как известно, чтобы не терять вращающий момент на валу двигателя, вместе с увеличением частоты, требуется линейное увеличение на­пряжения питания двигателя. Для синхронной частоты вра­щения асинхронного двигателя 6000 об./мин (100 Гц), требу­ется линейное напряжение 760 В (для двигателя 3×380 В). Получить подобное напряжение позволяет схема удвоителя сетевого напряжения, изображенная на рис.3. Контролиро­вать с помощью реле нужно, именно, удвоенное выпрямлен­ное напряжение сети, т.к. в противном случае есть опасность «не заметить» сбой электроснабжения или нарушение в схе­ме устройства.

При отсутствии варистора в схеме рис.3 резисторы R1 и R2 должны быть увеличены (в зависимости от чувствитель­ности реле К1) до 100…130 кОм, а R1 желательно сделать составным (для распределения высокого напряжения). В схеме достаточно легко можно организовать любые виды за­щит посредством датчиков (SF1, SF2, SK1), отключающих или закорачивающих реле К1 (рис.3). Стабилитрон VD3 ограни­чивает напряжение на катушке реле К1 и на контактах дат­чиков. Датчики могут быть температурными, токовыми, дав­ления, напряжения и прочее. Замыкающий контакт датчика предпочтительней размыкающему (например, датчику температуры SK1 на рис.3) — в этом случае не нагружается стабилитрон VD3 и последнему не требуется радиатор.

Ограничитель зарядного тока для инверторного блока питания

Если разрабатываемое (или модернизируемое) устройст­во не является преобразователем частоты или сварочным инвертором, а, к примеру, это мощный инверторный блок пи­тания, запускаемый без нагрузки, или с минимальной нагруз­кой (для, допустим, металлообрабатывающего комплекса), то К1 можно запитать от вторичного источника блока пита­ния (рис.6). Во время работы, если кратковременно исчез­нет напряжение сети, то контактор К2 отключится самосто­ятельно, а К1 проконтролирует напряжение батареи конден­саторов косвенно и, в случае, значительного падения напря­жения не позволит К2 включиться до окончания повторного подзаряда батареи.

Рис. 6

Ограничитель зарядного тока с твердотельными контакторами

Используя современную материальную базу электроники, очень перспективными в этой теме выглядят т.н. твердотельные реле и контакторы (SSR, SSC, рис.4,в) — один та­кой элемент может заменить несколько других (рис.7). Кро­ме экономии места и упрощения схемы, эти элементы сами могут несколько ограничивать зарядный ток, т.к. имеют встро­енную функцию коммутации при переходе тока через нуль (Zero Switching). Недостаток таких твердотельных контакто­ров — это падение напряжения на них зависящее от тока нагрузки, зато они имею значительно большую надежность чем электромагнитные контакторы.

Рис. 7

Литература:

  1. А. Фролов // Радио. — 2001. — №12. — С.38.
  2. А. Зызюк // РадиоАматор. — 2007. — №01. — С.ОЗ.
  3. Э. Мурадханян // Радио. — 2004. — №10. — С.35.

Автор: Александр Шуфотинский, г. Кривой Рог
Источник: Электрик №12, 2016

Индикатор-ограничитель зарядки аккумулятора — Меандр — занимательная электроника

При одновременной зарядке не­скольких последовательно вклю­чённых Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов типоразмера АА или ААА нередко воз­никает ситуация, когда некоторые из них ещё не зарядились, а другие уже перезаряжаются. Обусловлено это тем, что реальная ёмкость аккумуляторов, особенно если они «не первой свежес­ти», может существенно отличаться от номинальной и при зарядке одним током одни из них заряжаются быстрее других. Чтобы исключить такую ситуа­цию, можно собрать индикатор-огра­ничитель, который подключают парал­лельно каждому аккумулятору. Уст­ройство предназначено для установки в простые ЗУ, в которых зарядка произво­дится стабильным током и отсутствует контроль напряжения каждого аккуму­лятора или времени зарядки.

Схема устройства показана на рис. 1. Оно представляет собой повышающий преобразователь напряжения, нагру­женный светодиодом, и собрано на специализированной микросхеме NCP1400ASN33T1 (NCP1400ASN50T1). Индикатор-ограничитель, подключён­ный параллельно заряжаемому аккуму­лятору G1, тока практически не потреб­ляет, пока напряжение аккумулятора менее 1,42 В. Поэтому весь ток зарядки «идёт в дело», т. е. заряжает аккумуля­тор. Когда напряжение превысит ука­занное выше значение, преобразователь включается, потребляемый им ток увеличивается, а зарядный ток суще­ственно уменьшается, вплоть до нуля. Светодиод начинает светить, сигнали­зируя об окончании зарядки аккумуля­тора.

Рис. 1

Стабилитрон VD1 защищает пре­образователь от повышенного напря­жения, которое может появиться, если аккумулятор не установлен, вышел из строя или из-за плохого контакта в дер­жателе. Преобразователь включается, если напряжение на управляющем входе СЕ превысит 0,5…0,6 В. Оно поступает на этот вход через диоды VD2 и VD3, и его значение будет меньше на величину падения напряжения на них. Ток через эти диоды, а значит, и напря­жение на них задаёт резистор R1, и его подборкой можно установить порог включения преобразователя напряже­ния. В данном случае установлено пороговое напряжение 1,42 В.

Ток, потребляемый преобразовате­лем, превышает в 2.5…3 раза ток, про­текающий через светодиод. Если при­менить светодиод белого цвета свече­ния, при напряжении 3,3 В ток через него будет зависеть в основном от его типа и, возможно, потребуется его под­борка. Если, например, светодиод по­требляет ток 20 мА, преобразователь будет потреблять ток около 50 мА. Именно на это значение и будет умень­шаться зарядный ток после включения преобразователя. Чтобы установить желаемый потребляемый ток, надо применить светодиод зелёного или жёлтого цвета свечения, включив последовательно с ним резистор R2. Подборкой этого резистора и устанав­ливают ток, потребляемый всем пре­образователем. Можно применить све­тодиод красного цвета, но предвари­тельно надо проверить, чтобы он не светил при напряжении 1,4 В, некото­рые экземпляры на это способны.

Если применить малогабаритные элементы для поверхностного монта­жа, печатная плата устройства будет небольшой. Её чертёж показан на рис. 2. Она двухсторонняя. Через от­верстия в плате контактные площадки с двух сторон соединены между собой. Светодиод, конденсатор и резистор R2 установлены на одной стороне, осталь­ные элементы — на другой. Диоды CDLL4148 можно заменить выводными диодами серий КД521 и КД522. Ста­билитрон — маломощный на напряже­ние стабилизации 3…3.3 В. Резисторы и конденсатор — для поверхностного монтажа типоразмера 0805 или 1206. Дроссель должен быть рассчитан на ток 200. ..250 мА, подойдут дроссели — LQY4N, LQN4N, SDR0703, или выводной серии ЕС24. Светодиод может быть любой, а поскольку ток через него достаточно большой, применение све­тодиода повышенной яркости свечения необязательно.

Рис. 2

Размещение элементов на плате показано на рис. 3. Дополни­тельный резистор R2 устанав­ливают со стороны установки светодиода, предварительно сделав разрез в печатном про­воднике. Разрез и резистор R2 выделены на рис. 3 красным цветом. Внешний вид устрой­ства показан на рис. 4.

Рис. 3

Такой индикатор-ограни­читель удобно установить в ЗУ с током зарядки 60…80 мА (для аккумуляторов ёмкостью до 800 мА ч). В этом случае после включения светодиода аккумулятор будет продолжать подзаряжаться в несколько раз меньшим током. Для уве­личения потребляемого пре­образователем тока на его выходе надо установить два или три светодиода, каждый со своим резистором.

Рис. 4

Если в ЗУ зарядный ток 150. .200 мА (для аккумулято­ров ёмкостью до 1,5…2А·ч), следует применить микросхему с выход­ным напряжением 5 B (NCP1400ASN50T1) и последовательно со светодиодом установить токоограничивающий ре­зистор (все изменения для этого слу­чая выделены на рис. 1 красным цве­том). Подборкой этого резистора мож­но установить желаемый ток светодио­да. При этом ток, потребляемый пре­образователем, будет примерно в четыре раза больше. Возможно, при­дётся применить более мощный свето­диод или установить параллельно ещё * один-два светодиода, каждый со своим токоограничивающим резисто­ром. Следует учесть, что импульс тока через дроссель может достигать 400 мА, поэтому он должен быть рас­считан на этот ток.

Необходимо отметить, что напряжение выключения преобразова­теля меньше напряжения вклю­чения примерно на 0,1 В. Если после включения преобразова­теля аккумулятор немного раз­рядится, преобразователь вы­ключится и зарядка продолжит­ся.

Налаживание сводится к подборке резисторов. На уст­ройство подают напряжение 1,42 В и подборкой резистора R1 добиваются включения преобразователя. Сопротивление этого резистора не должно быть более 200 кОм, если получится больше, необходимо подобрать другие диоды VD2 и VD3. Порог включения контролируют не­сколько раз, подав на преобра­зователь напряжение 1,2 В и плавно увеличивая его до 1,5 В. При необходимости налажива­ние повторяют. Как изменить потребляемый преобразовате­лем ток, было сказано выше.

Автор: И. НЕЧАЕВ, г. Москва

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *