Суббота, 21.10.2017, 04:24
| RSS

Форма входа

Логин:
Пароль:

Друзья сайта


 

    Многоканальное зарядное устройство для свинцовых аккумуляторов.






                                                         Формула корисної моделі.

Зарядний пристрій, для свинцевих акумуляторів, заснований на методі заряду «Постійною напругою», який є многоканальним, модульного принципу, на основі обмежників напруги,  з температурною компенсацією, зворотний зв'язок, для стабілізації напруги всіх каналів, уведений в один, або декілька каналів.

      По русски.

Зарядное устройство, для свинцовых аккумуляторов, основанное на методе заряда «Постоянным напряжением», многоканальное, модульного принципа, на основе ограничителей напряжения, с температурной компенсацией, обратная связь, для стабилизации напряжения всех каналов, введена в один, или несколько каналов.

Схема.



Преимущества.

Простота принципа действия устройства, простота в изготовлении, маленький размер устройства (для электровелосипедов можно сделать з.у. размером с хозяйственное мыло, и ложить в карман), малый вес, высокая надёжность, высокий К.П.Д., балансир можно разместить в батарейном корпусе (благодаря чему блок питания получится ещё меньше). Благодаря температурной компенсации (10-15милливольт/градус) устройство автоматически настраивает напряжение во всём диапазоне температур и качественно заряжает аккумуляторы до минус 15- 20 градусов по Цельсию (ниже не пробовалось).


Недостатки.

Настройка напряжений, если требуется, производится в ручную. Однако, одновременно это является и преимуществом: предсказуемость (настроив собственноручно напряжение, вы знаете что там подаётся на аккумулятор, то есть работу з.у. вы полностью контролируете).


Применение.

Данное зарядное устройство может применяться для электротранспорта, систем бесперебойного и резервного питания, для аккумуляторов любой ёмкости, в общем везде где есть цепочка любых свинцовых аккумуляторов(батарея). Представленная на рисунке схема подходит для аккумуляторов с ёмкостью до 20а.ч., для больших ёмкостей в разрыв цепи резистора нагрузки 200 ом, нужно применить транзистор с более мощным резистором в нагрузке.


Балансир подключается к любому импульсному блоку питания, ( Подключается к выходу напряжения из блока питания, и один провод к оптопаре. Если в блоке питания обратная связь сделана не на оптопаре, её можно переделать на оптопарную) лишь бы напряжение, на выходе, у него было подходящим. На рисунке блок питания изображён за красной линией, синим изображены три провода подключённые между блоком питания и балансиром: минус блока питания соединён с минусом балансира, плюс блока питания соединён с плюсом балансира, и третий провод обратной связи R64 балансира соединён катодом светодиода оптопары, которая анодом подключена к общему плюсу. Параллельно оптопаре подключается резистор на 1ком.


Элементы.

Терморезисторы, ТR на схеме, марки ММТ-1, см. на фото, они имеют характеристику изменения сопротивления от температуры в районе 2-2,5%/градус (лучше это проверьте лично, и лучше подобрать характеристики как можно одинаковее из множества терморезисторов).

Подстроечные резисторы, все, проволочные (синие, пластмассовые смотрите на фото).

Светодиоды для индикации применял маленькие, зелёные, см на фото.

Резисторы нагрузки 1 ватт мощностью, 200 ом, см на фото.

На фото оптопара последняя, если кто не видел.

Всё описанное идёт по порядку упоминания элементов слева на право.


Элементы VR1-VR4 - tl431

Рекомендации по изготовлению.

В качестве разъёма я использовал такой, много контактный:



На практике он оказался очень надёжным, как и предполагалось, и он маленький по размеру.

В качестве проводов для всех каналов, я использовал так называемую «Витую пару» предназначенную для локальной сети. За всё время ни разу не замкнула, так-что, думаю, можно её применять. Но толще изоляция не помешала бы. Если вы отважились применить витую пару, обратите внимание, что нужно многожильную брать, а то бывают и одножильные. И чтобы проводов хватило на все ваши каналы.

Обязательно терморезисторы выведите за корпус, чтобы его тепло не влияло на показания реальной температуры окружающей среды. Также для вывода терморезисторов применяется «Витая пара».

Моя печатная плата(основная зеркальная).


Плата для облегчения монтажа(не зеркальная).

На плате я разметил полигоны (большие синие прямоугольники), это для того, чтоб, с обратной стороны, через просверленные дырки в корпусе, в любое время, можно было- бы замерить напряжение.

Фото моего з.у. так как оно было экспериментальным я балансир определил в отдельный корпус.

Фото1   Фото2

Если балансир вы задумали разместить в корпусе батареи, постоянно подключенным к аккумуляторам, то резисторы цепи смещения лучше применить в десять раз выше по сопротивлению, чтобы поменьше тока разряда было в отключённом состоянии. Это резисторы, например верхнего канала: R14, R48, R3, R15, TR1.

И обязательно сделайте защиту от возможного плохого контакта разъёма, в цепи обратной связи оптопары. Для этого стабилитронами наберите напряжение, в сумме не превышающее по 15вольт на аккумулятор. Вот так:


Что применить в качестве блока питания.

В качестве блока питания подойдёт любой импульсный блок питания, с тем только условием, конечно-же, если у него на выходе нужное нам напряжение, и достаточно тока. В качестве блока питания конечно-же подойдёт китайское з.у, там как раз всё есть нам необходимое. Всякие DC-DC преобразователи на нужное нам напряжение. Можно переделать компьютерный блок питания. Мне на базаре попадались разные, б.у., неизвестно от чего, наверное от принтеров блоки питания на 35 вольт (как раз подойдёт для 36 вольтовой батареи), многоканальные, где было и на 50 вольт канал. Я же использовал выломанный кусок платы от монитора LG Fletron. Я, как раз, рекомендую использовать именно такие блоки питания, если нет готовых, они однотактные, простые в применении (переделки нужно минимум), дешёвые (продаются по цене металлолома). Как узнать напряжение и ток, который выдаёт блок питания, можно по следующим признакам: просмотрите, какие каналы имеются в блоке питания, и на какие напряжения там впаяны конденсаторы, если на 63 в, то напряжение на канале будет примерно, в районе 50-60вольт(может сгодиться для 48 вольт батареи), если на 50 вольт конденсатор (для 36 вольт батареи), то напряжение может быть от 35 до 45вольт, если 35 вольт, то в районе 30 в( подойдёт на 24 вольта батарею) . Но только нужно ещё предусмотреть одну важную деталь: посмотрите на нужный канал, пройдите по нему до трансформатора, с трансформатора на этот канал должна выходить проволока с большим сечением (много проволочек), но чтобы не одна или две тоненькие проволоки, это характеризует мощность блока питания по этому каналу.

На блоке питания от компьютера делать не рекомендую начинающим электронщикам, там много нюансов нужно знать. От компьютера одобряю, только, если нужен очень мощный блок питания.

Суть работы устройства.

Заряд батареи, состоящей из нескольких аккумуляторов, постоянным напряжением, если заряжается вся цепочка от одного напряжения, без балансировки, показывает на практике следующее: во время заряда напряжения на аккумуляторах то повышаются, то понижаются относительно других аккумуляторов, а в конце заряда, когда аккумуляторы в насыщении, очень часто, напряжение на одном из аккумуляторов вырастает до 15вольт, тогда как на других может быть минимально, ниже 14вольт. Всё это приводит к чрезмерному газовыделению из-за повышенного напряжения на аккумуляторе, и как следствие, ускоряет коррозию положительных пластин аккумулятора, которая и диктует срок службы аккумулятора, и батареи в целом.

Данное устройство, главным блоком которого является балансир, позволяет убрать излишки напряжения, тем самым продлить срок службы батареи.

Как эксплуатировать.

Аккумуляторы в батарее должны быть как можно одинаковее. Идеальный вариант, когда все аккумуляторы одинаковы как по ёмкости, так и по названию фирмы. Избегайте использования разных аккумуляторов, чтобы у вас в цепочке не было и 7а.ч. и 20а.ч. аккумуляторов. Долго такая цепочка служить не будет. Но даже, если в цепочки будут разные ёмкости аккумуляторов, данный балансир значительно снизит лишние напряжения и продлит срок службы батареи.

Исходя из названия, это зарядное устройство работает по принципу "Постоянным напряжением ". По инструкции, производители свинцовых аккумуляторов рекомендуют напряжение заряда от 13,5вольт до 13,8в при буферном режиме(режим ожидания), и от 14,5 в до 15в при циклическом режиме. Однако, если аккумуляторы бесперибойников нормально заряжаются до 100процентов ёмкости от 13,6 вольт, то смысла поднимать напряжение выше, я не вижу, если конечно только для ускорения заряда. Я же в целях эксперимента настроил балансир на 13,3вольта при 20градусах окружающей среды, аккумуляторы "Bossman”, газовыделение не прослушивалось. В жаркие дни, летом, напряжение опускалось до 13,22в.Через некоторое время стало ясно, что ёмкость батареи несколько упала. Но после зимы, когда напряжение при минусовых температурах доходит до 15в, ёмкость вновь восстанавливалась. Отсюда из моих наблюдений делаю вывод: оптимальное напряжение заряда лежит в районе 13,4-13,6в при +20градусах.

Время заряда. Я не отключаю з.у. без надобности по двое суток: в жару напряжение на з.у. опускается слишком низко, чтобы успеть зарядить до 100 процентов, нужно время. Зимой-же, особенно при температурах минус 15 – минус 20 гр. заряд аккумуляторами берётся медленно, даже при 15вольтах(при этом газовыделения не слышно), это из-за замедленной химической реакции растворения сульфата свинца. Однако, это вовсе не означает, что нужно каждый раз ждать по 2-е суток, ведь до 80-90 процентов ёмкости з.у. доводит за 6-8часов. Проигрыш по времени заряда, перед ускоренным зарядом как видим невелик, но зато срок службы аккумуляторов существенно возрастает при низких напряжениях заряда. Поэтому едем когда хотим, но без надобности не отключайте з.у. ранее 2-х суток.

На каждом канале установлен светодиод, наблюдая за ними в процессе заряда, можем сделать выводы о их разбалансированности, который из аккумуляторов имеет больше ёмкости, а который меньше. Если аккумуляторы имеют одинаковую ёмкость, то все каналы засвечиваются примерно в одно время.

Ток заряда не имеет значения. Дело в том, что повышая ток заряда, повышается и напряжение, которое при номинальном токе в 0,1 от величины ёмкости аккумулятора, достигает 13в с небольшим, это напряжение измеренное сразу после начала заряда полностью разряженного аккумулятора. Достигнув 13,4в-13,6в - ток сам начнёт падать.

Результат эксплуатации.

Спустя 2 года эксплуатации, напряжение холостого хода на моих аккумуляторах, было по 13,08в, после чего я залил воды, её влезло не много, около 5куб.см.. Так, что начинать заливать воду не обязательно ранее трёх лет эксплуатации (три года обычно, на столько рассчитаны аккумуляторы AGM, это обещают производители аккумуляторов) аккумуляторов с этим з.у..

Как эксплуатировать новые аккумуляторы.

После покупки новых аккумуляторов рекомендую им провести десульфатацию. Дело в том, что не известно сколько времени аккумуляторы лежали на складе перед тем как вы их купили. Лежание аккумуляторов, долгое время, без подзарядки приводит к потере их ёмкости.

Как определить реальную ёмкость аккумулятора.

Самый простой способ это измерить напряжение холостого хода. Для этого, полностью заряженный аккумулятор ( полностью, это 100процентов ёмкости, как уже было сказано, для этого нужно заряжать двое суток), нужно отключить от з.у., и дать отстояться ему 24часа. За это время нельзя его подключать к чему нибудь, это изменит напряжение холостого хода, и показания будут не правдивыми. Просто оставить в покое аккумулятор 1 сутки. После чего замерить напряжение. Если напряжение в районе 12,90-13,20, это нормальное напряжение. Если в аккумулятор заливалась вода, напряжение от 12,80 до 13,1 нормальное. Показания ниже этих цифр указывают на потерю ёмкости, если выше13,2 - в аккумуляторе катастрофически мало воды, или её нет вообще, требуется заливка.

И второй более точный способ, это замерить ёмкость путём контрольного разряда. Для этого нам нужна нагрузка, например лампочка. Нужно замерить ток потребления лампочки от аккумулятора. Потом подключить лампочку к аккумулятору и замерить время, свечения лампочки. Только следить, чтобы напряжение не опустилось ниже 10,5в. После чего отключить, по графику найти кривую тока, которая ближе всего к току лампочки, и сопоставить замеренное время с показанием времени на графике, на которое указывает конец кривой на графике. Если кривая указывает на меньшее время, чем у вас получилось, значит ёмкость в норме.

График.


Десульфатация.

Данное зарядное устройство позволяет производить восстановление (десульфатацию) аккумуляторов. Как было выяснено, восстанавливаются аккумуляторы с помощью повышенного напряжения.

Если установлены новые аккумуляторы, следует настроить з.у. на напряжение 14,7вольт, и сделать пару циклов заряд-разряд. То есть вы зарядили до 14,7в, часов 15, больше не надо. Отключили з.у., прокатились, поставили вновь на заряд, тоже часов 15, прокатились. После чего настраиваем балансир на 13,4в-13,6в и эксплуатируем в обычном режиме. Обычный режим это, как было выше описано, напряжением 13,4в-13,6в в течении двух суток не отключаем если нет надобности.

Если аккумуляторы у вас долго лежали, или потеряли ёмкость из-за недозаряда, или если аккумуляторы разбалансированы (это если одни потеряли ёмкость больше, другие меньше), точно так-же настраиваем на 14,7в и делаем пару циклов, затем опускаем напряжение до номинального.

Однако, если разбалансировка огромна, лучше всего аккумуляторы потерявшие ёмкость восстановить индивидуально, отдельным источником питания, также настраиваем на 14,7вольта, и держим по 15-20 часов. До тех пор циклуем, пока не наберут ёмкость.

После добавки воды в аккумуляторы, часто падает ёмкость, поэтому тоже нужно восстановление, но в этом случае есть отличие от предыдущих вариантов потери ёмкости.

В этом случае, после добавления воды, продолжаем заряжать батарею в обычном режиме, несколько циклов. Это нужно для того, чтобы перемешался электролит. После чего поднимаем напряжение балансира до 14,7вольта, делаем пару циклов, продолжительность заряда которых, 15 часов.

Для того, чтоб не настраивать напряжения балансира при каждой десульфатации, можно в балансир добавить кнопки включения/отключения повышенного напряжения 14,7в, дисульфатации.


При полной потери ёмкости, это когда напряжение заряженного аккумулятора 10 вольт и ниже. Чаще всего, такое случается с только одним аккумулятором из всей батареи аккумуляторов. Поэтому потребуется воспользоваться отдельным стабилизатором напряжения.

Процесс восстановления, в этом случае такой: настраиваем напряжение на 15,0в, ток выставляем такой, чтобы напряжение повысилось до 15,0в, желательно не больше 0,1С (0,1С - это ток равный 1/10 от величины паспортной ёмкости аккумулятора), потом напряжение может упасть, но ток не добавляйте, чтобы не перегревался аккумулятор. Оставляем так на 15часов. После чего делаем разряд, не глубокий, на средней мощности лампочку, несколько минут достаточно разрядить. Не разряжайте ниже 10,5в! Потом поставьте на зарядку током 0,1С, напряжение ограниченное 15в. Тоже оставляем на 15часов.

Возможно этих двух циклов не хватит для набора полной 100процентной ёмкости аккумулятором, в таком случае делаем циклы дальше. Если аккумулятор не набирает ёмкость и напряжение, после первого такого цикла, это означает механическую поломку аккумулятора, одну из таких например: разорвана цепь (свинцовая перемычка между секциями аккумулятора), разорван один из токоотводов, лопнула одна из пластин, замкнула секция, или-же примеси как-то попали. В таком случае, аккумулятор восстановлению не подлежит, его нужно выбросит в металлолом не теряя времени. Ещё бывает разгерметизация герметизированных AGM аккумуляторов, из-за этого падает ёмкость. Если воочию видно дырку, можно её заделать, после чего восстановить.

Нормальный, не имеющий механической поломки аккумулятор легко набирает ощутимую ёмкость, от подачи на него 15в, в течении нескольких часов!


Как заливать воду.

Хоть наши свинцовые аккумуляторы AGM именуются не обслуживаемыми, если хотим продлить срок службы аккумуляторов, нужно добавить воды. Воду рекомендую добавлять спустя каждый год эксплуатации при зарядке китайским зарядным, которое идёт в комплекте вместе с электротранспортом. Если аккумуляторы заряжаются этим, многоканальным з.у., и если они одинаковые, первый раз заливать дистилированную воду рекомендую спустя 3года, при нормальном напряжении заряда 13,4в. Если номинальное напряжение заряда было 13,6в, то спустя 2 года. Затем добавляем воду каждые 2года, при 13,4в и 1год, при 13,6в напряжения заряда. Не допускайте существования аккумулятора без воды! Без воды, положительные пластины свинца ускоренно корродируют, аккумулятор приходит в негодность за очень короткое время!

Для того, чтоб залить дистиллированной воды нам нужны приборы и материалы: сама дистиллированная вода, шприц на 10куб.см., зажигалка с фонариком.

Сначала нам нужно добраться до резиновых пробок. Для этого нужно вскрыть плассмаску в верху аккумулятора. Она обычно приклеена клеем, но не сильно, так, что поддев её ножом, а лучше маленькой отвёрткой, она отрывается. Под ней мы увидим резиновые пробки. Это клапаны спуска газа. Снимаем пробки. Набираем в шприц воды и медленно, одновременно подсвечивая зажигалкой-фонариком, выдавливаем воду. Мы увидим, как вода очень быстро впитывает, уходит в стекловату. Постепенно вода будет впитываться всё медленнее, и наконец перестанет. Внимание, лишней воды быть не должно, не допускайте, чтобы вода болталась на поверхности. Вода должна вся впитаться, если будете внимательны, вы это увидите, подливая по немногу воды. Если вода не впиталась сразу, она не впитается и позже. Поэтому будьте внимательны.

После этого, немедленно надеваем пробки. Не допускайте простаивания аккумулятора без пробок, он от этого теряет ёмкость. Далее нам нужно на место установить пластмасску, покрывающую резиновые клапаны, она их удерживает. Для этого либо приклеиваем её несколькими каплями клея, но не много, чтобы потом можно было легко отодрать, либо скотчем обмотать. Но скотчем плохо получается, потом клапанами эту пластмасску поднимает так, что клапаны могут сместиться, чтобы этого не произошло, на пласстмаску нужно положить что-то высотой в 1 см. После чего можно замотать скотчем, будет надёжнее.

Границей нормы уровня воды, можно считать уровень: если воды впиталось столько куб.см. сколько ампер-часов у вас батарея по паспорту. Если воды влезло больше, можно опасаться о том, что была чрезмерная коррозия положительных электродов и снижение остатка времени службы аккумулятора.


Настройка.

Настройка балансира начинается с момента подключения его к аккумуляторам. При этом блок питания зарядного устройства не включается в розетку. Вращая подстроечный резистор, находим то положение, когда светодиод засвечивается и гаснет. Так настраиваем все каналы. После чего включаем в розетку и начинаем далее вращать резистор добавляя напряжение, крутим очень медленно. Доведя до нужного напряжения, даём устояться напряжению минут 20, после чего ещё корректируем нужную величину напряжения.

Настройка тока нагрузки балансира. Ток постоянно проходящий через нагрузку регулируют резистором R63, который в нагрузке должен быть 10-15миллиампер, это оптимальная величина. Это узнаём замеряя напряжение на резисторе нагрузки R57, которое должно быть в районе 2,5-3вольта для 10-15а.ч. аккумуляторов, 4в,20миллиампер для 20а.ч. аккумуляторов). Если у вас аккумуляторы 10-15 а.ч. и вы в дальнейшем не думаете заряжать другие ёмкости аккумуляторов, можно R64 и R63 заменить на резистор 1,2килоома.

Если вам, по каким-либо причинам потребовалось повышенное напряжение заряда (некоторые электротранспортники по их мнению, считают лучшими напряжениями 13,8в или 14 вольт, или для ускоренного заряда), в з.у. можно встроить таймер. Таймер ограничения времени заряда, который отключит з.у. спустя несколько часов. На рисунке, таймер, настроен на 1сутки (около 24 часа), но его можно легко перестроить на другое время, перепаяв 1 провод.Таймер на 1 сутки, можно использовать с минимального напряжения в 13,6в и выше.

И ещё, используя таймер, с его помощью, можно сделать более мягкую (с меньшим газовыделением) дисульфатацию, что и реализовано на схеме. Но такой цикл десульфатации должен длиться дольше, часа 24.

Схема.


Плюс питания, на таймер, подаётся от напряжения питания Ш.И.М. микросхемы блока питания.


Посвящается тем, кому нужна не роскошь, а средство для передвижения.


Если вам помогло это з.у. в заряде ваших аккумуляторов, и продлить им жизнь, а также, если оказалась полезной остальная информация, вы можете тоже немного пожертвовать.

Webmoney.

U397599403439

Z159624094594

R822992705900

E144988584754

Можно ваучерами пополнения любых мобильных операторов, желательно МТС отправить код пополнения на z.u.balansir@gmail.com


При цитировании этой статьи, или информации взятой с этой страницы, где - нибудь в интернете, или показа этой схемы на каком-либо сайте, или форуме, ставьте ссылку на эту страницу, обязательно!

Работу, настройку, изготовление этого з.у. можно обсудить на форуме.