Меню

Контроллер заряда батареи регулятор

Контроллер заряда аккумулятора

Пост опубликован: 22 апреля, 2020

Самодельный контроллер для зарядки аккумулятора – простой и надёжный

Купить контроллер для зарядки АКБ чрезвычайно просто, стоит он дёшево, но надёжность таких устройств внушает опасения. Неизвестно на чём в этот раз сэкономят китайские производители. А вот собранный своими руками контроллер зарядки аккумулятора, будет безотказным! Ведь собрали его не для продажи, а для долгой эксплуатации.

Назначение и схема зарядного контролера

Предлагаемый к самостоятельной сборке контроллер чрезвычайно простой, и поэтому безотказный. Он прекрасно дополняет альтернативные источники энергии, такие как ветрогенераторы или солнечные панели. Особых знаний в схемотехнике и пайке не потребуется. Разумеется, что если паяльник вы не пользовались по назначению, то лучше потренироваться на каких-то ненужных проводках, чтобы случайно не перегреть рабочие детали.

В базовую схему добавлены несколько элементов, которые делают работу контролера более стабильной. Например, сопротивления 15-18 , подбирались эмпирически. Они устранили спонтанный нагрев таймера-микросхемы ( 3 ) и сделали установку значений подстроечных резисторов ( 1 и 2 ) более точной. Дополнительно, реле ( 10 ) было припаяно «навесным монтажом». Для неопытных радиолюбителей это будет существенным подспорьем в работе, и такой вариант делает плату универсальной, т.е. с реле можно экспериментировать в процесс эксплуатации.

Установка полевого транзистора IRF 540 обусловлена тем, что сигнал от таймера NE 555 выходит с напряжением 5V, а реле 1N4007 12-тивольтовое.

Принципы работы контроллера заряда АКБ

После выставления нужных параметров на подстроечных резисторах и включении прибора в систему, работа контроллера происходит следующим образом:

  1. Аккумулятор получает зарядный ток до достижения выставленного уровня напряжения. Затем зарядка останавливается, а напряжение с альтернативного источника энергии направляется только к потребителю.
  2. При разрядке аккумулятора до нижнего предела, выставленного в подстроечном резисторе ( 1 ), автоматически включается зарядка.

Обратите внимание, что в автоматическом режиме, во время зарядки питание к потребителю от АКБ не подаётся. Для того чтобы подать напряжение, есть кнопки 11 и 13 , которые работают в ручном режиме.

ВАЖНО: данный контроллер заряда аккумулятора ориентирован за продление ресурса работы АКБ! Он строго лимитирует превышение уровня зарядки и разрядки. С этой задачей такая схема справляется на 100%!

Список деталей контроллера зарядки АКБ

Каждая деталь пронумерована в снимке, а на схеме видно размещение резисторов 12 и 12/1 , они припаяны с обратной стороны платы.

1 Подстроечный резистор (установка нижнего предела ≈11,8 V);

2 Подстроечный резистор (установка верхнего предела ≈14,4 V (оба резистора на 10 kOm);

3 Таймер — Микросхема NE 555 + гнездо для микросхемы;

4 Стабилизатор напряжения LM7805 (5V);

5 Конденсатор неполярный 330 nF (на вход);

6 Конденсатор неполярный 100 nF (на выход);

7 Полевой транзистор IRF 540;

8 Биполярный NPN транзистор 2N3904;

9 Светодиоды индикации: синий и красный;

10 Реле 1N4007 (12 вольт 10 ампер);

11 Резистор 300 Om + провод для отключения «Режима заряда»(оформляется на корпусе);

12/12-1 Резисторы 100 Om + 330 Om (припаяны с обратной стороны);

13 На кнопку включения «Режима зарядки» (оформляется на корпусе);

14 Радиатор;

15 Резистор 1,5 kOm;

16 Резистор 39 kOm;

17 Резистор 6,2 kOm;

18 Резистор 30 kOm;

19/20/21 Резистор 1 kOm;

На этой схеме обозначены места фиксации каждой детали.

Изготовление платы

Для работы потребуется:

  • Стеклотекстолит фольгированный;
  • Наждачная бумага (очень мелкозернистая и нулёвка);
  • Растворитель для обезжиривания;
  • Глянцевая бумага для лазерного принтера (1 лист);
  • Утюг;
  • Лимонная кислота;
  • Перекись водорода;
  • Соль пищевая;

Для платы понадобится кусок текстолита размером 4Х6 сантиметра. Обрезать её в нужный размер лучше ножовкой по металлу. Потому что при работе ножницами текстолит может расслоиться и появятся грубые заусенцы.

Обязательно обрабатываем кромку мелкой наждачной шкуркой. Чтобы снять слой оксидной плёнки, очень аккуратно обрабатываем поверхность нулёвкой.

Последний подготовительный этап – обезжиривание. Но это перед тем как приложить распечатанную схему.

На лазерном принтере, перед распечаткой схемы, надо убрать функцию «Экономия тонера», чтобы отпечаток был насыщенным. Использование глянцевой бумаги предпочтительнее потому, что она менее гигроскопичная, и тонер не будет впитываться в структуру материала.

СОВЕТ: распечатайте на одном листе несколько одинаковых рисунков. Если что-то пойдёт не так, но под рукой всегда окажется дубликат.

Полученное изображение обрезаем в размер, не касаясь пальцами лицевой стороны снимка.

Читайте также:  Простой регулятор звука для усилителя

Расстелите на ровный стол салфетку, совместите снимок с текстолитом и аккуратно уложите этот «бутерброд» на подготовленную подложку.

Максимально разогретым утюгом придавите на 30-40 секунд заготовку. Без всяких движений, чтобы не было смещения, поднимите утюг. Теперь накройте бумажной салфеткой в 3-4 слоя, и ещё раз прижмите утюгом, примерно на 1 минуту.

Затем можно сделать несколько разглаживающих движений. Утюг снимаем, текстолит с пристывшим к нему листом фотобумаги на 2-3 минут опускаем в тёплую воду, чтобы отмокла целлюлозная основа.

Аккуратно снимаем бумагу и ватной палочкой смоченной в спирте удаляем её остатки. На фольгированном стеклотекстолите должен остаться тонер на месте будущих дорожек.

Травление платы контроллера зарядки АКБ

Предлагаемый состав для травления состоит из наиболее доступных реактивов и обладает хорошей химической активностью. Единственный его недостаток перед растворами на основе хлорного железа и медного купороса, это невозможность длительного хранения.

В 100 мл перекиси сначала растворяют 30 гр. лимонной кислоты, затем добавляют поваренную соль и перемешивают до тех пор, пока не останется кристаллов.

СОВЕТ: если нет перекиси водорода, то растворите 6 таблеток Гидроперита в 100 мл. воды.

Готовый реактив наливаем в пластиковый контейнер и аккуратно опускаем заготовку платы.

Лучше её положить лицевой стороной вверх, потому что образующиеся газовые пузырьки будут изменять скорость реакции на разных участках текстолита.

Рекомендуется чуть шевелить заготовку, касаясь её края зубочисткой или соломинкой. Можно чуть «помочь» травлению кисточкой. При температуре раствора 25-30˚C, процесс занимает 25-35 минут.

Протравленную заготовку промываем под струёй холодной воды, высушиваем и удаляем тонер нулёвкой. Работать абразивной шкуркой надо без нажима и фанатизма. Достаточно нескольких лёгких движений.

ВАЖНО: следите чтобы не удалить слой медной фольги!

Можно сделать несколько движений наждачной бумагой, а потом тщательно протереть поверхность салфеткой смоченной в уайт-спирите.

Финишная подготовка платы

Для сверления отверстий используют сверло 0,8 мм. Стеклотекстолит сверлиться достаточно легко, но всё равно следите, чтобы дрель была направлено строго вертикально, а рука не дрожала.

СОВЕТ: положите плату на деревянный брусок, просверлите два угловых отверстия по диагонали и через них зафиксируйте заготовку тонким сапожным гвоздиком или отточенной скрепкой. Остальные отверстия можно сверлить, удерживая дрель двумя руками.

После сверления нулёвкой надо аккуратно удалить заусенцы.

Для более лёгкого лужения дорожек, рекомендуется приготовить спирто-канифольный флюс. Для этого 5 гр. порошка канифоли, растворяют в 20 мл. спирта. Удобнее это делать в пузырьке от «лака для ногтей».

Спирто-канифольным флюсом покрывают всю поверхность платы, а затем тонким слоем наносят припой на медные дорожки.

По окончании лужения, канифоль необходимо удалить с поверхности платы. Так как канифоль на 90% состоит из дитерпеновых кислот, то её остатки вызывают коррозию металлов. Удаляют канифоль спиртом или ацетоном.

Пайка деталей на плату

Этот процесс описывать невозможно, необходимо просто по очереди устанавливать детали в свои гнёзда, и припаивать их. Если вы никогда до этого не паяли, то потренируйтесь на обрезках стеклотекстолита и кусочке медного проводка.

Очень важно не допустить перегрева деталей и не залить припоем соседние гнёзда и дорожки, чтобы не сформировалась перемычка. Тщательно контролируйте этот аспект пайки.

Перед установкой радиодеталей в посадочные гнёзда, нанесите на них спирто-канифольный флюс.

Сборка в корпус и проверка

Корпус подбирается индивидуально. Его можно склеить самостоятельно из пластика, или купить что-то более-менее подходящее. Места для вывода светодиодов и кнопок ручного управления определяют после фиксации платы. При желании, можно сделать отверстие для подстроечного резистора.

Не старайтесь сразу брать очень маленький корпус.

Для проверки контроллера заряда аккумулятора потребуется регулируемый преобразователь DC\DC, которым будет имитироваться напряжение на клеммах АКБ.

Нормально разомкнутый вывод реле, подключается к мультиметру в режиме прозвонки.

Читайте также:  Проверка регулятора холостого хода lancer

Когда аккумулятора заряжен, и нагрузка к нему подключена, то мультиметр подаёт непрерывный сигнал, а на контроллер горит синий светодиод.

Как только напряжение упадёт ниже выставленного предела, то включается зарядка. На контроллере заряда загорается красный светодиод, а на табло мультиметра меняется индикация.

Всё, контроллер заряда аккумулятора готов, можно пользоваться.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца! Также Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник



Модули защиты и контроллеры заряд/разряд для Li-ion аккумуляторов

Для начала нужно определиться с терминологией.

Как таковых контроллеров разряда-заряда не существует. Это нонсенс. Нет никакого смысла управлять разрядом. Ток разряда зависит от нагрузки — сколько ей надо, столько она и возьмет. Единственное, что нужно делать при разряде — это следить за напряжением на аккумуляторе, чтобы не допустить его переразряда. Для этого применяют защиту от глубокого разряда.

При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого зарядного устройства для литиевого аккумулятора.

Плата защиты li-ion со сборкой полевых транзисторов 8205А

Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:

Защита для лития 18650

И вот тоже они:

Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).

Контроллеры заряда-разряда

Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).

DW01-Plus

Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.

Схема модуля защиты литиевого аккумулятора на DW01

Сама микросхема DW01 — шестиногая, а два полевых транзистора конструктивно выполнены в одном корпусе в виде 8-ногой сборки.

Вывод 1 и 3 — это управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2) соответственно. Пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта. Вывод 2 — датчик, измеряющий падение напряжения на полевых транзисторах, благодаря чему реализована защита от перегрузки по току. Переходное сопротивление транзисторов выступает в роли измерительного шунта, поэтому порог срабатывания имеет очень большой разброс от изделия к изделию.

Паразитные диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2.

Сборка полевичков 8205

Вся схема выглядит примерно вот так:

Правая микросхема с маркировкой 8205А — это и есть полевые транзисторы, выполняющие в схеме роль ключей.

S-8241 Series

SEIKO S-8241 Series (защита Li-ion)

Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241.

Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.

AAT8660 Series

Схема на ААТ8660 для защиты литиевого аккумулятора

Решение от Advanced Analog Technology — AAT8660 Series.

Пороговые напряжения составляют 2.5 и 4.32 Вольта. Потребление в заблокированном состоянии не превышает 100 нА. Микросхема выпускается в корпусе SOT26 (3х2 мм, 6 выводов).

FS326 Series

FS326 Series для защиты полимерных аккумуляторов

Очередная микросхема, используемая в платах защиты одной банки литий-ионного и полимерного аккумулятора — FS326.

В зависимости от буквенного индекса напряжение включения защиты от переразряда составляет от 2.3 до 2.5 Вольт. А верхнее пороговое напряжение, соответственно, — от 4.3 до 4.35В. Подробности смотрите в даташите.

Читайте также:  Пид регулятор температуры рекс c100

LV51140T

Плата PCB для защиты li-ion от глубокого разряда

Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T.

Пороговые напряжения: 2.5 и 4.25 Вольта. Вторая ножка микросхемы — вход детектора перегрузки по току (предельные значения: 0.2В при разряде и -0.7В при зарядке). Вывод 4 не задействован.

R5421N Series

Схема защиты литиевого аккумулятора на микросхемах серии R5421N

Схемотехническое решение аналогично предыдущим. В рабочем режиме микросхема потребляет около 3 мкА, в режиме блокировки — порядка 0.3 мкА (буква С в обозначении) и 1 мкА (буква F в обозначении).

Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:

Обозначение Порог отключения по перезаряду, В Гистерезис порога перезаряда, мВ Порог отключения по переразряду, В Порог включения перегрузки по току, мВ
R5421N111C 4.250±0.025 200 2.50±0.013 200±30
R5421N112C 4.350±0.025
R5421N151F 4.250±0.025
R5421N152F 4.350±0.025

SA57608

Плата защиты лития на ИМС SA57608

Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608.

Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:

Обозначение Порог отключения по перезаряду, В Гистерезис порога перезаряда, мВ Порог отключения по переразряду, В Порог включения перегрузки по току, мВ
SA57608Y 4.350±0.050 180 2.30±0.070 150±30
SA57608B 4.280±0.025 180 2.30±0.058 75±30
SA57608C 4.295±0.025 150 2.30±0.058 200±30
SA57608D 4.350±0.050 180 2.30±0.070 200±30
SA57608E 4.275±0.025 200 2.30±0.058 100±30
SA57608G 4.280±0.025 200 2.30±0.058 100±30

SA57608 потребляет достаточно большой ток в спящем режиме — порядка 300 мкА, что отличает ее от вышеперечисленных аналогов в худшую сторону (там потребляемые токи порядка долей микроампера).

LC05111CMT

LC05111 для защиты лития

Ну и напоследок предлагаем интересное решение от одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов On Semiconductor — контроллер заряда-разряда на микросхеме LC05111CMT.

Решение интересно тем, что ключевые MOSFET’ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.

Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет

11 миллиом (0.011 Ом). Максимальный ток заряда/разряда — 10А. Максимальное напряжение между выводами S1 и S2 — 24 Вольта (это важно при объединении аккумуляторов в батареи).

Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6×4.0, 0.65P, Dual Flag.

Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.

Контроллеры заряда и схемы защиты — в чем разница?

Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда — это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой. Сейчас поясню в чем разница.

Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV — постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество «заливаемой» в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.

По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.

Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу — при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.

Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (

4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.

Источник