Приставка автомат к зарядному устройству. Приставка к зарядному для защиты аккумулятора А теперь проверяем работу

В статье рассматривается схема несложного устройства, дополнив которым ваше зарядное устройство (ЗУ), процесс зарядки может быть автоматизирован. Так же оно поможет содержать ваш аккумулятор в заряженном состоянии в период длительного хранения, что способствует значительному увеличению его срока службы.

Устройства представляет собой электронное реле, следящее за напряжением подключенного аккумулятора. Реле имеет два порога срабатывания по наибольшему и наименьшему значению напряжения, выставленным в процессе наладки.

Контактная группа К1.1 подключается в разрыв одного из проводов, идущего на клеммник для подключения аккумуляторной батареи. Устройство также запитано с этого клеммника.

Настройка устройства. Для настройки узла понадобится источник питания с регулируемым значением напряжения. Подаем питание на вход XS1 (рис. 1). Устанавливаем движок резистора R 2 в верхнее по схеме положение, а R3 в нижнее. Выставляем значение напряжения 14,5 В. При этом транзистор VT 2 должен быть закрыт, а реле К1 должно быть обесточено. Регулировкой R 3 добиваемся срабатывания реле К1. Теперь устанавливаем напряжение в 12,9 В, регулировкой R 2 добиваемся выключения К1.

Т.к контакты реле К1.2, в отключенном состоянии, шунтируют резистор R 2, настройки срабатывания и отключения К1 являются независимыми друг от друга.

О деталях устройства. Резисторы R 2, R 3 подстроечные, тип СП-5, прецизионный стабилитрон Д818 можно заменить на два включенных встречно Д814 с близкими значениями стабилизации напряжения. Реле К1 с напряжением питания 12 В, с двумя группами нормальнозамкнутых контактов. Контактная группу К1.1, должна быть рассчитанна на ток зарядки аккумулятора.

Зарядное устройство-приставка, т.е. зарядное устройство (ЗУ или ЗУ-приставка) не имеющее собственного источника питания.

Источником питания для устройства могут выступать ИИП, БП, трансформаторы, солнечные батареи, ветрогенераторы, аккумуляторы, бортсети транспорта, напряжением от 20 до 60 Вольт постоянного тока или от 18 до 42 Вольт переменного тока. Можно увеличить верхний диапазон, но для этого необходимо будет изменить номиналы комплектующих входного каскада и входное напряжение внутренних стабилизаторов напряжения на +12 и +5 В.

Зарядное устройство может работать в нескольких режимах:

1. Заряжать/разряжать любые аккумуляторы, по выбранному, пользователем, алгоритму, токами и напряжениями, на каждом из этапов алгоритма, в диапазоне 0-40В и 0-50А. Разрядник до 18А, а при наличии внешней активной нагрузки, устанавливаемой вместо предохранителя F3 и замене номиналов токовых резисторов с 0.33 Ома на 0.15 Ома 10Вт, то до 40А.
2. Выступать в роли лабораторного БП или программируемого источника питания, в диапазоне 0-40В и 0-50А.
3. МРРТ-контроллер - заряд АКБ, когда источником является солнечные батареи или ветрогенератор (поддержано железом, но пока не реализовано в ПО)
4. В холостую, быть включенным, но не выдавая на выход не чего - гальванически отключенная нагрузка и выключенный силовой преобразователь.

Алгоритмы заряда аккумуляторов:

1. IUoU - поэтапная стабилизация, сначала тока ("I" - стабилизация тока) - этап основного заряда, до достижения, на клеммах АКБ, напряжения следующего этапа стабилизации по напряжению ("U" - стабилизация напряжения) - этап заряда при стабилизированном напряжении, стабилизация по напряжению удерживается до значения минимального зарядного тока ("о" - тока отключения), после отключения ЗУ, ожидается падение напряжения на клеммах АКБ до значения напряжения следующего этапа стабилизации напряжения ("U" - стабилизация напряжения) - этап хранения, удерживая значение напряжения на клеммах АКБ бесконечно долго, пока АКБ подключен к ЗУ. Если, на любом из этапов алгоритма, произойдёт отключение источника питания, то при возобновлении питания, ЗУ возобновит работу заданного алгоритма, с этапа, который был до выключения. Все программируемые значения токов, напряжений, алгоритма и его этапов хранятся в энергонезависимой памяти EEPROM.
2. IUIoU - поэтапная стабилизация, сначала тока ("I" - стабилизация тока) - этап основного заряда, до достижения, на клеммах АКБ, напряжения следующего этапа стабилизации по напряжению ("U" - стабилизация напряжения) - этап заряда при стабилизированном напряжении, стабилизация по напряжению удерживается до значения зарядного тока следующего этапа стабилизации тока ("I" - стабилизация тока) - этап так называемой "добивки" и продолжается до тех пор пока напряжение на клеммах АКБ не достигнет значения ограничения напряжения или напряжение не будет расти в течении 2 часов, после чего происходит отключение АКБ от ЗУ ("о" - отключение), после отключения, ожидается падение напряжения на клеммах АКБ до значения напряжения следующего этапа стабилизации напряжения ("U" - стабилизация напряжения) - этап хранения, удерживая значение напряжения на клеммах АКБ бесконечно долго, пока АКБ подключен к ЗУ. Если, на любом из этапов алгоритма, произойдёт отключение источника питания, то при возобновлении питания, ЗУ возобновит работу заданного алгоритма, с этапа, который был до выключения. Все программируемые значения токов, напряжений, алгоритма и его этапов хранятся в энергонезависимой памяти EEPROM.
3. IUo - тоже, что и в пункте 1, но без этапа хранения - АКБ отключается в конце заряда
4. IUIo - тоже, что и в пункте 2, но без этапа хранения - АКБ отключается в конце заряда
5. "Качели" - заряд с ограничением тока и напряжения, т.е. заряд заданным током, до заданного напряжения, с последующим отключением и ожиданием до заданного напряжения падения, далее по кругу (циклу), пока зарядный ток не упадет до заданного тока отключения.
6. "Ассиметричный" - чередование, заряда заданным током, до заданного напряжения и разрядом заданным током, в соотношении времени заряд/разряд.
7. Разряд заданным током, до заданного напряжения, при достижении которого напряжение стабилизируется, а ток уменьшается, до тех пор пока ток не упадёт до заданного значения.
8. Комбинации алгоритмов - КТЦ (разряд заряженного АКБ + последующий заряд по алгоритму IUIo), три КТЦ подряд.

Схема подключения микроконтроллера:

Схема усиленного блока разряда (с увеличенным макс. током разряда):

Фото устройства:

Принцип работы устройства:

При включении устройства все ЦАП устанавливаются в нулевое значение, блокируются ШИМ-контроллер и драйвер полумоста, производится проверка, программно, нет ли не завершенных процессов, если есть включается их продолжение, если нет остаётся выключенным, программа (ПО) выходит в основное меню. Из основного меню пользователь задаёт значения напряжений и токов, для каждого из этапов, выбранного алгоритма работы с АКБ или указывает ток и напряжение для режима лабораторного БП. А так-же, из основного меню, пользователь может установить настройку даты и времени, откалибровать датчик тока и проверить работоспособность EEPROM.

Во время процессов работы МК задаёт, соответствующим ЦАП-ам, уровни напряжения, которые подаются на соответствующие ОУ-ошибки ШИМ-контроллера TL494 или ОУ разрядника. ОУ ошибки сравнивает уровни ЦАП-ов с уровнями поступающие с выходного каскада, выставляя соответствующую скважность ШИМ. Сигнал ШИМ поступает на драйвер полумоста IR2184 и поочерёдно включает/выключает ключи полумоста, с заданным мертвым временем. Тем самым обеспечивая работу синхронного понижающего DC-DC преобразователя (Чоппер). МК измеряет, при помощи АЦП, выходное напряжение, ток, напряжение источника, напряжение нагрузки, сравнивая с заданными значениями, пользователем, напряжений и тока, корректируя уровни заданных ЦАП-ов. МК отображает всю полученную информацию на дисплее, "в реальном времени". Пользователь во время процесса может корректировать значения заданных напряжений и тока. При возникновении не штатных ситуаций, МК отключает преобразователь, АКБ от ЗУ гальванически и информирует пользователя о, обрыве цепи АКБ, превышении значений напряжения или тока.

Пользователь самостоятельно может обновлять прошивку с компьютера по USB, при помощи программы AVRProg и бутлоадера в МК.

Схемы и прошивка (ПО) распространяются бесплатно только для индивидуального повтора, коммерческое использование запрещено.

Исходный код ПО (прошивки) не распространяется и является интеллектуальной собственностью Автора.

С Уважением Торопов Роман Юрьевич, г. Пермь.

Список радиоэлементов

Данное устройство подключается как приставка к зарядному устройству, разнообразных схем которых в интернете уже описано немало. Оно выводит на жидкокристаллический дисплей значение входного напряжения, величину тока зарядки аккумулятора, время зарядки и емкость зарядного тока(которая может быть или в Ампер-часах или в миллиампер-часах - зависит только от прошивки контроллера и примененного шунта). Выходное напряжение зарядного устройства не должно быть менее 7 вольт, иначе для данной приставки потребуется отдельный источник питания. Основу устройства составляет микроконтроллер PIC16F676 и жидкокристаллический 2-строчный индикатор SC 1602 ASLB-XH-HS-G. Максимальная зарядная емкость составляет 5500 ма/ч и 95,0 А/ч соответственно.

Принципиальная схема приведена на Рис 1.

Подключение к зарядному устройству - на Рис 2.

При включении микроконтроллер сначала запрашивает требуемую емкость зарядки. Устанавливается кнопкой SB1. Сброс - кнопкой SB2.

Если кнопку не нажимать более 5 секунд - контроллер автоматически переходит в режим измерений. На выводе 2 (RA5)устанавливается высокий уровень.

Алгоритм подсчета емкости в данной приставке следующий:

1 раз в секунду микроконтроллер измеряет напряжение на входе приставки и ток, и если величина тока больше единицы младшего разряда - увеличивает счетчик секунд на 1. Таким образом часы показывают только время зарядки.

Далее микроконтроллер высчитывает средний ток за минуту. Для этого показания зарядного?ока делятся на 60. Целое число записываются в счетчик, а остаток от деления потом прибавляется к следующему измеренному значению тока,и уже потом эта сумма делится на 60. Сделав, таким образом, 60 измерений в счетчике будет число среднего значения тока за минуту.

Далее среднее значение тока в свою очередь делится на 60(по такому же алгоритму). Таким образом, счетчик емкости увеличивается 1 раз в минуту на величину одна шестидесятая от величины среднего тока за минуту.

После этого счетчик среднего значения тока обнуляется и подсчет начинается сначала. Каждый раз, после подсчета емкости зарядки, производится сравнение измеренной емкости и заданной, и при их равенстве на дисплей выдается сообщение - "Зарядка завершена", а во второй строке - значение этой емкости зарядки и напряжение. На выводе 2 микроконтроллера (RA5) появляется низкий уровень, что приводит к гашению светодиода. Данный сигнал можно использовать для включения реле, которое, например, отключает зарядное устройство от сети (см Рис 3).

Наладка устройства сводится только к установке правильных показаний зарядного тока (R1 R3)и входного напряжения (R2)с помощью эталонного амперметра и вольтметра. Для точной установки показаний приставки рекомендуется использовать многооборотные подстроечные резисторы или ставить дополнительные резисторы последовательно с подстроечными (подобрать экспериментально).

Теперь о шунтах.

Для зарядного устройства на ток до 1000 мА можно использовать блок питания на 15 в, в качестве шунта резистор на 5-10 Ом мощностью 5Вт, и последовательно с заряжаемым аккумулятором переменное сопротивление на 20-100 Ом, которым и будет выставляться величина зарядного тока.

Для зарядного тока до 10 А (max 25,5 A) потребуется изготовить шунт из высокоомной проволоки подходящего сечения на сопротивление 0,1 Ом. Проведенные испытания показали, что даже при сигнале с токового шунта равным 0,1 вольт настроечными резисторами R1 и R3 можно легко установить показания тока в 10 А. Однако, чем больше сигнал с датчика тока, тем легче настроить правильные показания.

В качестве шунта для приставки на 10 А я пробовал использовать кусок аллюминиевого провода сечением 1,5 мм длиной 30 см -прекрасно работает.

Печатная плата для данного устройства из-за простоты схемы не разрабатывалась, оно собрано на макетной плате таких же размеров как и жидкокристаллический индикатор и закреплен сзади. Микроконтроллер устанавливается на панельку и позволяет быстро поменять прошивку для перехода на другой ток зарядного устройства.