Биографии 

Защита гелевого аккумулятора от разряда. Схемы защиты Li-ion аккумуляторов от переразряда (контроллеры разряда). Необходимость защиты аккумуляторов от глубокого разряда

Системы, в состав которых входят аккумуляторы, нуждаются в установке оборудования для защиты батарей от глубокого разряда. Это позволяет избежать потери емкости накопителя и сокращения его срока службы. Нередко после 4-5 глубоких разрядов батареи престают справляться с возложенными на них задачами.

Цена: от 3 926 руб.

Функция Smart BatteryProtect отключает неосновные нагрузки от батареи, не допуская ее глубокого разряда (что привело бы к повреждению батареи) или сохраняя необходимый заряд для вращения стартера.

Бренд: Victron

Цена: от 6 040 руб.

Концерн Victron Energy разработал уникальные интеллектуальные устройства защиты аккумуляторов BatteryProtect. Модели выполнены в водонепроницаемом корпусе. Это позволяет использовать оборудование не только в помещениях, но и на различных транспортных средствах (автомобили, катера, яхты и т. д.).

Доступны для заказа несколько модификаций:

  • BatteryProtect-65A;
  • BatteryProtect-100A;
  • BatteryProtect-220A.

Модели отличаются друг от друга по:

  • максимальному непрерывному току нагрузки (65, 100 и 220 А);
  • габаритными размерам (40*48*106, 59*42*115 и 62*123*120 мм);
  • значению пикового тока (BP-65A — 300 A; BP-100A/220A — 600 A);
  • весу (0,2, 0,5, и 0,8 кг);
  • типу соединения (BP-65A — M6; BP-100A/220A — M8).

Остальные технические характеристики идентичны.

  • Диапазон входного напряжения устройств защиты аккумуляторов — 6-35 В. Системное напряжение (12 или 24 В) определяется автоматически.
  • При полной нагрузке оборудование стабильно работает при температуре от - 40 до +40° C.
  • По умолчанию производителем установлены следующие параметры 12-вольтовых и 24-вольтовых устройств: Engage — 12 В или 24 В; Disengage — 10,5 В или 21 В.
  • Задержки:
    • выхода сигнализации — 12 с;
    • повторного подключения нагрузки — 30 с;
    • отключения нагрузки — 90 с (при VE.Bus BMS происходит немедленно).
  • Потребляемый ток — 1,5 мА (вкл.), 0,6 мА (выкл.).
  • Максимальная нагрузка на выход сигнала тревоги составляет 50 мА.

Необходимость защиты аккумуляторов от глубокого разряда

Глубокий разряд аккумулятора — это враг батареи. В критической ситуации плотность электролита падает ниже минимально допустимого значения, т. к. большая часть кислоты оседает на диоксидных пластинах в виде солей. С течением времени их становится все больше.

Глубокий длительный разряд аккумулятора приводит к тому, что далеко не все кристаллы солей растворяются при подпитке от ЗУ. Емкость батареи значительно сокращается. Даже кратковременный глубокий разряд аккумулятора отнимает около 3-5 % от срока службы оборудования. Минимизируется соприкосновение пластин с жидкостью, нарушается работа АКБ.

Именно поэтому необходимо не допускать снижения плотности электролита ниже допустимого значения. Для этого к аккумуляторам дополнительно присоединяют специальные защитные устройства. Лучшее подобное оборудование выпускает концерн Victron Energy.

При уменьшении напряжения на аккумуляторе до определенного уровня BatteryProtect отключит нагрузку автоматически. При этом останется резерв, необходимый для запуска двигателя. Предлагаемые нами модели отличаются высокой надежностью. В состав оборудования не входят механические реле. Принцип работы этих устройств, обеспечивающих сохранение ресурса аккумуляторов, основан на MOSFET-выключателях.

Особенности инсталляции и программирования устройств защиты аккумуляторов от глубокого разряда BatteryProtect

  • Рекомендуется доверить установку оборудования квалифицированным специалистам, т. к. работа с аккумуляторами небезопасна.
  • Следует использовать разъемы хорошего качества и провода достаточного сечения.
  • Подключение происходит через предохранитель с соответствующим номиналом.
  • Токоведущие провода не должны соприкасаться с корпусом устройства, присоединяемого к аккумулятору, и/или автомобилем.

Неправильное подключение может привести к повреждению электронной схемы. Рекомендуется размещать устройства, предназначенные для защиты аккумулятора от глубокого разряда в непосредственной близости от батареи (до 0,5 м). Это позволит снизить потери напряжения.

Удаленное управление

К устройству защиты аккумулятора BatteryPortect можно присоединить удаленный переключатель. Задержка до включения/отключения оборудования — 1 с.

Для организации системы может быть использован слаботочный переключатель, т. к. ток коммутации имеет очень маленькую величину.

Программирование

Для запуска режима перепрограммирования нужно соединить Input + и Program Input. После этого начнет мигать светодиод. Количество вспышек означает программную позицию. Как только необходимый режим работы будет установлен, следует удалить соединение.

Преимущества устройств защиты аккумулятора от глубокого разряда BatteryProtect

Программируемые уровни отключения

Оборудование может быть настроено на один из десяти режимов работы. Регулируется напряжение, при котором BatteryPortect будет отключать батарею.

Защита от перенапряжения

Нагрузка автоматически отключится, если напряжение превысит:

  • 16 В (для 12-вольтовых систем);
  • 32 В (для 24-вольтовых систем).

Задержка выхода тревоги

Тревожный выход включается только в том случае, если значение напряжения находится ниже заданного уровня более 15 секунд. Это позволяет избежать ложных сигналов. Устройство защиты аккумулятора не реагирует на запуск двигателя.

Сигнализация используется для запуска зуммера или/и лампочки. Через этот выход можно при помощи дополнительного реле подключить ЗУ.

Задержка отключения нагрузки

Нагрузка отключается только через 60 секунд после активации тревоги. Если за это время напряжение увеличится до нормального значения, то система продолжит работу.

Дистанционное управление

Добавление в систему удаленного выключателя значительно облегчит процесс эксплуатации.

Устройство для защиты 12v аккумуляторов от глубокого разряда и короткого замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Напряжение на аккумуляторе, при котором происходит отключение - 10± 0.5V. (У меня вышло ровно 10,5 В) Ток, потребляемый устройством от аккумулятора во включенном состоянии, не более - 1 мА. Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в выключенном состоянии, не более - 10 мкА. Максимально допустимый постоянный ток через устройство - 5А.(30 Ватт лампочка 2,45 А - Мосфит без радиатора +50 градусов(комнатная +24))

Максимально допустимый кратковременный (5 сек) ток через устройство - 10А. Время выключения при коротком замыкании на выходе устройства, не более - 100 мкс

ПОРЯДОК РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Подключите устройство между аккумулятором и нагрузкой в следующей последовательности:
- подключите клеммы на проводах, соблюдая полярность (оранж. провод +(красный), к аккумулятору,
- подключите к устройству, соблюдая полярность (плюсовая клемма помечена значком +), клеммы нагрузки.

Для того чтобы на выходе устройства появилось напряжение нужно кратковременно замкнуть минусовой выход на минусовой вход. Если нагрузку кроме аккумулятора питает другой источник, то этого делать не надо.

УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ;

При переходе на питание от аккумулятора, нагрузка разряжает его до напряжения срабатывания устройства защиты (10± 0.5V). При достижении этой величины, устройство отключает аккумулятор от нагрузки, предотвращая дальнейший его разряд. Включение устройства произойдет автоматически при подаче со стороны нагрузки напряжения для заряда аккумулятора.

При коротком замыкании в нагрузке устройство также отключает аккумулятор от нагрузки, Включение его произойдет автоматически, если со стороны нагрузки подать напряжение больше 9,5V. Если такого напряжения нет, то надо кратковременно перемкнуть выходную минусовую клемму устройства и минус аккумулятора. Резисторами R3 и R4 устанавливается порог срабатывания.

Запчасти

1. Монтажная плата(не обязательно, можно навесу)
2. Полевой транзистор любой, подбирайте по А и В. Я взял RFP50N06 N-канал 60В 50А 170 град
3. Резисторы 3 на 10 ком, и 1 на 100 ком
4. Биполярный транзистор КТ361Г
5. Стабилитрон 9.1 В
Доп. Можно клеммы + Микрик для запуска.(Я себе не делал т.к. у меня это будет часть другого устройства)
6. Можно по светодиоду на вход и выход для наглядности(Подбирайте резистор, паяйте в параллельно)

Паяльник+олово+спиртоканифоль+кусачки+проводки+мультиметр+нагрузка и т.д. и т.п. Паял Оловянно-сопельным путём. Травить на плате мне не охота. Лейаута нет. Нагрузка 30 Ватт, Ток 2,45 А полевик греется на +50 град(комнатная +24). Охлаждение не нужно.

Пробывал нагрузку 80 Ватт … ВАХ-ВАХ. Температура за 120 град. Дорожки начали краснеть… Ну сами знаете нужно радиатор, Хорошо пропаянные дорожки.

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.

Представленная схема защищает аккумулятор от глубокого разряда (разряд ниже минимально допустимого напряжения) или отключает нагрузку от источника при понижении напряжения. После разряда батареи до минимального напряжения питания устройство отключает нагрузку от батареи. Подходит для защиты батарей, таких как свинцово-кислотных (Pb), NiCd, NiMH, Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов.

Пороговое напряжение определяется суммой напряжений на стабилитроне ZD1, б-э- переходе транзистора Т1 и на резисторе R1. Для запуска схемы необходимо нажать кнопку TL1. Пока напряжение на аккумуляторе достаточно велико, T1 и T2 открыты. При уменьшении напряжения, ток прекращает течь через стабилитрон, транзисторы T1 и T2 закрываются. Т2 работает в ключевом режиме, таким образом, нет медленным постепенным закрытия транзистора.

На рис. 2 вы можете увидеть модифицированную схему, где кнопка TL1 позволяет включения и выключения нагрузки. Устройство, таким образом, служит не только в качестве защиты, но также в качестве выключателя питания.

Максимальное входное напряжение зависит от максимального напряжения V GS транзистора Т2. Минимальное входное напряжение зависит от напряжения, при котором Т2 открывается еще надежно. Обычно, для MOSFETов -это примерно 5В, низкое напряжение логические MOSFETы могут работать при более низких напряжениях. Это позволяет применить схему для работы с Li-Ion / Li-Pol , которых имеет мин. напряжение приблизительно 3,4 В. При небольшом напряжении стабилитрон ZD1 может быть заменен комбинацией последовательно соединенных диодов.

Я тестировал схему с IRF3205 и IPB06N03LA в зависимости от Т2. Примечание: желательно последовательно с батареей подключить предохранитель, в противном случае существует риск возгорания в случае неудачи.

Рис. 1 - Принципиальная схема защиты аккумулятора от глубокого разряда (пониженного).

Возникла у меня необходимость защиты аккумулятора от глубокого разряда. И основное требование к схеме защиты, что бы после разряда аккумулятора, она отключила нагрузку, и не смогла ее самостоятельно включить, после того как аккумулятор немного наберет напряжение на клеммах, без нагрузки.

За основу схемы здесь взят 555-й таймер, включенный в качестве генератора одиночного импульса, который после достижения минимального порогового напряжения, закроет затвор транзистора VT1 и отключит нагрузку. Схема сможет включить нагрузку только после отключения, и повторного подключения питания.

Плата (Зеркалить не нужно):

Плата SMD (Нужно зеркалить):

Все SMD резисторы — 0805. Корпус MOSFET — D2PAK, но можно и DPAK.

При сборке, стоит обратить внимание на то, что под микросхемой (в плате на DIP компонентах) есть перемычка и про нее главное не забыть!

Настраивается схема следующим образом: резистор R5 выставляется в верхнее по схеме положение, далее подключаем ее к источнику питания с выставленным на нем напряжением, при котором она должна отключить нагрузку. Если верить википедии , то напряжение полностью разряженного 12-и Вольтового аккумулятора соответствует 10,5 Вольт, это и будет нашим напряжением отключения нагрузки. Далее вращаем регулятор R5 до тех пор, пока нагрузка не отключится. Вместо транзистора IRFZ44 можно использовать практически любой мощный низковольтный MOSFET, необходимо только учитывать, что он должен быть рассчитан на ток, раза в 2 больше, чем будет максимальный ток нагрузки, а напряжение затвора должно быть в пределах напряжения питания.

При желании, подстроечный резистор можно заменить на постоянный, номиналом 240 кОм и при этом резистор R4 необходимо заменить на 680 кОм. При условии, что порог у TL431 2,5 Вольта.

Потребляемый ток платой — около 6-7 mA.