Контроль заряда аккумулятора
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Контроль заряда аккумулятора

Контроллер заряда аккумулятора на Алиэкспресс: лучшие модели из представленного ассортимента

Дата публикации: 19 июня 2019

В электрике нет лишних мелочей, и каждое устройство играет свою, строго определенную роль. С этим утверждением могут не согласиться некоторые сторонники использования солнечной энергии для заряда аккумуляторных батарей. Часто они напрямую подключают аккумулятор к солнечной батарее и успешно заряжают его при наличии даже рассеянного солнечного света. Но позже, когда аккумулятор выходит из строя гораздо раньше номинального срока эксплуатации, они вряд ли догадаются, что причина этого явления – в неуместной экономии. Что же происходит на самом деле?

  • После прямого подключения батареи к аккумулятору уровень заряда начинает расти до предельного значения напряжения, которое зависит от типа аккумулятора.
  • Как только будет достигнут предельный уровень напряжения, пользователю необходимо сразу же выключить устройство. В противном случае возникнет явление перезаряда, при котором электролитическая жидкость начинает активно выкипать. Таким образом, срок службы аккумулятора резко сократится.
  • Есть и еще одна проблема. Выключение аккумулятора сразу по достижении им предельного значения напряжения означает его зарядку лишь на уровне 85-90%. Для полного заряда необходимо еще некоторое время находиться под напряжением. Систематически повторяющаяся неполная зарядка негативно скажется на рабочем ресурсе аккумулятора, и срок его эксплуатации существенно сократится.

Решение проблемы – покупка контроллера заряда на Алиэкспресс для тех, кто хочет подешевле, или в ближайшем магазине электротехнических товаров. Причем желательно отдать предпочтение модели с так называемой PWM-функцией. Рассмотрим преимущества ее применения:

  • Подключение аккумулятора к солнечной батарее через контроллер простого типа будет прервано сразу по достижении предельного уровня напряжения. Но, как сказано выше, уровень заряда будет находиться в пределах 90%, поскольку условия по определенному времени выдержки аккумулятора не было соблюдено.
  • При использовании PWM-контроллера уровень заряда будет доведен до 100% благодаря явлению широтно-импульсного преобразования (английская аббревиатура PWM). При достижении предельного значения «умное» устройство снизит напряжение, подаваемое с солнечной батареи, и продержит аккумулятор в заряжаемом состоянии еще несколько часов.

Также в числе важных параметров нового контроллера заряда аккумулятора с Алиэкспресс опции:

  • температурной компенсации зарядного напряжения;
  • выбора типа аккумулятора, поскольку различные модели имеют разные уровни напряжения в одинаковых режимах;
  • учета температуры аккумуляторной батареи, что важно для повышения точности заряда.

Обзор лучших моделей контролеров заряда аккумулятора на Алиэкспресс

Ниже представлено описание моделей контроллеров, характеристики которых были по достоинству оценены многочисленными покупателями:

Предназначена для свинцово-кислотных аккумуляторов. Диапазон напряжения – от 6 до 60В. Модель оснащена ЖК-дисплеем XY-L30A. На мониторе отображаются напряжение, процент и продолжительность заряда. На базе устройства реализована опция автоматического контроля заряда. Также имеется функция установки времени заряда, формат – 24 часа, максимальная продолжительность – 100 часов.

Данный контроллер заряда аккумулятора с Алиэкспресс адаптирован для работы со свинцово-кислотными аккумуляторами. Рабочие параметры и время зарядки отображаются на ЖК дисплее. В числе предлагаемых функций: автоматический контроль, установка времени, управление с мобильных устройств и ПК через последовательное подключение.

Рассчитан на входное напряжение в пределах 6-60В. Модель отличается высокой точностью отображения и управления – 0,1В. Уровень заряда отображается на ЖК-мониторе. Допускает установку уровней начального и конечного напряжения. Имеет компактные размеры 81*54*18 мм.

Встроенный промышленный микроконтроллер, на базе которой реализована 4-х ступенчатая функция широтно-импульсного преобразования PWM. Работает со свинцово-кислотными и гелиевыми аккумуляторными батареями. Рассчитан на напряжение 12-24В и силу тока 10A, 20A, 30A в зависимости от модификации. Все рабочие параметры отображаются на ЖК-дисплее. Также в числе достоинств модели – встроенная защита от короткого замыкания, обратная защита, защита от перегрузки. В процессе работы отмечен низкий уровень нагревания устройства.

Контроллер с PWM-функцией. На LED-индикаторе отображается входное и выходное напряжение, а также – уровень заряда батареи в реальном времени. Может подключаться и управляться с компьютера через USB-порт. Возможен выбор одного из трех режимов заряда – быстрый, стабильный и поддерживающий с опцией контроля заряда. Встроена защита от перезаряда, перегрузки и от короткого замыкания.

Модель контроллера заряда аккумулятора с Алиэкспресс с PWM-функцией в нескольких вариантах исполнения, в зависимости от силы тока 30A, 20A, 10A напряжением 12-24В и мощностью от 120 до 360Вт. Подходит для различных типов свинцово-кислотных батарей с таймером нагрузки. Установлен двойной светодиодный дисплей. Возможно подключение и управление через USB-порт. На базе контроллера реализована 4-ступенчатая зарядка Boost, ABS, Equalization, Float благодаря использованию промышленного микропроцессора STM 8. Имеется опция таймера и запоминания ранее настроенных параметров. Встроена защита от перегрева, обратного тока, короткого замыкания, разрядки и перегрузки. На устройство предоставляется гарантия производителя 12 месяцев.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах

Зачем следить за состоянием аккумулятора?

Автомобильный аккумулятор состоит из шести последовательно соединённых аккумуляторных батарей с напряжением питания 2,1 — 2,16В. В норме АКБ должен выдавать 13 — 13,5В. Нельзя допускать значительного разряда аккумуляторной батареи, поскольку при этом падает плотность и, соответственно, повышается температура промерзания электролита.

Чем выше износ аккумулятора, тем меньшее время он удерживает заряд. В тёплое время года это не критично, а вот зимой забытые во включённом состоянии габаритные огни к моменту возвращения способны полностью «убить» аккумулятор, превратив содержимое в кусок льда.

В таблице можно увидеть температуру промерзания электролита, в зависимости от степени заряженности агрегата.

Зависимость температуры промерзания электролита от степени заряда аккумулятора
Плотность электролита, мг/см. куб. Напряжение, В (без нагрузки) Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) Степень заряда АКБ, % Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1110 11,7 8,4 0,0 -7
1130 11,8 8,7 10,0 -9
1140 11,9 8,8 20,0 -11
1150 11,9 9,0 25,0 -13
1160 12,0 9,1 30,0 -14
1180 12,1 9,5 45,0 -18
1190 12,2 9,6 50,0 -24
1210 12,3 9,9 60,0 -32
1220 12,4 10,1 70,0 -37
1230 12,4 10,2 75,0 -42
1240 12,5 10,3 80,0 -46
1270 12,7 10,8 100,0 -60

Критическим считается падение уровня заряда ниже 70%. Все автомобильные электроприборы потребляют не напряжение, а ток. Без нагрузки даже сильно разряженный аккумулятор может показывать нормальное напряжение. Но при низком уровне, во время запуска двигателя, будет отмечаться сильная «просадка» напряжения, что является тревожным сигналом.

Своевременно заметить приближающуюся катастрофу возможно лишь в том случае, когда непосредственно в салоне установлен индикатор. Если во время работы автомобиля он постоянно сигнализирует о разрядке – пора ехать на СТО.

Какие существуют индикаторы

Многие АКБ, особенно необслуживаемые, имеют встроенный датчик (гигрометр), принцип работы которого основан на измерении плотности электролита.

Этот датчик контролирует состояние электролит и ценность его показателей относительна. Не очень удобно по несколько раз залазить под капот автомобиля, что бы проконтролировать состояние электролита в разных режимах работы.

Для контроля состояния АКБ значительно удобнее электронные приборы.

Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи

В автомагазинах продаётся множество таких устройств, различающихся дизайном и функционалом. Фабричные приборы условно делятся на нескольких типов.

По способу подключения:

  • к разъёму прикуривателя;
  • к бортовой сети.

По способу отображения сигнала:

Принцип работы у них одинаков, определение уровня заряда АКБ и отображение информации в наглядном виде.

Принципиальная схема индикатора

Как сделать индикатор заряда аккумулятора на светодиодах?

Существуют десятки разнообразных схем контроля, но результат они выдают идентичный. Подобное устройство возможно собрать самостоятельно из подручных материалов. Выбор схемы и комплектующих зависит исключительно от ваших возможностей, фантазии и ассортимента ближайшего магазина радиотоваров.

Вот схема для понимания как работает индикатор заряда аккумулятора на светодиодах. Такую портативную модель можно собрать «на коленке» за несколько минут.

Д809 – стабилитрон на 9В ограничивает напряжение на светодиодах, а на трёх резисторах собран сам дифференциатор. Такой светодиодный индикатор срабатывает на силу тока в цепи. При напряжении 14В и выше сила тока достаточно для свечения всех светодиодов, при напряжении 12-13,5В светятся VD2 и VD3, ниже 12В — VD1.

Более продвинутый вариант при минимуме деталей можно собрать на бюджетном индикаторе напряжения — микросхеме AN6884 (KA2284).

Схема led индикатора уровня заряда АКБ на компараторе напряжения

Схема работает по принципу компаратора. VD1 – стабилитрон на 7,6В, он служит в качестве эталонного источника напряжения. R1 – делитель напряжения. При первоначальной настройке он выставляется в такое положение, чтобы при напряжении 14В светились все светодиоды. Напряжение, поступающее на входы 8 и 9, сравнивается через компаратор, а результат дешифруется на 5 уровней, зажигая соответствующие светодиоды.

Контроллер зарядки АКБ

Что бы отслеживать состояние аккума во время работы зарядного устройства, делаем контроллер заряда АКБ. Схема устройства и используемые компоненты максимально доступны, в то же время обеспечивают полный контроль над процессом подзарядки батарей.

Принцип работы контроллера следующий: пока напряжение на аккумуляторе ниже напряжения заряда – горит зелёный светодиод. Как только напряжение сравняется, открывается транзистор, зажигая красный светодиод. Изменение резистора перед базой транзистора меняет уровень напряжения, необходимого для открытия транзистора.

Это универсальная схема контроля, которую можно использовать как для мощных автомобильных аккумуляторов, так и для миниатюрных литиевых батареек-аккумуляторов.

Способы контроля заряда аккумуляторов

Основная проблема, которая возникает при заряде аккумуляторов, состоит в поиске параметра, измерения которого позволили бы с достаточной точностью определить состояние полного заряда.

В ходе заряда герметичных щелочных аккумуляторов меняется несколько параметров: напряжение, температура, внутреннее давление. Характер их изменений в процессе заряда герметичного никель-кадмиевого аккумулятора изображен на рисунке 1. Эти параметры обеспечивают различную чувствительность и имеют разные ограничения при использовании. Характер изменения указанных параметров у никель-металлгидридных аккумуляторов похож, но они более чувствительны к перегреву при перезаряде.


Рис.1. Изменение характеристик герметичного никель-кадмиевого аккумулятора при заряде

Заряд стандартным режимом обычно проводится в течение регламентированного времени. Контроль напряжения при такой стратегии заряда малоэффективен, так как при низких плотностях тока заряда напряжение в конце процесса (Uкон) меняется незначительно и контроль процесса по его величине, выбранной в соответствии с рекомендованной производителем как типичной для данного типа источника тока, может привести к недозаряду одних и перезаряду других аккумуляторов (в зависимости от их индивидуальных зарядных характеристик). Паспортная величина конечного напряжения паказывает только статистический параметр, а разброс его у аккумуляторов в партии может быть заметным. К тому же величина эта зависит от температуры и наработки аккумулятора.

При быстром заряде использование напряжения в качестве контрольного параметра оказалось более результативным. Это определяется изменением вида зарядной кривой. В этом случае нет надобности ориентироваться на конкретную величину предельного зарядного напряжения, нужно лишь установить момент достижения его максимальной величины. Для этого устройствами контроля периодически определяется величина dU/dt или d2U/dt2. Максимум зарядного напряжения наблюдается как правило при заряде до 110-120 % Сн.

В случаи прекращения заряда в этот момент, при последующем разряде в стандартном режиме удается снять около 95% номинальной емкости. Для обеспечения большего перезаряда (до 140-160 %) нужно либо необходимое время сохранять заряд тем же током, либо обеспечить переход к более безопасному режиму подзаряда меньшим током.

В настоящее время для контроля хода быстрого заряда чаще используется другой критерий: прерывание заряда производят после того, как напряжение аккумулятора уменьшится на ΔU после достижения максимума. Это обеспечивает нужный уровень перезаряда аккумуляторов.

Такой контроль рекомендуется для быстрого заряда (в течение 1 ч) цилиндрических щелочных рулонных аккумуляторов, если изготовитель разрешает такой заряд для конкретного типа аккумуляторов. В литературе он называется детекцией -ΔU. Величина -ΔU для аккумуляторов разных производителей может составлять от 5-10 до 10-20 мВ, Для контроля заряда чаще предлагается использовать величину 10 мВ/аккумулятор при температуре заряда от 0 до 30 °С. При этом в начале заряда (в течение 5-10 мин) рекомендуется не проводить измерения напряжения источника тока во избежание срабатывания системы контроля из-за возможного скачка напряжения (и последующего его небольшого спада) после длительного хранения.

Другим параметром, который применяется при контроле заряда современных герметичных щелочных аккумуляторов, является температура. Контроль температуры более всего нужен при заряде никелъ-металлгидридных аккумуляторов. Температурный датчик устанавливается не на каждом аккумуляторе, а на одном из них в батарее. Понятно, что влияние конструктивных особенностей батареи и реализуемых в ней условий теплообмена делают контроль заряда по абсолютной величине температуры Т весьма проблематичным, так как непросто однозначно определить величину этого параметра. Специалисты компании GP, например, детально исследовали процесс заряда батареи емкостью 2,5 Ач током 0,5 С при температуре окружающей среды (Tокр) от 15 до 45 °С. Изучалось отключение при температуре батареи (Tбат), равной 55 и 60 °С. Было показано, что если температура окружающей среды выше 35 °С, то при Tбат = 55 °С имеет место существенный недозаряд. При Tбат=60 °С недозаряд несколько уменьшается. Увеличивать еще больше значение контролируемого параметра (Tбат > 60 °C) нельзя без риска увеличения опасности отказа аккумулятора.

Все производители как правило рекомендуют максимальную величину температуры при быстром заряде — не более 55 °С. Следует понимать, что при повышенных температурах окружающей среды избежать недозаряда при таком способе контроля зарядного процесса не получится. Более рациональным является контроль другого параметра: скорости изменения температуры (ΔT/Δt), что позволяет при любой температуре окружающей среды диагностировать интенсификацию побочных процессов, которая имеет место при перезаряде. Величина ΔT/Δt, при которой различные производители рекомендуют отключать герметичные щелочные аккумуляторы, находится в интервале от 1 до 2 °С/мин при токе заряда 1С и 0,8 °С/мин, если ток меньше.

Большая часть производителей полагает, что наилучшие результаты достигаются при контроле заряда по двум критериям (оценка -ΔU и ΔT/Δt) одновременно. Такой метод контроля универсален как для аккумуляторов разных типов, так и для разного уровня их заряженности. Следует заметить, что второй из этих параметров обеспечивает более благоприятные условия работы аккумуляторов при длительной эксплуатации.

Найден еще один электрический параметр, который по величине значительно больше изменений напряжения. Этот параметр — реакция источника тока на тестовый сигнал переменного тока.

Для контроля степени заряженности свинцово-кислотных аккумуляторов можно использовать напряжение разомкнутой цепи, которое меняется от 2,05-2,15В/ак при заряженном состоянии (в зависимости от концентрации кислоты) до 1,95-2,03 В/ак после полного разряда. Эта зависимость показана на рисунке 2.


Рис.2. Зависимость напряжения разомкнутой цепи свинцово-кислотного аккумулятора от уровня заряженности

При контроле заряженности свинцово-кислотного аккумулятора в ходе заряда, заряд считается завершенным если ток заряда (при неизменном стандартном напряжении заряда) остается неизменным в течении 3-х часов.

При заряде литий-ионных аккумуляторов ориентируются также на напряжение аккумулятора. В начальный период, когда только появились литий-ионные аккумуляторные батареи, использующие графитовую систему, требовалось ограничение напряжения заряда из расчета 4,1 В на элемент. В настоящее время литий-ионные элементы можно заряжать до напряжения 4,20 В. Допустимое отклонение напряжения составляет всего лишь около ±0,05 В на элемент. Рисунок 3 отображает стандартный процесс заряда литий-ионного аккумулятора.


Рис.3. Зависимость напряжения и тока от времени при заряде литий-ионного аккумулятора

ЭТАП 1 — Через аккумулятор протекает максимально допустимый ток заряда, пока напряжение на нем не достигнет порогового значения.
ЭТАП 2 — Максимальное напряжение на аккумуляторе достигнуто, ток заряда постепенно снижается до тех пор пока он полностью не зарядится. Момент завершения заряда наступает когда величина тока заряда снизится до значения 3% от начального.
ЭТАП 3 — Периодический компенсирующий заряд, проводящийся при хранения аккумулятора, ориентировочно через каждые 500 часов хранения.

Контроль заряда аккумуляторов для всех

Долгое время создание систем контроля заряда аккумуляторов, точно так же как и разработка военных радаров и сверхзвуковых самолетов, представляла собой сложную технологию, недоступную для рядовых инженеров, у которых не было в распоряжении специализированного оборудования или существенного бюджета. Однако сейчас все изменилось.

Контроль заряда аккумулятора становится одной из важнейших задач при построении устройств с батарейным питанием. Это касается как мобильной электроники, так и IoT-приложений. При этом качество и точность математической модели заряда-разряда напрямую определяет эффективность использования аккумулятора. Создание точной математической модели для конкретного аккумулятора оказывается очень трудоемким и дорогим процессом. Фактически, только самые крупные производители обладают ресурсами для разработки таких моделей.

Отсутствие доступа к точным моделям аккумуляторов становится огромным препятствием для распространения портативных устройств. В этой статье рассказывается о революционном подходе, позволяющем решать данную проблему, и создавать эффективные и недорогие системы контроля уровня заряда аккумуляторов.

Контроль уровня заряда аккумулятора для избранных

Генерация энергии в аккумуляторе представляет собой не что иное, как миниатюрный и контролируемый взрыв. Объем энергии, запасенной в батарее, зависит от емкости и температуры. По этой причине при построении модели очень важно учитывать влияние параметров окружающей среды. Как только модель аккумулятора получена, ее загружают в специализированную микросхему. Использование точной модели гарантирует предсказуемость, а также безопасность заряда и разряда аккумулятора.

Рис. 1. Для создания эффективной математической модели, точно предсказывающей уровень заряда аккумулятора и обеспечивающей минимальную погрешность, требуется много времени и средств

Поставщики микросхем традиционно ориентированы на большие объемы производства, так как для разработки математической модели аккумулятора требуется несколько недель кропотливой исследовательской работы в лабораторных условиях. Только в результате этой трудоемкой, индивидуальной работы удается получить модель, гарантирующую эффективное использование аккумуляторов, минимальную погрешность измерения состояния заряда (state-of-charge, SOC) и точное распознавание приближения момента полного разряда (рис. 1).

Контроль уровня заряда аккумулятора для многих

Изучив характеристики множества литиевых батарей, вполне реально разработать универсальную модель, описывающую поведение различных аккумуляторов. Такую модель можно дополнительно настроить для конкретного приложения и «загрузить» в зарядную микросхему. Настройка моделей производится разработчиками самостоятельно с помощью специального ПО, которое обычно входит в состав отладочных наборов. Перед тем как приступить к настройке, разработчик должен ответить на три вопроса:

  1. Какова емкость аккумулятора (часто указывается на этикетке или в документации на аккумулятор)?
  2. Каково напряжение полного разряда (зависит от приложения)?
  3. Будет ли напряжение заряда выше 4,275 В (на ячейку, в случае нескольких последовательно включенных ячеек)?

При таком подходе исследовательская работа по созданию математической модели уже выполнена производителем, и разработчику конечного оборудования не нужно об этом заботиться. Предполагая, что бюджет системной ошибки при прогнозировании SOC составляет 3%, модель должна вписываться в 97% тестовых испытаний.

Кроме того, модель должна иметь возможность адаптации под конкретные особенности аккумулятора, чтобы еще больше повысить эффективность его использования. Один из таких механизмов адаптации гарантирует, что показания датчика заряда будут приближаться к 0%, когда напряжение аккумуляторной ячейки в действительности приближается к состоянию полного разряда.

Для многих пользователей недостаточно определить SOC или оставшуюся емкость (в мА·ч). В действительности им требуется знать, сколько времени гаджет проработает без подзарядки. С другой стороны, если просто поделить остаток заряда на текущую или усредненную нагрузку, то результат может быть не слишком точным. Используемая адаптивная модель должна обеспечивать точную оценку оставшегося времени работы на основе параметров батареи, температуры и нагрузки, а также с учетом уровня напряжения полного разряда.

Преимущества предлагаемого подхода очевидны. Крупные производители могут использовать исходную «базовую» модель в качестве отправной точки для того, чтобы начать разработку еще до выбора конкретного типа аккумуляторов. При этом переход к оптимизированной лабораторной модели потребуется только на завершающих стадиях разработки. Небольшие и мелкие производители будут без особых проблем использовать базовую модель в серийной продукции, зная, что она обеспечит совместимость и хорошие результаты с большинством типовых аккумуляторов.

Описываемый подход используется в датчиках заряда ModelGauge m5 EZ от компании Maxim Integrated.

Контроль уровня заряда аккумулятора для всех

Для популяризации предложенной идеи и упрощения разработки систем с аккумуляторным питанием было решено создать отладочную плату, совместимую с платформой Arduino (рис. 2). MAXREFDES96 IoT Power Supply – отладочная плата в форм-факторе Arduino, с питанием от литий-ионного аккумулятора емкостью 660 мА·ч (рис. 3). На плате используется высокоинтегрированная микросхема зарядного устройства MAX77818 и микросхема контроля заряда ModelGauge m5 EZ от компании Maxim Integrated. В схеме также присутствуют и другие ИС, которые обеспечивают дополнительные функции системы управления и системы питания.

Рис. 2. MAXREFDES96 предполагает обмен данными по I2C

Рис. 3. Отладочная плата MAXREFDES96 имеет совместимость с Arduino Uno R3 и обеспечивает функции управления и контроля заряда аккумулятора

Технологии Maxim Integrated повышают скорость и эффективность заряда, а также гарантируют точность измерения уровня SOC, что позволяет оптимально использовать аккумуляторы. Плата MAXREFDES96# может питаться от разных источников: от USB-порта, от стека Arduino или от внешнего источника питания через собственный разъем, расположенный на плате. Кроме того, на плате размещен держатель литий-ионных аккумуляторов, который допускает использование аккумуляторов от разных производителей. Бесплатная прошивка поддерживает работу с платами Arduino и платами mbed.org.

При работе с MAXREFDES96 модель аккумулятора может быть непосредственно сохранена в энергонезависимой памяти MAX17201 или в памяти Arduino. В последнем случае модель должна загружаться при включении питания. При этом на плате Arduino может храниться несколько моделей, что позволяет использовать различные батареи.

Универсальные платы Arduino могут применяться в различных приложениях широким кругом пользователей, включая любителей и энтузиастов. Система, построенная на базе MAXREFDES96, оказывается чрезвычайно мобильной. Она может быть быстро развернута для сбора данных или для выполнения тестирования; а также применяться в качестве резервной системы управления при критических отказах оборудования. Во всех случаях MAXREFDES96 обеспечивает максимально эффективную работу с аккумуляторами, в том числе быстрый заряд и точный контроль SOC.

Заключение

В статье было объяснено, почему при измерении уровня разряда аккумулятора (SOC) важно использовать точную математическую модель. Также были рассмотрены проблемы, связанные с созданием лабораторных моделей, особенно в мелкосерийных проектах. Новая отладочная плата MAXREFDES96 Arduino, использующая алгоритм EZ ModelGauge m5 от Maxim Integrated, помогает упростить процесс разработки и снизить стоимость реализации систем с аккумуляторным питанием, что делает подобные системы доступными для всех.

Контроль аккумуляторов

Информация о состоянии аккумуляторных батарей на катере или яхте нужна не только любителям электротехники. Эти данные часть системы безопасности судна. Потеря питания в чрезвычайной ситуации приводит к серьезным последствиям, а неконтролируемый разряд аккумуляторов к существенным материальным потерям

Что контролировать в аккумуляторах

Аккумуляторы нельзя разряжать ниже определенного уровня. «Напряжение окончания разряда» – это минимальное рабочее напряжение аккумуляторной батареи. Если разряд аккумулятора продолжается после достижения «напряжения окончания разряда» аккумулятор может быть поврежден или разряжен до такой степени, что его больше нельзя будет использовать.

Но главный показатель состояния аккумуляторной батареи – это емкость. Она характеризует способность аккумулятора сохранять энергию и определяет время его работы без подзарядки.

Высвобождаемая емкость – это заряд, который аккумулятор отдает до того как его напряжение станет равным напряжению окончания разряда. Доступная емкость – это высвобождаемая емкость полностью заряженного аккумулятора. Для нового аккумулятора доступная емкость равна или немного отличается от номинальной. В процессе эксплуатации доступная емкость уменьшается.

Заряженность (SoC) — это отношение высвобождаемой емкости к доступной. Характеризует текущий заряд аккумулятора. Измеряется в процентах

Работоспособность (SoH) – отношение доступной емкости к номинальной.

Контроль аккумуляторов под нагрузкой

Напряжение полностью заряженного аккумулятора выше чем разряженного. На этом факте основан самый простой способ контроля – измерить текущее напряжение аккумулятора и сравнить его с напряжением полностью заряженной батареи. Однако такая оценка оказывается не слишком аккуратной. По ней с уверенностью можно утверждать лишь, что аккумулятор заряжен на 100% и что он полностью разряжен. Не высокая точность вызвана тем, что при заданном состояния заряда и различных уровнях нагрузки мгновенное напряжение аккумулятора не постоянно, а колеблется вверх-вниз.

Скачки напряжения зависят от внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи. Если ток разряда очень мал, то внутренние потери не велики и заряд, аккумулятора практически равен максимально возможному. При более высокой нагрузке потери увеличиваются и заряд, отданный аккумулятором до момента достижения минимального рабочего напряжения оказывается меньше.

Счетчик ампер часов

Вместо того, чтобы определять состояние аккумулятора по напряжению, можно измерять ток. Счетчик ампер часов контролирует ток, получаемый и отдаваемый аккумулятором, суммирует его за период использования и прибавляет вычисленное значение к начальной заряженности аккумуляторной батареи. Поскольку исходное состояние аккумулятора и ток заряда-разряда можно измерить достаточно точно, счетчик ампер часов определяет текущее состояние аккумулятора достовернее, чем вольтметр. Однако у него тоже есть несколько недостатков

Как и в любом устройстве в аккумуляторе существуют потери, поэтому отдаваемый им заряд всегда меньше полученного. Потери не постоянны, а зависят от температуры, тока заряда-разряда и возраста батареи. Эффективность одного и того же аккумулятора в разных условиях разная.

Батарейный монитор Victron BMV-700 Sterling Power PMP1

Посмотреть характеристики мониторов

Максимальный измеряемое напряжение, В 95 199
Максимальный измеряемый ток, А 500 199
Шунт 500А/50мВ 200А/100мВ
Количество подключаемых групп АКБ 1 4
Измерение напряжения групп АКБ, шт 1 4
Измерение тока групп АКБ, шт 1 4
Измерение заряженности групп АКБ, шт 1 1
Реле Высокое и низкое напряжение, высокий ток, низкий заряд аккумулятора
Подключение Отрицательный проводник Положительный или отрицательный проводник
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Однако кулонометр не учитывает потери и со временем его показания все больше и больше отличаются от реального состояния аккумулятора. Чтобы избежать расхождений кулонометры необходимо регулярно перекалибровать

Если аккумулятор отключен от нагрузки и оставлен без подзарядки, то через токоизмеряющий датчик кулонометра ток не потечет. Но химические реакции в батарее по-прежнему будут идти и со временем ее энергия уменьшится. Через неделю напряжение ячеек и состояние аккумулятора изменятся, однако подсчет кулонов ничего об этом не скажет. Саморазряд аккумулятора кулонометр не учитывает

В процессе эксплуатации доступная емкость аккумулятора уменьшается. Текущее значение емкости кулонометр определить не может и ему регулярно приходится указывать верхнюю и нижнюю точки отсчета. Это делают полностью разряжая и заряжая аккумулятор. В реальных условиях это не всегда возможно и со временем показания кулонометра становятся все менее точными

Батарейный монитор

Современный батарейный монитор – это не просто счетчик ампер часов, а интеллектуальное устройство контроля аккумуляторов. Перед началом работы в монитор вводят номинальную емкость аккумулятора, в течении нескольких циклов устройство «обучается» и затем работает без постороннего вмешательства. Монитор следит за током, напряжением и температурой аккумуляторной батареи и сравнивает получаемые данные с собственной моделью аккумулятора. На основе фактических данных параметры модели корректируются и она постоянно соответствует реальному состоянию работающего аккумулятора

Батарейные мониторы могут контролировать одну или несколько аккумуляторных батарей. Самое простое устройство измеряет напряжение, ток и заряженность единственного аккумулятора. Более продвинутые модели рассчитаны на две или три аккумуляторных группы. Для основной батареи они измеряют напряжение, ток и заряженность, а для дополнительных только ток и напряжение или только напряжение.

Модели, имеющие модульный принцип, позволяют добавлять в цепь до 20 независимых датчиков тока или «интеллектуальных» шунтов, и контролируют с их помощью до 6 аккумуляторных батарей. Такие мониторы имеют встроенный Wi-Fi модуль и передают информацию о состоянии аккумуляторов на смартфон или планшет владельца.

Установка устройства контроля аккумуляторов

Если для запуска двигателя используется выделенный аккумулятор, то измерять потребляемый и отдаваемый им ток не обязательно. На стартовом аккумуляторе контролируют только напряжение. Зато на сервисной аккумуляторной батарее измеряют входной и выходной ток, напряжение и уровень заряда.

Если чисто стартового аккумулятора на лодке нет, а оба аккумулятора попеременно используются и для запуска двигателя и для питания бортового оборудования, устанавливают два шунта или перемещают шунт таким образом, чтобы через него протекал ток от обоих аккумуляторных батарей

В любой момент на лодке желательно знать куда уходит и откуда поступает энергия в аккумуляторную батарею. Несколько шунтов позволяют монитору отображать ток получаемый аккумуляторами от солнечных панелей и ветрогенератора или потребляемый микроволновой печью, холодильником и инвертором. Контроль мощных устройств необходим, поскольку высокий ток способен быстро разрядить и повредить аккумулятор

Дисплей батарейного монитора отображает ток, который аккумуляторная батарея получает от дополнительных источников зарядки и отдает мощным потребителям. Голубая линия — солнечные панели. Желтые линии — потребители

Правильно установленный батарейный монитор – это незаменимый инструмент для поиска неисправностей в электрической системе. С его помощью, например, можно обнаружить, что солнечные панели стали грязными и больше не заряжают аккумуляторы как положено.

Большинство мониторов для измерения тока используют шунты, которые устанавливают на отрицательной стороне электрической цепи. Некоторые модели, позволяют использовать для этого и отрицательный и положительный проводники. Для контроля за потребителями (инверторами, подруливающими устройствами) или генераторами электрической энергии (зарядными устройствами, солнечными панелями) можно выбрать как положительную так и отрицательную сторону. Контроль за состоянием аккумулятора лучше производить на отрицательной стороне.

Стандартные шунты имеют номинал 200, 300 или 500 А. Однако если нагрузка в цепях не велика можно использовать шунт, состоящий из нескольких линий, каждая из которых рассчитана на 25 А.

Профилактический контроль аккумуляторов

Существует несколько способов выяснить состояния аккумулятора

  1. Проверить плотность электролита
  2. Проверить напряжение холостого хода
  3. Замерить напряжение под высокой нагрузкой
  4. Использовать тестер проводимости
  5. Выполнить полную проверку емкости

Плотность измеряют только у аккумуляторов с жидким электролитом. Соответствие заряженности аккумулятора плотности электролита приведено в таблице

Заряженность аккумулятора Плотность электролита при 27 С Плотность электролита при 16 С
100 1,265 1,273
75 1,225 1,233
50 1,190 1,198
25 1,155 1,163
1,120 1,128

Напряжение холостого хода

Заряженность аккумулятора можно приблизительно оценить по напряжению холостого хода, измеряемому между клеммами аккумулятора когда в цепи не течет никакой ток. Потребителей на лодке проще всего отключить от аккумуляторной батареи с помощью главного выключателя ( для этого достаточно перевести его в положение OFF). Однако так никогда не стоит делать при работающем двигателе – выпрямительные диоды генератора могут сгореть. Если на лодке установлены дополнительные источники зарядки — солнечные панели или ветрогенератор, то для получения правдивого результата измерения их также необходимо отключить.

Заряженность аккумулятора С жидким электролитом Гелевый AGM
100 12,7-12,6 12,95-12,85 12,9-12,8
75 12,4 12,65 12,6
50 12,2 12,35 12,3
25 12,0 12,0 12,0
11,8 11,8 11,8

Напряжение холостого хода зависит от того каким было начальное состояние аккумулятора, заряжался или разряжался он перед проверкой и от того сколько времени он находится в состоянии покоя. Напряжение правильно отразит состояние аккумулятора, если нагрузка и устройства зарядки отключены от него как минимум за десять минут до измерения. Результаты окажутся точнее, если аккумулятор находится в состоянии покоя 1-2 часа, а еще лучше в течении 12 часов. У гелевых и AGM аккумуляторов время выравнивания напряжения достигает 48 часов.

Проверка емкости аккумулятора

Емкость это — главная характеристика аккумулятора. Если она существенно меньше номинальной, то срок службы аккумулятора подходит к концу. Другие параметры, влияющие на работоспособность батареи — это внутреннее сопротивление и саморазряд. Внутреннее сопротивление ограничивает ток аккумулятора, а высокий саморазряд указывает на механические дефекты пластин.

Напряжение или плотность электролита свинцово-кислотного аккумулятора могут указывать на его полный или почти полный заряд, но батарея не будет нормально функционировать из-за существенной потери емкости, которая произошла из-за сульфатации пластин, коррозии решеток или осыпания активного материала. Правильные напряжение холостого хода и плотность электролита говорят о том, что доступная емкость аккумулятора заряжена полностью, но не дают информации о том какова она по отношению к первоначальной. Выяснить это позволяют тестер проводимости и нагрузочная вилка.

Нагрузочный тестер искусственно создает для аккумулятора высокую нагрузку и одновременно измеряет напряжение аккумулятора. Исправный 12-вольтовый аккумулятор удерживает под нагрузкой напряжение выше 10 Вольт в течении 10 и более секунд. Напряжение же на аккумуляторе с уменьшившейся емкостью быстро падает. Если напряжение 12-вольтового аккумулятора в течении 15 секунд опускается ниже 9,5 вольт, аккумулятор скорее всего надо менять.

Для гелевых и AGM аккумуляторов нагрузка должна быть равна половине тока холодного пуска (ССА) или утроенной номинальной емкости С20 аккумулятора.

В процессе эксплуатации внутреннее сопротивление аккумулятора возрастает. Это становится особенно заметно, если пластины поражены сульфатацией. Доступную площадь пластин, а значит и способность аккумулятора отдавать ток, характеризует проводимость — величина обратная внутреннему сопротивлению. Значение проводимости также используют для поиска дефектных пластин, короткого замыкания или обрывов цепи в аккумуляторе

Проводимость аккумулятора измеряют с помощью тестера, который кроме этого определяет и текущую доступную емкость аккумулятора (SoH). Номинал тестера должен соответствовать типу, емкости и току холодного пуска проверяемой аккумуляторной батареи.

Реальную емкость аккумулятора можно выяснить полностью разрядив его током в 1/20 от его номинальной емкости. Перед проверкой аккумулятор сначала полностью заряжают, а затем разряжают до тех пор пока его напряжение не опустится до 10,5 вольт. Емкость вычисляют умножая время работы аккумулятора под нагрузкой на ток разряда. Если полученное в ходе проверки значение составляет меньше 80% от номинальной емкости, аккумулятор необходимо зарядить и проверить еще раз. Если при повторной проверке емкость также не поднялась выше 80%, аккумулятор скорее всего необходимо менять

После испытания аккумулятор необходимо немедленно зарядить, чтобы не допустить его сульфатации.

Полную проверку емкости сервисных аккумуляторных батарей желательно проводить перед началом каждого сезона или перед любой многодневной поездкой на катере или яхте

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

Как выбрать или сделать самому контроллер заряда автоаккумулятора?

Аккумулятор вместе с генератором являются устройствами, обеспечивающими автомобиль электропитанием. От степени зарядки батареи зависит успешный старт машины и работа приборов, входящих в электрическую сеть при выключенном двигателе. Поэтому важно следить за ее зарядкой. Для контроля зарядки предназначен контроллер заряда автомобильной АКБ. В статье описывается принцип действия устройства, дается инструкция по изготовлению своими руками.

Если не контролировать зарядку, то недозаряд аккумулятора грозит тем, что в один прекрасный момент может не завестись двигатель, особенно в зимний период. Проверить напряжение на клеммах устройства можно с помощью мультиметра. Если говорит контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи на приборной панели, это говорит о том, что у батареи низкая зарядка. Но горение лампочки малоинформативно.

Встроенный контроллер

Благодаря техническому прогрессу повышается комфорт обслуживания и поездки на машине. Многие современные автомобили оснащены бортовыми компьютерами. Одна из его функций – показывать напряжение АКБ. Но такая роскошь доступна не всем водителям. На старых моделях порой установлен аналоговый вольтметр, но по его показаниям трудно судить о состоянии зарядки. Поэтому стали производить специальные индикаторы заряда аккумуляторных батарей. Они выпускаются как встроенными в аккумулятор, так и в виде отдельных устройств, которые подключаются к бортовому компьютеру.

Встроенными индикаторами обычно оснащаются необслуживаемые аккумуляторные батареи. Они представляют собой поплавковые индикаторы, которые часто называют гидрометрами. По их цвету можно определить степень заряженности АКБ и уровень электролита. Для контроля состояния аккумулятора достаточно индикации одной ячейки. Перед тем, как воспользоваться индикатором, следует слегка постучать по нему. Это необходимо для того, чтобы вышли пузырьки воздуха, которые могут помешать вести наблюдения. Таким образом, можно будет четко видеть цвет индикатора.

При анализе следует учесть то, что когда батарея начинает заряжаться, то плотность электролита увеличивается ближе к электродам. Над электродами повышение плотности происходит за счет диффузии. Индикатор находится над электродами, соответственно будет реагировать на плотность в этой части батареи. Это может стать причиной неточных результатов.

Даже при полной зарядке индикатор может оставаться черного цвета. Объясняется такая ситуация тем, что не успели перемешаться слои электролита большей плотности со слоями меньшей плотности. Процесс диффузии может длиться несколько дней.

Точную зарядку можно определить с помощью тестера.

Конструкция

Схема встроенного индикатора выглядит следующим образом:

Принцип действия

У большинства гидрометров одинаковый принцип действия, он основывается на трех положениях индикатора. Когда заряжается батарея, увеличивается плотность электролита. Благодаря этому зеленый шарик, выполняющий роль поплавка, всплывает по трубке и появляется в глазке индикатора. Обычно поплавок виден, если заряженность батареи превышает 65 %.

Если поплавок тонет в электролите, это означает, что плотность не отвечает норме и АКБ недостаточно заряжена. При этом глазок индикатора будет черного цвета. Такая ситуация говорит о том, что необходима подзарядка.

Глазок черного цвета

Существуют модели, в которых кроме зеленого шарика есть красный, поднимающийся по трубке при низкой плотности. В этом случае в глазке будет виден красный шарик.

Последним вариантом является низкий уровень электролита. В этом случае в глазок индикатора будет видна поверхность электролита. Это значит, что необходимо долить электролит или дистиллированную воду. Правда, в случае с необслуживаемым устройством, сделать это сложно.

Заводские контроллеры

Существуют промышленные устройства для контроля уровня зарядки АКБ. Рассмотрим некоторые из них.

Контроллер уровня зарядки DC-12 В представляет собой конструктор. Он подойдет тем, кто имеет знания по электротехнике. Устройство позволяет контролировать заряженность батареи и выполнять функцию реле-регулятора. Продается в виде набора деталей и собирается самостоятельно. Диапазон напряжений составляет от 2,5 до 18 В. Потребляемый ток – 20 мА. Размеры печатной платы: 43х20 мм (автор видео — DeXter Show).

Панель с индикатором от TMC пригодится автолюбителям, которые установили в свой автомобиль второй аккумулятор. Устройство состоит из алюминиевой панели, вольтметра и тумблера. С помощью тумблера осуществляется переключение между батареями.

Можно приобрести устройства контроля уровня заряда аккумулятора от фирмы Faria Euro Black Style, но у них очень высокая стоимость.

Инструкция по изготовлению

Если есть желание, знания по электронике и время, можно изготовить контроллер зарядки аккумулятора своими руками. Конструктивно устройство будет состоять из электронного блока, на корпусе которого будут расположены три диода красного, зеленого и синего цвета. Цвета диодов можно выбрать любые, главное, правильно оценивать полученные результаты.

Назначение данного устройства – контролировать работу автомобильного аккумулятора с напряжение электросети от 6 до 14 В. Этот прибор схож с тем, что продается в магазине. Речь идет о наборе DC-12 В, о котором упоминалось выше. Принцип действия обоих устройств одинаков.

Для изготовления контроллера понадобятся следующие детали:

  • для размещения компонент печатная плата;
  • транзисторы: ВС547 и ВС557;
  • резисторы: сопротивлением 1 кОм – 2, 220 Ом – 3, 2,2 кОм – 1;
  • диоды (стабилизаторы) на 9,1 и 10 В;
  • набор светодиодов RGB (красный, зеленый, синий).

Перед сборкой следует проверить, чтобы контакты соответствовали цвету светодиодов. Проверку можно выполнить с помощью тестера. Это можно сделать с помощью тестера. Монтируя компоненты, желательно светодиоды вывести на проводах длиной 5-20 см, а не припаивать их к плате. Такую конструкцию легче расположить на приборной панели автомобиля.

Сборка устройства осуществляется по следующей схеме:

Простейшая схема контроллера

При сборке следует размещать комплектующие на печатной плате как можно более компактно, чтобы он не занимали много места. После подключения к бортовой электросети контроллер будет показывать текущий уровень зарядки аккумулятора.

При этом он будет лишь сигнализировать об определенном уровне, не показывая конкретных значений:

  • если загорается светодиод красного цвета, это означает, что напряжение находится в пределах от 6 до 10 В — это критичный уровень;
  • если горит синий светодиод, то заряд составляет 11-13 В – это оптимальное значение, которое соответствует нормальной работе аккумуляторной батареи;
  • если аккумулятор полностью заряженный, загорается светодиод зеленого цвета.

Собранную панель рекомендуется устанавливать и подключать к бортовой сети на обратной стороне панели приборов, а на лицевую сторону вывести светодиоды на проводах. Если выполнять все работы аккуратно, то это не отразится на внешнем виде приборной доски.

Установка контроллера позволяет контролировать заряженность аккумуляторной батареи, что дает возможность вовремя подзаряжать АКБ и не даст попасть в ситуацию, когда не заводится двигатель из-за разряженной батареи.

Видео «Индикатор разряда аккумулятора»

В этом видео демонстрируется, как собрать простое устройство для проверки заряженности батареи (автор ролика — Паяльник TV).

Читать еще:  Run on flat
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector