Что такое контроллер заряда аккумуляторов и для чего он нужен. Самодельный контроллер заряда Контроллер заряда акб своими руками

Солнечная энергетика пока что ограничивается (на бытовом уровне) созданием фотоэлектрических панелей относительно невысокой мощности. Но независимо от конструкции фотоэлектрического преобразователя света солнца в ток это устройство оснащается модулем, который называют контроллер заряда солнечной батареи.

Действительно, в схему установки фотосинтеза солнечного света входит аккумуляторная батарея – накопитель энергии, получаемой от солнечной панели. Именно этот вторичный источник энергии обслуживается в первую очередь контроллером.

Электронный модуль, называемый контроллером для солнечной батареи, предназначен выполнять целый ряд контрольных функций в процессе заряда/разряда .

Такой выглядит одна из многочисленных существующих моделей контроллеров заряда для солнечной батареи. Этот модуль относится к числу разработок типа PWM

Когда на поверхность солнечной панели, установленной, к примеру, на крыше дома, падает солнечный свет, фотоэлементами устройства этот свет преобразуется в электрический ток.

Полученная энергия, по сути, могла бы подаваться непосредственно на аккумулятор-накопитель. Однако процесс зарядки/разрядки АКБ имеет свои тонкости (определённые уровни токов и напряжений). Если пренебречь этими тонкостями, АКБ за короткий срок эксплуатации попросту выйдет из строя.

Чтобы не иметь таких грустных последствий, предназначен модуль, именуемый контроллером заряда для солнечной батареи.

Помимо контроля уровня заряда аккумулятора, модуль также отслеживает потребление энергии. В зависимости от степени разряда, схемой контроллера заряда аккумулятора от солнечной батареи регулируется и устанавливается уровень тока, необходимый для начального и последующего заряда.

В зависимости от мощности контроллера заряда аккумуляторных батарей солнечной энергетической установки, конструкции этих устройств могут иметь самую разную конфигурацию

В общем, если говорить простым языком, модуль обеспечивает беззаботную «жизнь» для АКБ, что периодически накапливает и отдаёт энергию устройствам-потребителям.

Применяемые на практике виды

На промышленном уровне налажен и осуществляется выпуск двух видов электронных устройств, исполнение которых подходит для установки в схему солнечной энергетической системы:

Устройства серии PWM.
Устройства серии MPPT.

Первый вид контроллера для солнечной батареи можно назвать «старичком». Такие схемы разрабатывались и внедрялись в эксплуатацию ещё на заре становления солнечной и ветряной энергетики.

Принцип работы схемы PWM контроллера основан на алгоритмах широтно-импульсной модуляции. Функциональность таких аппаратов несколько уступает более совершенным устройствам серии MPPT, но в целом работают они тоже вполне эффективно.

Одна из популярных в обществе моделей контроллера заряда АКБ солнечной станции, несмотря на то, что схема устройства выполнена по технологии PWM, которую считают устаревшей

Конструкции, где применяется технология Maximum Power Point Tracking (отслеживание максимальной границы мощности), отличаются современным подходом к схемотехническим решениям, обеспечивают большую функциональность.

Но если сравнивать оба вида контроллера и, тем более, с уклоном в сторону бытовой сферы, MPPT устройства выглядят не в том радужном свете, в котором их традиционно рекламируют.

Контроллер типа MPPT:

имеет более высокую стоимость;
обладает сложным алгоритмом настройки;
даёт выигрыш по мощности только на панелях значительной площади.

Этот вид оборудования больше подходит для систем глобальной солнечной энергетики.

Контроллер, предназначенный под эксплуатацию в составе конструкции солнечной энергетической установки. Является представителем класса аппаратов MPPT – более совершенных и эффективных

Под нужды обычного пользователя из бытовой среды, имеющего, как правило, панели малой площади, выгоднее купить и с тем же эффектом эксплуатировать ШИМ-контроллер (PWM).

Структурные схемы контроллеров

Принципиальные схемы контроллеров PWM и MPPT для рассмотрения их обывательским взглядом – это слишком сложный момент, сопряжённый с тонким пониманием электроники. Поэтому логично рассмотреть лишь структурные схемы. Такой подход понятен широкому кругу лиц.

Вариант #1 – устройства PWM

Напряжение от солнечной панели по двум проводникам (плюсовой и минусовой) приходит на стабилизирующий элемент и разделительную резистивную цепочку. За счёт этого куска схемы получают выравнивание потенциалов входного напряжения и в какой-то степени организуют защиту входа контроллера от превышения границы напряжения входа.

Здесь следует подчеркнуть: каждая отдельно взятая модель аппарата имеет конкретную границу по напряжению входа (указано в документации).

Так примерно выглядит структурная схема устройств, выполненных на базе PWM технологий. Для эксплуатации в составе небольших бытовых станций такой схемный подход обеспечивает вполне достаточную эффективность

Далее напряжение и ток ограничиваются до необходимой величины силовыми транзисторами. Эти компоненты схемы, в свою очередь, управляются чипом контроллера через микросхему драйвера. В результате на выходе пары силовых транзисторов устанавливается нормальное значение напряжения и тока для аккумулятора.

Также в схеме присутствует датчик температуры и драйвер, управляющий силовым транзистором, которым регулируется мощность нагрузки (защита от глубокой разрядки АКБ). Датчиком температуры контролируется состояние нагрева важных элементов контроллера PWM.

Обычно уровень температуры внутри корпуса или на радиаторах силовых транзисторов. Если температура выходит за границы установленной в настройках, прибор отключает все линии активного питания.

Вариант #2 – приборы MPPT

Сложность схемы в данном случае обусловлена её дополнением целым рядом элементов, которые выстраивают необходимый алгоритм контроля более тщательно, исходя из условий работы.

Уровни напряжения и тока отслеживаются и сравниваются схемами компараторов, а по результатам сравнения определяется максимум мощности по выходу.

Главное отличие этого вида контроллеров от приборов PWM в том, что они способны подстраивать энергетический солнечный модуль на максимум мощности независимо от погодных условий.

Схемой таких устройств реализуются несколько методов контроля:

возмущения и наблюдения;
возрастающей проводимости;
токовой развёртки;
постоянного напряжения.

А в конечном отрезке общего действия применяется ещё алгоритм сравнения всех этих методов.

Способы подключения контроллеров

Рассматривая тему подключений, сразу нужно отметить: для установки каждого отдельно взятого аппарата характерной чертой является работа с конкретной серией солнечных панелей.

Так, например, если используется контроллер, рассчитанный на максимум входного напряжения 100 вольт, серия солнечных панелей должна выдавать на выходе напряжение не больше этого значения.

Любая солнечная энергетическая установка действует по правилу баланса выходного и входного напряжений первой ступени. Верхняя граница напряжения контроллера должна соответствовать верхней границе напряжения панели

Прежде чем подключать аппарат, необходимо определиться с местом его физической установки. Согласно правилам, местом установки следует выбирать сухие, хорошо проветриваемые помещения. Исключается присутствие рядом с устройством легковоспламеняющихся материалов.

Недопустимо наличие в непосредственной близости от прибора источников вибраций, тепла и влажности. Место установки необходимо защитить от попадания атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Техника подключения моделей PWM

Практически все производители PWM-контроллеров требуют соблюдать точную последовательность подключения приборов.

Подключать периферийные устройства нужно в полном соответствии с обозначениями контактных клемм:

Соединить провода АКБ на клеммах прибора для аккумулятора в соответствии с указанной полярностью.
Непосредственно в точке контакта положительного провода включить защитный предохранитель.
На контактах контроллера, предназначенных для солнечной панели, закрепить проводники, выходящие от солнечной батареи панелей. Соблюдать полярность.
Подключить к выводам нагрузки прибора контрольную лампу соответствующего напряжения (обычно 12/24В).

Указанная последовательность не должна нарушаться. К примеру, подключать солнечные панели в первую очередь при неподключенном аккумуляторе категорически запрещается. Такими действиями пользователь рискует «сжечь» прибор. В более подробно описана схема сборки солнечных батарей с аккумулятором.

Также для контроллеров серии PWM недопустимо подключение инвертора напряжения на клеммы нагрузки контроллера. Инвертор следует соединять непосредственно с клеммами АКБ.

Порядок подключения приборов MPPT

Общие требования по физической инсталляции для этого вида аппаратов не отличаются от предыдущих систем. Но технологическая установка зачастую несколько иная, так как контроллеры MPPT зачастую рассматриваются аппаратами более мощными.

Для контроллеров, рассчитанных под высокие уровни мощностей, на соединениях силовых цепей рекомендуется применять кабели больших сечений, оснащённые металлическими концевиками

Например, для мощных систем эти требования дополняются тем, что производители рекомендуют брать кабель для линий силовых подключений, рассчитанный на плотность тока не менее чем 4 А/мм 2 . То есть, например, для контроллера на ток 60 А нужен кабель для подключения к АКБ сечением не меньше 20 мм 2 .

Соединительные кабели обязательно оснащаются медными наконечниками, плотно обжатыми специальным инструментом. Отрицательные клеммы солнечной панели и аккумулятора необходимо оснастить переходниками с предохранителями и выключателями.

Такой подход исключает энергетические потери и обеспечивает безопасную эксплуатацию установки.

Структурная схема подключения мощного контроллера MPPT: 1 – солнечная панель; 2 – контроллер MPPT; 3 – клеммник; 4,5 – предохранители плавкие; 6 – выключатель питания контроллера; 7,8 – земляная шина

Перед подключением к прибору следует убедиться, что напряжение на клеммах соответствует или меньше напряжения, которое допустимо подавать на вход контроллера.

Подключение периферии к аппарату MTTP:

Выключатели панели и аккумулятора перевести в положение «отключено».
Извлечь защитные предохранители на панели и аккумуляторе.
Соединить кабелем клеммы аккумулятора с клеммами контроллера для АКБ.
Подключить кабелем выводы солнечной панели с клеммами контроллера, обозначенными соответствующим знаком.
Соединить кабелем клемму заземления с шиной «земли».
Установить температурный датчик на контроллере согласно инструкции.

После этих действий необходимо вставить на место ранее извлечённый предохранитель АКБ и перевести выключатель в положение «включено». На экране контроллера появится сигнал обнаружения аккумулятора.

Экран прибора покажет значение напряжения солнечной панели. Этот момент свидетельствует об успешном запуске энергетической солнечной установки в работу.

Выводы и полезное видео по теме

Промышленностью выпускаются устройства многоплановые с точки зрения схемных решений. Поэтому однозначных рекомендаций относительно подключения всех без исключения установок дать невозможно.

Однако главный принцип для любых типов приборов остаётся единым: без подключения АКБ на шины контроллера соединение с фотоэлектрическими панелями недопустимо. Аналогичные требования предъявляются и для включения в схему . Его следует рассматривать как отдельный модуль, подключаемый на АКБ прямым контактом.

Если у вас есть необходимый опыт или знания, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос по теме статьи.

Здравствуйте. Попробую я сегодня рассказать про достаточно маломощный (10А ток заряда и разряда) контроллер заряда аккумуляторной батареи от солнечных панелей.
В обзоре подробные фото контроллера внутри и снаружи, а также тестирование…
Итак, всем известно, что солнечные панели преобразовывают световое излучение в электрический ток, таким образом в дневное время можно получать электрическую энергию от Солнца. Для того, чтобы сохранить эту энергию для использования в тёмное время суток, солнечную силовую установку необходимо оборудовать аккумулятором, который в светлое время суток будет заряжаться, а в тёмное отдавать энергию потребителям.
Но для чего же нужен контроллер заряда? И действительно, достаточно просто соединить солнечную батарею с аккумулятором, и при наличии хоть какого-то света, а ещё лучше - Солнца, от солнечной батареи пойдет зарядный ток в аккумулятор и без использования контроллера. Однако у каждого аккумулятора есть предельное значение напряжения, превышение которого ведёт к перезаряду, кипению электролита и в конечном итоге к выходу из строя аккумулятора. То же самое можно сказать и о цикле разряда. Также нельзя разряжать аккумуляторы ниже определённого для каждого типа аккумулятора напряжения. Вот для этих целей и служит контроллер заряда, который следит за правильным зарядом и разрядом аккумулятора, а также имеет и некоторые дополнительные функции. Бывают контроллеры релейного типа, которые просто подключают и отключают солнечную панель от аккумулятора при достижении максимального напряжения, а также бывают контроллеры с ШИМ модуляцией, которые могут регулировать напряжение выдаваемое на аккумулятор. Вторые предпочтительнее, т.к. они более полно заряжают аккумулятор.
В данном случае расскажу о таком контроллере с ШИМ. В виду его небольшой мощности, основное его предназначение - управление автономным освещением. Но обо всём по порядку.
Комплект состоит из самого контроллера и инструкции на английском языке:

Могу сказать, что подобные инструкции читаю редко, но в эту заглянул.
Общий вид и размеры:

Размеры продублирую цифрами: 14х9х3 см (приблизительно);
Корпус сделан из пластика, с 4 «ушами» для крепления, на передней панели присутствуют:
1. Группа из 3 светодиодов (слева сверху). Левый зеленый показывает наличие тока от солнечной панели, средний 2-х цветный индицирует состояние заряда батареи (красный - батарея разряжена, зелёный - батарея заряжена) и правый жёлтый - активация нагрузки;
2. 7 сегментный с точкой индикатор красного цвета для индикации выбранного режима работы;
3. Кнопка под 7 сегментным индикатором для выбора нужного режима работы;
4. Винтовые клеммники для подключения солнечной панели, аккумуляторной батареи, нагрузки.
На обратной стороне корпуса присутствует металлическая пластина, крепящаяся к корпусу 4-мя саморезами, служащая радиатором для силовых транзисторов.
Заглянем внутрь:

Со схемотехнической точки зрения ничего говорить не буду, для интересующихся на фотографиях видны наименования микросхем. Отмечу лишь достаточно аккуратный монтаж и возможность увеличения мощности прибора путём добавления силовых транзисторов на отсутствующие места, естественно делать это нужно с умом.
Перейдём к тестированию, для этого дополнительно к обозреваемому контроллеру нам понадобятся элементы солнечной панели (о них расскажу как-нибудь в другой раз), кусок ламината для крепления этих элементов, 12 вольтовый свинцовый аккумулятор, провода, термоклей, припой, флюс, мультиметр, регулируемый источник питания постоянного тока, 12 вольтовая светодиодная лента играющая роль нагрузки:

Выходные напряжения каждого солнечного элемента используемых для тестирования, судя по ТХ производителя, около 6 вольт, поэтому нам необходимо соединить последовательно 3 таких элемента и закрепить эти элементы и провода с помощью термоклея на куске ламината.
Проверяем что получилось:

Напряжение 17 вольт, ток КЗ всего 7 мА, с напряжением всё нормально, но с током не густо, хотя отмечу, элементы в тени. Откроем шторы:

Напряжение 20 вольт, ток КЗ около 40 мА, уже что-то.
Собираем тестовый макет:

Светодиодная лента не светится, что соответствует выбранному 17 режиму (см.инструкцию), при котором нагрузка включается только при отсутствии тока от солнечной панели, что соответствует тёмному времени суток. Мультиметр показывает 27 мА зарядного тока.
На следующем видео демонстрация работы автоматического освещения при смене дня и ночи (как это так и следующее видео лучше смотреть на весь экран, чтобы подсказки корректно отображались):

Для дальнейших экспериментов подключим вместо аккумуляторной батареи регулируемый источник питания постоянного тока и первым экспериментом будет измерение тока покоя прибора. Т.е. какой ток потребляет контроллер заряда без солнечной панели и нагрузки:

Оказалось всего 5 мА, что сравнимо с током саморазряда аккумулятора.
На следующем видео я постарался продемонстрировать как ведёт себя контроллер заряда при изменении напряжения на аккумуляторе при затенённых солнечных элементах:

Немного слов о режимах работы:
0 - нагрузка включена постоянно (этот режим можно использовать для общего применения);
16 - включение/выключение нагрузки осуществляется кнопкой управления;
17 - нагрузка включена в темное время суток;
01...15 - включение нагрузки после заката на столько часов, какой режим выбран (1...15)
Что еще можно сказать? Контроллер вполне работоспособен в своей области применения. Одной цепочки солнечных элементов явно не достаточно, необходимо впаралель добавить еще несколько, но важно не забывать развязывать их диодами, лучше использовать диоды Шоттки (прямое падение напряжения меньше).
Вот вроде бы и всё, если будут вопросы, спрашивайте в комментариях, постараюсь ответить.

P.S. Да, чуть не забыл, товар предоставлен бесплатно для тестирования.

Планирую купить +52 Добавить в избранное Обзор понравился +26 +59

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.

[ Скрыть ]

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 аккумуляторных батарей. Они выпускаются как встроенными в аккумулятор, так и в виде отдельных устройств, которые подключаются к бортовому компьютеру.

Встроенными индикаторами обычно оснащаются 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.

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 . 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 . 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:

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.

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 .

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 .

Исходя из своего опыта могу сказать, что под контроллером заряда/разряда на самом деле понимают схему защиты аккумулятора от слишком глубокого разряда и, наоборот, перезаряда.

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:

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.

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.

Вся схема выглядит примерно вот так:

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

S-8241 Series

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

LV51140T

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

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:

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:

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

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 2.6x4.0, 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.

Контроллеры сами по себе устройства полезные. И чтобы лучше разобрать эту тему, необходимо работать с определённым примером. Поэтому мы и рассмотрим контролер заряда аккумулятора. Что он собой представляет? Как устроен? Какие особенности работы существуют?

Чем занимается контроллер заряда аккумулятора

Он служит для того, чтобы следить за восстановлением энергетических потерь и тратами. Сначала он занимается отслеживанием превращения электрической энергии в химическую, чтобы в последующем при наличии надобности было снабжение требуемых схем или приборов. Сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками не сложно. Но его также можно извлечь из источников питания, которые вышли из строя.

Как устроен контроллер

Конечно, универсальной схемы не существует. Но многие в своей работе используют два посдтроечных резистора, которые регулируют верхний и нижний предел напряжения. Когда оно выходит за заданные рамки, то начинается взаимодействие с обмотками реле, и оно включается. Пока оно работает, напряжение не опустится ниже определённого, технически заранее предусмотренного уровня. Тут следует поговорить о том, что существует различный диапазон границ. Так, для аккумулятора может быть установлено и три, и пять, и двенадцать, и пятнадцать вольт. Теоретически всё упирается в аппаратную реализацию. Давайте рассмотрим, как работает контроллер заряда аккумулятора в разных случаях.

Какие бывают типы

Следует отметить значительное разнообразие, которым могут похвастаться контроллеры заряда аккумулятора. Если говорить о их видах, давайте сделаем классификацию в зависимости от сферы применения:

Для возобновляемых источников энергии.
Для бытовой техники.
Для мобильных устройств.

Конечно, самих видов значительно больше. Но поскольку мы рассматриваем контроллер заряда аккумулятора с общей точки зрения, то нам хватит и их. Если говорить про те, что применяются для и ветряков, то в них верхний предел напряжения обычно равняется 15 вольтам, тогда как нижний - 12 В. При этом аккумулятор может генерировать в стандартном режиме 12 В. Источник энергии подключают к нему с использованием нормально замкнутых контактов реле. Что будет, когда напряжение аккумулятора превышает установленные 15 В? В таких случаях контроллером осуществляется замыкание контактов реле. В результате источник электроэнергии с аккумулятора переключается на нагрузочный балласт. Следует отметить, что его не особенно любят ставить для солнечных панелей из-за определённых побочных эффектов. А вот для они являются обязательными. Бытовая техника и мобильные устройства имеют свои особенности. Причем контроллер заряда аккумулятора планшета, сенсорного и кнопочного сотового телефонов являются практически идентичными.

Заглянем в литиево-ионный аккумулятор сотового телефона

Если расковырять любую батарею, то можно заметить, что к выводам ячейки припаивается маленькая Она называется схемой защиты. Дело в том, что требуют наличия постоянного контроля. Обычная схема контроллера представляет собой миниатюрную плату, на которой базируется схема, сделанная из SMD-компонентов. Она в свою очередь делится на две микросхемы - одна из них является управляющей, а другая - исполнительной. Давайте поговорим более детально о второй.

Исполнительная схема

Она базируется на Обычно их два. Сама же микросхема может иметь 6 или 8 выводов. Для раздельного контроля заряда и разряда ячейки аккумулятора используют два полевых транзистора, которые находятся в одном корпусе. Так, один из них может подключать или отключать нагрузку. Второй транзистор делает эти же действия, но уже с источником питания (в качестве которого выступает зарядное устройство). Благодаря такой схеме реализации можно без проблем влиять на работу аккумулятора. При желании ею можно воспользоваться и в другом месте. Но следует учитывать, что схема контроллера заряда аккумулятора и он сам может применяться только к устройствам и элементам, что обладают ограниченным диапазоном работы. Более детально о таких особенностях мы сейчас и поговорим.

Защита от перезаряда

Дело в том, что если напряжение превысит 4,2, то может возникнуть перегрев и даже произойти взрыв. Для этого подбираются такие элементы микросхем, которые будут прекращать заряд при достижении данного показателя. И обычно, пока напряжение не достигнет показателя в 4-4,1 В из-за использования или в процессе саморазряда, дальнейшая зарядка будет невозможной. Это важная функция, которая возложена на контроллер заряда литиевых аккумуляторов.

Защита от переразряда

Когда напряжение достигает критически малых значений, которые делают проблемным само функционирование устройства (обычно это диапазон в 2,3-2,5В), то выключается соответствующий MOSFET-транзистор, который отвечает за подачу тока мобильнику. Далее происходит переход в режим сна с минимальным потреблением. И тут имеется довольно интересный аспект работы. Так, пока напряжение ячейки аккумулятора не станет больше 2,9-3,1 В, мобильное устройство не получится включить для работы в обычно режиме. Наверное, такое вы могли замечать, что когда подключаешь телефон, он показывает, что идёт зарядка, но сам включаться и функционировать в обычном режиме не хочет.

Заключение

Как видите, контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора играет важную роль в обеспечении длительности работоспособности мобильных устройств и позитивно сказывается на сроке их службы. Благодаря простоте производства их можно найти практически в любом телефоне или планшете. Если будет желание собственными глазами увидеть, а руками потрогать контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора и его содержимое, то при разборе следует помнить, что работа ведётся с химическим элементомв, поэтому следует соблюдать определённую осторожность.