Защита батареи от глубокого разряда. Блок защиты аккумуляторов от разряда

Есть две вещи, которые очень не любят аккумуляторы: перезарядка и переразрядка. И если первую проблему успешно решают современные зарядные устройства (кроме простейших выпрямителей), то с разрядом ниже критического уровня дела обстоят хуже - почти никогда питаемые от батарей устройства не обеспечивают предохранение от сверхразрядки. Не исключается и случайный разряд - когда просто забыли отключить прибор и он разряжается, разряжается... Для решения этой проблемы предлагается к самостоятельной сборке простой низковольтный модуль отключения цепи. Такая схема довольно проста и применима к любой литиевой или свинцово-кислотной аккумуляторной батарее. Естественно порог отключения можно настроить соответственно АКБ.

Схема блока защиты АКБ

Как это работает. Когда кнопка сброса нажата, положительное напряжение поступает на затвор N-канального MOSFET силового транзистора.

Если напряжение на выходе стабилитрона U1 выше 2.5 вольт, а это определяется делителем напряжения, состоящим из R4, R5 и R6, катод U1 оказывается подключен к его аноду, что делает его отрицательным по отношению к его эмиттеру, R2 ограничивает базовый ток до безопасного значения и обеспечивает достаточный ток для работы U1. И транзистор Q1 будет удерживать схему открытой, даже когда вы отпустите кнопку сброса.

Если напряжение на U1, падает ниже 2,5 вольт, стабилитрон отключается и подтягивает положительное напряжение эмиттера R1, выключив его. Резистор R8 также выключает полевой транзистор, приводя к отключению нагрузки. Причём нагрузка не будет включена снова до нажатия кнопки сброс.

Большинство малогабаритных полевых транзисторов рассчитаны только для +/- 20 вольт на затворе - источник напряжения, а это означает, что схема блока подходит для не более чем 12 вольтовых устройств: если требуется рабочее напряжение выше, необходимо будет добавить дополнительные элементы схемы, чтобы сохранить безопасность работы полевика. Пример использования такой схемы: простой контроллер заряда солнечных батарей показанный на фото.

В схему можно поставить практически любой кремниевый PNP транзистор с номиналом не менее 30 вольт и любой N-канальный MOSFET с номинальным напряжением не менее 30 вольт и током более чем в 3 раза от того, что вы собираетесь коммутировать. Проходное сопротивление доли Ома. Для прототипа использовался F15N05 - 15 ампер, 50 вольт. Для высоких токов подойдут транзисторы IRFZ44 (50 А Макс.) и PSMN2R7-30PL (100 А Макс.). Также можно параллельно соединить несколько однотипных полевых транзисторов по мере необходимости.

Это устройство не должно оставаться подключенным к АКБ долговременно, так как потребляет само несколько миллиампер из-за светодиода и тока потребления U1. В выключенном состоянии его ток потребления ничтожно мал.

Всем известно, что глубокая разрядка аккумуляторных батарей резко уменьшает срок эксплуатации последних. Для того чтобы исключить такой режим работы аккумуляторов применяют различные схемы – ограничители разрядки. С появлением микросхем и мощных полевых переключательных транзисторов такие схемы стали иметь небольшие габариты, стали более экономичными.

Схема ограничителя, ставшая уже классической, показана на рисунке 1, ее можно встретить во многих схемах радиолюбителей. Устройство предназначено для работы в составе бесперебойного источника питании домашнего инкубатора. Полевой транзистор VT1 – IRF4905 в данной схеме выполняет функцию ключа, а микросхема КР142ЕН19 является компаратором напряжения.

При замыкании контактов К1, это контакты реле, которые подключают аккумулятор при отсутствии напряжения сети 220В, на схему подается напряжение с аккумуляторной батареи GB1, но так как сам по себе транзисторный ключ открыться не может, то для его запуска введены два дополнительных элемента – С1 и R2. И так, при появлении напряжения на входе, начинает заряжать конденсатор С1. В первый момент начала его заряда затвор транзистора оказывается зашунтирован этим конденсатором на общий провод схемы. Транзистор открывается и если напряжение на аккумуляторной батарее находится выше установленного на компараторе порога, он остается открытым и далее, если же напряжение ниже…, то транзистор сразу же закрывается. Порог отключения аккумулятора от нагрузки устанавливается резистором R3. Компаратор работает следующим образом. По мере разряда аккумуляторной батареи напряжение на выводе 1 микросхемы DA1 КР142ЕН19 будет уменьшаться и как только оно приблизится к опорному напряжению данной микросхемы -2,5В, начнет увеличиваться напряжение на ее выводе 3, что соответствует уменьшению напряжения на участке исток-затвор транзистора VT1. Транзистор начнет закрываться, что приведет к еще большему уменьшению напряжению на выводе 1 DA1. Возникает лавинообразный процесс закрывания VT1. В результате этого нагрузка будет отсоединена от аккумулятора. Ток нагрузки, коммутируемый данным транзистором, может быть увеличен в разы при условии соблюдения теплового режима транзистора. Я имею в виду установку его на радиатор, но не забывайте, что при температуре кристалла 100°С, максимальный ток стока уменьшается до 52А. Мощность стока транзистора 200Вт дана в справочнике для температуры 25°С.

Резистор R1 нужен для создания необходимого тока через микросхему, который должен быть не менее одного миллиампера. Конденсаторы С1 и С3 блокировочные. R4 это сопротивление нагрузки. Если последовательно с нагрузкой включить диод, лучше с барьером Шоттки, то можно ввести в данную схему индикатор перехода работы на аккумуляторную батарею – светодиод HL1. Для экономии энергии батареи в качестве индикатора лучше взять сверхъяркий светодиод и подобрать номинал резистора R по нужной яркости.

Ограничитель разрядки отключает нагрузку от батареи при уменьшении напряжения ниже заранее установленного порогового значения. Описание устройства аналогичного назначения опубликовано в . Однако оно не имеет гистерезиса порога срабатывания. В результате этого, когда напряжение батареи под нагрузкой окажется меньше порога срабатывания, а без нагрузки - больше, то устройство будет периодически отключать и подключать нагрузку до тех пор, пока напряжение батареи без нагрузки не станет ниже порога срабатывания. Предлагаемое устройство не имеет этого недостатка, так как при его проектировании предусмотрен гистерезис порога срабатывания.

Схема ограничителя разрядки показана на рис. 1. В его состав входят два основных элемента - микросхема параллельного стабилизатора напряжения DA1 и сильноточный р-канальный переключательный полевой транзистор VT1. Микросхема DA1 использована как компаратор , контролирующий напряжение батареи, транзистор VT1 - как электронный ключ, разрывающий цепь питания нагрузки.

Устройство работает следующим образом. Через микросхему DA1 течёт ток не более 0,5 мА. не зависящий от напряжения на её входе управления, пока оно меньше порога включения микросхемы (около 2,5 В). Когда напряжение на входе управления превысит порог включения микросхемы, ток через неё существенно возрастёт

Порог срабатывания устройства устанавливают подстроечным резистором R1. На вход управления микросхемы контролируемое напряжение поступает через фильтр НЧ R3C2, чтобы устройство реагировало на среднее значение питающего напряжения, а не на мгновенные его изменения. Чем больше ёмкость конденсатора С2, тем менее оно чувствительно к пульсациям этого напряжения.

Когда напряжение батареи превышает установленный порог, через микросхему протекает ток несколько миллиампер, падение напряжения на резисторе R2 достаточно для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии, поэтому нагрузка подключена к батарее. Благодаря тому что сопротивление открытого канала транзистора VT1 составляет сотые доли ома, потери напряжения на нём даже при токе в несколько ампер невелики.

Когда напряжение батареи станет менее установленного порога, ток через микросхему упадёт, напряжение на резисторе R2 окажется недостаточным для открывания транзистора VT1, в результате чего он закроется и разорвёт цепь питания нагрузки. При подключении разряженной батареи транзистор VT1 вообще останется закрытым.

Чтобы переключение происходило более чётко, в устройство введена положительная обратная связь через резистор R4. Благодаря этому устройство обладает гистерезисом: отключение нагрузки осуществляется при меньшем напряжении питания, чем её подключение Величину гистерезиса можно регулировать подборкой резистора R4. Для указанных на схеме номиналах гистерезис составил 0,4 В при напряжении питания 9 В и 0,6 В при напряжении питания 12 В. Если напряжение питания ниже порога срабатывания и увеличивается, то напряжение на входе управления микросхемы также возрастает. Но так как нагрузка обесточена, напряжение на вход управления поступает с движка резистора R1 через делитель R3R4. Поэтому подключение нагрузки происходит при напряжении на движке резистора R1, на несколько сотен милливольт большем порога включения микросхемы.

Когда ток через микросхему начинает расти, транзистор VT1 открывается и на выходе появляется напряжение. Через резистор R4 оно поступает на вход управления микросхемы, напряжение на нём возрастает, что приводит к тому, что ток через неё возрастает ещё больше и в конечном итоге транзистор VT1 открывается полностью. При уменьшении питающего напряжения происходит обратный процесс.

Так как полевой транзистор VT1 начинает открываться при напряжении затвор-исток 2,5...3 В, то устройство может работать в интервале питающих напряжений от 5...7 В до 20 В. В нём можно применить микросхему TL431, номера выводов которой на схеме указаны в скобках, переключательные транзисторы с р-канапом из списка, приведённого в , подстроечный резистор СПЗ-19, постоянные - МЛТ, С2-33, оксидный конденсатор - К50-35, неполярный - К10-17.

При использовании малогабаритных деталей для поверхностного монтажа габариты устройства можно сделать небольшими. Для примера на рис. 2 показан эскиз печатной платы при использовании микросхемы TL431CD в корпусе SO-8 и транзистора IRLML6402P в корпусе SOT-23. Этот транзистор имеет сопротивление канала в открытом состоянии 0,06 Ом и малый ток утечки в закрытом состоянии (несколько микроампер). Он обеспечивает коммутацию тока до 2...3 А. Подстроечный резистор R1 - POZ3AN. Оксидный конденсатор - танталовый импортный типоразмера D. Резисторы - Р1-12.

Налаживание проводят с реальной нагрузкой и аккумуляторной батареей. Перед первым включением движок под-строечного резистора R1 устанавливают в нижнее по схеме положение. Резистор R2 подбирают так, чтобы при выключенной микросхеме DA1 транзистор VT1 был закрыт, а при включённой - открыт. Порог срабатывания устанавливают движком подстроечного резистора R1, а его гистерезис - подборкой резистора R4. Следует учесть, что эти регулировки взаимосвязаны, поэтому для достижения требуемых параметров может возникнуть необходимость повторить их поочерёдно. Величину гистерезиса устанавливают так, чтобы при снижении напряжения батареи нагрузка отключалась без повторного подключения.

Литература

1. Нечаев И. Ограничитель разрядки аккумуляторной батареи. - Радио, 2004, № 6, с. 38.

2. Нечаев И. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. - Радио, 2003, № 5, с. 53, 54.

3. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. - Радио, 2001, № 5, с. 45.

Дата публикации: 10.02.2013

Мнения читателей

• Иван / 30.05.2016 - 05:19
  Собрал. Работает.

Как часто мы забываем выключить нагрузку от аккумулятора… Вы никогда не задумывались над этим вопросом… А ведь часто так бывает вроде работает-работает АКБ, а тут что то высох… Меряем на нем напряжение, а там 9-8В, а то и меньше. Торба, востановить аккумуляторную батарею можно попробовать, но не всегда выходит.
По этому поводу было придумано устройство, которое при разрядке аккумулятора будет отключать от него нагрузку и предотвратит глубокую разрядку АКБ, ведь не секрет, что АКБ боятся глубокого разряда.
Если честно, я думал много раз об устройстве защиты аккумулятора от глубокого разряда, но никак не судьба было все попробовать. И вот на выходных поставил цель сделать небольшую схему защиты

Схема защиты аккумулятора от полного разряда

Кнопки Start и Stop любые без фиксации

Рассмотрим схему. Как видите все построено на двух ОУ включенных в режиме компаратора. Для эксперимента была взята LM358. И так поехали…
Опорное напряжение формируется цепочкой R1-VD1. R1 балластный резистор, VD1 – простейший стабилитрон 5В, можно и на большее-меньшее напряжение. Но не больше и не равное напряжению разряженного АКБ, которое равно кстати 11В.

На первом ОУ был собран компаратор, сравнивающий опорное напряжение с напряжением аккумулятора. Напряжение на 3 ногу подается от АКБ через резисторный делитель, который и создает сравниваемое напряжение. Если на делителе напряжение приравнивается к опорному, на первой ножке появляется положительное напряжение, которое открывает транзисторы, которые поставлены как усилительный каскад, что бы не нагружать выход ОУ.

Настраивается все просто. Подаем на клемму Out — 11В. Именно на эту ногу, потому что на диоде идет падение на 0,6В и потом придется перестраивать схему. Диод нужен, что бы при нажатии на кнопку старт, ток не уходил в нагрузку, а подавал напряжение на саму схему. Подбором резисторов R2R6 ловим момент, когда реле будет отключаться, на 7 ноге пропадет напряжение, а на 5 ноге напряжение должно быть чуть меньше опорного

Когда отстроили первый компаратор, подаем напряжение 12В, как и положено, на клемму Vcc и жмем Start. Схема должна включится и работать без проблем, пока напряжение не упадет до 10,8В, схема должна отключить реле нагрузки.

Нажимаем Стоп, на 5 ноге пропадет напряжение и схема отключится. Кстати C1 лучше не ставить большего наминала, поскольку он будет долго разряжаться и придется держать кнопку STOP дольше. Кстати пока не придумал как заставить схему сразу отключаться, если на самой нагрузке стоит хорошая емкость, которая будет дольше разряжаться, хотя можно и на сам кондер балластный резистор кинуть

На втором Оу было решено собрать индикатор указывающий когда АКБ почти разряжен и схема должна отключиться. Настраивается так же… Подаем на Out – 11,2В и подбором R8R9 добиваемся, что бы загорался красный светодиод
На этом настройка заканчивается и схема полностью работоспособна…

Удачи всем с повторением…
Для безопасной, качественной и надежной зарядки любых типов аккумуляторов, рекомендую

Что бы не пропустить последние обновления в мастерской, подписывайтесь на обновления в Вконтакте или Одноклассниках , так же можно подписаться на обновления по электронной почте в колонке справа

Не хочется вникать в рутины радиоэлектроники? Рекомендую обратить внимание на предложения наших китайских друзей. За вполне приемлемую цену можно приобрести довольно таки качественные зарядные устройства

Простенькое зарядное устройство с светодиодным индикатором зарядки, зеленый батарея заряжается, красный батарея заряжена.

Есть защита от короткого замыкания, есть защита от переполюсовки. Отлично подойдет для зарядки Мото АКБ емкостью до 20А\ч, АКБ 9А\ч зарядит за 7 часов, 20А\ч — за 16 часов. Цена на это зарядное всего 403 рубля,доставка бесплатна

Этот тип зарядного способен автоматически заряжать практически любые типы автомобильных и мото аккумуляторов 12В до 80А\Ч. Имеет уникальный способ зарядки в три этапа: 1. Зарядка постоянным током, 2. Зарядка постоянным напряжением, 3. Капельная дозарядка до 100%.
На передней панеле два индикатора, первый указывает напряжение и процент зарядки, второй указывает ток зарядки.
Довольно качественный прибор для домашних нужд, цена всего 781,96 руб, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 1392, оценка 4,8 из 5. Евровилку

Зарядное устройство для самых разнообразных типов аккумуляторов 12-24В с током до 10А и пиковым током 12А. Умеет заряжать Гелиевые АКБ и СА\СА. Технология зарядки как и у предыдущего в три этапа. Зарядное устройство способно заряжать как в автоматическом режиме, так и в ручном. На панеле есть ЖК индикатор указывающий напряжение, ток заряда и процент зарядки.

Хороший прибор если вам надо заряжать все возможные типы АКБ любых емкостей, аж до 150А\ч

Цена на это чудо 1 625 рублей, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 23, оценка 4,7 из 5. При заказе не забудьте указать Евровилку

Если какой то товар стал недоступен, пожалуйста напишите в комментарий внизу страницы.
Автор Статьи: Admin-чек

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.

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.