Реле разряда аккумулятора. Защита акб от глубокого разряда. Схема устройства для защиты АКБ

Схема защиты кислотно-свинцового аккумулятора от разряда

Задача такая: есть солнечные панели, заряжающие аккумулятор, и есть нагрузка, сосущая этот аккумулятор. Задумано так, что аккумулятор работает в буферном режиме и постоянно разряжается и подзаряжается. Но в реальности режим получается несколько иным, и возможна ситуация, когда нагрузка может чрезмерно разрядить аккумулятор. Известно, что разряд кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей ниже 11 вольт для них губителен: происходит необратимая сульфатация пластин, в результате которой существенно теряется ёмкость батареи. Чтобы этого не происходило, нужно отключать нагрузку, если аккумулятор разрядился до 11 вольт, в идеале - с небольшим запасом, т.е. не до 11, а, допустим, до 11,5 вольт.

Поиск схем в интернете привёл к ожидаемому результату: самых нужных и полезных устройств либо нет, либо единицы, и те - далеки от идеала. Удалось найти схему на радиокоте, которая, в принципе, поставленную задачу выполняет, но она не продумана. В частности, если нагрузка разрядила аккумулятор, устройство отключило её на 11 вольтах, что будет происходить далее? Напряжение на аккумуляторе слегка подрастёт, даже без подзарядки, и нагрузка вновь подключится, пока напряжение снова не просядет, и так - циклически, от раза к разу, в режиме, можно сказать, генерации.

Чтобы этого не происходило, необходим гистерезис. Он разносит пороги срабатывания устройства, предотвращая возникновение подобных режимов генерации циклических срабатываний. У компараторов на этот случай есть прекрасный вариант включения, который заключается в добавке всего лишь одного резистора с выхода на вход. Именно этим способом мы доработали схему с радиокота, промоделировав её в протеусе.

Схема устройства очень простая. На интегральном стабилизаторе 7805 собран источник опорного (образцового) напряжения. Напряжение с аккумулятора, поступающее через делитель на потенциометре, сравнивается с ним, что приводит к срабатыванию или не срабатыванию компаратора. Потенциометром регулируется напряжение срабатывания, а резистором с выхода на вход задаётся гистерезис. При номиналах, указанных на схеме, нагрузка отключается при напряжении 11,5 вольт, а подключается (по мере заряда аккумулятора) - на 12,5 вольтах. Пересчитав сопротивления этих резисторов, данные значения напряжений можно изменять.

Печатная плата нарисована под имеющиеся компоненты, чем и обусловлен выбор таких крупных деталек. Светодиод предназначен для индикации текущего режима работы устройства: он светится, когда нагрузка подключена. Диод защищает от выбросов ЭДС самоиндукции обмотки реле, которое предполагается для управления нагрузкой.

Печатная плата.

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.

Простое устройство, состоящее всего из двух транзисторов, поможет каждому автовладельцу защитить аккумулятор своей машины от полного разряда. Это особенно актуально для тех, чьи автомобили не оснащены сигнализатором непогашенного света фар.

Характеристики устройства.

• Напряжение отключения - 10±0,5В.
• Максимальный ток, работающего устройства- 1 мА.
• Максимальный ток, отключенного устройства- 10 мкА.
• Максимально допустимый проходящий ток через устройство - 5А.
• Кратковременный ток – 10 А (не дольше 5 сек).
• Время срабатывания при коротком замыкании в нагрузке не более - 100 мкс.

Электрическая схема.

В основе работы используется полевой транзисторN-канального типа, например,RFP50N06, который выполняет роль «ключа». При падении напряжения питания до 10,5 В., защита срабатывает и аккумулятор отключается от нагрузки. При подаче напряжения для заряда происходит автоматическое включение устройства.

Еще одна функция, которую осуществляет схема – защита от короткого замыкания.

Схема очень проста и содержит минимальное количество радиоэлементов, поэтому для ее повторения не требуется обязательного изготовления печатной платы. При наличии всех необходимых деталей, меньше чем за полчаса, сборка может быть осуществлена на специальной монтажной плате или с применением навесного монтажа.

Учитывая высокие токи проходящие через устройство, пайку необходимо производить тщательно. MOSFET-транзистор желательно закрепить на радиаторе, для предупреждения его перегрева и выхода из строя.

Наладка сводится к подбору сопротивления R3 и R4, которые отвечают за порог срабатывания (чем выше их значение, тем чувствительнее схема).

SW – микро переключатель без фиксации, небольших габаритов, для включения защты. При желании, можно не использовать, активируя устройство кратковременным замыканием клеммы (-) аккумулятора с выходом «минус».

Список необходимых запчастей и их ориентировочная стоимость:

1. Полевой транзистор – 1 шт (60руб) – RFP50N06 N-канал 60В 50А 170 град
2. Транзистор КТ 361 – 1 шт (5 руб).
3. Резисторы маломощные – 4 шт (по 1 руб) – 3 на 10 кОм, и 1 на 100 кОм
4. Стабилитрон – 1 шт – 6 руб

Таким образом, если не учитывать цену на расходные материалы (припой, электроэнергия для паяльника), себестоимость такого электронного защитного аппарата составляет менее 75 рублей.

Простой автоусилитель моноблок на TDA1560Q Автомобильный бездроссельный БП на IRS2153 для ноутбуков и мобильников Внешний USB-разъем в автомагнитоле

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

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

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

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

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

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