Dizajniranje prilagođenog kruga punjača baterija

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Na ovom sam web mjestu dizajnirao i objavio razne sklopove punjača za baterije, međutim čitatelji se često zbune odabirom odgovarajućeg kruga punjača za svoje pojedinačne primjene. Moram izričito objasniti svakom čitatelju kako prilagoditi zadani krug punjača baterija njihovim specifičnim potrebama.

To postaje prilično dugotrajno, jer je to ista stvar koju s vremena na vrijeme moram objasniti svakom od čitatelja.



To me natjeralo da objavim ovaj post u kojem sam pokušao objasniti standardni punjač baterija dizajn i kako ga prilagoditi na nekoliko načina kako bi odgovarao individualnim preferencijama u pogledu napona, struje, automatskog isključivanja ili poluautomatskih operacija.

Ispravno punjenje baterije je presudno

Tri temeljna parametra koja su potrebna svim baterijama kako bi se napunile optimalno i sigurno su:



  1. Stalni napon.
  2. Stalna struja.
  3. Automatsko isključivanje.

U osnovi, ovo su tri temeljne stvari koje treba primijeniti za uspješno punjenje baterije, a također i osigurati da u tom procesu ne utječe na životni vijek baterije.

Nekoliko poboljšanih i neobaveznih uvjeta su:

Toplinsko upravljanje.

i Koračno punjenje .

Gore navedena dva kriterija posebno se preporučuju za Li-ion baterije , iako oni možda nisu toliko presudni za olovne baterije (iako nema štete ako ih primijenite za iste)

Idemo korak po korak shvatiti gornje uvjete i vidjeti kako netko može prilagoditi zahtjeve prema sljedećim uputama:

Važnost stalnog napona:

Preporučuje se punjenje svih baterija naponom koji je možda približno 17 do 18% veći od ispisanih napona akumulatora, a ta se razina ne smije povećavati ili oscilirati puno.

Stoga za a 12V baterija , vrijednost iznosi oko 14,2 V, što ne bi trebalo povećati puno.

Ovaj se zahtjev naziva zahtjevom za stalnim naponom.

S današnjom dostupnošću IC-a s regulatorima broja, izrada punjača sa stalnim naponom pitanje je minuta.

Najpopularniji među ovim IC-ovima su LM317 (1,5 ampera), LM338 (5 ampera), LM396 (10 ampera). Sve su to IC-ovi regulatora napona s promjenjivim naponom i omogućuju korisniku da postavi bilo koji željeni konstantni napon bilo gdje od 1,25 do 32V (nije za LM396).

Možete koristiti IC LM338 koji je prikladan za većinu baterija za postizanje konstantnog napona.

Evo primjera sklopa koji se može koristiti za punjenje bilo koje baterije između 1,25 i 32 V stalnim naponom.

Shema punjača za stalni napon

Variranje 5k lonca omogućuje postavljanje bilo kojeg željenog konstantnog napona na C2 kondenzatoru (Vout) koji se može koristiti za punjenje povezane baterije preko ovih točaka.

Za fiksni napon R2 možete zamijeniti fiksnim otpornikom, koristeći ovu formulu:

VILI= VREF(1 + R2 / R1) + (IPRILOG× R2)

Gdje je VREFje = 1,25

Od kada samPRILOGpremalen može se zanemariti

Iako je možda potreban konstantan napon, na mjestima gdje napon na ulaznoj izmjeničnoj mreži ne varira previše (5% gore / dolje je sasvim prihvatljivo) može se u potpunosti eliminirati gornji krug i zaboraviti na faktor konstantnog napona.

To podrazumijeva da jednostavno možemo koristiti ispravno ocijenjeni transformator za punjenje baterije, ne uzimajući u obzir stanje stalnog napona, pod uvjetom da je mrežni ulaz prilično pouzdan u smislu svojih kolebanja.

Danas s pojavom SMPS uređaja, gornje pitanje u potpunosti postaje nematerijalno, budući da su SMPS svi napajači s konstantnim naponom i vrlo su pouzdani sa svojim specifikacijama, pa ako je SMPS dostupan, gore navedeni krug LM338 može se definitivno eliminirati.

Ali obično SMPS dolazi s fiksnim naponom, pa bi u tom slučaju prilagodba za određenu bateriju mogla postati problem i možda ćete se morati odlučiti za svestrani krug LM338 kako je gore objašnjeno .... ili ako to ipak želite izbjeći , možete jednostavno izmijeniti SMPS sam krug za postizanje željenog napona punjenja.

Sljedeći odjeljak objasnit će projektiranje prilagođenog upravljačkog kruga struje za određenu odabranu jedinicu punjača baterija.

Dodavanje konstantne struje

Baš kao i parametar 'stalni napon' , preporučena struja punjenja za određenu bateriju ne smije se povećavati ili oscilirati puno.

Za olovne baterije, brzina punjenja trebala bi biti približno 1/10. Ili 2/10. Otisnute vrijednosti Ah (amperskih sati) baterije. što znači da ako je baterija ocijenjena na recimo 100Ah, tada se preporuča da njena brzina struje punjenja (amp) bude 100/10 = 10 Ampera ili (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 ampera, ova bi brojka trebala biti ne povećavajte ga po mogućnosti radi održavanja zdravih uvjeta za bateriju.

Međutim za Li-ion ili Lipo baterije kriterij je potpuno drugačiji, za ove baterije brzina punjenja može biti visoka kao i njihova Ah vrijednost, što znači da ako su AH specifikacije Li-ion baterije 2,2 Ah, tada je moguće napuniti je na istoj razini koja je na 2,2 ampera stopa ovdje ne morate ništa dijeliti niti se upuštati u bilo kakve izračune.

Za provedbu a konstantna struja značajka, opet LM338 postaje koristan i može se konfigurirati za postizanje parametra s visokim stupnjem točnosti.

Sljedeći krugovi pokazuju kako IC može biti konfiguriran za uvođenje trenutnog punjača baterija.


Biti siguran za pogledajte ovaj članak koji pruža izvrstan i vrlo prilagodljiv krug punjača baterija.


Shema za CC i CV kontrolirani punjač baterija

Kao što je objašnjeno u prethodnom odjeljku, u slučaju da je vaša ulazna mreža prilično konstantna, tada možete zanemariti odjeljak LM338 s desne strane i jednostavno upotrijebiti krug graničnika struje s lijeve strane ili s transformatorom ili sa SMPS-om, kao što je prikazano dolje:

U gore navedenom dizajnu, napon transformatora može biti nominiran na razini napona akumulatora, ali nakon ispravljanja može dati malo iznad navedenog napona punjenja akumulatora.

Ovaj se problem može zanemariti jer će pridružena značajka upravljanja strujom prisiliti napon da automatski spusti višak napona na razinu sigurnog napona punjenja akumulatora.

R1 se može prilagoditi prema potrebama, slijedeći priložene upute OVDJE

Diode moraju biti odgovarajuće ocijenjene, ovisno o struji punjenja, i po mogućnosti trebaju biti mnogo veće od navedene razine struje punjenja.

Prilagođavanje struje za punjenje baterije

U gore navedenim krugovima navedeni IC LM338 je predviđen da obrađuje najviše 5 ampera, što ga čini prikladnim samo za baterije do 50 AH, no možda imate i znatno veće nazivne baterije reda od 100 AH, 200 AH ili čak 500 AH .

To bi moglo zahtijevati punjenje po odgovarajućim većim brzinama struje, što jedan LM338 možda neće biti dovoljan.

Da biste to riješili, možete nadograditi ili poboljšati IC s više IC paralelno, kao što je prikazano u sljedećem primjeru članka:

Krug punjača od 25 pojačala

U gornjem primjeru, konfiguracija izgleda malo komplicirano zbog uključivanja opampera, međutim malo petljanja pokazuje da se zapravo IC-ovi mogu izravno dodati paralelno za umnožavanje trenutnog izlaza, pod uvjetom da su sve IC-ove postavljene preko zajedničkog hladnjaka , pogledajte donji dijagram:

U prikazanom formatu može se dodati bilo koji broj IC za postizanje bilo kojeg željenog ograničenja struje, međutim moraju se osigurati dvije stvari kako bi se dobio optimalan odgovor od dizajna:

Svi IC-ovi moraju biti postavljeni preko zajedničkog hladnjaka, a svi otpornici za ograničavanje struje (R1) moraju biti učvršćeni s točno podudarajućom vrijednošću, oba su parametra potrebna da omoguće jednoliko dijeljenje topline među IC-ima, a time i jednaku raspodjelu struje kroz izlaz za priključenu bateriju.

Do sada smo naučili kako prilagoditi stalni napon i konstantnu struju za određenu primjenu punjača baterija.

Međutim, bez automatskog isključivanja krug punjača baterije može biti samo nepotpun i prilično nesiguran.

Do sada u našem punjenju baterije tutorijali naučili smo kako prilagoditi parametar stalnog napona tijekom gradnje punjača akumulatora, u sljedećim ćemo odjeljcima pokušati razumjeti kako implementirati automatsko prekidanje punog napunjenja radi osiguranja sigurnog punjenja priključene baterije.

Dodavanje automatskog rezanja 0ff u punjač baterija

U ovom ćemo dijelu otkriti kako se automatsko isključivanje može dodati bateriji punjač koji je jedan od najvažnijih aspekata u takvim sklopovima.

Jednostavni stupanj automatskog isključivanja može se uključiti i prilagoditi odabranom krugu punjača baterija ugrađivanjem usporedbe opampa.

Opamp može biti postavljen tako da detektira rastući napon baterije dok se puni i da prekine napon punjenja čim napon dosegne punu razinu napunjenosti baterije.

Ovu ste primjenu možda već vidjeli u većini dosadašnjih krugova automatskog punjača baterija objavljenih na ovom blogu.

Koncept se može temeljito razumjeti uz pomoć sljedećeg objašnjenja i prikazane GIF simulacije sklopa:

NAPOMENA: Upotrijebite N / O kontakt releja za ulaz punjenja, umjesto prikazanog N / C. To će osigurati da relej ne blebeće ako nema baterije. Da bi ovo uspjelo, također zamijenite međusobno ulazne igle (2 i 3) .

U gornjem efektu simulacije možemo vidjeti da je opamp konfiguriran kao osjetnik napona baterije za otkrivanje praga prekomjernog punjenja i prekid napajanja baterije čim se to otkrije.

Unaprijed postavljeno na pinu (+) IC-a podešava se tako da pri punom naponu baterije (14,2 V ovdje), pin 3 postiže nijansu veći potencijal od pina (-) IC-a koji je fiksiran s referentnim naponom od 4,7 V sa zener diodom.

Prethodno objašnjeni 'stalni napon' i 'konstantna struja' priključeni su na krug, a baterija preko N / C kontakta releja.

U početku su naponski napon i baterija isključeni iz kruga.

Prvo, ispražnjenu bateriju dopušteno je spojiti na strujni krug, čim se to učini, opamp detektira potencijal koji je niži (10,5 V, kako se ovdje pretpostavlja) od pune razine napunjenosti, a zbog toga se CRVENA LED dioda UKLJUČUJE , što znači da je baterija ispod pune razine napunjenosti.

Zatim se uključuje ulazno napajanje od 14,2 V.

Čim se to učini, ulaz trenutno tone na napon akumulatora i dostiže razinu od 10,5V.

Sada se pokreće postupak punjenja i baterija se počinje puniti.

Kako se tijekom punjenja napon na priključku akumulatora povećava, napon pina (+) također se također povećava.

I u trenutku kada napon akumulatora dosegne punu ulaznu razinu koja je razina 14,3 V, pin (+) također proporcionalno postiže 4,8 V što je malo više od napona pin (-).

To trenutno prisiljava opamp izlaz da se povisi.

CRVENA LED dioda sada se ISKLJUČUJE, a zelena LED lampica svijetli, što ukazuje na akciju prebacivanja i također da je baterija potpuno napunjena.

Međutim, što se može dogoditi nakon toga, nije prikazano u gornjoj simulaciji. Naučit ćemo to kroz sljedeće objašnjenje:

Čim se relej aktivira, napon na priključku akumulatora brzo će pasti i vratiti se na neku nižu razinu, jer 12V baterija nikada neće dosljedno držati razinu od 14V i pokušat će približno doseći oznaku 12,8V.

Sada će zbog ovog stanja napon pina (+) opet doživjeti pad ispod referentne razine postavljene pinom (-), što će opet zatražiti da se relej ISKLJUČI, i postupak punjenja će ponovno biti pokrenut.

Ovo UKLJUČENJE / ISKLJUČIVANJE prekidača releja nastavit će biciklizam, stvarajući nepoželjan zvuk 'klika' iz releja.

Da bi se to izbjeglo, nužno je dodati histerezu u krug.

To se postiže uvođenjem otpora velike vrijednosti preko izlaza i (+) pina IC-a, kao što je prikazano dolje:

Dodavanje histereze

Dodatak gore navedenom histereza otpornik sprečava da relej oscilira UKLJ / ISKLJUČENO na graničnim razinama i zaključava relej na određeno vrijeme (sve dok napon akumulatora ne padne ispod održive granice ove vrijednosti otpornika).

Otpornici veće vrijednosti pružaju niža razdoblja zakačivanja, dok niži otpornici osiguravaju veću histerezu ili veće razdoblje zakačenja.

Stoga iz gornje rasprave možemo shvatiti kako bilo koji hobi može pravilno dizajnirati i prilagoditi krug automatskog isključivanja baterije za svoje željene specifikacije punjenja baterija.

Sada ćemo vidjeti kako može izgledati cjelokupni dizajn punjača baterija, uključujući konstantni napon / struju postavljen zajedno s gornjom graničnom konfiguracijom:

Dakle, evo dovršenog prilagođenog kruga punjača za baterije koji se može koristiti za punjenje bilo koje željene baterije nakon postavljanja kako je objašnjeno u cijelom našem vodiču:

  • Opamp može biti IC 741
  • Unaprijed postavljena postavka = 10k
  • obje zener diode mogu biti = 4,7 V, 1/2 vata
  • Zener otpornik = 10k
  • LED i tranzistorski otpornici također mogu biti = 10k
  • Tranzistor = BC547
  • relejna dioda = 1N4007
  • relej = odaberite podudaranje napona baterije.

Kako napuniti bateriju bez ijednog od gore navedenih uređaja

Ako se pitate je li moguće napuniti bateriju bez povezivanja bilo kojeg od gore spomenutih složenih sklopova i dijelova? Odgovor je da, bilo koju bateriju možete napuniti sigurno i optimalno čak i ako nemate nijedan od gore spomenutih sklopova i dijelova.

Prije nastavka bilo bi važno znati nekoliko presudnih stvari koje baterija treba za sigurno punjenje i stvari zbog kojih su parametri 'automatskog odsijecanja' 'konstantnog napona' i 'konstantne struje' toliko važni.

Te značajke postaju važne kada želite da se baterija napuni izuzetno efikasno i brzo. U takvim ćete slučajevima možda htjeti da vaš punjač bude opremljen mnogim naprednim značajkama kao što je gore predloženo.

Međutim, ako ste spremni prihvatiti puni nivo napunjenosti baterije nešto niži od optimalnog i ako želite pružiti nekoliko sati više da bi se punjenje završilo, zasigurno vam neće trebati niti jednu od preporučenih značajki, poput konstantne struje, stalnog napona ili automatskog prekida, sve to možete zaboraviti.

U osnovi se baterija ne smije puniti potrošnim materijalom koji ima višu ocjenu od ispisane ocjene baterije, to je jednostavno.

Što znači da pretpostavimo da je vaša baterija ocijenjena na 12V / 7Ah, idealno je da nikada ne smijete premašiti puni napunjenost iznad 14,4V i struju preko 7/10 = 0,7 ampera. Ako se ove dvije stope pravilno održavaju, možete biti sigurni da je vaša baterija u sigurnim rukama i da nikada neće naštetiti bez obzira na okolnosti.

Stoga, kako biste osigurali gore spomenute kriterije i napunili bateriju bez uključivanja složenih sklopova, samo provjerite je li ulazni izvor koji upotrebljavate ocijenjen u skladu s tim.

Na primjer, ako punite bateriju od 12V / 7Ah, odaberite transformator koji proizvodi oko 14V nakon ispravljanja i filtracije, a njegova je struja ocijenjena na oko 0,7 ampera. Isto se pravilo može proporcionalno primijeniti i na druge baterije.

Osnovna ideja ovdje je zadržati parametre punjenja nešto nižim od najveće dopuštene ocjene. Na primjer, može se preporučiti da se baterija od 12 V puni do 20% više od ispisane vrijednosti, odnosno 12 x 20% = 2,4 V više od 12 V = 12 + 2,4 = 14,4 V.

Stoga pazimo da ovo bude malo niže pri 14 V, što možda neće napuniti bateriju do optimalne točke, ali će biti dobro za bilo što, u stvari ako malo niža vrijednost poveća produženje vijeka trajanja baterije, omogućujući mnogo više ciklusa punjenja / pražnjenja dugoročno.

Slično tome, zadržavanje struje punjenja na 1/10 otisnute vrijednosti Ah osigurava da se baterija napuni uz minimalno naprezanje i rasipanje, što bateriji omogućuje duži vijek trajanja.

Konačno postavljanje

osnovni krug punjača akumulatora pomoću transformatora i ispravljača

Gore prikazana jednostavna postavka može se univerzalno koristiti za sigurno i sasvim optimalno punjenje bilo koje baterije, pod uvjetom da omogućite dovoljno vremena za punjenje ili dok igla ampermetra ne padne na gotovo nulu.

Kondenzator filtra od 1000 uf zapravo nije potreban, kao što je prikazano gore, a njegovo uklanjanje zapravo bi produžilo vijek trajanja baterije.

Imate li još dvojbi? Ne ustručavajte se izraziti ih svojim komentarima.

Izvor: punjenje baterije




Prethodno: Dodavanje PWM višestruke iskre u krug paljenja automobila Dalje: Krug indikatora razine glazbe subwoofera