Ochranný obvod proti prebitiu batérie na základe Arduina

V tomto príspevku skonštruujeme ochranný obvod proti prebitiu pre 12V batériu pomocou Arduino, ktorý dokáže chrániť 12V SLA batériu pred nadmerným vybitím a tiež chrániť pripojenú záťaž pred prepätím v prípade, že je pripojená prebitá batéria.

Pochopenie rýchlosti nabíjania / vybíjania batérie

Všetky batérie majú prirodzený pokles, ale väčšina z nich sa poškodí v dôsledku neznalosti časti používateľa. Životnosť batérie sa skráti, ak napätie batérie klesne pod určitý stupeň, v prípade batérie 12V SLA nesmie klesnúť pod 11,80 V.

Tento projekt by sa dal uskutočniť pomocou komparátorov, ale na dosiahnutie toho istého používame mikrokontrolér a kódovanie.

Tento obvod je vhodný pre odporové záťaže a iné záťaže, ktoré počas prevádzky nevytvárajú hluk v napájaní. Snažte sa vyhnúť indukčným záťažiam, ako sú napríklad kartáčované jednosmerné motory.

Mikrokontroléry sú citlivé na šum a toto nastavenie môže v takom prípade načítať hodnoty chybného napätia a pri nesprávnom napätí môže odpojiť batériu od záťaže.

Ako to funguje

Diskutované ochrana proti vybíjaniu obvod pre 12v batériu sa skladá z deliča napätia, ktorý je zodpovedný za zníženie vstupného napätia a zníženie na úzky rozsah, kde arduino dokáže čítať napätie.

10k prednastavený rezistor sa používa na kalibráciu nameraných hodnôt na arduine. Tieto namerané hodnoty používa arduino na spustenie relé, kalibrácii tohto nastavenia sa budeme venovať v ďalšej časti článku.

Na indikáciu stavu relé sa používa LED indikátor. Tranzistor riadi zapínanie a vypínanie relé a cez relé je pripojená dióda na zastavenie vysokonapäťového hrotu generovaného z relé pri jeho zapínaní a vypínaní.

Keď napätie batérie klesne pod 11,80 V, relé sa zapne a odpojí batériu od záťaže a rozsvieti sa aj LED indikátor, to sa stane rovnako, keď obvod číta prepätie z batérie, v programe môžete nastaviť medznú hodnotu prepätia .

Keď batéria klesne pod 11,80 V, relé odpojí záťaž, relé znovu pripojí záťaž k batérii až potom, keď napätie batérie stúpne nad nominálne napätie, ktoré je stanovené v programe.

Menovité napätie je normálne prevádzkové napätie záťaže. Vyššie uvedený mechanizmus je vykonaný preto, lebo po odpojení od záťaže stúpa napätie batérie, čo nesmie pri nízkom stave nabitia batérie spustiť relé.

Menovité napätie v programe je nastavené na 12,70 V, čo je plné napätie batérie typických batérií 12V SLA (plné napätie batérie po odpojení od nabíjačky).

Programový kód:

//---------Program developed by R.Girish----------//
float cutoff = 11.80 //Cutoff voltage
float nominal = 12.70 //Nomial Voltage
float overvoltage = 14.00 //Overvoltage
int analogInput = 0
int out = 8
float vout = 0.0
float vin = 0.0
float R1 = 100000
float R2 = 10000
int value = 0
int off=13
void setup()
{
pinMode(analogInput,INPUT)
pinMode(out,OUTPUT)
pinMode(off,OUTPUT)
digitalWrite(off,LOW)
Serial.begin(9600)
}
void loop()
{
value = analogRead(analogInput)
vout = (value * 5.0) / 1024
vin = vout / (R2/(R1+R2))
if (vin<0.10)
{
vin=0.0
}
if(vin<=cutoff)
{
digitalWrite(out,HIGH)
}
if(vin>=nominal && vincutoff)
{
digitalWrite(out,LOW)
}
if(vin>=overvoltage)
{
digitalWrite(out,HIGH )
delay(10000)
}
Serial.println('INPUT V= ')
Serial.println(vin)
delay(1000)
}
//---------Program developed by R.Girish----------//

Poznámka:

float cutoff = 11,80 // Cutoff napätie
float nominálne = 12,70 // Menovité napätie
float overvoltage = 14,00 // Prepätie

Medzné, menovité a prepäťové napätie môžete zmeniť zmenou vyššie uvedených hodnôt.
Odporúčame tieto hodnoty nemeniť, pokiaľ nepracujete s iným napätím batérie.

Ako kalibrovať:

Kalibráciu tohto obvodu ochrany proti vybitiu batérie musíte vykonať opatrne. Potrebujete variabilný zdroj napájania, dobrý multimetr a skrutkovač na nastavenie prednastaveného odporu.

1) Dokončené nastavenie je pripojené k variabilnému zdroju napájania bez záťaže.
2) Nastavte 13 voltov na variabilný zdroj napájania, overte to pomocou multimetra.
3) Otvorte sériový monitor a otočte 10k prednastaveným rezistorom v smere hodinových ručičiek alebo proti smeru hodinových ručičiek a namerané hodnoty priblížte k hodnotám multimetra.
4) Teraz znížte napätie variabilného napájacieho zdroja na 12V, multimetr a sériový monitor musia čítať rovnakú alebo veľmi blízku hodnotu.
5) Teraz znížte napätie na 11,80 V, pri ktorom musí relé zapnúť a LED dióda sa musí rozsvietiť.
6) Teraz zvýšte napätie na 14,00 V, pri ktorom musí relé zapnúť a rozsvieti sa LED.
7) Ak sú vyššie uvedené sady úspešné, vymeňte variabilný zdroj napájania za úplne nabitú batériu, hodnoty na sériovom monitore a multimetri musia byť rovnaké alebo veľmi podobné.
8) Teraz pripojte záťaž, údaje na oboch musia zostať rovnaké a synchronizované.
Ak sú vyššie uvedené kroky úspešné, váš obvod je pripravený slúžiť na batériu.

POZNÁMKA:

Pri kalibrácii si všimnite tento bod.

Keď sa relé zapne kvôli prerušeniu nízkeho napätia alebo prerušeniu nadmerného napätia, hodnoty na sériovom monitore nebudú čítať správne napätie ako na multimetri a budú vyššie alebo nižšie ako na multimetri.

Ale keď napätie klesne späť na normálne prevádzkové napätie, relé sa vypne a začne ukazovať správne napätie.

Záver vyššie uvedeného bodu je taký, že keď je relé zapnuté, hodnoty na sériovom monitore vykazujú určité významné odchýlky a v tejto fáze nemusíte znova kalibrovať.