Na tomto webe som navrhol a zverejnil rôzne obvody nabíjačiek batérií, avšak čitatelia sa pri výbere správneho obvodu nabíjačky batérií pre jednotlivé aplikácie často mýlia. A musím každému z čitateľov výslovne vysvetliť, ako prispôsobiť daný obvod nabíjačky batérií jeho konkrétnym potrebám.

Stáva sa to dosť časovo náročným, pretože je to to isté, čo musím občas vysvetliť každému z čitateľov.

To ma prinútilo zverejniť tento príspevok, kde som sa snažil vysvetliť a štandardná nabíjačka batérií dizajn a spôsob, ako ho niekoľkými spôsobmi prispôsobiť individuálnym preferenciám, pokiaľ ide o napätie, prúd, automatické vypínanie alebo poloautomatické operácie.

Správne nabitie batérie je zásadné

Tri základné parametre, ktoré všetky batérie vyžadujú, aby sa nabíjali optimálne a bezpečne, sú:

Konštantné napätie.
Konštantný prúd.
Automatické vypnutie.

V zásade teda ide o tri základné veci, ktoré je potrebné uplatniť, aby sa batéria úspešne nabila, a tiež sa ubezpečte, že pri tom nebude ovplyvnená životnosť batérie.

Niekoľko vylepšených a voliteľných podmienok je:

Tepelné hospodárstvo.

a Krok nabíjania .

Vyššie uvedené dve kritériá sa osobitne odporúčajú pre Lítium-iónové batérie , aj keď to nemusí byť pre olovené akumulátory také zásadné (aj keď pri jeho implementácii nie je nijaké poškodenie)

Poďme postupne zistiť vyššie uvedené podmienky a zistíme, ako je možné prispôsobiť požiadavky podľa nasledujúcich pokynov:

Dôležitosť konštantného napätia:

Všetky batérie sa odporúčajú nabíjať napätím, ktoré môže byť približne o 17 až 18% vyššie ako tlačené napätie batérie, a táto úroveň sa nesmie príliš zvyšovať ani meniť.

Preto za a 12V batéria , hodnota sa pohybuje okolo 14,2V, čo by sa nemalo veľmi zvyšovať.

Táto požiadavka sa označuje ako požiadavka na konštantné napätie.

S dnešnou dostupnosťou integrovaných obvodov regulátora číselného napätia je výroba nabíjačky s konštantným napätím otázkou niekoľkých minút.

Najpopulárnejšie z týchto integrovaných obvodov sú LM317 (1,5 A), LM338 (5 A), LM396 (10 A). Všetko sú to integrované obvody regulátora variabilného napätia a umožňujú používateľovi nastaviť ľubovoľné konštantné napätie kdekoľvek od 1,25 do 32 V (neplatí pre LM396).

Na dosiahnutie konštantného napätia môžete použiť IC LM338, ktorý je vhodný pre väčšinu batérií.

Tu je príklad obvodu, ktorý možno použiť na nabíjanie ľubovoľnej batérie medzi 1,25 a 32 V s konštantným napätím.

Schéma nabíjačky batérií s konštantným napätím

Variant 5k hrnca umožňuje nastavenie ľubovoľného konštantného napätia na kondenzátore C2 (Vout), ktoré sa dá použiť na nabíjanie pripojenej batérie v týchto bodoch.

Pre pevné napätie môžete R2 nahradiť pevným rezistorom pomocou tohto vzorca:

V.ALEBO= VREF(1 + R2 / R1) + (I.ADJ× R2)

Kde VREFje = 1,25

Odkedy somADJje príliš malý, dá sa ignorovať

Aj keď môže byť potrebné konštantné napätie, na miestach, kde sa napätie zo vstupnej striedavej siete príliš nelíši (je celkom prijateľných 5% nahor / nadol), je možné vyššie uvedený obvod úplne vylúčiť a zabudnúť na faktor konštantného napätia.

To znamená, že môžeme na nabíjanie batérie jednoducho použiť správne dimenzovaný transformátor bez zohľadnenia podmienok konštantného napätia, za predpokladu, že je sieťový vstup z hľadiska jeho výkyvov pomerne spoľahlivý.

Dnes s príchodom zariadení SMPS sa vyššie uvedený problém stáva úplne nepodstatným, pretože SMPS sú napájacie zdroje s konštantným napätím a sú svojimi špecifikáciami vysoko spoľahlivé, takže ak je k dispozícii SMPS, je možné vyššie uvedený obvod LM338 definitívne vylúčiť.

Ale zvyčajne SMPS prichádza s pevným napätím, takže v takom prípade by sa jeho prispôsobenie pre konkrétnu batériu mohlo stať problémom a možno sa budete musieť rozhodnúť pre univerzálny obvod LM338, ako je vysvetlené vyššie .... alebo ak sa tomu stále chcete vyhnúť , môžete jednoducho upraviť SMPS samotný obvod na získanie požadovaného nabíjacieho napätia.

V nasledujúcej časti sa dozviete, ako navrhnúť prispôsobený prúdový riadiaci obvod pre konkrétnu vybranú nabíjačku batérií.

Pridanie konštantného prúdu

Rovnako ako parameter „konštantné napätie“ , odporúčaný nabíjací prúd pre konkrétnu batériu by sa nemal príliš zvyšovať ani meniť.

“komponenty jadrovej elektrárne ”

Pri olovených batériách by rýchlosť nabíjania mala byť približne 1/10 alebo 2/10 vytlačenej hodnoty Ah (Ampérhodina) batérie. čo znamená, že ak je batéria dimenzovaná na povedzme 100 Ah, potom sa odporúča, aby jej nabíjací prúd (ampér) bol 100/10 = 10 Ampér minimálne alebo (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 Ampér maximum, toto číslo by malo byť prednostne nezvyšujte, aby ste udržali zdravé podmienky pre batériu.

Avšak pre Li-ion alebo Lipo batérie kritérium je úplne odlišné, pri týchto batériách môže byť rýchlosť nabíjania až taká vysoká ako ich Ah, čo znamená, že ak je AH spec Li-ion batérie 2,2 Ah, je možné ju nabíjať na rovnakej úrovni, ako je 2,2 ampéra sadzba Tu nemusíte nič deliť alebo sa nechať viesť akýmkoľvek výpočtom.

Za implementáciu a konštantný prúd Funkcia LM338 sa stáva opäť užitočnou a je možné ju nakonfigurovať na dosiahnutie parametra s vysokou mierou presnosti.

Nižšie uvedené obvody ukazujú, ako je možné konfigurovať integrovaný obvod na implementáciu prúdom riadenej nabíjačky batérií.

Určite pozrite sa na tento článok ktorý poskytuje vynikajúci a vysoko prispôsobiteľný obvod nabíjačky batérií.

Schéma nabíjačky batérií riadených podľa CC a CV

Ako je uvedené v predchádzajúcej časti, v prípade, že je vaša vstupná sieť pomerne konštantná, môžete sekciu LM338 na pravej strane ignorovať a jednoducho použiť obvod obmedzovača prúdu na ľavej strane s transformátorom alebo SMPS, ako je uvedené nižšie:

Vo vyššie uvedenom prevedení môže byť napätie transformátora dimenzované na úroveň napätia batérie, ale po jeho oprave by mohlo viesť k mierne vyššiemu než stanovenému nabíjaciemu napätiu batérie.

Tento problém možno zanedbať, pretože pripojená funkcia riadenia prúdu prinúti napätie automaticky znižovať nadmerné napätie na bezpečnú úroveň nabíjacieho napätia batérie.

“čo je snímač teploty ”

R1 je možné podľa potreby prispôsobiť podľa dodaných pokynov TU

Diódy musia byť primerane dimenzované v závislosti od nabíjacieho prúdu, najlepšie by mali byť oveľa vyššie ako špecifikovaná úroveň nabíjacieho prúdu.

Prispôsobenie prúdu na nabíjanie batérie

Vo vyššie uvedených obvodoch je uvedený IC LM338 dimenzovaný tak, aby zvládol najviac 5 ampérov, čo ho robí vhodným iba pre batérie do 50 AH, avšak môžete mať oveľa vyššie dimenzované batérie rádovo 100 AH, 200 AH alebo dokonca 500 AH .

Tie môžu vyžadovať nabíjanie pri príslušných vyšších prúdových rýchlostiach, ktoré by jediný LM338 nemusel stačiť.

Ak chcete napraviť tento problém, môžete vylepšiť alebo vylepšiť integrovaný obvod o viac integrovaných obvodov paralelne, ako je uvedené v nasledujúcom príklade článku:

Obvod nabíjačky 25 A

Vo vyššie uvedenom príklade vyzerá konfigurácia trochu komplikovanejšie kvôli začleneniu operačného zosilňovača, avšak malé vrtanie ukazuje, že integrované obvody môžu byť v skutočnosti priamo pridané paralelne na znásobenie aktuálneho výstupu za predpokladu, že všetky integrované obvody sú namontované na spoločnom chladiči. , pozri nižšie uvedený diagram:

Do zobrazeného formátu je možné pridať ľubovoľný počet integrovaných obvodov na dosiahnutie ľubovoľného požadovaného limitu prúdu, je však potrebné zabezpečiť dve veci, aby sa dosiahlo optimálnej odozvy návrhu:

Všetky integrované obvody musia byť namontované na spoločnom chladiči a všetky rezistory obmedzujúce prúd (R1) musia byť pripevnené presne zhodnou hodnotou, obidva parametre sú potrebné na to, aby umožnili rovnomerné zdieľanie tepla medzi integrovanými obvodmi, a teda rovnaké rozdelenie prúdu po celom obvode. výstup pre pripojenú batériu.

Doteraz sme sa naučili, ako prispôsobiť konštantné napätie a konštantný prúd pre konkrétnu aplikáciu nabíjačky batérií.

Avšak bez automatického vypínania môže byť obvod nabíjačky batérií nekompletný a dosť nebezpečný.

Zatiaľ v rámci nášho nabíjania batérie návody Naučili sme sa, ako prispôsobiť parameter konštantného napätia pri stavbe nabíjačky batérií, v nasledujúcich častiach sa pokúsime pochopiť, ako implementovať automatické vypnutie pri úplnom nabití na zaistenie bezpečného nabíjania pripojenej batérie.

Pridanie funkcie Auto-Cut 0ff do nabíjačky batérie

V tejto časti objavíme ako je možné do batérie pridať automatické vypnutie nabíjačka, ktorá je jedným z najdôležitejších aspektov v týchto obvodoch.

Jednoduchý automatický vypínací stupeň je možné zahrnúť a prispôsobiť vo vybranom obvode nabíjačky batérií zabudovaním komparátora operačného zosilňovača.

Môže byť umiestnený operačný zosilňovač, ktorý detekuje stúpajúce napätie batérie počas nabíjania a odpojí nabíjacie napätie, akonáhle napätie dosiahne úroveň úplného nabitia batérie.

Túto implementáciu ste už mohli vidieť vo väčšine obvodov automatických nabíjačiek batérií, ktoré sú zatiaľ zverejnené v tomto blogu.

Koncept je možné úplne pochopiť pomocou nasledujúceho vysvetlenia a znázornenej simulácie obvodu GIF:

POZNÁMKA: Použite reléový kontakt N / O pre nabíjací vstup namiesto zobrazeného N / C. Tým sa zabezpečí, že relé pri neprítomnosti batérie nezačne štebotať. Aby to fungovalo, nezabudnite navzájom zameniť vstupné kolíky (2 a 3) .

Vo vyššie uvedenom simulačnom efekte vidíme, že operačný zosilňovač je nakonfigurovaný ako snímač napätia batérie na detekciu prahu nadmerného nabitia a prerušenie dodávky batérie, hneď ako je zistená.

Predvolená hodnota na kolíku (+) IC je nastavená tak, aby pri plnom napätí batérie (14,2 V tu), pin # 3 získal o odtieň vyšší potenciál ako pin (-) IC, ktorý je zafixovaný na referenčné napätie 4,7 V so zenerovou diódou.

Vyššie vysvetlené napájanie „konštantného napätia“ a „konštantného prúdu“ je pripojené k obvodu a k batérii cez rozpínací kontakt relé.

Spočiatku je napájacie napätie a batéria z obvodu vypnuté.

Najskôr je možné pripojiť vybitý akumulátor k obvodu, akonáhle to urobíte, operačný zosilňovač detekuje potenciál, ktorý je nižší (tu 10,5 V, ako sa tu predpokladá), ako je úroveň úplného nabitia, a preto sa rozsvieti ČERVENÁ LED , čo znamená, že batéria je pod úrovňou úplného nabitia.

Ďalej je zapnuté napájanie 14.2V na nabíjanie vstupu.

Len čo to urobíte, vstup okamžite klesne na napätie batérie a dosiahne úroveň 10,5V.

Teraz sa spustí proces nabíjania a batéria sa začne nabíjať.

Keď sa v priebehu nabíjania zvyšuje napätie na batérii, zodpovedajúcim spôsobom sa zvyšuje aj napätie na kolíku (+).

A v okamihu, keď napätie batérie dosiahne plnú vstupnú úroveň, ktorá je na úrovni 14,3 V, pin (+) tiež úmerne dosiahne 4,8 V, ktoré je o niečo vyššie ako napätie na pin (-).

To okamžite núti výstup operačného zosilňovača ísť vysoko.

ČERVENÁ LED dióda teraz zhasne a zelená LED dióda sa rozsvieti, čo indikuje prepnutie a tiež to, že batéria je úplne nabitá.

Čo sa však môže stať potom, nie je uvedené vo vyššie uvedenej simulácii. Dozvieme sa to prostredníctvom nasledujúceho vysvetlenia:

Len čo relé vypne, napätie na svorke batérie bude mať tendenciu rýchlo klesať a obnovovať sa na nižšiu úroveň, pretože batéria 12 V nikdy neudrží konzistentne hladinu 14 V a bude sa snažiť dosiahnuť približne značku 12,8 V.

Teraz, kvôli tejto podmienke, napätie kolíka (+) opäť zažije pokles pod referenčnú úroveň nastavenú kolíkom (-), čo ešte raz vyzve relé na vypnutie, a proces nabíjania bude znovu zahájený.

Toto zapínanie / vypínanie relé bude pokračovať v cyklovaní a z relé bude vydávať nežiaduci zvuk „klikania“.

Aby sa tomu zabránilo, je bezpodmienečne nutné pridať do obvodu hysteréziu.

To sa deje zavedením rezistora vysokej hodnoty cez výstup a (+) pin IC, ako je uvedené nižšie:

Pridanie hysterézie

Pridanie vyššie uvedeného je uvedené hysteréza rezistor zabráni relé oscilovať ZAPNUTO / VYPNUTÉ na prahových úrovniach a zablokuje relé až do určitého časového obdobia (kým napätie batérie neklesne pod udržateľnú hranicu tejto hodnoty odporu).

Rezistory s vyššou hodnotou poskytujú nižšie doby blokovania, zatiaľ čo nižšie rezistory poskytujú vyššiu hysteréziu alebo vyššiu dobu blokovania.

Z vyššie uvedenej diskusie teda môžeme pochopiť, ako môže byť správne nakonfigurovaný obvod automatického vypínania batérie navrhnutý a upravený ľubovoľným fanúšikom pre jeho preferované parametre nabíjania batérie.

Teraz sa pozrime, ako môže vyzerať celý dizajn nabíjačky batérií vrátane nastavenia konštantného napätia / prúdu spolu s vyššie uvedenou konfiguráciou cut-off:

“zoznam typov obnoviteľnej energie ”

Tu je teda dokončený prispôsobený obvod nabíjačky batérií, ktorý je možné použiť na nabíjanie ľubovoľnej požadovanej batérie po jej nastavení, ako je vysvetlené v celom našom výučbe:

Operačný zosilňovač môže byť IC 741
Predvoľba = 10k predvoľba
obe zenerove diódy môžu byť = 4,7 V, 1/2 wattu
zenerov rezistor = 10k
LED a tranzistorové rezistory môžu byť tiež = 10k
Tranzistor = BC547
reléová dióda = 1N4007
relé = vyberte zodpovedajúce napätie batérie.

Ako nabiť batériu bez vyššie uvedeného vybavenia

Ak vás zaujíma, či je možné nabíjať batériu bez zapojenia niektorého z vyššie spomenutých zložitých obvodov a častí? Odpoveď je áno, ľubovoľnú batériu môžete nabíjať bezpečne a optimálne, aj keď nemáte žiaden z vyššie spomenutých obvodov a častí.

Pred pokračovaním by bolo dôležité poznať niekoľko zásadných vecí, ktoré batéria vyžaduje na bezpečné nabitie, a veci, vďaka ktorým sú parametre „automatického odpojenia“ „konštantného napätia“ a „konštantného prúdu“ také dôležité.

Tieto funkcie sú dôležité, keď chcete, aby sa batéria nabíjala s extrémnou účinnosťou a rýchlo. V takýchto prípadoch možno budete chcieť, aby bola vaša nabíjačka vybavená mnohými pokročilými funkciami, ako je uvedené vyššie.

Ak ste však ochotní akceptovať úplnú úroveň nabitia batérie mierne nižšiu, ako je optimálna, a ak ste ochotní poskytnúť niekoľko hodín na dokončenie nabíjania, určite by ste nevyžadovali žiadnu z odporúčaných funkcií, ako je neustále prúd, konštantné napätie alebo automatické vypnutie, môžete na všetky tieto zabudnúť.

Batéria by sa v zásade nemala nabíjať pri spotrebnom materiáli, ktoré majú vyššiu hodnotu ako je kapacita batérie. Je to také jednoduché.

To znamená, že vaša batéria je dimenzovaná na 12V / 7Ah, v ideálnom prípade nesmiete nikdy prekročiť rýchlosť úplného nabitia nad 14,4V a prúd nad 7/10 = 0,7 ampéra. Ak sú tieto dve sadzby správne udržiavané, môžete si byť istí, že vaša batéria je v bezpečných rukách a nikdy sa neublíži bez ohľadu na okolnosti.

Preto, aby ste zabezpečili vyššie uvedené kritériá a aby ste nabili batériu bez zapojenia zložitých obvodov, stačí skontrolovať, či je použité vstupné napájanie zodpovedajúcim spôsobom dimenzované.

Napríklad ak nabíjate batériu 12V / 7Ah, vyberte transformátor, ktorý po usmernení a filtrácii produkuje okolo 14V a jeho prúd je dimenzovaný na približne 0,7 ampéra. Rovnaké pravidlo možno primerane uplatniť aj na ostatné batérie.

Základnou myšlienkou je tu udržať parametre nabíjania mierne nižšie ako maximálne prípustné hodnotenie. Napríklad sa môže odporučiť nabíjanie 12V batérie až o 20% vyššej ako je jej vytlačená hodnota, čo je o 12 x 20% = 2,4 V viac ako o 12V = 12 + 2,4 = 14,4 V.

Preto sa uistite, že to udržujeme mierne nižšie na 14 V, čo nemusí batériu nabíjať do optimálneho bodu, ale bude dobré pre čokoľvek, v skutočnosti udržanie hodnoty mierne nižšie zvýši životnosť batérie a umožní oveľa viac cyklov nabíjania / vybíjania z dlhodobého hľadiska.

Podobne udržovanie nabíjacieho prúdu na 1/10 vytlačenej hodnoty Ah zaisťuje, že je batéria nabitá s minimálnym napätím a stratou, čo zvyšuje jej životnosť.

Konečné nastavenie

základný obvod nabíjačky batérií pomocou transformátora a usmerňovača

Jednoduché nastavenie zobrazené vyššie možno univerzálne použiť na bezpečné a celkom optimálne nabitie ľubovoľnej batérie za predpokladu, že poskytnete dostatočný čas na nabitie alebo kým nenájdete ihlu ampérmetra klesajúcu takmer na nulu.