ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АВТО НА КОНТРОЛЛЕРЕ

Обычные зарядные устройства к автоаккумуляторам, продающиеся по цене от 2000 рублей, представляют из себя простейший блок питания с диодным мостом и амперметром для контроля тока. Можно ли долго пользоваться таким ЗУ, если цена нового свинцового аккумулятора Bosch достигает 5000 руб? Каждый сам решает для себя. Вот автор и решил немного потратиться и создать зарядку, имеющую все необходимые режимы по быстрому и безопасному восстановлению ёмкости АКБ.

Описание зарядного устройства

1. Измерение напряжения аккумулятора.
2. Измерение тока заряда и разряда. Ток измеряется датчиком тока на ОУ.
3. Стабилизация зарядного тока на выбранном уровне. Алгоритм регулятора – пошаговый, управление током – ШИМ (Установка тока ведется из основного окна прибора.). 3.1 Выбор режима заряда – постоянным током или пульсирующем (десульфатация).
4. Отключение заряда если напряжение достигло заданного уровня выбранном в меню.
5. Стабилизация тока разряда на выбранном уровне в режиме разряда. Алгоритм регулятора – пошаговый, управление током – ШИМ.
6. Подсчет Ампер*часов при разряде АБ. Разряд производится только после полной зарядки АБ. (При выборе режима разряд, если АБ не дозаряжен, автоматически производится дозаряд, а затем уже разряд с подсчетом Ампер*часов.)
7. Включение подсветки дисплея (LIGHT). Выбор в меню. Параметр Подсветка вкл – подсветка включена всегда. В режиме авто выкл – подсветка включается при подаче питания на 30 сек и при нажатии на кнопки. Через 30 сек от последнего нажатия на кнопки подсветка отключается.
8. При любой остановке программы подается прерывистый сигнал (0,5 Гц) на вывод 4 МК. Отключается сигнал нажатием кнопки старт.
9. Программа отслеживает правильность установки напряжений. Минимальное напряжение (Umin) не может быть установлено выше либо равным максимальному (Umax). И наоборот.
10. В режиме старт нажатие на кнопку PLUS или MINUS выводит на индикатор текущую информацию о состоянии процесса. В верхней строке ток и напряжение. В нижней строке оставшееся время (подробно) и выходная мощность в процентах.

Схема и печатные платы ЗУ

Схема управляющего блока

Схема источника питания

Работа зарядного устройства

1. Программа запускается/останавливается нажатием на кнопку старт из любого окна программы. Если кнопка нажата, когда программа запущена, устройство переходит в режим финиш (окончание работы программы). Следующее нажатие переводит устройство в первоначальное состояние (основное окно индикатора).

2. Если напряжение на аккумуляторе ниже, чем Umax/4, считается, что аккумулятор не подключен или неисправен. На дисплей выводится надпись No Bat. В режиме START название выбранного режима мигает.

Режим Зарядка

Программа контролирует напряжение и ток на АБ. Если напряжение ниже заданного в настройках Umax – работает стабилизатор зарядного тока с заданием Is. Если напряжение достигло Umax – остановка программы. Индикация заряд выкл.

Если напряжение стало выше Umax на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке напряжение, при котором произошло отключение.

Если ток заряда I превысил ток Is на 0.2 на время более 5 сек – остановка программы, индикация ERROR.

Если истекло время заряда (параметр H, часы) – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке надпись Time out.

Режим Разряд

Если при старте программы напряжение на АБ ниже Umax, включается дозаряд АБ с током Is. После достижения напряжения Umax начинается разряд АБ с током Ii. Ведется подсчет емкости АБ.

Когда напряжение на АБ достигнет Umin разряд прекращается, на индикатор выводится индикация разряд выкл и емкость на АБ-. AH Vm 11.0 – минимальное напряжение на АБ.

Если истекло время дозаряда или разряда (для дозаряда и заряда устанавливается время H) – остановка программы, индикация ERROR.

Если ток заряда или разряда превысил установленные на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке ток, при котором произошло отключение.

Режим КТЦ АКБ

При старте программы включается заряд АБ с током Is. Через 1 сек АБ переключается на разряд с током Ii. Еще через 1 сек АБ снова переключается на заряд. Так продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет Umax – программа останавливается. Индикация КТЦ выкл. Если напряжение стало выше Umax на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR. Если ток заряда или разряда превысил установленные на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR.

Если истекло время заряда (параметр H) – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке надпись Time out.

Выбранный режим после отключения от сети не запоминается. При включении всегда режим зарядка.

Обозначение символов на дисплее

• V -измеренное напряжение на АБ
• Vs(max) -напряжение до какого будет произведен заряд
• Vmin(m) -минимальное напряжение на АБ при котором разряд будет отключен
• I -измеренный ток заряда
• Is -установленный ток заряда
• Id — измеренный ток разряда
• Ii -установленный в меню ток разряда(стабилизация тока разряда)
• Imin -минимальный ток при котором заряд будет окончен
• H -время таймера. Для вех режимов.
• Hi -оставшееся время до отключения по таймеру
• P -емкость АБ-Аh
• LED -подсветка

1.При подключении к сети устройства вывести на дисплей информацию-если АБ подключена

1.1.Напряжение до какого будет произведен заряд. По умолчанию Vs=14.2 (Диапазон выбора в меню 1-30 вольт.)

1.2.Установленный ток заряда. По умолчанию Is=0.5А.( диапазон выбора в меню 0.5 -10А.дискретность 0.5А.)

1.3.Реальное напряжение на АБ. Например-V=13.7

1.4.Режим по умолчанию — зарядка (режим можно изменить в меню. Названия режимов. заряд . разряд. ктц акб.)

РЕЖИМ 1.заряд

Если АБ не подключена-вместо напряжения на АБ вывести надпись — no bat.Все остальное как и при подключённой АБ.

Пример 1.0. батарея не подключена

Vs=14.2 Is=0.5A
? АКБ Заряд

При нажатии кнопки start — запустить установленный режим. При повторном нажатии — остановить. при запущенном режиме — название выбранного режима мигает. при остановленном — горит постоянно.

Пример 1.1. батарея подключена.

Vs=14.2 Is=0.5A
V=13.7 Заряд

При запущенном режиме вместо установленного напряжения до которого будет произведен заряд отображать реальный ток заряда. Пример I = 3.6 A

Пример 1.2. идет заряд.

I=3.6A Is=0.5A
V=13.7 заряд

После окончания заряда (по таймеру или по достижению установленного напряжения на АБ или ток заряда снизится до I=min) отключить заряд и вывести – заряд выкл.

Если ток заряда превышает установленный в меню. А также напряжение на АБ превысило установленное в меню-отключить заряд и вывести надпись — ERROR.

РЕЖИМ 2. разряд

2.При выборе режима- разряд (при запуске этого режима автоматически зарядить АБ до установленного напряжения и затем начать разряд.

Пример 2.0. Индикация в основном окне режима. Если режим не запущен-название режима (разряд) не мигает. При запущенном режиме, название режима используемого в данный момент (заряд или разряд) мигает.

Если режим запущен. АБ не заряжена. Идет автоматический заряд, после которого начнется разряд.

I=0.5A заряд
P=0Ah

2.1 Ток разряда по умолчанию A. Диапазон выбора в меню 0.5-10 А. дискретность 0.5 А.

2.2. Hi — Время оставшееся до конца разряда после истечения которого разряд будет отключен по умолчанию.

2.3. Измеренная емкость батареи P=. Ah (пример Р = 45.4Ah).

Пример 2.1. окно в процессе разряда

Id=0.5A Hi=10
P=45.4Ah разряд

После окончания разряда подать сигнал с паузой 1 секунду. И так пока не будет включен другой режим. Сигнал подать на вывод 4 МК. Светодиод out. На дисплей вывести надпись верху — P=. Ah. Vm=11.0 внизу — разряд OFF.

Пример 2.2. разряд окончен

P=100.3Ah Vm=11.0
Разряд выкл

РЕЖИМ 3. Ктц акб. Десульфатация.

В основном окне режима, если режим запущен, название режима (КТЦ) мигает. Если не запущен — не мигает.

3.1. Ток заряда по умолчанию Is = 5А. Диапазон 0.5-10 А

3.2. Ток разряда Диапазон 0.5-10 А.

3.3. Напряжение на АБ. Частота 1 Гц.

Пример 3.0. идет десульфатация.

I=5.0A Id=0,5A
V=14.2 КТЦ-АКБ

После окончания заряда(по таймеру или при достижении установленного напряжения, режим отключить) вывести надпись — КТЦ ВЫКЛ. И напряжение на АБ.

Пример 3.1.конец работы.

V=14.7
КТЦ ВЫКЛ

Остальные настройки в меню. Все файлы находятся в архиве. За подробностями обращайтесь на форум. Автор: Александрович.

Форум по обсуждению материала ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АВТО НА КОНТРОЛЛЕРЕ

ЗУ для автомобильных аккумуляторов SIRIUS 8A

• 
• 
• 

Технические характеристики

Описание

Все технические вопросы на dmalash@gmail.com
Схему и печатную плату скачиваем отсюда.
Силовой внешний транзистор IRF540N и вентилятор в комплект не входит.

Любой автовладелец рано или поздно сталкивается с задачей заряда своего аккумулятора. Это бывает по разным причинам. Например при похолоданиях, когда емкость батареи падает из-за низкой температуры окружающей среды. Либо если батарея долго стояла без использования и напряжение на ней упало до критической отметки. Или она просто состарилась. В таких случаях часто используют купленное зарядное устройство(ЗУ), либо самодельное ЗУ изготовленное своими руками.

Часто автовладельцы изготавливают ЗУ не потому что, отсутствуют деньги на приобретение готового, а потому что, сделать своими руками что то, это очень интересно и увлекательно и полезно. По этой причине интернет завален многочисленными схемами зарядных устройств, от простейших на одном транзисторе до сложнейших с управлением на микроконтроллерах.

Однако важно помнить, что все таки правильный заряд аккумуляторной батареи это сложный электрохимический процесс. И зачастую простые радиолюбительские схемы не в состоянии отследить важнейшие праметры заряда. Токи, напряжение подъема и спада, временные интервалы, отключение батареи в конце цикла заряда и др. процессы. И частое использование таких не совсем корректных схем, может привести к значительному сокращению жизни батареи. Собрать же более сложное ЗУ порой бывает не под силу каждому.

Данная плата поможет сократить разрыв, между желанием и возможностью сделать свое ЗУ. Плата представляет собой полуфабрикат ЗУ автомобильной батареи. В данном полуфабрикате уже реализована самая сложная часть зарядного устройства, а именно микроконтроллероное управление процессом заряда. Сердце, платы это микроконтроллер Atmega88. Как известно сам микроконтроллер ничего не может делать, так как это программируемая микросхема. И чтобы устройство управляемое микроконтроллером начало работать, необходимо написать программу и залить ее в чип. Сделать это не так просто, нужен и опыт и знание в написании программ. Онако этот самый сложный этап, уже реализован в плате, остается только правильно собрать оставшуюся часть схемы. И вот тут автолюбитель уже может приложить сою руку, навыки и умение. Итак что же останется сделать после приобретения платы?

1. Подключить питание к плате (17-24B, не менее 8А).

2. Подключить силовой транзистор в согласии со схемой.

3. Подключить вентилятор на 12 вольт.

4. Придумать и собрать свой корпус для ЗУ из железа, дерева, картона, бумаги, это уже кто во что горазд.

5. Подключить батарею и порадоваться проделанному труду.

Вместо силового транзистора IRF540N подойдет любой другой N канальный транзистор, который выдерживает не менее 10А. Вообще можно поставить два силовых полевых транзистора подключив их параллельно. Это улучшит теплоотдачу. Если нету полевого транзистора, можно попробовать поставить какой нибудь биполярный npn структуры. Должно работать так же как и с полевым, хотя я сам не пробовал ставить.

Алгоритм работы зарядного устройства.

1. Подключаем батарею. Если ошиблись полярностью, то ничего страшного. Заряд просто не включится.
2. Выбираем ток заряда батареи, для этого вращаем энкодер по часовой стрелке. Ток выбирается делением емкости батареи на 10. Если емкость 70 А/ч, то максимальный ток заряда можем выбрать 7А. Заряд более эффективен, если ток заряда не слишком большой, хотя это и займет больше времени.
3. Плата автоматически зарядит батарею до 14.4 вольта, далее снизит ток заряда до 400мА и отключит батарею. На этом заряд будет закончен.

Смотрим график заряда.

Обсуждение схемы ЗУ

Для лучшего понимания разобъем схему на отдельные узлы и обсудим каждый из них. Питание самой платы осуществляется напряжением от 17 до 24 вольт. Чем выше напряжение питания, тем сильнее будет греться силовой транзистор. Стабилизация тока то линейная, поэтому и выделяемая тепловая мощность на транзисторе будет равна произведению тока заряда на напряжение которое высадится на транзисторе. Поэтому берем радиатор побольше и про наличие вентилятора не забываем. Питаем плату импульсным источником. Например таким

Если нет такого, то можно взять любой другой, хоть от ноутбука, главное чтоб напряжение было в диапазоне от 17 до 24 вольта. Конечно блок питания от ноутбука не потянет 8А заряда, максимум 3-4 А. Но в таком случае можно просто выставить ток не больше 3А, просто батарея будет заряжаться чуть дольше. Трансформаторный блок питания в данном случае не подойдет.

Это узел питания платы.

В узле питания имеем два стабилизатора напряжения на 12 и 5 вольт. 12 вольт питаем реле, вентилятор охлажденгия, операционные усилители. 5 вольт питаем микроконтроллер (МК) Atmega88 и дисплей LCD

Дисплей подключен по 4х битной шине, экономим выводы МК. Вентилятор подключен через npn транзистор BCP56-16 который выдержит даже мощный вентилятор с током потребления до 0.5 ампера. Чем мощнее вентилятор, тем сильнее будет греться стабилизатор напряжения на плате на 12 вольт. Это естественно, стабилизатор же линенйный. Если вентилятор будет мощный, то неплохо чтоб часть потока воздуха от него попадало и на саму плату, чтоб охлаждать и стабилизаторы. Как вариант можно подключить два вентилятора, один для силового транзистора, а второй направить на плату. Реле защиты так же подключено через транзистор к МК. Контакты реле подключают плюс батареи к питанию . Если батарея подключена не правильно, то реле не включится. Цепочка из диодов шоттки BAT54S и двух конденсаторов по 0.1 uF создают отрицательное напряжение -4 вольта относительно земли. Этим напряжением питаем операционные усилители (ОУ), они то у нас ведь не из серии RAIL to RAIL.

Узел измерение тока.

Ток измеряем через падение напряжения на шунте. Настоящие шунты выполнены из специального сплава, удельное сопротивление которго не меняется или почти не меняется от нагрева (а шунты греются сильно). Это необходимо чтоб изменение сопротивления шунта не вляло на точность измерения напряжения на нем. Но в нашем случае супер точность не нужна, плюс/минус пару сотен миллиампер не вопрос. Поэтому роль шунта играет дешовый как грязь цементный резистор 0.01 Ом. Резистор соединен с батареей последовательно. При токе 10А на резисторе будет падение напряжение по закону Ома 0.1 вольта. При 1А напряжение будет 0.01В. Такие маленькие величины измерять с помощью узла АЦП МК не получится. Значит надо крохотное значение на шунте как то усилить до адекватной величины. Здесь без ОУ не обойтись. Измеряем напряжения на шунте по схеме — неинвертированный усилитель. Соотношения резисторов подобраны таким образом, когда на шунте 0.1 вольт на выходе ОУ 5 вольт. Значит если ток заряда будет меняться от 0 до 10А, напряжение на выходе ОУ будет менятся от 0 до 5 вольт. Теперь другое дело, можно измерить данное напряжение , оцифровать его с помощью АЦП в МК и выводить его показания на дисплей LCD.

Напряжение на батарее измеряем так же с помощью ОУ но уже по дифференциальной схеме. Соотношение резисторов выбрано 1:6. Это значит когда на батарее будет 15 вольт на выходе ОУ будет 2.5 вольта. Точность резисторов в дифференциальной схеме должна быть не менее 1%.

Осталось обмозговать последний узел, это управление силовым транзистором. Им тоже управляет ОУ.

Работает это дело следующим образом. При вращении энкодера на выводе МК PB2 образуется ШИМ сигнал со скважностью от 0 до 100%.Проходя через интегрирующую цепочку и делиттель R44, R48, C34 он сглаживается и поступает на вход ОУ в виде опорного напряжения. С R48 и снимается это опорное напряжение. Величина этого опорного напряжения меняется в зависимости от вращения энкодера от 0 до 0.1 вольта. Одно из свойств ОУ это то, что ОУ напряжением на своем выходе пытается всегда сделать так, чтоб напряжение между его входами было равно 0. Если мы накрутили энкодером на входе (+) ОУ опорное напряжение равное к примеру 0.05 вольта, то ОУ начнет открывать транзистор, и будет открывать его до тех пор пока на шунте на будет падение напряжения тоже 0.05 вольт. Данное падение напряжения I=U/R=0.05/0.01=5А. 5А это и есть выставленный зарядный ток энкодером.

Вот вроде бы и все. Немного сжато и без сильных подробностей.