Контроллер заряда аккумуляторов инвертором

Контроллер заряда АКБ – что это и для чего он нужен?

Контроллер заряда аккумулятора — это плата, которая защищает элемент питания от скачков напряжения, перезарядки или “глубокой разрядки”. Расскажем об особенностях таких устройств, их видах и способах подключения.

Что такое контроллер заряда аккумулятора

Контроллер заряда работает по разным принципам, что завит от типа батареи, к которой он подключен. В мобильных телефонах, смартфонах, планшетах, ноутбуках используют BMS-плату (микросхему) с распаянными электронными элементами на литий-ионном аккумуляторе. Если исключить плату защиты из цепи, то АКБ быстрее выйдет из строя или взорвется из-за нарушений правил эксплуатации.

В ветрогенераторах используют электронные блоки. Внешние контроллеры подключают к солнечным батареям. Последние выбирают исходя от типа аккумуляторов для накопления электрической энергии. Последние, зачастую представлены в свинцово-кислотном исполнении.

Функции

Контролеры созданы для:

1. Наблюдения за процессом зарядки. При восстановлении емкости от 0 до 10% работает предварительное накопление емкости. От 10 до 70-80% происходит увеличение скорости наполнения постоянным током. Дозарядка проходит медленнее, из-за увеличившегося сопротивления в цепи.
2. Регулировки просадок. Защищает электрическую цепь от короткого замыкания, просадок напряжения.
3. Блокировки перезаряда. У каждой батареи есть лимит максимального напряжения (у Li-Ion он составляет около 4,2 В). Достигнув указанной цифры, питание автоматически отключается, препятствуя вздутию и взрыву АКБ.
4. Защиты от глубокой разрядки. Если напряжение аккумулятора падает ниже критического значения (3 В в Li-Ion), происходит потеря номинальной емкости, уменьшается время автономной работы.
5. Балансировки. Следит за равномерной зарядкой всех звеньев электросхемы, увеличивая срок службы элемента питания.
6. Наблюдения за температурой. При перегреве или переохлаждении срабатывает терморезистор, который отключает питание, поданное на батарею.

Все параметры задают микросхеме или контролеру на этапе производства.

Виды контроллеров

Принцип зарядки батареи зависит от установленного оборудования. Нижеперечисленные контроллеры используют для солнечных батарей, аналогичные устройства применяют и в других сферах восполняемого электричества.

Приборы On/Off

Устройство начального сегмента, которое отключает подачу питания после достижения аккумулятором максимального напряжения. Это защищает батарею от перегрева, перезарядки.

Срабатывает “защита”, когда восстановлено 70-85% емкости — пик напряжения. Далее, ток должен уменьшиться и зарядить АКБ до 100% за 1-3 часа, но этого не происходит из-за особенностей прибора. Как итог, постоянная недозарядка уменьшает срок эксплуатации и емкость аккумулятора.

Контроллер носит второе название ШИМ и работает по принципу широтно-импульсной модуляции тока. По аналогии с печатной платой в смартфонах, где установлены литейно-ионные источники питания, устройство понижает входящее напряжение по достижению его пика и доводит зарядку до 100%.
Стоит устройство выше предыдущего варианта, но позволяет сохранить “резервуары для энергии”.

В прибор заложены алгоритмы для замеров тока и напряжения системы энергоснабжения и определения оптимального соотношения параметров для стабильной работы подключенной станции.
Согласно статистике, MPPT на 35% продуктивнее распределяют энергию, полученную с внешнего источника питания, нежели PWM-варианты. Учитывая стоимость девайса, его принято использовать для автоматизации “солнечных ферм”. Из-за сниженной стоимости, в частных домах практичнее использовать ШИМ.

Гибридные устройства

Такие контроллеры совмещают особенности PWM и MPPT. Их используют для распределения энергии, полученной с ветрогенераторов, которые совмещают с солнечными панелями. Главным отличием от обычных моделей являются вольтамперные параметры.

Способы подключения

Подключение завит от типа устройства.

Специально для пользователей, рядом с клеммами есть обозначения, что к ним подключать. Необходимо учесть строгую последовательность:
1. Подключите аккумулятор.
2. Включите предохранитель на плате, рядом с «+».
3. Вставьте контакты солнечных батарей.
4. Подсоедините контрольную лампу с напряжением 12 или 24 В.

Подключение заметно отличается от ШИМ:

1. Солнечную панель подключают к инвертору.
2. От него плюс заводят в прибор. На минусовой кабель ставят предохранитель.
3. Ко второму плюсу и минусу подключают АКБ с использованием предохранителей.
4. Инвертор и контроллер подключают к заземлению.

Последовательность и тип подключения будет незначительно отличаться:

1. Переведите клеммы в неактивное положение.
2. Достаньте предохранители.
3. Подсоедините батареи.
4. Подключите солнечные батареи.
5. Позаботьтесь о заземлении.
6. Добавьте в цепь датчик температуры.
7. Верните предохранители, активируйте клеммы.

Советы специалистов

Выбор контроллера зависит от сценария использования, напряжения батарей и химического состава АКБ. При ограниченном бюджете делают ставку на PWM. Для поддержания солнечной фермы используют MPPT.
Контроллером заряда аккумулятора снабжают любые источника питания, защищая их от перегрева, перезаряда, недозаряда и потери емкости. Приборы бывают интегрированными или внешними. Последние используют при получении энергии от солнечных панелей или ветряных установок, дополнительно задействуя инвертор.

Источник

Как выбрать или сделать самому контроллер заряда автоаккумулятора?

Аккумулятор вместе с генератором являются устройствами, обеспечивающими автомобиль электропитанием. От степени зарядки батареи зависит успешный старт машины и работа приборов, входящих в электрическую сеть при выключенном двигателе. Поэтому важно следить за ее зарядкой. Для контроля зарядки предназначен контроллер заряда автомобильной АКБ. В статье описывается принцип действия устройства, дается инструкция по изготовлению своими руками.

Если не контролировать зарядку, то недозаряд аккумулятора грозит тем, что в один прекрасный момент может не завестись двигатель, особенно в зимний период. Проверить напряжение на клеммах устройства можно с помощью мультиметра. Если говорит контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи на приборной панели, это говорит о том, что у батареи низкая зарядка. Но горение лампочки малоинформативно.

Что такое контролер заряда аккумулятора и какие функции он выполняет?

Контроллер заряда аккумулятора — это специальное устройство, которое автоматически регулирует уровень тока и напряжения в устройстве. Заряд аккумулятора определяется разницей напряжения между двумя клеммами. Таким образом, контроллер предохраняет аккумулятор от избыточного перенапряжения и соответственно повреждения.
Однако, если рассуждать логически, многие приборы могут с легкостью обойтись без контроллера. Если подсоединить устройство напрямую к источнику напряжения, при этом контролируя силу тока и значение напряжения, можно избежать повреждений. Хотя в этом случае заряд устройства будет ниже — 70% от общей емкости аккумулирующего устройства. Таким образом, можно сделать вывод, что контроллер заряда позволяет зарядить устройство на 100%.

Если говорить о том, какие задачи выполняет контроллер, можно сказать:

• Модуль защиты аккумулятора оптимизирует всю систему питания, что позволяет устройству сохранить свои внутренние ресурсы.
• Кроме этого, контроллер позволяет избежать перегрузки системы, что может привести к поломкам основных механизмов.

Параметры выбора

Критериев выбора всего два:

1. Первый и очень важный момент – это входящее напряжение. Максимум данного показателя должен быть выше примерно на 20% от напряжения холостого хода солнечной батареи.
2. Вторым критерием является номинальный ток. Если выбирается типаж PWN, то его номинальный ток должен быть выше, чем ток короткого замыкания у батареи примерно на 10%. Если выбирается МРРТ, то его основная характеристика – это мощность. Этот параметр должен быть больше, чем напряжение всей системы, умноженной на номинальный ток системы. Для расчетов берется напряжение при разряженных аккумуляторах.

Что такое контроллер и какие разновидности этого устройства существуют?

Стандартных схем контроллеров не существует, однако все они имеют схожие черты. Как правило, большинство из них включают в себя два подстроечных резистора, который контролируют максимумы и минимумы напряжения. Кроме этого, в каждом контроллере есть обмотка реле, которое контролирует диапазон границ. Таким образом, если в аккумуляторе установлена максимальная граница в 15 В, устройство не сможет генерировать энергию выше этого предела.

В зависимости от строения контроллеры могут быть:

• простой контроллер или универсальный;
• гибридный контроллер.

Среди устройств, позволяющих контролировать данные параметры, различают:

• контроллеры типа ВКЛ/ВЫКЛ;
• Pulse width modulation (PWM) контроллер, или широтно-импульсный модулятор;
• Maximum power point tracking (MPPT) контроллер или контроллер, который следит за направлением солнечных лучей.

Контроллеры типа ВКЛ/ВЫКЛ

Этот модуль выполняет функцию выключения аккумуляторов от источника при предельных нагрузках. На сегодняшний день, эти контроллеры используются довольно редко и считаются одним из самых примитивных. Принцип действия контроллера построен на постоянном контроле определенных значений генератора и плеча аккумулирующего устройства. Включение контроллера происходит тогда, когда напряжение на батарее будет ниже номинала, либо будет находиться в пределах параметров напряжения. Выключение устройства происходит в том случае, если напряжение превышает лимит нагрузки, которую может выдержать контроллер. Такие контроллеры широко используются в системах с прогнозируемой нагрузкой, к примеру, в системах аварийного освещения и сигнализации (контроллер заряда-разряда hcx-2366).

Функции

Контролеры созданы для:

1. Наблюдения за процессом зарядки. При восстановлении емкости от 0 до 10% работает предварительное накопление емкости. От 10 до 70-80% происходит увеличение скорости наполнения постоянным током. Дозарядка проходит медленнее, из-за увеличившегося сопротивления в цепи.
2. Регулировки просадок. Защищает электрическую цепь от короткого замыкания, просадок напряжения.
3. Блокировки перезаряда. У каждой батареи есть лимит максимального напряжения (у Li-Ion он составляет около 4,2 В). Достигнув указанной цифры, питание автоматически отключается, препятствуя вздутию и взрыву АКБ.
4. Защиты от глубокой разрядки. Если напряжение аккумулятора падает ниже критического значения (3 В в Li-Ion), происходит потеря номинальной емкости, уменьшается время автономной работы.
5. Балансировки. Следит за равномерной зарядкой всех звеньев электросхемы, увеличивая срок службы элемента питания.
6. Наблюдения за температурой. При перегреве или переохлаждении срабатывает терморезистор, который отключает питание, поданное на батарею.

Все параметры задают микросхеме или контролеру на этапе производства.

PWM контроллер

Микросхемы управления типа PWM являются самыми современными и многофункциональными с технической точки зрения. Такие устройства позволяют в автоматическом режиме отслеживать значения напряжения и силы тока. После того, как достигается максимально возможное значение, контроллер фиксирует его на плате для стабилизации аккумулирующего устройства. Благодаря этому, достигается максимальная емкость аккумулятора. Данный тип контроллеров имеет и другое название, которое встречается чаще — это ШИМ-контроллеры. Если расшифровать сокращенную аббревиатуру, то получится такое понятие как широтно-импульсный модулятор. Чаще всего такие устройства встречаются в теле- и радиотехнике. Кроме этого, их можно найти в некоторых бытовых приборах и импульсных блоках питания.

Принцип действия PWM контроллера

Напряжение от стандартной солнечной панели переходит по двум проводникам к стабилизирующему элементу. За счет этого, происходит выравнивание потенциалов входного напряжения. После этого напряжение поступает в транзисторы, которые стабилизируют входящие напряжение и ток. Вся система управляется за счет драйвера. Схема устройства включает в себя датчик температуры и драйвер. Данные устройства контролируются силовыми транзисторами, количество которых зависит от мощности устройства. Датчик температуры отвечает за состояние нагрева элементов контроллера. Обычно он находится на радиаторах силовых транзисторов, либо внутри корпуса. От этого его функциональность не меняется. Если температура превышает заданные границы, устройство автоматически отключается.

Способы подключения

Подключение завит от типа устройства.

Специально для пользователей, рядом с клеммами есть обозначения, что к ним подключать. Необходимо учесть строгую последовательность: 1. Подключите аккумулятор. 2. Включите предохранитель на плате, рядом с «+». 3. Вставьте контакты солнечных батарей. 4. Подсоедините контрольную лампу с напряжением 12 или 24 В.

Важно производить подключение в строгой последовательности, учитывая маркировки, нанесенные на клеммы и полярность проводов.

Подключение заметно отличается от ШИМ:

1. Солнечную панель подключают к инвертору.
2. От него плюс заводят в прибор. На минусовой кабель ставят предохранитель.
3. Ко второму плюсу и минусу подключают АКБ с использованием предохранителей.
4. Инвертор и контроллер подключают к заземлению.

Последовательность и тип подключения будет незначительно отличаться:

1. Переведите клеммы в неактивное положение.
2. Достаньте предохранители.
3. Подсоедините батареи.
4. Подключите солнечные батареи.
5. Позаботьтесь о заземлении.
6. Добавьте в цепь датчик температуры.
7. Верните предохранители, активируйте клеммы.

Широтно-импульсный модулятор

MPPT контроллер — это модуль контроля электричества, который используется для генерации энергии на солнечных электростанциях. Микросхема устройства работает с максимальными значениями КПД и дает высокие показатели на выходе. Микросхема, в которую входит контроллер данного типа, достаточно сложная и включает в себя ряд устройств, которые выстраивают необходимый порядок контроля. Эта последовательность позволяет контролировать уровни напряжения и тока постоянно, при этом выдавая максимум мощности устройства на выходе. Главным отличием в конфигурации широтно-импульсного модулятора от PWM устройств считается то, что они способны активизировать свой солнечный модуль под погодные условия. Таким образом, мощность при любой погоде будет максимальная, независимо от продолжительности нахождения на солнце.

Изготовление платы

Для работы потребуется:

• Стеклотекстолит фольгированный;
• Наждачная бумага (очень мелкозернистая и нулёвка);
• Растворитель для обезжиривания;
• Глянцевая бумага для лазерного принтера (1 лист);
• Утюг;
• Лимонная кислота;
• Перекись водорода;
• Соль пищевая;

Для платы понадобится кусок текстолита размером 4Х6 сантиметра. Обрезать её в нужный размер лучше ножовкой по металлу. Потому что при работе ножницами текстолит может расслоиться и появятся грубые заусенцы.

Обязательно обрабатываем кромку мелкой наждачной шкуркой. Чтобы снять слой оксидной плёнки, очень аккуратно обрабатываем поверхность нулёвкой.

Последний подготовительный этап – обезжиривание. Но это перед тем как приложить распечатанную схему.

Как грамотно выбрать контроллер заряда аккумулятора?

Для того, чтобы выбрать нужный контроллер, необходимо определиться с функцией, которую будет нести данное устройство и с масштабом всей установки. Если предполагается сборка небольшой солнечной системы, которая будет контролировать бытовые приборы с мощностью не более двух киловатт, то достаточно установки PWM контроллера. Если же речь идет о более мощной системе, которая будет контролировать сетевое электричество и работать в автономном режиме, тогда необходима установка MTTP контроллера. Все зависит от напряжения которое поступает на контроллер аккумулирующего устройства. PWM-контроллера способны выдержать показатели до 5 кВт, в свою очередь MTTP-модули выдерживают до 50 кВт.

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.

Как работают электронные модули солнечной батареи?

Микроконтроллеры, или электронные модули, которые являются неотъемлемым элементом солнечной батареи, предназначены для ряда функций, позволяющих сохранять энергию солнечной панели. Генерация энергии солнечной батареей обусловлена падением на ее поверхность солнечных лучей. Благодаря фотоэлементам, солнечных свет генерирует электрический ток. Полученная энергия попадает на контроллер заряда аккумулятора, который отслеживает потребление энергии. Данное устройство регулирует и устанавливает предельное значение силы тока и пропускает ее в аккумулятор-накопитель. Чисто теоретически, без контроллера заряда можно было бы обойтись. Таким образом, вся полученная энергия напрямую бы попадала в аккумулятор. однако, при этом возникал бы риск постоянных перегрузок системы, которые бы в скором времени выводили устройство из строя. Самым ярким примером такого устройства является литий-ионный аккумулятор, который устанавливается в телефонах, планшетах, зарядных устройствах для ноутбуков и других современных гаджетах.

Как сделать своими руками

Если нет возможности приобрести уже готовый продукт, то его можно создать своими руками. Но если разобраться в том, как работает контроллер заряда солнечной батареи довольно просто, то вот создать его будет уже сложнее. При создании стоит понимать, что такой прибор будет хуже аналога, произведенного на заводе.

Это простейшая схема контроллера солнечной батареи, которую создать будет проще всего. Приведенный пример пригоден для создания контроллера для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора с напряжением в 12 В и подключением маломощной солнечной батареей.

Если заменить номинальные показатели на некоторых ключевых элементах, то можно применять эту схему и для более мощных систем с аккумуляторами. Суть работы такого самодельного контроллера будет заключаться в том, что при напряжении ниже, чем 11 В нагрузка будет выключена, а при 12,5 В будет подана на аккумулятор.

Стоит сказать о том, что в простой схеме используется полевой транзистор, вместо защитного диода. Однако если есть некоторые знания в электрических схемах, можно создать контроллер более продвинутый.

Данная схема считается продвинутой, так как ее создание намного сложнее. Но контроллер с таким устройством вполне способен на стабильную работу не только с подключением к солнечной батарее, а еще и к ветрогенератору.

Источник