Для чего нужен контроллер заряда, виды контроллеров, подключение

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.

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.

Схема и печатные платы ЗУ

Схема управляющего блока

Схема источника питания

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.

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.

Защита от переразряда

Когда напряжение достигает критически малых значений, которые делают проблемным само функционирование устройства (обычно это диапазон в 2,3-2,5В), то выключается соответствующий MOSFET-транзистор, который отвечает за подачу тока мобильнику. Далее происходит переход в режим сна с минимальным потреблением. И тут имеется довольно интересный аспект работы. Так, пока напряжение ячейки аккумулятора не станет больше 2,9-3,1 В, мобильное устройство не получится включить для работы в обычно режиме. Наверное, такое вы могли замечать, что когда подключаешь телефон, он показывает, что идёт зарядка, но сам включаться и функционировать в обычном режиме не хочет.

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.

Критерии выбора контроллера

Контроллер процесса зарядки аккумуляторов для солнечных панелей является очень важным элементом системы энергоснабжения. Разнообразный ассортимент моделей может немного озадачить при выборе устройства.

Подобрать подходящую модель проще, если при покупке взять во внимание следующие критерии:

1. Показатель входного напряжения. Данное значение выбранного прибора должно быть выше примерно на 20% показателей напряжения батарей, которые генерируют преобразователи солнечного света в ток.
2. Значение общей мощности батарей. Оно не должно быть выше показателя тока на выходе.

Современные модели имеют ряд дополнительных функций, предназначенных для повышения безопасности при использовании регуляторов процесса зарядки. Устройства управления процессами зарядки-разрядки могут иметь защиту от воздействия погодных условий, излишней нагрузки, коротких замыканий, перегрева, а также от неправильного подключения (это касается несоблюдения полярности). Поэтому выбирать прибор следует не только в зависимости от описанных критериев, но и с учетом функций защиты, которые лучшим образом обеспечат безопасную эксплуатацию устройства.

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.

Что такое контроллер заряда аккумуляторов и для чего он нужен

Что такое контроллер заряда аккумуляторов и для чего он нужен

Зачем нужен контроллер заряда?

Контроллер заряда это устройство которое автоматически регулирует уровень тока и напряжения от источника (например солнечных батарей) для обеспечения заряда аккумуляторных батарей, таким образом предохраняя аккумуляторы от повреждений.

Можно ли обойтись без контроллера заряда?

Имея некоторый опыт работы с электроприборами, умея пользоваться вольтметром и амперметром, внимательно изучив инструкцию аккумулятора на предмет зарядных и разрядных характеристик безусловно можно обойтись без контроллера заряда.

Заряд аккумулятора определяется напряжением между клеммами. Ничего не мешает подсоединить источник (например солнечные батареи) напрямую к аккумулятору, при этом контролируя значения напряжения на клеммах и силу тока от источника (чтобы аккумулятор не был поврежден). Когда напряжение на клеммах будет соответствовать максимуму заряда нужно просто отключить источник. Это позволит зарядить аккумулятор на 60-70% от максимальной емкости. Для того чтобы зарядить его на 100%, аккумулятору необходимо стабилизироваться – некоторое время после достижения максимального напряжения продолжать заряжаться при этом напряжении.

При таком способе заряда АКБ велика вероятность снижения номинальной емкости (в связи с систематическим недозарядом) или выхода из строя из-за высокого тока или напряжения. Именно поэтому используются различные контроллеры заряда.

Какие бывают контроллеры заряда?

В основном разделяют три типа контроллеров заряда – on/off контроллер, PWM (ШИМ) контроллер и MPPT (ТММ) контроллеры. В чем же их особенности и чем они отличаются:

on/off контроллер заряда

данное устройство выполняет функцию отключения аккумуляторов от источника при достижении определенного напряжения. Такой тип контроллеров на сегодняшний день практически не используется. Это простейшая альтернатива ручному контролю заряда аккумуляторов о котором мы говорили ранее.

PWM (ШИМ) контроллер

Этот прибор является уже более продвинутым вариантом для заряда аккумуляторов, поскольку в автоматическом режиме контролирует уровень тока и напряжения, а также следит за наступлением максимума напряжения. После того как максимум напряжения достигнут, ШИМ контроллер удерживает его некоторое время для стабилизации аккумулятора и достижения его максимальной емкости. Как правило такие контроллеры стоят недорого и могут удовлетворить простым солнечным системам.

О том как подобрать такой контроллер вы можете прочитать тут –

MPPT (ТММ) контроллеры

Данный контроллер является наиболее современным решением для солнечных электростанций. Солнечные панели вырабатывают дают мощность при строго определенном значении тока и напряжении (кривой ВАХ – вольт-амперной характеристики) – этот режим называется Точкой Максимальной Мощности (ТММ). MPPT контроллер позволяет отслеживать эту точку и может наиболее эффективно использовать энергию солнечных батарей, что в свою очередь увеличивает скорость заряда аккумуляторов. Такие контроллеры могут на 30-40% эффективнее заряжать аккумуляторы (банк аккумуляторов) , поэтому для резервных и автономных солнечных электростанций наиболее выгодным становится использование именно таких контроллеров не смотря на их высокую стоимость относительно ШИМ контроллеров.

Какой контроллер заряда выбрать?

Выбирая контроллер для солнечной системы прежде всего нужно понять масштаб самой системы. Если вы собираете небольшую солнечную системудля обеспечения наиболее необходимых бытовых приборов электричеством (от 0.3 кВт до 2кВт) то вполне можно обойтись правильно подобранным ШИМ контроллером. Если же речь идет об автономной системе, резервной системе или, возможно, о системе совместимой с сетевым электричеством, то в данном случае не обойтись без хорошего MPPT контроллера.

Вы также можете позвонить нам по телефону 8-800-100-82-43 или +7-499-7097509 и мы будем рады помочь вам подобрать контроллер в соответствии с вашей потребностью!

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.

Разновидности контроллеров для солнечных батарей

Обеспечить максимальную эффективность СЭС, вынужденную использовать в роли источника энергии то сами панели, то АКБ – технологически сложная и недешевая задача. По этой причине выбор контроллера для системы совершается исходя из наиболее важных факторов. Таковыми являются потенциальная производительность СЭС, важность обеспечения максимальной эффективности и ожидаемая прибыль. В итоге приходится идти на компромисс, выбирая один из пяти возможных вариантов.

Мы предлагаем наиболее популярные и эффективные контроллеры для солнечных электростанций разных мощностей:

1. PWM (ШИМ).
   Широтно-импульсный контроллер солнечной панели типа PWM (Pulse-Width Modulation) способен надежно модулировать величину тока. Результатом становится возможность подзаряжать АКБ полностью, хотя и за довольно длительное время. Цена на данные модели для небольших частных электростанций вполне приемлемая.
2. МРРТ.
   Купить контроллер заряда для солнечных батарей типа MPPT (Maximum Power Point Tracking) рекомендуется владельцам станций достаточно большой мощности. В этом случае немалая стоимость такого регулятора быстро окупится, поскольку он на 30-35% эффективнее любого конкурента. Это достигается за счет работы сложного компьютерного алгоритма, в режиме реального времени, постоянно рассчитывающего и выдающего ток оптимальной силы и напряжения.

Принцип работы солнечного контроллера и стадии заряда аккумулятора:

• Накопление (Bulk) – зарядка максимальным током до достижения заданного значения напряжения стадии – поглощение, при этом АКБ заражается на 80%;
• Поглощение или абсорбция (Absorbtion) – это поглощающий заряд, при котором контроллер заряда поддерживает напряжение, уменьшая зарядный ток до полного заряда АКБ;
• Поддерживающий заряд или равновесие (Float) – уменьшение напряжение ниже значения стадии абсорбция, для предотвращения перегрева или газообразования;
• Уравновешивающий заряд или выравнивание (Equalize) – применяется только для АКБ с жидким электролитом, в процессе которого подается более высокое напряжение, на пластинах образовываются пузырьки воздуха, подымаясь в верх перемешивают электролит. Данный процесс сопровождается образованием водорода и кислорода, что повышает его взрывоопасность. Для безопасной работы данного устройства достаточно обеспечить вентиляцию и устранить все источники возгорания. Этот режим нельзя применять для герметизированных аккумуляторов.

Устройство планшета

Реальная практика ремонта электроники

Компьютером сейчас никого не удивишь, а уж планшетником тем более . Наверняка наши потомки будут считать, что планшетные ПК появились раньше ноутбуков и нетбуков. И это не удивительно, ведь за свою скромную историю планшетные ПК завоевали огромную популярность.

Для всех желающих предлагаю ознакомиться с электронной начинкой планшетного компьютера.

В моих руках оказался планшетник Ritmix RMD-825. Да, модель бюджетная, дешёвая, но состав планшетников, как правило, отличается лишь мощностью «комплектухи», принципиальной разницы в устройстве нет.

Что внутри планшета?

Планшетник Ritmix RMD-825 вскрывается легко, две части корпуса соединяются защёлками. Я вскрывал специальным вскрывателем, который часто используется при ремонте сотовых. Под крышкой обнаружил вот что.

• Дисплей (матрица, экран). В данном случае TFT. LCD-матрицы на тонкоплёночных транзисторах (Thin Film Transistor) весьма распространены и дёшевы. Модель матрицы – GL080001T0-50 V1.
• Литиевый аккумулятор Li-polymer на 3,7V ёмкостью 3000 mAh.

  Аккумулятор имеет встроенный контроллер заряда/разряда. Более подробно об его устройстве и алгоритме работы я уже рассказывал на страницах сайта.

Печатная плата требует отдельного рассмотрения.

Процессор

В центре печатной платы установлен одноядерный процессор – ALLWINNER TECH A13 (1ГГц). На фото слева 8-выводная микросхема в корпусе SO8 – это PCF8563T (8563T) – часы реального времени (RTC) со встроенным календарём. Рядом чип (CF227) в виде «сигары» – это кварцевый резонатор.

Также недалеко от процессора можно обнаружить микросхему задающего генератора на 24 МГц. Маленькая такая деталь, но весьма важная.

ПЗУ

В качестве ПЗУ используется NAND FLASH-память MT29F32G08CBACA (29F32G08CBACA) на 32Gb (32 гигабит) в корпусе 48-pin TSOP. Рядом на плате есть посадочное место под ещё одну такую же микросхему – видимо для других модификаций планшета. Производитель чипа – Micron.

Аналогичные чипы применяются в твёрдотельных накопителях (SSD-дисках) и USB-флэшках.

ОЗУ

«Оперативка» планшетника — это две микросхемы H5TQ2G83CFR DDR3 SDRAM-памяти по 2Gb (2 гигабит) каждая. В даташитах на микросхемы памяти всегда указывается память в битах, а не байтах! А если уж быть ещё точнее, то в данной микросхеме 2147483648 бит. Чуть больше, чем 2 миллиарда бит. Корпус H5TQ2G83CFR – BGA, то есть микросхемы запаяны пузом на плату через шарики припоя.

Wi-Fi модуль

За Wi-Fi отвечает USB-модуль беспроводной связи на базе чипа Realtek RTL8188CUS.

К схеме он подключается посредством 6 контактов. 2 из них – это общий провод (GND). Далее плюс питания +3,3V и два контакта – интерфейс USB (USB_DP и USB_DN). К контакту RF подключается антенна, которая выглядит как медная пластинка причудливой формы.

Что это такое

Контроллер заряда является одним из электронных устройств в схеме управления солнечных электрических станций.

Устройство осуществляет контроль за параметрами заряда аккумуляторной батареи и регулирует процесс его выполнения.

Устройство выполняет следующие функции:

• Отключает аккумуляторную батарею при достижении ею полного заряда;
• Отключает потребителей при снижении заряда до минимальных значений;
• Осуществляет повторное подключение потребителей в случае восстановления заряда;
• Контролирует ход процесса зарядки;
• Подключает, в автоматическом режиме, источники энергии для выполнения заряда накопителями энергии.

Использование контроллеров позволяет продлить срок службы аккумуляторных батарей и автоматизировать работу электрических станций.

Для автоматической и безопасной работы аппараты оснащены различными режимами, при которых способны работать в соответствии с заданными параметрами, а также оснащены средствами и элементами защиты.

К таким элементам относятся:

1. От неправильной полярности на источнике тока и на нагрузке;
2. От коротких замыканий на входящих и исходящих линиях;
3. От различных видов перегрева и высоких напряжений.