Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zabezpieczenie akumulatora przy ładowaniu i rozładowaniu

_jta_ 21 Kwi 2004 18:13 36790 11
  • #1 21 Kwi 2004 18:13
    _jta_
    Specjalista elektronik

    (jeśli chcesz to zastosować przeczytaj najpierw uważnie do końca)

    Ostatnio jest dostępnych sporo latarek z akumulatorem. Niestety, zwykle mają one
    poważną wadę - jeśli się właczy taką latarkę i zapomni, to akumulator rozładowuje
    się całkowicie, co zwykle powoduje jego zniszczenie (odporne są na to akumulatory
    zasadowe, zwłaszcze jeśli mają tylko jedno ogniwo - akumulator zasadowy zawierający
    trzy ogniwa ulega zniszczeniu, jeśli jedno się rozładuje szybciej, niż dwa pozostałe,
    i te dwa wytworzą na nim napięcie około 2V w przeciwną stronę niż normalnie).

    Żeby uchronić akumulator przed zniszczeniem, należałoby wyłączać go, kiedy napięcie
    na nim spadnie poniżej pewnego minimalnego. Alternatywą może być automatyczne
    wyłączanie latarki po kilku minutach - ma to taką zaletę, że użytkownik może ją znowu
    włączyć i nadal używać, zamiast konieczności ładowania.

    Jednym z problemów jest to, że dowolny układ pobiera prąd, a chodzi o to, by nie
    zożywać go niepotrzebnie, zwłaszcza jeśli jest to akumulator o małej pojemności -
    a niestety takie akumulatory są stosowane w latarkach (ze względu na ciężar i cenę).

    Proponowałem już układ zabezpieczający z użyciem TL431 - ale wymaga to poboru
    prądu około 1.5mA, co w przypadku akumulatora 600mAh rozładuje go w 2 tygodnie.

    Z tego powodu wymyśliłem układ, który ma szansę działać jako precyzyjny wzorzec
    napięcia, a jednocześnie może pobierać niewiele prądu (nawet około 1uA). Teoria
    w załączniku. Prosiłbym o sprawdzenie założeń, i/lub spróbowanie, jak to działa.

    Jeszcze jedna możliwość, to zastosowanie zamiast TL431 LM4041-ADJ, który działa
    poprawnie przy poborze prądu 60uA - to daje szansę zużycia poniżej 100uA. Działa
    niemal identycznie jak TL431, różni się niższym napięciem wzorcowym (1.225V),
    I odwrotną polaryzacją - napięcie wzorcowe jest względem dodatniego, można go
    interpretować jak tranzystor PNP o skompensowanym temperaturowo napięciu
    emiter-baza 1.225V i bardzo dużym wzmocnieniu (TL431 to "tranzystor NPN", 2.5V);
    no i różni się ceną - jest ze 3 razy droższy od TL431.

    Jeszcze odrębna sprawa, to zabezpieczenie akumulatora w latarce przed nadmiernym
    naładowaniem - to jest o tyle prostsze, że prąd ładowania jest niewielki, strata 1mA
    nie przeszkadza - można użyć TL431 jako precyzyjną diodę Zenera, która wchłonie prąd
    ładowania gdy akumulator będzie już dość naładowany, można też do niego podłączyć
    LED-a, żeby pokazywał, że ładowanie jest już zakończone.

    Pewnym problemem jest moment włączania do sieci układu z kondensatorem - np.
    w latarce, która ma układ ładujący akumulator prądem 60mA jest kondensator 1uF,
    czyli może wydzielić się energia 50mJ; w chińskich latarkach nie ma nawet opornika
    ograniczającego prąd, więc iskrzą przy włączaniu, i wstawienie opornika MŁT nie rozwiąże
    sprawy - energia, która się w nim wydzieli, wystarczy by wyparowała w nim metalizacja.
    Z tego powodu trzeba użyć opornika drutowego - np. 15cm konstantanu 0.07.

    To nie rozwiązuje problemu do końca - na elektronice przy włączaniu powstaną przepięcia,
    i mogą ją uszkodzić; z tego powodu niezbędne jest użycie transila za tym opornikiem,
    i dalej jeszcze jednego opornika (ten już nie dostanie takiego impulsu, bo wytłumi go
    transil). A i tak dalej, za diodą, powinien być akumulator, inaczej nawet za transilem
    pojawi się impuls o kilka wolt wyższy od normalnego napięcia.

    I uwaga: przez układ ograniczający rozładowanie nie powinien płynąć prąd przy ładowaniu
    - albo trzeba zastosować MOSFET-a o większej mocy, żeby wytrzymał kilkanaście amper
    (czy ile ich będzie, to zależy od opornika) w impulsie przy włączaniu. A drugiej strony, jeśli
    akumulator został wyłączony z powodu rozładowania, to właśnie ładowanie ma go włączyć...

    Na schematach kolejno: układ ograniczający rozładowanie z N-MOSFET-em, układem
    TL431 i dodatkowym inverterem CMOS; układ P-MOSFET-em - bez inwertera (można
    analogiczne zrobić z LN4041-ADJ, tylko trzeba odwrócić polaryzację); dwie wersje
    układu zastępującego TL431, ale z możliwością pracy z minimalnymi prądami, druga
    z wyjściem kaskodowym specjalnie do sterowania P-MOSFET-a (chodzi o to, żeby
    nie trzeba było między bramką a źródłem dawać zbyt małego opornika, przez który
    musiałby stale płynąć prąd i dodatkowo rożladowywać akumulator).

    Wysyłam to na forum, i liczę, że ktoś dalej rozwinie ten pomysł.
    _jta_

    0 11
  • #2 22 Kwi 2004 10:53
    Tremolo
    Poziom 43  

    Hmm, stoję za układem czasowym na NE 555, albo na jakimś nowocześniejszym układzie żarówki sterowanej tyrystorem . Problem tylko zwiększonego poboru mocy tej latarki ( że układ będzie zabierał żarówce siłę, potrzebną do świecenia - no i sprawność spadnie, zasilanie dodatkowego ustrojstwa, tyrystora) . Jedyne, co idzie z problemem mierzenia napięcia w latarce i porównywania go, są przeróżne charakterystyki ogniw... technologia chemicznych źródeł prądu jest już na dzisiejsze czasy bardzo rozbudowana. Automat musiałby mieć układ pamięciowy albo mikroprocesorowy, porównujący funkcje napięcia do prądu dla danego akumulatora, albo jeszcze lepiej żeby rozpoznawał, co to za źródło (straszne)... myślę o timerze - po prostu zmierzyć, kiedy akumulator się rozładuje do niebezpiecznego poziomu, spisać i do generatora wstawić elementy dla danej stałej czasowej. Najlepiej jakby był układ, który by siłowniczkiem na amen wyłączał zasilanie. Akumulatory byłyby odłączane od wszystkiego. Problem w tym, że tak latarka zacznie przypominać bardziej wyrzutnię ciężkich jonów przez dużą ilość elementów...

    0
  • #3 23 Kwi 2004 22:48
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Tyrystor daje nieakceptowalny spadek napięcia - rzędu 1V; NE555 wymaga dużego
    kondensatora, jeśli chcę uzyskać czasy rzędu minut (a takie są potrzebne, jeśli chcę
    wyłączania czasowego, a nie chcę tym utrudniać życia użytkownikowi), i pewnie ten
    kondensator okaże się większy od małego akumulatorka - a ja chcę miniaturyzacji.

    Jako element wykonawczy nadaje się tylko MOSFET - są w miarę tanie MOSFET-y
    o opornościach rzędu 0.1-0.2 oma (a do dużej mocy odrobinę droższe 4-5 miliomów);
    dodatkowo MOSFET sam z siebie potrzebuje mocy rzędu pikowatów do sterowania.

    A jeśli ma być układ opóźniający wyłączenie z kondensatorem, to trzeba specjalnie
    coś do tego wymyśleć - kiedyś już zrobiłem stabilny generator, który dawał impuls
    co minutę, z kondensatorem 10uF (MKSE), ale tu chciałoby się mieć parędziesiąt
    razy mniejszy wymiary i kilka razy dłuższy czas... chyba bez licznika będzie trudno.
    A z licznikiem... powiedzmy 16-bitowym, i wyłączaniu po 5 minutach, potrzeba 200Hz.
    Tylko raczej na czymś CMOS-owym, nawet nie tak stabilnym jak NE555, ważniejsza
    jest oszczędność energii niż precyzja odmierzania czasu. Już raczej przydałoby się,
    gdyby czasy włączenia były tym krótsze, im mniej naładowany akumulator, ale to nie
    jest łatwe, bo chyba trzeba by to robić na prostym generatorze RC, a największe R
    o rozsądnych wymiarach i łatwo dostępne to około 5M; 10M widziałem tylko duże,
    a gdyby nawet takiego użyć, to i tak wychodzi C rzędu 50uF.

    0
  • #4 16 Sty 2005 19:23
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Zastanawiam się, jak najprościej zrobić układ do ładowania akumulatora,
    który spełniłby takie funkcje: nie pozwoliłby na nadmierne naładowanie -
    przez proste ograniczenie napięcia, sensowne może być, żeby miało histerezę;
    byłby odporny na odwrotne podłączenie akumulatora - to znaczy ani nie uległ
    uszkodzeniu, ani nie przebiegunował akumulatora przy takim podłączeniu; oraz
    by był odporny na zwarcie (zakładając, że zasilacz nie musi być odporny).

    Chciałbym jeszcze, żeby układ dał się zastosować zarówno do akumulatorów
    12V, jak i do niskonapięciowych - np. 2.4V, a nawet 1.2V. Coś wymyśliłem,
    i przedstawiam do dyskusji. Tranzystor T2 ma przewodzić podczas ładowania.
    Tranzystor T1 ma go odciąć, jeśli napięcie akumulatora będzie za niskie,
    lub w razie zwarcia, a przy odwrotnym podłączeniu nawet gdy zasilacz nie
    jest włączony. Układ scalony z opornikami T3, T4 reguluje napięcie - ma
    odciąć tranzystor T2 jeśli napięcie akumulatora przekroczy ustaloną wartość.
    Nie ma w tym ograniczenia prądu - zawsze można dać jakiś opornik w szereg.
    Układ U1 to może być TL431 - wtedy minimalne napięcie będzie ponad 2.5V,
    więc nie do pojedyńczego akumulatora NiCd, NiMH, czy nawet kwasowego.
    ------------------------------------------------------------------------
    Oto moje wyniki poszukiwań na elektrodzie układu do ładowania akumulatora,
    który przeżywałby odwrotne podłączenie akumulatora do tego układu. A przy
    okazji zanotowałem parę miejsc, gdzie jest coś o odsiarczaniu akumulatora.

    URL: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=350251#350251
    Temat: zaradzić głupocie - bezpiecznik automatyczny...
    Załącznik: https://www.elektroda.pl/rtvforum/download.php?id=20496
    zawiera schemat narysowany ręcznie na kartce, w postaci JPEG)
    Problem: odwrotne podłączenie akumulatora do prostownika, zwłaszcza z mostkiem
    Graetza, zwykle powoduje spalenie mostka - bo dla prądu z akumulatora diody są
    w kierunku przewodzenia, i płynie przez nie cały prąd, jaki da akumulator.
    I ten układ wcale przed tym nie zabezpiecza - wyłącza tylko zasilanie z sieci.

    URL: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=505244#505244
    Temat: Ładowarka akumulatora z zasilacza ATX
    Link do: http://gayos.w.interia.pl/ladowarka.html
    Opis przeróbki zasilacza ATX na ładowarkę do akumulatorów - autor twierdzi,
    że z zabezpieczeniem przed odwrotnym podłączeniem akumulatora, mam wrażenie,
    że to zabezpieczenie przez dodanie diody i bezpiecznika może najwyżej dać




    tyle, że w razie czego spali się bezpiecznik - zabezpieczenia elektronicznego
    nie da się tak zrobić - a może bezpiecznik ma być polimerowy? w każdym razie
    nie mogę w tym znaleźć informacji co i jak podłączyć dla zabezpieczenia.

    URL: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=295346#295346
    Temat: Prostowniki do ładowania akumulatorów samochodowych
    1. Link do: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic21461.html
    Temat: Prostownik do ładowania akumulatorów(auto)
    Załącznik: RAR, w srodku schemat i płytka jako PDF, opis jako DOC;
    Odporny na odwrotne podłączenie dzięki użyciu tyrystora, który musi być
    wyzwolony, żeby przewodził, i układu, który go wyzwala, zasilanego przez
    diodę - przy odwrotnym podłączeniu nie będzie zasilania układu, więc
    tyrystor się nie włączy, i nic się nie stanie. Ustawianie potencjometrem
    PR2 napięcia wyłączania ładowania, a PR1 szerokości histerezy napięcia
    (czyli o ile ma spaść napięcie, żeby prostownik znowu sie włączył).
    Sygnalizacja ładowania. Napięcia progowe trochę zależą od temperatury
    - nie ma informacji czy zależność ta jest odpowiednia dla akumulatora.
    2. Link do: http://www.qrp4u.de/docs/en/powersupply
    Opis jak przerobić zasilacz z PC, żeby wykorzystać go do ładowania
    akumulatora 12V (ma dawać 13.8V do ładowania); wygląda na to, że nad tym
    trzeba by się sporo napracować; nie wygląda na to, żeby ten układ miał
    zabezpieczenie przed spaleniem diód przy odwrotnym podłączeniu akumulatora.
    3. Propozycje użycia układu PB137 lub UC3906, do UC3906 opis, nie wygląda
    na to, żeby normalny schemat aplikacyjny UC3906 miał zabezpieczenie.
    4. URL: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=452453#452453
    Załącznik: RAR, duży, brak informacji czy jest zabezpieczenie.
    5. https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=469147#469147
    Informacja o "ożywieniu" padniętych akumulatorów.
    6. Link do: http://ep.pnet.ws/archiwum/1998/05/19_22.pdf - no permission
    7. https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=490962#490962
    Schemat z Praktycznego Elektronika 9/98 (ponoć skomplikowany)
    8. https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=492318#492318
    Dwa projekty, brak informacji czy jest zabezpieczenie; pierwszy jest
    z Praktycznego Elektronika, i spali się po odwrotnym podłączeniu
    akumulatora, drugiego nie mam czym przeczytać.
    9. https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=492483#492483
    Prostownik z RE 9 '97 z odsiarczaniem, raczej też nieodporny.
    10. https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=1047524#1047524
    Z ksiazki "Tyrystory i ich zastosowania" - duże...
    11. https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=1059986#1059986
    Ten układ spali się po odwrotnym podłączeniu akumulatora.

    0
  • #5 08 Kwi 2005 18:49
    RSP
    Poziom 27  

    Sorki zasugerowałem się ładowaniem akumulatora i nie czytałem dokładnie poprzednich postów.

    A ja stosuje taki prosty układ. Dla akumulatora 6V i zenerki 7,5V spadek prądu ładowania następuje mniej więcej przy napięciu akumulatora około 7V natomiast przy napięciu 7,3V na akumulatorze prąd spada do 0,1 wartości znamionowej prądu ładowania. Opornikiem na bramce tyrystora można to napięcie korygować.


    Może układzik na trzech mosfetach dzięki nim można zastosować rezystory rzędu megaomów i zejść z prądem pobieranym przez zabezpieczenie poniżej prądu samorozładowania akumulatora.

    0
  • #6 05 Paź 2005 14:07
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Chciałbym przedstawić pomysł na bardzo prostą ładowarkę do NiCd i NiMH.

    Jakąś wersję tego pomysłu wykonywała firma LEMA - akumulatorki połączone szeregowo,
    do każdego równolegle podłączony układ 2 diód 1N4001 połączonych szeregowo; jest to
    zasilane z prostownika dającego ograniczony prąd około 50-80mA.
    Taki układ ogranicza napięcie ładowania do około 1.46V, co daje w miarę bezpieczne ładowanie.

    Wadą tego układu jest rozładowywanie akumulatorków kiedy nie ma zasilania - te diody trochę
    przewodzą przy napięciu, jakie ma naładowany akumulatorek. Ulepszony układ bez tej wady
    podałem w https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=694599#694599
    - na jeden akumulatorek przypadają aż 4 diody, ale dzięki temu nie może się on rozładowywać.

    Wadą takiego układu, podobnie jak pierwszego, jest to, że prąd stopniowo maleje w miarę, jak rośnie
    napięcie na akumulatorku - powoduje to bardzo długie kończenie ładowania.

    Kilka dni temu przyszedł mi do głowy taki pomysł: przecież te diody się nagrzewają, i przez to spada
    ich napięcie przewodzenia - układ dwóch diód połączonych równolegle jest niestabilny termicznie
    gdy prąd jest wystarczająco duży, jak któraś się bardziej nagrzeje, to płynie przez nią większy prąd,
    więc bardziej się grzeje, i w rezultacie prawie cały prąd płynie przez jedną diodę - wykorzystać to.

    Tyle, że nagrzać diodę 1-amperową prądem 50mA jest dość trudno - ogrzeje się o kilka stopni, i jest
    to za mało, by uzyskać opisaną niestabilność; z kolei diody na małe prądy mają większy spadek napięcia
    - ale za mały, by dwie takie diody zastąpiły trzy - potrzebny jest spadek napięcia ponad 2V.

    Rozwiązaniem może być zastosowanie tranzystora z opornikami emiter-baza i baza-kolektor zamiast
    trzech diód połączonych szeregowo - można dobrać tranzystor i prąd ładowania tak, by moc tracona
    w tranzystorze podgrzewała go o około 80 stopni - wtedy napięcie emiter-baza powinno spaść o ponad
    100mV, a napięcie na całym układzie ponad 0.25V - to wystarczy, by przerwać ładowanie akumulatorka.


    Na schemacie nieco rozbudowany układ - dodatkowy opornik w kolektorze pozwala użyć tranzystora
    o nieco mniejszej mocy, a LED sygnalizuje, czy prąd płynie przez akumulatorek, czy przez tranzystor.
    Układ powinien być zasilany prądem mało zależnym od napięcia - np. trafo+mostek+opornik.
    Z tym, że jeśli włożymy do ładowarki mocno rozładowany akumulatorek - to LED zgaśnie, mimo że
    akumulatorek będzie ładowany - zaświeci dopiero, jak akumualtorek trochę się naładuje.
    Raczej trudno będzie tu użyć tranzystora małej mocy (BC547, czy nawet BC847) - za mało nagrzewa
    się przy małym prądzie, za mało wzmacnia przy większym. Ale BC807 powinien się nadawać.

    1
  • #7 14 Lis 2005 23:39
    atlantis
    Poziom 10  

    A jak zrobić ładowarke (wlasnie taką prostą jak przedstawiles) zeby miala dodatkowo opcje rozladowania akumulatorow gdy nie sa do konca rozladowane? Prosze o podpowiedz albo schemat(potrzebne do projektu:)

    0
  • #8 15 Lis 2005 23:04
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Najprościej by było, jakby się znalazło przekaźnik, który by działał z napięcia na akumulatorze - dodać do niego
    opornik taki, żeby się wyłączał, jak akumulator się rozładuje np. do 1.1V; wyłączenie przekaźnika powinno
    wyłączyć prąd płynący przez jego cewkę, i włączyć ładowanie. Jeszcze zrobić jakieś włączanie przyciskiem,
    i gotowe (przez chwilę akumulator dostawałby przez ten opornik spory prąd ładowania - a może przekaźnik
    mógłby tak działać, że dostawałby prąd na cewkę przez styki normalnie zwarte, które by się rozwierały, wtedy
    cewka dostawałaby prąd z akumulatora? (kwestia: czy da się tak włączyć? może z diodą się da?).

    Przykładowy schemat w załączniku. Strzałka pionowa - włącznik rozładowania; pozioma - kierunek,
    w którym przekaźnik przesuwa styki (ukośne kreski), kiedy przez jego cewkę płynie prąd.

    Niestety wadą takiego układu jest konieczność znalezienia przekaźnika, który trzymałby styki
    na 'włączone" przy napięciu nie większym, niż 1.1V; do tego trzeba dobrać do niego opornik...
    Łatwiej chyba będzie zrobić bardziej złożony układ do rozładowywania na innych elementach
    - przełączanie między ładowaniem i rozładowywaniem można zrobić na tranzystorach.

    0
  • #9 19 Cze 2006 18:38
    lamer1
    Poziom 21  

    Witam

    Pomóżcie mi zbudować prosty układ.
    Mam niewielki wiatraczek z prądnicą na mabnesach stałych, bez stabilizacji napięcia i do tego podpięty akumolator 12V.
    Wszystko fajnie tylko jak zrobić żeby nie przełądować tego akumulatora.
    Z prądem nie ma problemu bo pojemność akumulatora jest dobrana do mocy wiatraka, ale napięcie?

    Pozdrawiam

    0
  • #11 15 Paź 2006 21:46
    Staszek_Staszek
    Poziom 10  

    Dzien dobry, czytałem i wykonałem. Podłaczyłem diody równolegle do ogniw i uzyskałem zadawalające wyniki stosujac dwie diody 6A połaczone szeregowo.
    Jeszcze lepsze wyniki uzyskałem umieszczając diody w izolacji termicznej jak na zdjeciu. Diody nagrzewały się do ok 60 stopni i zabezpieczały ogniwo przed wzrostem temperatury.
    Temperaturę diod można dobrać doswiadczalnie regulując długość i średnicę przewodów doprowadzających prąd do obwodu diod ( przewody mają łatwą do obliczenia przewodność cieplną . W ten sposób można rozpocząć ładowanie prądem 1/3 C i spać spokojnie.

    Dodano po 6 [minuty]:

    próbuję dołaczyć fotkę ponownie do opisu jw

    0
  • #12 18 Lis 2008 01:12
    lukasqqq
    Poziom 14  

    JA potrzebuje ładowarki do akumulatora żelowego 12v 20Ah takiego który będzie pobierał zasilanie z instalacji samochodowej (ALTERNATOR) i przez tąłądowarke go ładował oczywiście automatycznie... czyli jak bedzie max naladowany to ma sie wyłączyć ładowanie i jak bedzie za niski stan aku to zeby go ładował.... czego szukac bo wszystkie ladowarki sa na 230v przetwornica nie wchodzi w gre...

    0
  Szukaj w 5mln produktów