Адаптивные алгоритмы зарядки свинцовых аккумуляторов

Внимание!  "МикроЗУ-Про" временно до конца сентября 2012 года не выпускается.

"МикроЗУ-Про" это наша новая разработка - переработанная с учетом пожеланий Пользователей "МикроЗУ".

(шнур к ЖКИ имеет длину 12-13см.  Размер платы ЗУ = 70х90мм)

Зарядное устройство "МикроЗУ-Про"
Для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

МикроЗУ-Про относится к профессиональным  зарядным  устройствам для пусковых свинцовых аккумуляторных батарей и батарей глубокого цикла.

ОПИСАНИЕ
Это   устройство   принадлежит   к   серии профессиональных  зарядных  устройств  и  представляет  собой новейшие технологии в области зарядных устройств для свинцовых аккумуляторов.

В  работе  нашего ЗУ применены самые современные, а также основательно забытые  "старые знания" о процессах заряда свинцовых АКБ, сульфатации и  борьбе  с ней, а также прогрессивные, адаптирующиеся к особенностям каждой АКБ, алгоритмы зарядки, поддержания заряда и восстановления АКБ после неправильной эксплуатации.

По    своим   параметрам   (адаптивная   зарядка,   быстрая   зарядка, восстановление АКБ) ЗУ не имеет аналогов в мире.

Возможности ЗУ:

1. «капельная зарядка»(при сильно разряженных ниже 12В АКБ)
2. «ускоренная автоматическая адаптивная зарядка» (режим "AUTO")
3. "классическая" зарядка до 80% емкости,
4. «адаптивная добивка емкости», до 100%-110% номинала,
5. автоматическая и полуавтоматическая десульфатация.
6. автоматическое проведение зарядно-разрядных циклов.

Процесс  зарядки  в  "нормальном"(классическом) режиме выглядит примерно так: первые 4-6 часов идут основные циклы зарядки АКБ, а потом с разной частотой и периодичностью  идет  «адаптивная  добивка»  емкости АКБ, еще примерно 2-4часа.  При  постановке "на ночь" в зарядку, как правило, к утру АКБ полностью  заряжается  до  своей номинальной емкости. Есть возможность проводить принудительные циклы десульфатации для ослабленных АКБ.

В "адаптивном"(AUTO) режиме ЗУ может заряжать АКБ до 100% емкости от 50 минут до 2 часов.(сильно зависит от возможностей самой АКБ, и токов заряда).

ЗУ  всегда проводит   штатный   алгоритм  борьбы  за  уменьшение  количества кристаллов сульфатов в АКБ. ЗУ имеет светодиод индикации режимов, а на ЖКИ  отображает  в  реальном  времени  показания режима который сейчас идет, напряжения и силы используемого тока.

В нашем ЗУ введен режим автоматического теста АКБ в режиме "AUTO".
В  этом  режиме ЗУ проверяет динамику внутренних хим.процессов в АКБ в первые  20-30сек при подключении АКБ. По результатам теста назначается "программа зарядки".

Ток  получаемый  при  тесте  может говорить о внутреннем качестве АКБ: если  ток  меньше или равен 0.1С (по отношению к емкости написанной  на корпусе АКБ)  то  это  говорит  о  "слабости"  АКБ,  т.е.  либо  сильная сульфатация  и(или)  пассивация  отрицательных  пластин  АКБ,  либо от реальной емкости осталась едва половина, из-за разрушения пластин...

Если  ток получается больше чем 0.1С(по отношению к емкости написанной на  боку  АКБ)  или  больше  в  разы (0.2С, 0.5С, 1С) то это говорит о хорошем качестве АКБ и хорошей способности принимать заряд.

При Адаптивном(AUTO) режиме заряда производится более жесткий контроль общего  напряжения и динамики его изменения, так, примерно 90% времени заряда   проходит   в  диапазоне  до  13.8В,  что  позволяет  получать температуру АКБ в процессе быстрого заряда не выше 26-28С

"МикроЗУ-Про" это компактно изготовленная "умная часть" от "Версии2-Про", с процессором и SEPIC преобразователем, позволяющим получать 12--14.5В с токами до 10А(с внешним радиатором!!!) от внешних источников питания 9-15В.  

Все отличие МикроЗУ-Про от Версии2-Про заключается в том, что в МикроЗУ-Про отсутствует блок питания 220В -- 12В.

на плате устанавливается светодиоды и переключатели(джамперы) глобальных режимов, защита от переполюсовки, а также выход на внешнюю нагрузку, которая может использоваться для автоматической разрядки АКБ.

Теперь возможно проведение автоматических зарядно-разрядных циклов!
Основное предназначение "МикроЗУ-Про": встраиваемый зарядно-разрядно-контрольный блок для каждого 12В свинцового аккумулятора. Обеспечивает полный контроль зарядки и постоянный мониторинг работы.
 
2-х строчный ЖКИ индикатор отображает режим работы, напряжение и ток АКБ. (Индикация ЖКИ полностью соответствует "Версия2-Про" - смотрите на соседней сраничке!)

 Сама плата МикроЗУ-Про:

на плате: SEPIC преобразователь, разьем для ЖКИ, два светодиода, входы-выходы.

Работает от 9-15В(10-20А) блоков питания.

В МикроЗУ на плате есть два светодиода индикации и 6 "перемычек"(джамперов) выбора режима(в режиме "классическая зарядка с добивкой" можно выставить необходимый ток зарядки). 
В "Адаптивном" режиме вообще не нужно выставлять токи и режимы - всё произойдет автоматически: МикроЗУ при подключении АКБ само проверяет и само выставляет токи и режим заряда, после теста АКБ в. А после завершения зарядки - идет повторный тест и режим "интеллектуальной-добивки", в котором ток может быть выбран МикроЗУ отличный от первоначального.

Новый режим: "Автоматическая зарядка с разрядкой". В этом случае сразу после заряда, "МикроЗУ-Про" отключает подачу тока, и подключает к АКБ разрядную цепь (нагрузку) созданную Пользователем. Ток при этом задается самой нагрузкой (например: 50Вт 12В лампа создает ток в нагрузке величиной в 4.17Ампера) а "МикроЗУ-Про" только следит за напряжением, и при достижении напряжения в 10.8В отключает АКБ от нагрузки и включает режим зарядки(согласно выставленных "джамперов"). Цикл заряд-разряд повторяется до бесконечности или до того как Пользователь сам выключит ЗУ.

МикроЗУ содержит самые последние наши версии алгоритмов заряда - их два: "классическая зарядка с добивкой", и "Адаптивно-пульсирующий", который все делает автоматически и позволяет АКБ заряжать быстрее и без нагрева АКБ.

"Перемычки"("джамперы" как в РС) на плате "МикроЗУ-Про" позволяют выбирать режимы, а два светодиода на плате показывают состояние в котором МикроЗУ сейчас находится, состояние дублируется и на ЖКИ. (нумерация "джамперов" как в МикроЗУ - см.там. Расположение - на фото выше под ЖКИ "сверху" платы, если смотреть "от кольца вверх".)

Заданный перемычками режим МикроЗУ определяет один раз при включении питания МикроЗУ от внешнего блока питания(т.е.в начале процесса зарядки). Если по окончании зарядки аккумулятора требуется изменить режим, необходимо отключить внешнее питание МикроЗУ, выставить перемычками нужный режим, затем включить питание.

============================

кодировка перемычек "ручного" выбора режимов:
-----------
R 8 4 2 0
-----------

R - при установки этой перемычки будет включен режим "автоматического разряда".

Когда все джамперы сняты то это считается код 0хF. "Все единички".

Код 0хD - Адаптивный пульсирующий режим с макс. током до 10А. (т.е. = 1101 = т.е. "нет-нет-есть-нет перемычки").

И дальше начиная от тока 10А код 0х0С (1100) до 0001 1А, с шагом указанным в таблице ниже,  идет основной режим с добивкой:
(8420)===========================
(0000) – 0.5А (+добивка от этого 50% тока)
(0001) – 1.0А (+добивка от этого 50% тока)
(0010) – 2.0А (+добивка от этого 50% тока)
(0011) – 3.0А (+добивка от этого 50% тока)
(0100) – 4.0А (+добивка от этого 50% тока)
(0101) – 5.0А (+добивка от этого 50% тока)
(0110) – 5.5А (+добивка от этого 50% тока)
(0111) – 6.0А (+добивка от этого 50% тока)
(1000) – 7.0А (+добивка от этого 50% тока)
(1001) – 8.0А (+добивка от этого 50% тока)
(1010) – 9.0А (+добивка от этого 50% тока)
(1011) – 10.0А (+добивка от этого 50% тока)
(1100) – 12.0А (+добивка от этого 50% тока)
================================

те кто хочет вывести перебор режимов на свою " переднюю панель" от ЗУ - рекомендую "многоярусный галетник" один поставить:
http://www.chipdip.ru/video.aspx?vid=ID000263734
http://www.may.ru/otcomp/knopki/rotor/sibelcom/sibrot04.jpg
http://www.may.ru/otcomp/knopki/rotor/sibelcom/

Частые вопросы и ответы :)

1) Какой БП применить ?

Ответ : если  вы применяете "БП от нотебука" то решите две проблемы: ток у НБ- зарядника мал и провода по выходу тонкие, ну и при напряжении 9В с БП  для  получения  12-14В на выходе ЗУ - ЗУ "высосет" больше тока чем выдаст на выходе. Тут "закон сохранения энергии" работает - например, вам надо получить на выходе 12В 5А. Значит это 12*5=60ВА(Вт) при БП от нотебяка в 9В выхода - ток с него снимаемый будет:  60ВА/(9В*КПД) ~= 8-9А. (это примерно) Проще всего применять старые БП от компьютера - использовать их 12В выход.

2) Не прописан порядок подключения - сначала к АКБ, затем к питанию или наоборот?

Ответ: сначала включается "на вход ЗУ" БП - потом АКБ на выход. При включении МикроЗУ-Про происходит самотестирование и "моргание" светодиодом. По времени, "полная готовность к подключению АКБ"  это примерно 5сек с момента подачи напряжения на вход ЗУ.

3) расшифровка индикации диодами;

Ответ: в "классика с добивкой" - левый(по фото) светодиод это "подача тока", если он горит - значит идет подача тока в АКБ. правый светодиод - это индикатор что напряжение на АКБ уже хоть раз достигало 14.4В, т.е. он говорит что ЗУ перешло в режим "добивки".

4) Нужно ли изолировать полевики при использовании общего радиатора?
ОБЯЗАТЕЛЬНО !!! друг от друга и от радиатора - изолировать. В качестве "донора прокладок" можно использовать вышедший из строя БП от РС - вы берете оттуда с радиаторов болтики, белые прокладки(изолирующие) под болтики и "серые резинки-пластинки с дырочкой" которые проводят тепло и изолируют корпус полевого транзистора от радиатора. После сборки радиатора - омметром обязательно проверьте чтобы не было "пробоев" на радиатор.

5) как включать разрядную нагрузку ? какова схема подключения АКБ ?

Как вариант - предлагается вот такая схема:

или такую - более сложную но с защитой от переполюсовки :

 
 

но главное в схемах - это защита от переполюсовки ЗУ - это полностью решает схема ниже. Катод VD1 -это выход "+" ЗУ. Транзистор помогает включиться, если АКБ слаб (потенциал есть, а нагрузка садит его ниже 10В) и напрямую реле может не включиться, да и ЗУ может не "увидеть" АКБ. Схема опробована в нескольких устройствах.

 (огромное спасибо за схемы "доработок" товарищам Leka и Fire с форума Элеектротранспорта)

Самый простой вариант:  Для этого потребуется обычное автомобильное реле на 12В (с четырьмя контактами) и два диода на ток 1А (я использовал диоды 1N4007). Кроме того, для индикации того факта, что аккумулятор подключен и заряжается, потребуется светодиод в корпусе для установки на панель (зеленый) и резистор 1кОм 0.5Вт. Схема должна быть такая:

 Работает следующим образом: когда к выходу подключается аккумулятор правильной полярностью, реле срабатывает за счет энергии, оставшейся в аккумуляторе, а после его срабатывания аккумулятор начинает заряжаться от блока питания через замкнутый контакт этого реле, о чем сигнализирует зажженный светодиод. Диод, включенный параллельно катушке реле, нужен для предотвращения перенапряжений на этой катушке при ее отключении, возникающих за счет ЭДС самоиндукции.

6) Какие трансформаторы или БП можно использовать для питания МикроЗУ?

Я писал про "жесткую характеристику". При применении железа на 50Гц как правило надо увеличивать мощность трансформатора раза в два, чтобы "просадки" уменьшились. Понимаю что это плохо и громоздко, но "классика на 50Гц" по другому никак...

После выпрямителя по мостовой схеме поставьте конденсатор побольше емкости - от 15000мкФ и выше, на рабочее напряжение 35-50В, это сгладит пульсации.

Правильное решение это применить БП от компьютера, тем самым вы получите стабилизированное питание "по входу" МикроЗУ , и "очень жесткую характеристику".

Есть статья по доработке незабвенной Toshibra  http://datagor.ru/practice/power/1265-jeksperimenty-s-jelektronnym-transformatorom.html

Но не так просто с ними... я пожег их несколько, прежде чем понял что не надо делать... И кстати, электронный транс дает жесткую характеристику потому что реагирует на ток нагрузки - так что от него МикроЗУ работает нормально. Как я их переделал - пишу ниже.

Реально есть смысл строить сразу вот эту схему:

   
 

только с такими поправками:
1) всю левую часть схемы - мостик на VDS1 + конденсатор - оставляем как на схеме, вместо 5.1Ом можно поставить термистор (можно снять из сгоревшего компутерного БП, но предварительно проверив). Т1 можно вообще не ставить - или если хотите то возьмите готовый фильтр из сгоревшего БП для компа - там это даже в разьем встраивают по 220В.
2) Тр2 (тот что в самой Тошибре) аккуратно выпаиваем, и сматываем вторичку.
3) наматываем вторичку из расчета тех-же витков что были, и сечение провода "как было", но мотаем две обмотки (там 4-6 витков, зависит от модели Тошибры) т.е. получаем одну обмотку с в два раза большим числом витков но с отводом от середины. Кроме того - тонким проводом мотаем 3 витка "обмотку для лампочки". Таким образом мы (см.схему выше) совмещаем Тр2 и Тр'1 в одном, родном трансе Тошибры - т.е. мы получаем выход как у Тр'1(см.схему) на который далее (см.схему) вешаем то что и по схеме - два диода(выпрямитель) - можно MBR3020 или аналогичный, вместо Т'1(фильтр помех) можно либо что-то свое намотать либо просто ничего не ставить - у меня и так работало - гасящие конденсаторы справляются с фильтрацией.

Спавиваем все - запускаем от 220В - убеждаемся что ничего не сгорело

теперь на "обмотку лампочки" ставим автомобильную или галогенку подсветки на 12В 5-10Вт - на ХХ она будет светить в четверть накала примерно. При подаче нагрузки - светит ярко. Лампа это "необходимое зло" чтобы наш БП мог самостоятельно запускаться. Лампа-же в "неотапливаемом гараже" даст нам необходимый подогрев внутренностей ЗУ и БП

Теперь подключаем ЗУ и выставляем режимы - все работает!

7) В помошь тем кто БП свои строить собрался или переделывать РС-шные:

А ВОТ ТАК НЕЛЬЗЯ ДЕЛАТЬ!

удлинение "выводов силовых транзисторов" таким образом НЕДОПУСТИМО !!!



http://www.boroda3.nm.ru/at_psu.djvu
Блоки питания для системных модулей IBM PC-XT/AT
(at_psu.djvu = 900077 байт).
Переверстанная книга А.В.Головкова и В.Б.Любицкого подробно и с многочисленными примерами описывает устройство и принципы работы стандартного двухтактного полумостового источника питания стандарта АТ.



http://www.boroda3.nm.ru/opsvfu.djvu
Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств(opsvfu.djvu = 1344838 байт).
Бальян Р. X., Обрусник В. П. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987.- 168 с.
В книге обобщены современные достижения науки и практики по проектированию силовых высокочастотных ферромагнитных устройств (СВЧ ФМУ). Дается полная схема инженерного проектирования СВЧ ФМУ, базирующаяся на небольшом количестве простых выражений, предложенных и доказанных в книге. Приведены примеры оптимального расчета высокочастотных трансформаторов и дросселей до 200 кВА на фазу. Гарантируется высокая точность конечных результатов проектирования СВЧ ФМУ для диапазона частот 0,4..100 кГц.
[в данном случае СВЧ означает Силовые ВысокоЧастотные, а не сверхвысокочастотные]


http://www.boroda3.nm.ru/pit.djvu
Проектирование импульсных трансформаторов
(pit.djvu = 1957476 байт).
Вдовин С.С. - Второе изд., перераб. и доп.
- Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1991. - 208с.
Подробное изложение принципов проектирования импульсных сигнальных трансформаторов.

8) Вопрос: "... Читаю ветки этого форума и не только этого и пришел к выводу,что ваше ЗУ -достойный прибор. Поэтому и есть желание его приобрести.  Но есть вопрос... Вот с 2008 по сегодняшний день вы не мало изменили в программе своих ЗУ. Как вариант,есть  предположение,что и через год не изменится алгоритм. А как быть тем,кто приобрел прибор до этого и им хочется,чтобы в их аппаратах тоже присутствовали эти изменения? Надо вам открыть аппарат или там процессор вынимается и можно его потом вам отправить,на перешивку? ..."

Принципы, т.е. "Главная Идея" положенная в основу алгоритмов работы всех наших ЗУ за это время не изменилась. Это только подтверждает правильность Главной Идеи. При изготовлении новых наших изделий - ЗУ - мы вносим новые возможности, которые требуют изменения схемы и дополнительных элементов на плате. Поэтому "просто сменив прошивку" вы не решите проблему "обновления".

Так, например, для режима "заряд с разрядом" пришлось переработать плату, внести дополнительный силовой ключ, и внести изменения в программу, чтобы этот режим стал возможным. Понятно что "старые платы" ЗУ не будут работать под управлением "новой прошивки".

Это совершенно не означает что "новые" ЗУ из-за этого работают гораздо лучше "старых" :) и у "стариков" не должен развиваться комплекс неполноценности из-за якобы "отставания".  И "старые" и "новые" ЗУ выполняют свою главную функцию: правильный заряд АКБ и возможность "лечения" сильно сульфатированных АКБ.

Так что "погоня за новыми прошивками" бессмысленна.