Схема защиты акб от глубокого разряда. Как защитить акб от полного разряда Схема защиты акб

Что-то попаять захотелось… Не отказывать же себе в таком удовольствии 🙂

Предыстория такова. Собираю квадрокоптер 🙂 Нужны хорошие аккумуляторы: большой ёмкости, с хорошей токоотдачей, лёгкие. Т.е. литий-ионные. Была закуплена пара аккумуляторов и было решено их протестировать. Я в последнее время проверяю всё что покупаю в Китае. Гораздо лучше собирать устройство из заведомо исправных деталей: во-первых, есть время перезаказать детальку если пришла дохлая, во-вторых, на столе элемент проверить проще чем в устройстве и не придётся выдирать его из недр в случае чего. Входной контроль — это правильно!

Итак, проверяю мои батарейки и обнаруживаю что они показывают ёмкость заметно меньше заявленной. Ну, бывает, полежали на складе и всё такое (хотя напряжение было в норме и это должно было насторожить). Помню что аккумуляторы можно «потренировать», т.е. провести несколько циклов разряд-заряд и тогда ёмкость может восстановиться.

Ставлю одну батарею на зарядник iMax B6 , который умеет автоматически управлять процессами разряда и заряда. Процесс долгий… что делать со второй? Ага, мысль! Давай-ка я её по-старинке, лампочкой разряжу! Да, я знаю что литий-ионные аккумуляторы нельзя разряжать ниже примерно 3 Вольт на элемент («банку»), но у меня же есть тестер, я буду контролировать напряжение прям на балансировочном разъёме… В общем, плохая идея. Я, конечно закрутился и угандошил батарейку в ноль 🙁

Я думал — ничего страшного. Прошлый опыт с никель-кадмием говорит что полный разряд это плохо, но не смертельно. Ан нет! Моему аккумулятору хватило одного раза чтобы один элемент из трёх вздулся и сдох (пришлось его ампутировать и теперь у меня есть 2S аккумулятор). Т.е. литий-ионный аккумулятор разряжать ниже 3В на элемент не просто нельзя, а совсем, вообще нельзя!

Так, думаем дальше. Далеко не во всех приборах, особенно самодельных есть контроллер, который не даст разрядить батарею до опасного уровня. Значит нужно некое устройство, которое будет следить за напряжением и предупредит в случае чего. Моделисты всего мира в голос ржут надо мной за такую свежую идею 😀

Как это сделать? Мысль потекла в какие-то влажные дали, в сторону схемы на микроконтроллере с поэлементным контролем батареи… И тут на глаза попалось видео , в котором была предложена очень простая аналоговая схемка, которая отключает питание при снижении напряжения ниже заданного порога. Правда, она следит только за общим напряжением на батарее и не контролирует отдельные «банки»…. но мы же заряжаем наш аккумулятор по-честному, на балансирующем заряднике , поэтому при работе достаточно знать общее напряжение.

Пока я размышляю, китайцы действуют! И вот один из них накосячил вместо заказанных «кренок» (L7805) прислал мощные МОП-транзисторы (они же MOSFET). Нууууу… раз столько всего сошлось — пора браться за паяльник 🙂

Так, схема годная. Но есть нюанс (c). В ней есть кнопка запуска. Т.е. чтобы включить нагрузку, надо подать напряжение и кратковременно нажать кнопку. Неудобно: два действия вместо одного. Хочу без кнопки!

Устройство для защиты 12v аккумуляторов от глубокого разряда и короткого замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Напряжение на аккумуляторе, при котором происходит отключение - 10± 0.5V. (У меня вышло ровно 10,5 В) Ток, потребляемый устройством от аккумулятора во включенном состоянии, не более - 1 мА. Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в выключенном состоянии, не более - 10 мкА. Максимально допустимый постоянный ток через устройство - 5А.(30 Ватт лампочка 2,45 А - Мосфит без радиатора +50 градусов(комнатная +24))

Максимально допустимый кратковременный (5 сек) ток через устройство - 10А. Время выключения при коротком замыкании на выходе устройства, не более - 100 мкс

ПОРЯДОК РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Подключите устройство между аккумулятором и нагрузкой в следующей последовательности:
- подключите клеммы на проводах, соблюдая полярность (оранж. провод +(красный), к аккумулятору,
- подключите к устройству, соблюдая полярность (плюсовая клемма помечена значком +), клеммы нагрузки.

Для того чтобы на выходе устройства появилось напряжение нужно кратковременно замкнуть минусовой выход на минусовой вход. Если нагрузку кроме аккумулятора питает другой источник, то этого делать не надо.

УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ;

При переходе на питание от аккумулятора, нагрузка разряжает его до напряжения срабатывания устройства защиты (10± 0.5V). При достижении этой величины, устройство отключает аккумулятор от нагрузки, предотвращая дальнейший его разряд. Включение устройства произойдет автоматически при подаче со стороны нагрузки напряжения для заряда аккумулятора.

При коротком замыкании в нагрузке устройство также отключает аккумулятор от нагрузки, Включение его произойдет автоматически, если со стороны нагрузки подать напряжение больше 9,5V. Если такого напряжения нет, то надо кратковременно перемкнуть выходную минусовую клемму устройства и минус аккумулятора. Резисторами R3 и R4 устанавливается порог срабатывания.

Запчасти

1. Монтажная плата(не обязательно, можно навесу)
2. Полевой транзистор любой, подбирайте по А и В. Я взял RFP50N06 N-канал 60В 50А 170 град
3. Резисторы 3 на 10 ком, и 1 на 100 ком
4. Биполярный транзистор КТ361Г
5. Стабилитрон 9.1 В
Доп. Можно клеммы + Микрик для запуска.(Я себе не делал т.к. у меня это будет часть другого устройства)
6. Можно по светодиоду на вход и выход для наглядности(Подбирайте резистор, паяйте в параллельно)

Паяльник+олово+спиртоканифоль+кусачки+проводки+мультиметр+нагрузка и т.д. и т.п. Паял Оловянно-сопельным путём. Травить на плате мне не охота. Лейаута нет. Нагрузка 30 Ватт, Ток 2,45 А полевик греется на +50 град(комнатная +24). Охлаждение не нужно.

Пробывал нагрузку 80 Ватт … ВАХ-ВАХ. Температура за 120 град. Дорожки начали краснеть… Ну сами знаете нужно радиатор, Хорошо пропаянные дорожки.

Возникла у меня необходимость защиты аккумулятора от глубокого разряда. И основное требование к схеме защиты, что бы после разряда аккумулятора, она отключила нагрузку, и не смогла ее самостоятельно включить, после того как аккумулятор немного наберет напряжение на клеммах, без нагрузки.

За основу схемы здесь взят 555-й таймер, включенный в качестве генератора одиночного импульса, который после достижения минимального порогового напряжения, закроет затвор транзистора VT1 и отключит нагрузку. Схема сможет включить нагрузку только после отключения, и повторного подключения питания.

Плата (Зеркалить не нужно):

Плата SMD (Нужно зеркалить):

Все SMD резисторы — 0805. Корпус MOSFET — D2PAK, но можно и DPAK.

При сборке, стоит обратить внимание на то, что под микросхемой (в плате на DIP компонентах) есть перемычка и про нее главное не забыть!

Настраивается схема следующим образом: резистор R5 выставляется в верхнее по схеме положение, далее подключаем ее к источнику питания с выставленным на нем напряжением, при котором она должна отключить нагрузку. Если верить википедии , то напряжение полностью разряженного 12-и Вольтового аккумулятора соответствует 10,5 Вольт, это и будет нашим напряжением отключения нагрузки. Далее вращаем регулятор R5 до тех пор, пока нагрузка не отключится. Вместо транзистора IRFZ44 можно использовать практически любой мощный низковольтный MOSFET, необходимо только учитывать, что он должен быть рассчитан на ток, раза в 2 больше, чем будет максимальный ток нагрузки, а напряжение затвора должно быть в пределах напряжения питания.

При желании, подстроечный резистор можно заменить на постоянный, номиналом 240 кОм и при этом резистор R4 необходимо заменить на 680 кОм. При условии, что порог у TL431 2,5 Вольта.

Потребляемый ток платой — около 6-7 mA.

Есть две вещи, которые очень не любят аккумуляторы: перезарядка и переразрядка. И если первую проблему успешно решают современные зарядные устройства (кроме простейших выпрямителей), то с разрядом ниже критического уровня дела обстоят хуже - почти никогда питаемые от батарей устройства не обеспечивают предохранение от сверхразрядки. Не исключается и случайный разряд - когда просто забыли отключить прибор и он разряжается, разряжается... Для решения этой проблемы предлагается к самостоятельной сборке простой низковольтный модуль отключения цепи. Такая схема довольно проста и применима к любой литиевой или свинцово-кислотной аккумуляторной батарее. Естественно порог отключения можно настроить соответственно АКБ.

Схема блока защиты АКБ

Как это работает. Когда кнопка сброса нажата, положительное напряжение поступает на затвор N-канального MOSFET силового транзистора.

Если напряжение на выходе стабилитрона U1 выше 2.5 вольт, а это определяется делителем напряжения, состоящим из R4, R5 и R6, катод U1 оказывается подключен к его аноду, что делает его отрицательным по отношению к его эмиттеру, R2 ограничивает базовый ток до безопасного значения и обеспечивает достаточный ток для работы U1. И транзистор Q1 будет удерживать схему открытой, даже когда вы отпустите кнопку сброса.

Если напряжение на U1, падает ниже 2,5 вольт, стабилитрон отключается и подтягивает положительное напряжение эмиттера R1, выключив его. Резистор R8 также выключает полевой транзистор, приводя к отключению нагрузки. Причём нагрузка не будет включена снова до нажатия кнопки сброс.

Большинство малогабаритных полевых транзисторов рассчитаны только для +/- 20 вольт на затворе - источник напряжения, а это означает, что схема блока подходит для не более чем 12 вольтовых устройств: если требуется рабочее напряжение выше, необходимо будет добавить дополнительные элементы схемы, чтобы сохранить безопасность работы полевика. Пример использования такой схемы: простой контроллер заряда солнечных батарей показанный на фото.

Если требуется более низкое напряжение, чем 9 вольт (или выше 15) - надо будет пересчитывать значения резисторов R4 и R6, чтобы изменить диапазон регулировки.

В схему можно поставить практически любой кремниевый PNP транзистор с номиналом не менее 30 вольт и любой N-канальный MOSFET с номинальным напряжением не менее 30 вольт и током более чем в 3 раза от того, что вы собираетесь коммутировать. Проходное сопротивление доли Ома. Для прототипа использовался F15N05 - 15 ампер, 50 вольт. Для высоких токов подойдут транзисторы IRFZ44 (50 А Макс.) и PSMN2R7-30PL (100 А Макс.). Также можно параллельно соединить несколько однотипных полевых транзисторов по мере необходимости.

Это устройство не должно оставаться подключенным к АКБ долговременно, так как потребляет само несколько миллиампер из-за светодиода и тока потребления U1. В выключенном состоянии его ток потребления ничтожно мал.