Автоматическое зарядное устройство 10,30,60А. Алгоритм работы или как работает схема управления и чем она управляет.

Автоматическое зарядное устройство.

    Как работает автоматическое зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов.

  Зарядное устройство , о котором пойдет речь, является одним из оптимальных устройств данного класса. Это не делает его исключительно простым по конструкции. За то, им очень просто и удобно пользоваться. Большую часть работы оно делает за тебя.

  Последовательность работы с ним следующая.

  Прежде всего подключаем клеммы к батарее и включаем зарядное устройство. На индикаторе появляется сообщение о марке устройства и версии программного обеспечения. Это традиционно. На следующем экране могут появиться либо предупреждение о неправильно подключенных клеммах либо о плохом контакте между клеммами и выводами аккумулятора. 

    Если все нормально, то появляется приглашение на режим работы.

  Три режима работы. Автоматический заряд, заряд предустановленным током и завести автомобиль. В последнем случае, достаточно сказать «Да». Вам будет предложено подождать. Через минуту устройство пискнет, сообщая , что можно заводить двигатель.

  При зарядке в ручном режиме, будет предложено указать общее время заряда (учитывая что ток заряда, мы уже выставили в прошолом меню).

  Теперь допустим, что ничего заводить мы не собираемся. Мы просто хотим проверить состояние батареи и если необходимо подзарядить. 

  Тут поможет то, что это устройство вначале тестирует батарею, а потом делает все остальное. Таким образом, если батарея «дохлая», то заряжать ее нет смысла. Более того. Никакая сила не заставит это устройство заряжать дохлую батарею в автоматическом режиме. Плюс, если теряется контакт между клеммами и батареей, то устройство автоматически сбрасывается в исходное состояние и надо вводить все данные сначала.

  Перед началом заряда батареи необходимо пройти простое меню. Первый вопрос, который задает устройство это новая батарея (до 400 км.(250 миль) пробега) или старая (более 400 км.(250 миль) пробега). Потом - тип батареи. Выбора два – обычная батарея или спиральная, с электролитом в виде геля или желеобразным. После этого выбирается стартовый ток батареи. Диапазон от 100 до 1500 Ампер. Заметьте, не емкость, а холодный стартовый ток (обозначается как ССА или “Cold  Crank Ampere”). Осталось нажать кнопку “ENTER” и зарядное устройство приступит к своей работе.

  Если не вдаваться в подробности, то после нажатия кнопки “ENTER”, все происходит автоматически. В результате по истечении времени устройство сообщит что батарея хорошая и полностью заряжена, либо скажет, что батарея плохая и требует замены. В этом случае на экране появляется истинный стартовый ток, который может обеспечить батарея и цифробуквенный код, в котором зашифрован тестовый результат. Интересно, что зарядное устройство хранит в памяти данные по всем батареям которые тестировались, с датой и временем начала и окончания тестирования. Наличие разъема последовательного порта на задней панели, позволяет подключить термопринтер, который распечатает последний результат тестирования.

  В дополнение зарядное устройство восстанавливает батареи. Это является  частью автоматического режима заряда.  Просто на экране появляется дополнительное сообщение, говорящее о заряде с восстановлением.

  Все это хорошо, но как это зарядное устройство тестирует батарею? Как оно знает хорошая она или плохая и какой у нее стартовый ток? Интересно, что оно не ошибается и обмануть его, не так просто.

  Сообщения на экране и результат тестирования аккумулятора.

    Алгоритм тестирования аккумуляторной батареи.

  Режим проверки батареи работает по простому алгоритму. Схематически его можно выразить так: проверка – разряд – проверка – заряд – разряд - проверка. Непонятно, да? Тогда более подробно. 

  В середине зарядного устройства упрятан нагрузочный резистор. Это тот кусок высокоомного провода, который находится под алюминиевым тепловым экраном. Нагрузочный резистор обеспечивает разрядный ток около 100 Ампер. Такой же  ток расходуется, когда Вы крутите двигатель стартером автомобиля. Разряд, для 60 Ач батареи происходит в течении 10 секунд. Зависит от емкости батареи, чем больше, тем дольше. Ток при этом не измеряется, так как используется нагрузочный резистор с заведомо известным сопротивлением. За 10 секунд спираль резистора нагревается до темно-вишневого цвета. 

  Ток измеряется только в режиме заряда. Для этого, на задней стенке, с внутренней стороны, закреплен токоизмерительный шунт. Его так же можно посмотреть на фотографии.

  Регулировка зарядного тока осуществляется ступенчато, путем переключения входных обмоток трансформатора. Переключением обмоток занимаются четыре реле, установленные на плате процессора. Конструкция реле позволяет развязать сетевое напряжение и напряжения печатной платы. Выходные обмотки, намотанные проводом диаметром 3 мм, не переключаются и соединены с выпрямительными диодами и средняя точка обмотки является выходом положительного напряжения для заряда аккумулятора.

  В дополнение присутствуют два реле высокого тока. Такие же, как используются в автомобилях на управлении током стартера. Одно работает только на заряд, второе на разряд батареи.

  Для питания платы контроллера и обмоток реле, в зарядном устройстве предусмотрен отдельный, небольшой трансформатор.

  Переходим к алгоритму проверки

  В течении первой секунды производится измерение напряжения на батарее.

  За ним следует 10 секундный разряд, через нагрузочный резистор.

  В течении следующих 10 секунд измеряется динамика восстановления напряжения на клеммах батареи.

  Еще 30 секунд уходит на форсированный заряд батареи. Это компенсирует разряд батареи в течении предыдущего теста и добавляет лишнюю энергию для выяснения уровня заряда батареи. При этом проверяется динамика заряда.

  В заключительном цикле проверки, происходит кратковременный, односекундный, разряд батареи через нагрузочный резистор и оставшиеся  10 секунд производится проверка динамики восстановления напряжения на клеммах батареи.

  Хорошо. Дальше, устройство решает задачу о степени зарядки батареи. Конечно, если батарея плохая, то все заканчивается сообщением  «Замените Аккумулятор». Интересно узнать как определяется степень заряда батареи. Это просто. Микроконтроллер сравнивает динамику первого и второго разрядов, если точнее, то первую секунду первого разряда и секунду второго. Конечно, он сравнивает только начальные и конечные напряжения. Тем не менее, если показатели второго разряда лучше, чем первого, то принимается решение о заряде батареи. 

  Конечно, абсолютно точно рассчитать степень разряда невозможно. Зарядное устройство это не микрометр, и точной цифры оно не знает. Поэтому делается пробный заряд в течении первых пяти минут. Далее, производится точно такой же тест, как перед этим. По разнице первого и второго теста зарядное устройство выясняет необходимое время заряда. Конечно, в конце этого времени будет произведен точно такой же тест. Зачем? Дело в том, что в процессе заряда Вы могли включить какую-нибудь нагрузку – фары, освещение в салоне, габаритные огни и так далее. Таким образом, часть тока, который был рассчитан и предназначался для заряда – ушла другим потребителям. Но зарядное устройство об этом не знает и знать не может.

  Итак, заряд заканчивается и зарядное устройство делает последний тест – разряд 10 сек, 30 сек заряд и разряд 1 сек. Если напряжения одинаковые, в течении первой секунды 10-ти секундного разрядного цикла и в течении 1 сек последнего разряда, то это означает, что аккумулятор полностью заряжен, или его емкость, в процессе заряда, больше не увеличивается. Осталось узнать его текущую емкость и посчитать сколько Ампер Часов электричества ушло на его заряд. 

  Расчет Ампер Часов это не сложная задача – чистая математика. Сложнее рассчитать емкость аккумулятора. А зарядное устройство его емкость и не рассчитывает. Оно берет данные из таблиц, которые заложены в его память вместе с программой. Входными данными являются напряжения на батарее в течении 10 секундного разряда и максимальный холодный ток, который мы указали вручную, в самом начале. В результате получаем значение емкости аккумулятора, основанную на табличных значениях.

    В заключение.

  Вы прочитали достаточно полное описание работы зарядного устройства и знаете по какому алгоритму работает микроконтроллер. Конечно, все это можно было сделать на 155 серии и это работало бы. Но зачем. Есть простые микроконтроллеры, которые управляют светодиодами и измеряют напряжение. Для них не составляет труда вывести сообщение на ЖКИ индикатор, будь он 1*16 или 2*40 символов. Кроме того,  применение микроконтроллера упрощает управление зарядным устройством. Четыре или пять кнопок достаточно для вызова всех функций и режимов работы.

  Можно ли повторить такое зарядное устройство? Можно. Можно ли его сделать лучше? Вряд ли. Уже в таком варианте оно прекрасно и быстро работает, состоит из простых элементов и имеет простой и понятный алгоритм.  А сделать его проще? Можно, но в ущерб функциональности, конечно.


  Более детально о конструкции зарядного устройства - смотрим  ЗДЕСЬ




14.03.2011 SKootS


 

 _

Make a free website with Yola