Een aangepast batterijopladercircuit ontwerpen

Ik heb op deze website een verscheidenheid aan batterijladercircuits ontworpen en gepubliceerd, maar de lezers raken vaak in de war bij het selecteren van het juiste batterijladercircuit voor hun individuele toepassingen. En ik moet elk van de lezers expliciet uitleggen over hoe ze het gegeven batterijladercircuit kunnen aanpassen aan hun specifieke behoeften.

Dit wordt nogal tijdrovend, aangezien het hetzelfde is dat ik van tijd tot tijd aan elk van de lezers moet uitleggen.

Dit dwong me om dit bericht te publiceren waar ik heb geprobeerd uit te leggen a standaard acculader ontwerp en hoe u het op verschillende manieren kunt aanpassen aan individuele voorkeuren in termen van spanning, stroom, automatische uitschakeling of halfautomatische werking.

De batterij correct opladen is cruciaal

De drie fundamentele parameters die alle batterijen nodig hebben om optimaal en veilig te worden opgeladen, zijn:

1. Constante spanning.
2. Constante stroom.
3. Automatische uitschakeling.

Dit zijn dus in feite de drie fundamentele dingen die u moet toepassen om een ​​batterij met succes op te laden en er ook voor te zorgen dat de levensduur van de batterij tijdens het proces niet wordt beïnvloed.

Een paar verbeterde en optionele voorwaarden zijn:

Thermisch beheer.

en Stap opladen ​

De bovenstaande twee criteria worden speciaal aanbevolen voor Li-ion-batterijen , hoewel deze misschien niet zo cruciaal zijn voor loodzuuraccu's (hoewel het geen kwaad kan om het voor hetzelfde te implementeren)

Laten we de bovenstaande voorwaarden stapsgewijs uitzoeken en kijken hoe men de vereisten kan aanpassen volgens de volgende instructies:

Belang van constante spanning:

Het wordt aanbevolen dat alle batterijen worden opgeladen met een spanning die ongeveer 17 tot 18% hoger kan zijn dan de gedrukte batterijspanning, en dit niveau mag niet veel worden verhoogd of fluctueren.

Daarom voor een 12V accu komt de waarde rond de 14,2V, wat niet veel moet worden verhoogd.

Deze eis wordt de constante spanningsvereiste genoemd.

Met de beschikbaarheid van een aantal spanningsregelaar-IC's vandaag, is het maken van een constante-spanningslader een kwestie van minuten.

De meest populaire van deze IC's zijn de LM317 (1,5 ampère), LM338 (5 ampère), LM396 (10 ampère). Dit zijn allemaal variabele spanningsregelaar-IC's en stellen de gebruiker in staat om elke gewenste constante spanning in te stellen van 1,25 tot 32 V (niet voor LM396).

U kunt de IC LM338 gebruiken die geschikt is voor de meeste accu's om een ​​constante spanning te bereiken.

Hier is een voorbeeldcircuit dat kan worden gebruikt voor het opladen van elke batterij tussen 1,25 en 32 V met een constante spanning.

Schema van acculader met constante spanning

Door de 5k-pot te variëren, kan elke gewenste constante spanning over de C2-condensator (Vout) worden ingesteld die kan worden gebruikt voor het opladen van een aangesloten batterij over deze punten.

Voor een vaste spanning zou je R2 kunnen vervangen door een vaste weerstand, met behulp van deze formule:

VOF= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Waar VREFis = 1,25

Sinds ikADJis te klein, kan worden genegeerd

Hoewel een constante spanning nodig kan zijn, kan men op plaatsen waar de spanning van een AC-ingangsnet niet te veel varieert (5% omhoog / omlaag is heel acceptabel) het bovenstaande circuit volledig elimineren en de constante spanningsfactor vergeten.

Dit houdt in dat we eenvoudig een correct geschatte transformator kunnen gebruiken om een ​​batterij op te laden zonder rekening te houden met een constante spanningstoestand, op voorwaarde dat de netvoeding redelijk betrouwbaar is in termen van fluctuaties.

Met de komst van SMPS-apparaten wordt het bovenstaande probleem volledig immaterieel, aangezien SMPS allemaal voedingen met constante spanning zijn en zeer betrouwbaar zijn met hun specificaties, dus als er een SMPS beschikbaar is, kan het bovenstaande LM338-circuit definitief worden geëlimineerd.

Maar meestal wordt een SMPS geleverd met een vaste spanning, dus in dat geval kan het aanpassen van het voor een bepaalde batterij een probleem worden en moet je misschien kiezen voor het veelzijdige LM338-circuit zoals hierboven uitgelegd ... of als je dit toch wilt vermijden , kunt u eenvoudig wijzig de SMPS circuit zelf voor het verkrijgen van de gewenste laadspanning.

In de volgende sectie wordt het ontwerp van een aangepast stroomregelcircuit voor een specifieke, geselecteerde acculadereenheid uitgelegd.

Een constante stroom toevoegen

Net als de parameter 'constante spanning' , mag de aanbevolen laadstroom voor een bepaalde batterij niet veel worden verhoogd of fluctueren.

Voor loodzuuraccu's moet de oplaadsnelheid ongeveer 1 / 10e of 2 / 10e van de afgedrukte Ah (Ampère-uur) -waarde van de accu zijn. wat betekent dat als de batterij een nominaal vermogen heeft van bijvoorbeeld 100 Ah, dan wordt aanbevolen om de laadstroom (ampère) te hebben van 100/10 = 10 Ampère minimum of (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp maximum, dit cijfer zou niet worden verhoogd bij voorkeur om gezonde omstandigheden voor de batterij te behouden.

Maar voor Li-ion of Lipo-batterijen het criterium is heel anders, voor deze accu's zou de laadsnelheid zo hoog kunnen zijn als hun Ah-snelheid, wat betekent dat als de AH-specificatie van een Li-ion-accu 2,2 Ah is, dan is het mogelijk om deze op hetzelfde niveau op te laden, namelijk 2,2 ampère rate Hier hoef je niets te verdelen of je over te geven aan wat voor soort berekeningen dan ook.

Voor het implementeren van een constante stroom functie, opnieuw wordt een LM338 nuttig en kan deze worden geconfigureerd om de parameter met een hoge mate van nauwkeurigheid te bereiken.

De onderstaande circuits laten zien hoe de IC kan worden geconfigureerd voor het implementeren van een stroomgestuurde batterijlader.

Zorg ervoor dat bekijk dit artikel die een uitstekend en in hoge mate aanpasbaar batterijladercircuit biedt.

Schema voor CC- en CV-gestuurde acculader

Zoals besproken in de vorige sectie, in het geval dat uw ingangsnet redelijk constant is, kunt u de LM338-sectie aan de rechterkant negeren en eenvoudig het stroombegrenzingscircuit aan de linkerkant gebruiken met een transformator of een SMPS, zoals hieronder weergegeven:

In het bovenstaande ontwerp kan de transformatorspanning worden beoordeeld op het accuspanningsniveau, maar na rectificatie kan deze iets boven de gespecificeerde acculaadspanning liggen.

Dit probleem kan worden verwaarloosd omdat de bijgevoegde stroomregelingsfunctie de spanning zal dwingen om de overtollige spanning automatisch te verlagen tot het veilige laadspanningsniveau van de batterij.

R1 kan worden aangepast aan de behoeften door de meegeleverde instructies te volgen HIER

De diodes moeten de juiste classificatie hebben, afhankelijk van de laadstroom, en moeten bij voorkeur veel hoger zijn dan het gespecificeerde laadstroomniveau.

Stroom aanpassen voor het opladen van een batterij

In de bovenstaande circuits is de genoemde IC LM338 geschikt voor maximaal 5 ampère, waardoor deze alleen geschikt is voor batterijen tot 50 AH, maar u kunt batterijen met een veel hogere nominale waarde hebben in de orde van 100 AH, 200 AH of zelfs 500 AH .

Deze moeten mogelijk worden opgeladen met de respectieve hogere stroomtarieven die mogelijk niet volstaan ​​met een enkele LM338.

Om dit te verhelpen, kan men de IC upgraden of verbeteren met meer IC's parallel, zoals weergegeven in het volgende voorbeeldartikel:

Oplaadcircuit van 25 ampère

In het bovenstaande voorbeeld ziet de configuratie er wat ingewikkeld uit vanwege de opname van een opamp, maar een beetje knutselen laat zien dat de IC's eigenlijk direct parallel kunnen worden toegevoegd om de stroomoutput te vermenigvuldigen, op voorwaarde dat alle IC's over een gemeenschappelijke heatsink zijn gemonteerd , zie het onderstaande diagram:

Elk aantal IC's kan worden toegevoegd in het weergegeven formaat om elke gewenste stroomlimiet te bereiken, maar er moet op twee dingen worden gelet om een ​​optimale respons van het ontwerp te krijgen:

Alle IC's moeten over een gemeenschappelijk koellichaam worden gemonteerd en alle stroombegrenzende weerstanden (R1) moeten worden gefixeerd met een exact overeenkomende waarde, beide parameters zijn vereist om een ​​uniforme warmteverdeling tussen de IC's mogelijk te maken en dus een gelijke stroomverdeling over de uitgang voor de aangesloten accu.

Tot nu toe hebben we geleerd hoe we constante spanning en constante stroom kunnen aanpassen voor een specifieke acculadertoepassing.

Zonder automatische uitschakeling kan het circuit van een batterijlader echter onvolledig en behoorlijk onveilig zijn.

Tot nu toe in het opladen van onze batterij tutorials we hebben geleerd hoe we de constante spanningsparameter kunnen aanpassen tijdens het bouwen van een acculader, in de volgende secties zullen we proberen te begrijpen hoe we een automatische uitschakeling bij volledige lading kunnen implementeren om een ​​veilig opladen van de aangesloten accu te verzekeren.

Een auto-cut 0ff toevoegen in de acculader

In deze sectie zullen we ontdekken hoe een automatische uitschakeling aan een batterij kan worden toegevoegd oplader die een van de meest cruciale aspecten is in dergelijke circuits.

Een eenvoudige automatische uitschakeltrap kan worden opgenomen en aangepast in een geselecteerd batterijopladercircuit door een opamp-comparator op te nemen.

Een opamp kan worden geplaatst om een ​​stijgende accuspanning te detecteren terwijl deze wordt opgeladen en de laadspanning af te snijden zodra de spanning het volledige laadniveau van de accu bereikt.

Je hebt deze implementatie misschien al gezien in de meeste automatische batterijopladingscircuits die tot nu toe in deze blog zijn gepubliceerd.

Het concept kan grondig worden begrepen met behulp van de volgende uitleg en de getoonde circuit-GIF-simulatie:

OPMERKING: gebruik het relais-maakcontact voor de laadingang in plaats van het weergegeven verbreekcontact. Dit zorgt ervoor dat het relais niet klappert als er geen batterij is. Om dit te laten werken, moet u er ook voor zorgen dat u de invoerpinnen (2 en 3) met elkaar verwisselt ​

In het bovenstaande simulatie-effect kunnen we zien dat een opamp is geconfigureerd als een batterijspanningssensor om de overlaaddrempel te detecteren en de voeding naar de batterij af te sluiten zodra dit wordt gedetecteerd.

De preset op pin (+) van het IC is zo aangepast dat bij volle accuspanning (14,2V hier), pin # 3 een schaduw hoger potentiaal krijgt dan pin (-) van het IC die is gefixeerd met een referentiespanning van 4.7V met een zenerdiode.

De eerder toegelichte 'constante spanning' en 'constante stroom' voeding is verbonden met het circuit, en de batterij via het verbreekcontact van het relais.

Aanvankelijk zijn de voedingsspanning en de batterij beide uitgeschakeld van het circuit.

Ten eerste mag de ontladen batterij op het circuit worden aangesloten, zodra dit is gebeurd, detecteert de opamp een potentiaal dat lager is (10,5V zoals hier wordt aangenomen) dan het volledige laadniveau, en hierdoor gaat de RODE LED AAN , wat aangeeft dat de batterij niet volledig is opgeladen.

Vervolgens wordt de 14,2V-ingangslaadtoevoer ingeschakeld.

Zodra dit is gebeurd, zakt de input onmiddellijk naar de accuspanning en bereikt het 10,5V-niveau.

De oplaadprocedure wordt nu gestart en de batterij wordt opgeladen.

Naarmate de spanning van de accuklem tijdens het opladen toeneemt, neemt ook de pin (+) spanning dienovereenkomstig toe.

En op het moment dat de accuspanning het volledige ingangsniveau bereikt, namelijk het niveau van 14,3 V, bereikt de pin (+) proportioneel ook een 4,8 V die net hoger is dan de pin (-) spanning.

Dit dwingt onmiddellijk de output van de opamp om hoog te worden.

De RODE LED gaat nu UIT, en de groene LED licht op om de omschakelactie aan te geven en ook dat de batterij volledig is opgeladen.

Wat er daarna kan gebeuren, wordt echter niet weergegeven in de bovenstaande simulatie. We leren het door de volgende uitleg:

Zodra het relais uitschakelt, zal de spanning van de accupool snel dalen en naar een lager niveau worden hersteld, aangezien een 12 V-accu nooit consistent een 14 V-niveau zal behouden en zal proberen om ongeveer een 12,8 V-markering te bereiken.

Nu, als gevolg van deze toestand, zal de pin (+) spanning opnieuw een daling ondergaan onder het referentieniveau dat is ingesteld met pin (-), waardoor het relais opnieuw wordt gevraagd om UIT te schakelen en het laadproces opnieuw zal worden gestart.

Dit AAN / UIT schakelen van het relais zal blijven fietsen en maakt een ongewenst 'klik'-geluid van het relais.

Om dit te voorkomen, wordt het noodzakelijk om een ​​hysterese aan het circuit toe te voegen.

Dit wordt gedaan door een hoogwaardige weerstand over de uitgang en de (+) pin van het IC te introduceren, zoals hieronder weergegeven:

Hysterese toevoegen

De toevoeging van het bovenstaande aangegeven hysterese weerstand voorkomt dat het relais AAN / UIT oscilleert op de drempelniveaus en vergrendelt het relais tot een bepaalde tijd (totdat de batterijspanning onder de duurzame limiet van deze weerstandswaarde daalt).

Weerstanden met een hogere waarde bieden kortere vergrendelingsperioden, terwijl een lagere weerstand een hogere hysterese of een langere vergrendelingsperiode biedt.

Dus uit de bovenstaande discussie kunnen we begrijpen hoe een correct geconfigureerd automatisch batterij-uitschakelcircuit kan worden ontworpen en aangepast door elke hobbyist voor zijn favoriete batterijoplaadspecificaties.

Laten we nu eens kijken hoe het hele ontwerp van de acculader eruit kan zien, inclusief de constante spanning / stroom die is ingesteld samen met de bovenstaande uitschakelconfiguratie:

Dus hier is het voltooide aangepaste batterijopladercircuit dat kan worden gebruikt voor het opladen van elke gewenste batterij nadat deze is ingesteld, zoals uitgelegd in onze hele tutorial:

• De opamp kan een IC 741 zijn
• De preset = 10k preset
• beide zenerdiodes kunnen = 4.7V, 1/2 watt zijn
• zener-weerstand = 10k
• LED- en transistorweerstanden kunnen ook = 10k zijn
• Transistor = BC547
• relais diode = 1N4007
• relais = selecteer match de accuspanning.

Hoe u een batterij oplaadt zonder de bovenstaande voorzieningen

Vraagt ​​u zich af of het mogelijk is om een ​​batterij op te laden zonder een van de bovengenoemde complexe circuits en onderdelen te koppelen? Het antwoord is ja, je kunt elke batterij veilig en optimaal opladen, zelfs als je geen van de bovengenoemde circuits en onderdelen hebt.

Voordat u verder gaat, zou het belangrijk zijn om de weinige cruciale dingen te weten die een batterij nodig heeft om veilig op te laden en de dingen die de parameters 'automatisch uitschakelen', 'constante spanning' en 'constante stroom' zo belangrijk maken.

Deze functies worden belangrijk wanneer u wilt dat uw batterij extreem efficiënt en snel wordt opgeladen. In dergelijke gevallen wilt u misschien dat uw oplader is uitgerust met veel geavanceerde functies, zoals hierboven wordt voorgesteld.

Als u echter bereid bent om het volledige laadniveau van uw batterij iets lager dan optimaal te accepteren, en als u bereid bent een paar uur meer uit te trekken om het opladen te voltooien, dan heeft u zeker geen van de aanbevolen functies nodig, zoals constant stroom, constante spanning of automatische uitschakeling, u kunt dit allemaal vergeten.

In principe mag een batterij niet worden opgeladen met benodigdheden met een hogere classificatie dan de afgedrukte classificatie van de batterij, zo simpel is het.

Dit betekent dat veronderstel dat uw batterij een vermogen heeft van 12 V / 7 Ah, idealiter mag u nooit meer dan 14,4 V opladen en een stroomsterkte van meer dan 7/10 = 0,7 A. Als deze twee tarieven correct worden aangehouden, kunt u er zeker van zijn dat uw batterij in veilige handen is en onder geen enkele omstandigheid zal worden beschadigd.

Om aan de bovengenoemde criteria te voldoen en om de batterij op te laden zonder ingewikkelde circuits, moet u ervoor zorgen dat de ingangsvoeding die u gebruikt de juiste classificatie heeft.

Als u bijvoorbeeld een accu van 12 V / 7 Ah oplaadt, selecteert u een transformator die na rectificatie en filtratie ongeveer 14 V produceert en een stroomsterkte heeft van ongeveer 0,7 ampère. Dezelfde regel kan proportioneel ook voor andere batterijen worden toegepast.

Het basisidee hier is om de laadparameters iets lager te houden dan de maximaal toegestane waarde. Een 12V-batterij kan bijvoorbeeld worden aanbevolen om tot 20% hoger op te laden dan de afgedrukte waarde, dat wil zeggen 12 x 20% = 2,4V hoger dan 12V = 12 + 2,4 = 14,4V.

Daarom zorgen we ervoor dat dit iets lager blijft op 14V, wat de batterij misschien niet tot het optimale punt oplaadt, maar gewoon overal goed voor is, in feite zal het iets lager houden van de waarde de levensduur van de batterij verlengen waardoor veel meer laad- / ontlaadcycli mogelijk zijn. op lange termijn.

Evenzo zorgt het houden van de laadstroom op 1 / 10e van de afgedrukte Ah-waarde ervoor dat de batterij wordt opgeladen met minimale spanning en dissipatie, waardoor de batterij langer meegaat.

De laatste installatie

Een hierboven getoonde eenvoudige opstelling kan universeel worden gebruikt om elke batterij veilig en redelijk optimaal op te laden, op voorwaarde dat u voldoende oplaadtijd toestaat of totdat u merkt dat de naald van de ampèremeter bijna nul is.

De 1000uf filtercondensator is eigenlijk niet nodig, zoals hierboven weergegeven, en als je deze elimineert, zou de levensduur van de batterij zelfs toenemen.

Heeft u nog meer twijfels? Aarzel niet om ze kenbaar te maken via uw opmerkingen.

Bron: batterij opladen