Jeg har designet og publisert en rekke batteriladerkretser på dette nettstedet, men leserne blir ofte forvirret når de velger riktig batteriladerkrets for deres individuelle applikasjoner. Og jeg må eksplisitt forklare hver av leserne angående hvordan du kan tilpasse den gitte batteriladerkretsen for deres spesifikke behov.

Dette blir ganske tidkrevende, siden det er det samme som jeg må forklare hver leser fra tid til annen.

Dette tvang meg til å publisere dette innlegget der jeg har prøvd å forklare standard batterilader design og hvordan du kan tilpasse det på flere måter for å passe individuelle preferanser når det gjelder spenning, strøm, automatisk avskjæring eller halvautomatisk drift.

Å lade batteriet riktig er avgjørende

De tre grunnleggende parametrene som alle batterier trenger for å lades optimalt og trygt er:

Konstant spenning.
Konstant strøm.
Auto-cutoff.

Så i utgangspunktet er dette de tre grunnleggende tingene man trenger å bruke for å kunne lade et batteri og også sørge for at batteriets levetid ikke påvirkes i prosessen.

Noen forbedrede og valgfrie forhold er:

Termisk styring.

og Trinnlading .

Ovennevnte to kriterier anbefales spesielt for Li-ion-batterier , selv om disse kanskje ikke er så avgjørende for blybatterier (selv om det ikke er noen skade å implementere det for det samme)

La oss finne ut de ovennevnte forholdene trinnvis og se hvordan man kan være i stand til å tilpasse kravene i henhold til følgende instruksjoner:

Viktigheten av konstant spenning:

Det anbefales at alle batterier lades med en spenning som kan være omtrent 17 til 18% høyere enn den trykte batterispenningen, og dette nivået må ikke økes eller svinges mye.

Derfor for en 12V batteri , kommer verdien til rundt 14,2V som ikke bør økes med mye.

Dette kravet blir referert til som kravet til konstant spenning.

Med tilgjengeligheten av en rekke spenningsregulatorer i dag, er det bare noen minutter å lage en konstant spenningslader.

De mest populære blant disse IC-ene er LM317 (1,5 ampere), LM338 (5amps), LM396 (10 ampere). Alt dette er variabel spenningsregulator IC, og lar brukeren stille inn ønsket ønsket konstant spenning hvor som helst fra 1,25 til 32V (ikke for LM396).

Du kan bruke IC LM338 som er egnet for de fleste batterier for å oppnå en konstant spenning.

Her er et eksempel på krets som kan brukes til å lade ethvert batteri mellom 1,25 og 32V med konstant spenning.

Konstant spenning Batterilader Skjematisk

Å variere 5k-potten muliggjør innstilling av ønsket konstant spenning over C2-kondensatoren (Vout) som kan brukes til å lade et tilkoblet batteri over disse punktene.

For fast spenning kan du erstatte R2 med en fast motstand ved å bruke denne formelen:

VELLER= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Hvor VREFer = 1,25

Siden jegADJer for liten, det kan ignoreres

Selv om det kan være nødvendig med en konstant spenning, på steder der spenningen fra en inngangsstrøm ikke varierer for mye (5% opp / ned er ganske akseptabelt) kan man eliminere den ovennevnte kretsen helt og glemme konstant spenningsfaktor.

Dette innebærer at vi ganske enkelt kan bruke en riktig rangert transformator for å lade et batteri uten å vurdere en konstant spenningstilstand, forutsatt at strøminngangen er ganske pålitelig når det gjelder svingninger.

I dag med fremkomsten av SMPS-enheter blir problemet ovenfor uvesentlig, siden SMPS alle er strømforsyninger med konstant spenning og er svært pålitelige med spesifikasjonene sine, så hvis en SMPS er tilgjengelig, kan LM338-kretsen ovenfor definitivt elimineres.

Men ofte kommer en SMPS med en fast spenning, så i så fall kan det å tilpasse det til et bestemt batteri bli et problem, og du må kanskje velge den allsidige LM338-kretsen som forklart ovenfor ... eller hvis du fortsatt vil unngå dette , kan du bare endre SMPS kretsen for å skaffe ønsket ladningsspenning.

Følgende avsnitt vil forklare utformingen av en tilpasset strømstyringskrets for en bestemt valgt batteriladerenhet.

Legge til en konstant strøm

Akkurat som 'konstant spenning' parameter , bør den anbefalte ladestrømmen for et bestemt batteri ikke økes eller svinges mye.

“1 mhz krystalloscillator krets ”

For blybatterier, bør ladehastigheten være omtrent 1/10 eller 2/10 av den trykte Ah (Ampere Hour) -verdien til batteriet. Det betyr at hvis batteriet er vurdert til si 100Ah, anbefales dets ladestrøm (amp) å være på 100/10 = 10 Ampere minimum eller (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp maksimum, denne figuren bør ikke økes helst for å opprettholde sunne forhold for batteriet.

Imidlertid for Li-ion eller Lipo batterier kriteriet er helt annerledes, for disse batteriene kan ladningshastigheten være så høy som Ah-hastigheten, noe som betyr at hvis AH-spesifikasjonen til et Li-ion-batteri er 2,2 Ah, er det mulig å lade det på samme nivå som er på 2,2 ampere rate Her trenger du ikke dele noe eller hengi deg til noen form for beregninger.

For å implementere en konstant strøm funksjonen, igjen blir en LM338 nyttig og kan konfigureres for å oppnå parameteren med høy grad av nøyaktighet.

Nedenfor gitte kretser viser hvordan IC kan konfigureres for å implementere en nåværende kontrollert batterilader.

Sørg for å sjekk ut denne artikkelen som gir en utmerket og meget tilpassbar batteriladerkrets.

Skjema for CC- og CV-kontrollert batterilader

Som diskutert i forrige avsnitt, hvis inngangsstrømmen din er ganske konstant, kan du ignorere LM338-seksjonen på høyre side, og bare bruke den venstre strømbegrenserkretsen med enten en transformator eller en SMPS, som vist nedenfor:

I den ovennevnte utformingen kan transformatorspenningen bli vurdert til batteriets spenningsnivå, men etter utbedring kan den gi litt over den spesifiserte batteriladningsspenningen.

Dette problemet kan overses fordi den tilkoblede strømstyringsfunksjonen vil tvinge spenningen til automatisk å senke overflødig spenning til det sikre batteriladingsspenningsnivået.

R1 kan tilpasses etter behov, ved å følge instruksjonene HER

Diodene må være riktig klassifisert avhengig av ladestrømmen, og bør helst være mye høyere enn det spesifiserte ladestrømnivået.

Tilpasse strøm for lading av batteri

I de ovennevnte kretsene er den refererte IC LM338 vurdert til å håndtere maksimalt 5 ampere, noe som gjør den bare egnet for batterier opptil 50 AH, men du kan ha mye høyere batterier i størrelsesorden 100 AH, 200 AH eller til og med 500 AH .

Disse kan kreve lading med de respektive høyere nåværende hastighetene som en enkelt LM338 kanskje ikke kan være tilstrekkelig.

For å avhjelpe dette kan man oppgradere eller forbedre IC med flere ICer parallelt som vist i følgende eksempelartikkel:

25 amp lader krets

I eksemplet ovenfor ser konfigurasjonen litt komplisert ut på grunn av inkluderingen av en opamp, men litt tinkering viser at IC-ene faktisk kan legges til direkte parallelt for å multiplisere strømutgangen, forutsatt at alle IC-ene er montert over en felles heatsink , se diagrammet nedenfor:

“hva brukes radar til ”

Et hvilket som helst antall IC-er kan legges til i det viste formatet for å oppnå ønsket strømgrense, men to ting må sikres for å få et optimalt svar fra designet:

Alle IC-ene må monteres over en felles kjøleribbe, og alle nåværende begrensningsmotstander (R1) må være festet med en nøyaktig samsvarende verdi, begge parametrene er nødvendige for å muliggjøre en jevn varmedeling mellom IC-ene og dermed lik strømfordeling over utgang for det tilkoblede batteriet.

Så langt har vi lært om hvordan du kan tilpasse konstant spenning og konstant strøm for et bestemt batteriladerapplikasjon.

Uten automatisk avskjæring kan en batteriladerkrets bare være ufullstendig og ganske usikker.

Så langt i batterilading opplæringsprogrammer vi lærte hvordan vi tilpasser parameteren for konstant spenning mens vi bygger en batterilader. I de følgende avsnittene vil vi prøve å forstå hvordan man kan implementere en fulladet automatisk avstenging for å sikre en sikker lading av det tilkoblede batteriet.

Legge til en Auto-Cut 0ff i batterilader

I denne delen vil vi oppdage hvordan en automatisk avskjæring kan legges til et batteri lader som er en av de mest avgjørende aspektene i slike kretser.

Et enkelt auto-cut-off-trinn kan inkluderes og tilpasses i en valgt batteriladerkrets ved å innlemme en opamp-komparator.

En opamp kan være plassert for å oppdage en økende batterispenning mens den lades, og kutte ladespenningen så snart spenningen når det fulle ladningsnivået til batteriet.

Du har kanskje allerede sett denne implementeringen i de fleste automatiske batteriladerkretsene som hittil er publisert i denne bloggen.

Konseptet kan forstås grundig ved hjelp av følgende forklaring og den viste kretsen GIF-simulering:

MERKNAD: Bruk relé N / O-kontakten for ladeinngangen, i stedet for den viste N / C. Dette vil sikre at reléet ikke klirrer i fravær av batteri. For at dette skal fungere, må du også sørge for å bytte inngangspinnene (2 og 3) med hverandre .

I ovennevnte simuleringseffekt kan vi se at en opamp er konfigurert som en batterispenningssensor for å oppdage terskelen for overladning, og kutte strømmen til batteriet så snart dette blir oppdaget.

Forhåndsinnstilt ved pin (+) av IC justeres slik at ved full batterispenning (14,2V her) får pin # 3 et skygge høyere potensial enn pin (-) til IC som er festet med en referansespenning på 4.7V med en zenerdiode.

Den tidligere forklarte 'konstant spenning' og 'konstant strøm' forsyning er koblet til kretsen, og batteriet via N / C-kontakten til reléet.

I utgangspunktet er forsyningsspenningen og batteriet begge slått av fra kretsen.

Først får det utladede batteriet være koblet til kretsen, så snart dette er gjort, oppdager opampen et potensial som er lavere (10,5V som antatt her) enn det fulle ladningsnivået, og på grunn av dette lyser RØD LED , som indikerer at batteriet er under fulladet nivå.

Deretter slås 14,2V inngangsladeforsyningen PÅ.

Så snart dette er gjort, synker inngangen øyeblikkelig ned til batterispenningen, og oppnår 10,5V-nivået.

Ladeprosedyren blir nå startet og batteriet begynner å bli ladet.

Når batteriets polspenning øker i løpet av ladingen, øker også pin (+) spenningen tilsvarende.

Og i det øyeblikket batterispenningen når det fulle inngangsnivået som er 14,3 V-nivået, oppnår også pinnen (+) proporsjonalt en 4,8 V som er bare høyere enn pin-spenningen (-).

“tuning av pid -kontroller for dummies ”

Dette tvinger opamp-utgangen umiddelbart til å gå høyt.

Den RØDE LED-lampen slås nå AV, og den grønne LED-lampen lyser, noe som indikerer byttehandling og også at batteriet er fulladet.

Men hva som kan skje etter dette er ikke vist i simuleringen ovenfor. Vi lærer det gjennom følgende forklaring:

Så snart reléet går, vil batteriets terminal spenning raskt ha en tendens til å synke og gjenopprettes til noe lavere nivå, siden et 12V batteri aldri vil holde et 14V-nivå konsekvent og vil prøve å oppnå et 12,8V-merke omtrent.

Nå, på grunn av denne tilstanden, vil pin (+) spenningen igjen oppleve et fall under referansenivået satt av pin (-), som igjen vil be reléet om å slå seg AV, og ladeprosessen vil igjen bli startet.

Denne PÅ / AV-vekslingen av reléet fortsetter å sykle og gir en uønsket 'klikkelyd' fra stafetten.

For å unngå dette blir det viktig å legge til en hysterese i kretsen.

Dette gjøres ved å innføre en motstand med høy verdi over utgangen og (+) pinnen til IC som vist nedenfor:

Legger til hysterese

Tillegg av det ovennevnte hysterese motstand forhindrer at reléet svinger PÅ / AV ved terskelnivåene og låser reléet opp til en viss tidsperiode (til batterispenningen faller under den bærekraftige grensen for denne motstandsverdien).

Motstander med høyere verdi gir lavere låseperioder mens lavere motstand gir høyere hysterese eller høyere låseperiode.

Fra den ovennevnte diskusjonen kan vi forstå hvordan en riktig konfigurert automatisk batterikuttkrets kan utformes og tilpasses av enhver hobbyist for hans foretrukne batteriladingsspesifikasjoner.

La oss nå se hvordan hele batteriladerdesignet kan se ut, inkludert den konstante spenningen / strømmen som er satt opp sammen med den ovennevnte avskjæringskonfigurasjonen:

Så her er den fullførte tilpassede batteriladerkretsen som kan brukes til å lade hvilket som helst ønsket batteri etter å ha satt det opp, som forklart i hele vår opplæring:

Opampen kan være en IC 741
Forhåndsinnstillingen = 10k forhåndsinnstilling
begge zener-dioder kan være = 4,7V, 1/2 watt
zener motstand = 10k
LED og transistor motstander kan også være = 10k
Transistor = BC547
relédiode = 1N4007
relé = velg samsvarer med batterispenningen.

Hvordan lade et batteri uten noen av de ovennevnte fasilitetene

Hvis du lurer på om det er mulig å lade et batteri uten å knytte noen av de ovennevnte komplekse kretsene og delene? Svaret er ja, du kan lade ethvert batteri sikkert og optimalt, selv om du ikke har noen av de ovennevnte kretsene og delene.

Før du går videre, vil det være viktig å vite de få viktige tingene et batteri krever for å lade trygt, og de tingene som gjør at 'automatisk avstenging' 'konstant spenning' og 'konstant strøm' parametere er så viktige.

Disse funksjonene blir viktige når du vil at batteriet skal lades med ekstrem effektivitet og raskt. I slike tilfeller vil du kanskje at laderen skal være utstyrt med mange avanserte funksjoner som foreslått ovenfor.

Men hvis du er villig til å akseptere det fulle ladningsnivået på batteriet ditt litt lavere enn optimalt, og hvis du er villig til å gi noen timer mer for at ladingen skal fullføres, vil du absolutt ikke kreve noen av de anbefalte funksjonene som konstant strøm, konstant spenning eller automatisk avbrutt, kan du glemme alle disse.

I utgangspunktet skal et batteri ikke lades med rekvisita som har høyere rangering enn batteriets utskrevne vurdering, det er så enkelt som det.

Betydning anta at batteriet ditt er vurdert til 12V / 7Ah, ideelt sett må du aldri overskride full ladningshastighet over 14,4V, og strøm over 7/10 = 0,7 ampere. Hvis disse to hastighetene opprettholdes riktig, kan du være trygg på at batteriet er i trygge hender, og vil aldri bli skadet uansett omstendigheter.

Derfor, for å sikre de ovennevnte kriteriene og lade batteriet uten å involvere komplekse kretser, må du bare sørge for at inngangsforsyningen du bruker, blir vurdert tilsvarende.

For eksempel hvis du lader et 12V / 7Ah batteri, velg en transformator som produserer rundt 14V etter retting og filtrering, og dens strøm er vurdert til rundt 0,7 ampere. Den samme regelen kan også brukes på andre batterier, proporsjonalt.

Den grunnleggende ideen her er å holde ladeparametrene litt lavere enn maksimal tillatt vurdering. For eksempel kan et 12V batteri anbefales å lade opptil 20% høyere enn den trykte verdien, det vil si 12 x 20% = 2,4V høyere enn 12V = 12 + 2,4 = 14,4V.

Derfor sørger vi for å holde dette litt lavere ved 14V, noe som kanskje ikke lader batteriet til det optimale punktet, men som bare vil være bra for hva som helst. Faktisk holder verdien litt lavere vil forbedre batterilevetiden og gi mange flere lade- / utladningssykluser i det lange løp.

Hvis du holder ladestrømmen på 1/10 av den trykte Ah-verdien, sørger du for at batteriet lades med minimalt stress og spredning, noe som gir batteriet en lengre levetid.

Det endelige oppsettet

grunnleggende batteriladerkrets med transformator og likeretter

Et enkelt oppsett vist ovenfor kan brukes universelt for å lade ethvert batteri trygt og ganske optimalt, forutsatt at du gir tilstrekkelig ladetid eller til du finner at nålen til amperemeteret faller ned til nesten null.