Неваляшка или балансировщик для аккумуляторных батарей

13 — 20.08.2024 Я тут слегка погрузился в тему бесперебойного электропитания и солнечной энергетики с целью понимания возможности достижения некоторой степени энергонезависимости путем создания небольшой солнечной электростанции бомж-типа с накопителем на базе пары толстых свинцово-кислотных аккумуляторов. Т.е. в конфигурации с минимально возможной стоимостью при максимальных параметрах, позволяющих относительно успешно эксплуатировать имеющиеся в хозяйстве электроприборы. В общем, по итогам "погружения" могу констатировать, что по сути это невозможно в текущих условиях.

Самый главный враг колхозного любителя зеленой энергетики - это совковый холодильник компрессорного типа, который своим пусковым током сходу вышибает все мечты о дешевой электроэнергии*. Рядом с ним на пьедестале почета стоит насосная станция с асинхронником, которая по некоторым характеристикам еще хуже (правда и запускается намного реже). Ну и широты у нас не очень подходящие для питания от солнышка в период с октября по март включительно + есть местные матричные пидорасики, периодически все еще гадящие в воздух, из-за чего небо неожиданно окрашивается в цвета свинцовых портянок.

Короче, грусть и печаль... Хотя, если умерить аппетиты и ограничиться только обустройством бесперебойного питания для комфортного пережидания небольших интервалов отключения электричества (до суток), на рынке пока еще есть сравнительно доступные варианты...

В процессе изучения темы наткнулся на всякие полезные устройства для балансировки последовательно включенных аккумуляторных батарей с целью продления их ресурса. Для свинцово-кислотных их довольно много есть в продаже (популярные и доступные китайские модели с Алиэкспресса HA01/02/03, более продвинутые PLC-10 от Mazava, российские SKAT BB от ЗАО "Бастион" и СБЗ-2 2К-12В от ООО "НИП", + всякие дорогущие западные).

Ради спортивного интереса прикинул возможную схемную реализацию аналогичного устройства на каком-нибудь ненужном электронном барахле, всегда валяющемся у каждого уважающего себя радиогубителя в сусеках. По сути задача балансировщика очень простая - выравнивание напряжения между последовательно включенными батареями путем перераспределения тока от зарядного устройства, подгружая более разряженную чуть большим током. Сходу пришла идея применить какой-нибудь мощный операционный усилитель (ОУ), "заякорив" неинвертирующий вход его дифкаскада на источник эталонного напряжения в виде прецизионного резистивного делителя, а напряжение со средней точки батарей кинуть на вход интегратора, и туда же через низкоомный резистор подвести сигнал с выхода ОУ. Получилась такая вот неваляшка несложная схема:



Сопротивления R1 и R2 выполняют роль резистивного делителя, формирующего среднюю точку, от которой будет плясать ОУшник. Поэтому они должны иметь максимально одинаковые значения сопротивлений. R3 - токовый датчик интегратора, на нем выделяется разностное напряжение и через инвертирующий вход (являющийся виртуальной землей с потенциалом, равным потенциалу неинвертирующего входа) вдувается ток в интегратор на ОУ. В состоянии баланса, когда напряжения батарей равны между собой, на выходе ОУ сигнал отсутствует, в противном случае резистор R4 начинает "параллелить" батарею с более высоким напряжением, позволяя протекать через общую последовательную цепь более высокому току заряда, выравнивающему в итоге обе батареи (честно говоря я понимаю, что объясняю слишком уж по тупому, но пока не придумал, как лучше).

В полную схему желательно добавить цепи защиты и какой-нибудь индикации режимов (типа красный цвет = "жопа"). В итоге пришел к такому вот максимально примитивному варианту:



Предохранители F1/2 - защита электронной мандулы от неведомой ебанины в виде КЗ, диоды D1/2 - от переполюсовки, D3/4 - защита входов микрухи при переходных процессах во время включения/отключения, красные светодиоды D5/6 - ограничение тока через резистор R5 на уровне около 300мА и индикация сильного перекоса напряжения батарей (красные загораются при напряжении около 1.6В, т.е. если коротнет один из шести элементов внутри уставшей батареи, то диод когда-нибудь да зажжется, правда нужно проверить, будет ли при таком маленьком токе хоть что-то видно))). Сопротивление R6 добавлено для ускорения переходных процессов. Все указанные номиналы деталей достаточно правдоподобные, но возможно потребуют уточнения при прототипировании.

В качестве ОУ изначально планировал применить дешманские интегральные УМЗЧ TDA2030, коих у всех радиогубителей (включая и меня) в сусеках как добра за баней, но вообще они не совсем для этого подходят, поскольку в покое потребляют около 40мА (плюс скорректированы под усиление в 30дБ, хотя по идее с указанными номиналами R6 и C1 возбуда быть не должно). По мне так многовато будет для батарейного питания. Поэтому из всего ассортимента товаров, находящихся за баней, можно предложить использовать недорогие и доступные отечественные ОУ К157УД1, скорректировав их для единичного усиления и добавив радиатор площадью не менее 20 квадратиков (больше -> лучше, для TDA-хи радиатор тоже нужен). У них порог тока защиты от КЗ около 400мА, так что при указанном номинале R5 должны работать правильно. TDA-хи конечно поинтереснее будут с точки зрения максимального выходного тока (с них можно снимать до 3.5А), поэтому балансировка сильно разболтаной парочки аккумов в несколько десятков А/ч будет идти в несколько раз быстрее. Но если пара из одной партии и/или одинаковой свежести, то это не столь критично.

Как-то так. В железе пока что не проверял, поскольку для меня это чисто разминка для ума, т.с. концепт. Главное условие - возможность собрать из того, что есть под рукой без всяких там микроконтроллеров, прошивок и вот этого всего. Выкладываю в public domain для всех любопытствующих - возможно кого-нибудь заинтересует эта идея для воплощения в реальное устройство, экспериментов, а также с целью получения конструктивной критики, которая всячески приветствуется.

Обновление: я был слишком оптимистичен в расчетах, в реале К157УД1 не потянет 300мА при используемом напряжении питания, 75-80мА максимум, иначе она выходит за пределы области безопасной работы. Так что R5 нужно брать 20-22 Ом. Или же искать подходящий мощный западный ОУ, но с ними сейчас тухляк. Так же можно прилепить на выход стандартного ОУ двухтактный эмиттерный повторитель или diamond buffer (если при этом использовать прецизионный ОУ типа КР140УД17, то можно получить очень высокую точность балансировки, которая правда нафиг не нужна)). По приколу кстати можно собрать мощный ОУ на дискретах с какими-нибудь помойными КТ81х на выходе, хотя входные токи и напряжение смещения врядли получится довести до уровня интегральных ОУ, слишком высок разброс параметров у "рассыпухи".

* вместе со старым дырявым деревянным домом мне достался холодильник "Памир-5" 1984-го года выпуска. Но некоторые современные "малыши" тоже могут неслабо так удивить, вот камрады из СибКонтакТа сняли на эту тему замечательный по своей информативности видеоролик:


Пусковой ток малюпасенького 60-ваттного "Скарлета" оказался в 18 раз выше рабочего, охренеть...

Оставить комментарий

Популярные посты: