Разделитель аккумуляторов для авто
Еще один способ развязки аккумуляторов.
С таким вот синдромом собаки Павлова радостным настроением, предвкушая покупку Боинга за рупь, я и забрел в очередной Алишный магазин, торгующий всяким-разным авто-мото-внедорожным хламом, и неожиданно наткнулся вот на какое устройство.
ru.aliexpress.com/item/40…269583.0.0.4cd37031tZZIgQ
Да-да. Это же оно самое — устройство согласования (или устройство развязки) двух аккумуляторов. Тема близкая и больная для всех владельцев кемперов и всех владельцев внедорожников с лебедкой.
Что люди обычно используют для этих целей, кроме механической коммутации? Ну, прежде всего, УРА-400, либо прочие вариации на эту тему с использованием силового твердотельного реле Gruner 750H.
Лично меня все прежде виденные варианты не совсем устраивали, под мои конкретные задачи и локальные условия.
Поясню, почему.
Основной, стартерный аккумулятор у меня AGM, 75Ач. Дополнительный, кемперный, тоже 75Ач, но он гелевый, допускающий глубокую разрядку. Генератор автомобиля на 180 А, и заряжать он может оба аккумулятора одновременно или поврозь, ему не страшно.
Основная бортовая сеть автомобиля висит на AGM аккумуляторе, а вот все дополнительное оборудование, заточенное под кемпинг, висит на гелевой батарее. Это компрессорный холодильник на 60 литров, стояночный отопитель, походный свет, походная мультимедиа, выходы на питание дополнительных устройств от 12 вольт. То есть вроде все как положено – стартерная батарея на стоянке не при делах, ее задача только заводить авто.
Но подпитки стояночной, дополнительной сети от генератора, при заведенном движке, не происходит. На дополнительном аккуме, напомню, даже в пути висит холодильник с запасом еды на неделю. Стратегические запасы. А ведь емкость гелевого аккумулятора не безгранична, и его тоже приходится подкармливать. На стоянке — да, пожалуйста — либо от интегрированного солнечного контроллера Victron Energy Blue Solar с панелями на крыше, либо от интегрированной же девятистадийной зарядки Сорокин 12.94, подключенной к входной розетке 220 вольт на бампере авто. А в пути — только включением этого холодильника в специальный прикуриватель, который у меня работает без ключа в замке зажигания. Тогда при ночевке в поле приходится оставлять холодильник запитанным от основного аккумулятора, что не добавляет спокойствия сну, либо надо его переключать в другой прикуриватель, который запитан от второго аккумулятора. А это уже неудобство и отход от концепции обладания автомобилем, в котором будет предусмотрена защита от дурака на все возможные случаи.
Для исправления ситуации, я соорудил мостик между двумя раздельными бортсетями, на диодах Шоттки. Не понравилось. Да, второй аккумулятор стал заряжаться в пути, и вроде как цель была достигнута. Но, во-первых, он стал получать зарядку от генератора сразу же, с момента заводки авто, что идеологически было неверно – надо было дожидаться достижения порога зарядки основного аккумулятора после работы свечей накаливания и стартера, и только потом переключать на дополнительный. И во-вторых — диоды оказались слабоваты, и потребовали для себя радиаторов. Получилось как инвалид на костылях, некрасиво, громоздко, невиброустойчиво.
В обратную же сторону, то есть от солнечных панелей или кемпинговой электрической сети, во время стоянки, основной аккумулятор все равно не заряжался, что вроде бы не так важно, но хотелось бы, что бы и оно было.
А тут вчитался я в описание лота на Али, призадумался, да и заказал.
Пришло очень быстро.
Инструкция по подключению, лежавшая в коробке, отличалась от той, что была в описании лота, наличием желтого провода. О нем чуть позже.
Установил, и теперь могу сказать, как оно реально работает после соединения по прилагаемой схеме.
Заводим мотор. Генератор начинает пополнять заряд основного аккума. При достижении на нем ( и клемме Start Batt) напряжения 13.3 В, загорается красный светодиод на корпусе, появляется напряжение на клемме Second Batt, и начинается подпитка второго аккумулятора. Если второй аккумулятор был сильно просажен, и в момент его подключения напряжение бортовой сети снизится до 12.8 В – светодиод погаснет, второй аккумялятор отключится, и продолжится зарядка только первой батареи. Поднимется сеть до 13.3 – снова включится зарядка второй батареи. И будут подаваться импульсы на вторую батарею до тех пор, пока на ней не будет устойчивых 12.8 В. После этого две батареи будут заряжаться одновременно. Либо разряжаться, на внешнюю нагрузку, причем ток нагрузки будет делиться между двумя аккумуляторами. И этот ток может быть 125А, сколь угодно долго, либо 140А в течение 15 минут.
Выключаем мотор. Две батареи остаются соединенными параллельно до тех пор, пока напряжение на одной из них не понизится до предустановленного порогового значения 12.8 В. Это полезно при работе автономного отопителя или стационарного инвертора. Две подключенные батареи по 75ач, итого 150ач, отопитель за ночь не высадит. Как только одна батарея просела – красный светодиод гаснет, и две батареи становятся независимыми друг от друга. Стартерная остается в том состоянии, в котором она была на момент размыкания, дальше мы бесчеловечно высаживаем батарею глубокого разряда.
Что будет, если за время стоянки мы подсадили основную батарею частыми включениями света в салоне или еще чем-то подобным? То есть если при включении зарядки от солнца, напряжение бортовой сети просядет ниже 12.8? Правильно – будет все так же, как я написал ранее, применительно к дополнительной батарее. Сперва зарядится до уровня 13.3 дополнительная, потом будет импульсная подпитка основной до момента, когда перестанет проседать напряжение в бортовой сети от повышенного потребления тока основной батареей, а потом начнется зарядка основной батареи постоянным током.
Наверное, это функция с блокировкой чересчур избыточна для данного устройства, но хорошо, что она в принципе есть. Я для себя наметил несколько сценариев ее использования. Пример 1 : когда солнца не сильно много, или по прогнозу скоро дождь, и поэтому хочется за остаток времени зарядить солнцем дополнительный аккумулятор по максимуму. Пример 2: если вы холодной зимой демонтировали дополнительный аккумулятор из его места установки. Причина — не предполагается у вас в ближайшие сутки длительной поездки с автономкой, а просто так возить гелевый аккум зимой не рекомендуется. И чтобы в этом случае не висел у вас в лотке от снятого аккумулятора силовой провод, на котором при заведенной машине появляется до 140 А тока, во избежание пожара лучше сделать тумблер, замыкающий желтый провод на массу, обесточивая таким образом висящий силовой провод.
Пока не проверял, но подозреваю, что брошенный на массу желтый провод будет блокировать не только зарядку, но и разрядку «дальнего» аккумулятора. Для того, у кого в кемпере стоит 200Ач, использовать стартерный аккумулятор нет нужды, и ему этот тумблер блокировки тогда точно пригодится для принудительного разделения цепей starter — house.
Что еще можно добавить про покупку? Сделано качественно. Корпус достаточно толстый и жесткий, все залито компаундом. То, что под компаундом, защищено по IP67. Можно подтянуть два силовых провода с наконечниками, прикрутить на хорошие серебрёные клеммы, закрыть крышкой и кинуть как угодно, не опасаясь, что может коротнуть – все контакты останутся внутри, под крышкой. Этой силовой коробке присвоен IP65. Можно после этого все в сборе в с проводами залить силиконовым герметиком, закрыть крышкой и забыть про этот блок. А можно всю конструкцию в сборе прикрутить на твердое основание, длинными винтами через все тело. Не оторвется.
Коммутация происходит с помощью силового реле (негромко щелкает внутри коробки). Греется несильно.
Когда горит красный светодиод (режим ожидания) – ток потребления около 8.5 мА. Когда светодиод погас и реле отпустило – устройство не потребляет ничего.
Внутри точно есть пара диодов Шоттки – падение напряжения между двумя силовыми клеммами составляет 0.2 В при зарядке с любого конца. В моем случае это дает автоматическое согласование уровня зарядного напряжения при работе от бортового генератора (основная батарея получает 14.4 в пике, гелевая – 14.2 ). А если запитываемся от солнца или от стационарной зарядки – задействованы предустановки солнечного контроллера и многостадийного зарядника.
К слову сказать, у устройств на базе Грюнера нельзя смешивать два аккумулятора разного типа — на них будет идти одно напряжение. Основному аккумулятору это не важно, а вот повышенное напряжение для гелевого будет означать закипание и снижение срока его жизни.
Данное устройство не будет интересно для владельцев УАЗиков с лебедкой – маловат коммутируемый ток.
Но для кемпероводов – самое то. Ток достаточен для запитывания 1.5 квт инвертора, а больше нам в автономке и не надо.
Покупкой доволен и могу ее рекомендовать.
Добавлено спустя 9 месяцев: Все работает как надо, про необходимость нажимания каких-то кнопочек, переключателей, слежение за уровнем зарядки обоих аккумуляторов — ЗАБЫЛ. Полная автоматика, как она должна быть. Батареи всегда полные, отказа не было ни разу.
Зарядный изолятор аккумуляторов
Две или три аккумуляторные батареи на современном катере или яхте это норма. Стартовый, сервисный и дополнительный аккумуляторы служат источниками энергии для разных типов оборудования и работают независимо друг от друга. Одновременно зарядить все аккумуляторные группы от генератора с одним выходом позволяют устройства развязки – реле и зарядные изоляторы.
Изоляторы и реле
Принцип работы развязывающих реле и диодных изоляторов различен. Реле пропускает через себя весь ток, а изолятор делит его на несколько ветвей. Но оба устройства развязки аккумуляторов обладают общим недостатком — они пытаются заряжать две батареи одновременно и не учитывают различия между ними.
Как правило стартовый аккумулятор почти всегда полностью заряжен, а сервисный наоборот, сильно разряжен. Более высокое напряжение стартового вводит регулятор генератора в заблуждение, и он оценивает состояние объединенной батареи лучше, чем оно есть на самом деле.
Второй недостаток больше присущ зарядным изоляторам на диодах. Падение напряжения в диодных разделителях значительно снижает скорость зарядки аккумуляторных батарей, а значит ведет к их неполной зарядке.
Диодный разделитель
Предположим, что на катере установлен двигатель с генератором на 60 А. Для зарядки двух аккумуляторов используется диодный изолятор номиналом 70 А. Генератор обычный, без внешнего регулятора и без датчика контроля напряжения на аккумуляторах. Кабель от генератора к аккумуляторам также стандартного сечения. Считаем, что напряжение на выходе генератора — 14,2 Вольта. В реальной жизни напряжение окажется другим. Оно будет находится в диапазоне 13,9 — 14,8 вольт, а его точное значение зависит от производителя генератора и модели регулятора напряжения.
Несмотря на то, что напряжение на выходе генератора 14,2 В, на сервисных аккумуляторах оно существенно ниже – около 12,8 В. Но это же время на стартовом вольтметр покажет 13,6 Вольт. Разница возникает из-за нелинейной вольтамперной характеристики диодов. При токе 60 А падение напряжения в цепи сервисных аккумуляторов составит 1 Вольт. Но поскольку стартовый аккумулятор почти полностью заряжен, то потребляемый им ток не превышает нескольких ампер и в его цепи потери окажутся меньше — 0,4 В.
Описанный вариант подключения через диодный изолятор безопасен для аккумуляторов. Но рассчитывать на то, что сервисная батарея будет заряжаться не стоит. Низкое напряжение делает ее зарядку крайне неэффективной.
Напряжения в электрической системе во время зарядки двух аккумуляторов через диодный изолятор. К сервисным аккумуляторам подключен датчик напряжения. Стартовый аккумулятор перезаряжается. Напряжение на сервисном нормальное
Потери напряжения легко компенсировать. Для этого необходимо в цепи обратной связи регулятора использовать напряжение не с выхода генератора, а непосредственно с аккумуляторной батареи. Предположим, что мы осознали проблему и решили ее исправить подключив к регулятору датчик напряжения. Теперь регулятор заставляет генератор поддерживать 14,2 Вольта на сервисной батарее и скорость ее зарядки возрастает
Однако, если вновь проверить показания вольтметра на стартовом аккумуляторе, то окажется, что напряжение на нем выросло до 15,2 Вольт. Более того, чем длиннее кабель до сервисного аккумулятора, и чем больше в нем потери, тем сильнее будет повышаться напряжение на стартовом АКБ.
Очевидно, что такой способ зарядки двух аккумуляторов подходит не всегда. Если стартовый АКБ – это обслуживаемый аккумулятор с жидким электролитом, то повышенное напряжении приведет к выделению газа и снижению уровня электролита. Но при регулярном обслуживании аккумулятору это сильно не повредит. Если используется AGM или гелевый аккумулятор, то потери электролита восполнить не удастся и через некоторое время аккумулятор придется менять.
На генераторе установлен внешний регулятор напряжения. Две аккумуляторные батареи заряжаются через диодный разделитель. Напряжение на стартовом слишком высокое
Продолжим усовершенствования схемы и заменим стандартный регулятор генератора внешним. Если устройство настроенным на напряжение 14,8 или 15,1 вольт (для кальциевых аккумуляторов), то результат окажется тем же что и в предыдущем примере. Только стартовый аккумулятор закипит быстрее, поскольку напряжение на нем возрастет на 0,6 Вольт.
Современный зарядный изолятор
Если устранить потери в делителе аккумуляторов, то напряжение на стартовом АКБ не превысит допустимого уровня. Чрезмерное газообразование и потери воды прекратятся, а скорость зарядки станет такой же, как у сервисной батареи.
Два аккумулятора подключены к генератору через изолятор с нулевым падением напряжения. Обе аккумуляторные батареи заряжаются в нормальном режиме
Нулевое падение напряжения значительно ускоряет зарядку аккумуляторов от стандартного генератора. Но если изолировать стартовый аккумулятор и «показывать» регулятору только напряжение разряженной сервисной батареи, то скорость возрастет еще больше. Стартовый аккумулятор можно подключить после того как напряжение на сервисном возрастет. Различное состояние аккумуляторов больше не повлияет на работу регулятора.
Делители аккумуляторов
Устройство для зарядки двух аккумуляторов от одного генератора. Рабочее напряжение 12 Вольт. Максимальный ток 120 А
Устройство для зарядки трех аккумуляторов от одного генератора. Рабочее напряжение 12 Вольт. Максимальный ток 120 А
Устройство для зарядки трех аккумуляторов от одного генератора. Рабочее напряжение 12 Вольт. Максимальный ток 180 А
Устройство для зарядки четырех аккумуляторов от двух генератора. Рабочее напряжение 12 Вольт. Максимальный ток 2 х 130 А
Устройство для зарядки двух аккумуляторов от одного генератора. Рабочее напряжение 24 Вольт. Максимальный ток 60 А
Устройство для зарядки трех аккумуляторов от одного генератора. Рабочее напряжение 24 Вольт. Максимальный ток 60 А
Устройство для зарядки четырех аккумуляторов от двух генераторов. Рабочее напряжение 24 Вольта. Максимальный ток 2 х 80 А
Делители аккумуляторов
Существует два вида разделителей аккумуляторов – на диодах и MOSFET транзисторах. Аккумуляторные разделители на диодах дешевле, но падение напряжения на них составляет 0,6-1,2 вольта и для его компенсации диодные изоляторы используют совместно с внешними регуляторами напряжения генератора. Максимальное падение напряжения на делителях напряжения 0,01 В, что намного меньше, чем у диодных изоляторов.
Современные делители контролируют несколько, заряжаемых от генератора аккумуляторов, используя микропроцессор. Это гарантирует, что все аккумуляторные батареи получают правильный заряд и предотвращает разряд одного из аккумуляторов в случае появления высокой нагрузки на другом. Устройство отключает генератор или аккумуляторы, если обнаруживает проблемы электрической системе.
Делитель не только распределяет напряжение генератора с нулевыми потерями, но и изолирует аккумуляторы во время зарядки. Таким образом регулятор напряжения генератора получает достоверную информацию о состоянии дополнительного аккумулятора. В традиционных системах раздельной зарядки высокое напряжение стартового аккумулятора «обманывает» регулятор генератора и заставляет его «думать», что состояние объединенной батареи лучше, чем оно есть на самом деле.
Делитель аккумуляторов «представляет» регулятору напряжение разряженного сервисного аккумулятора, что повышает скорость и эффективность зарядки всех аккумуляторов в электрической системе.
Реле развязки аккумуляторов
Реле развязки используется, если необходимо зарядить несколько аккумуляторов от одного источника зарядки. На катерах такая ситуация возникает, когда установлены аккумуляторы электромотора (подруливающего устройства), сервисная и стартовая батареи. От береговой сети аккумуляторы заряжают с помощью зарядного устройства с двумя или тремя выходами, а к генератору двигателя подключают с помощью DC-DC зарядного и развязывающего реле
Как работает развязывающее реле
Развязывающие реле — это автоматический переключатель, который срабатывает, когда напряжение на одном из аккумуляторов поднимается до 13,2 — 13,7 Вольт. Рост напряжения говорит о том, что аккумулятор подключен к генератору или зарядному устройству и частично или полностью заряжен. Реле замыкается, ток течет во второй аккумулятор и заряжает его. Как только напряжение падает до 12,4 — 13,1 Вольт, реле разъединяет аккумуляторы и предотвращает их разрядку
Изоляторы АКБ и реле развязки
Изоляторы(делители) аккумуляторов и развязывающие реле предназначены для защиты аккумулятора от разряда непреднамеренной нагрузкой. Оба типа устройств распределяют ток от источника зарядки ко всем аккумуляторным батареям, а во время разряда изолируют их друг от друга. Таким образом каждая группа аккумуляторов остается соединенной только с собственной нагрузкой
Изоляторы изготавливают из двух или более диодов, которые действуют как обратные клапаны. Диоды пропускают ток от источника зарядки к аккумуляторам, но не дают току течь между ними или обратно к источнику. За простоту конструкции приходится платить. На диодах падает около 0,6-0,8 вольт, поэтому напряжение на аккумуляторах оказывается ниже, чем на выходных клеммах генератора или зарядного устройства. Если потери не компенсировать, аккумуляторы никогда не зарядятся до 100%
Изоляторы аккумуляторов и развязывающее реле. Изолятор делит ток между аккумуляторами. Падение напряжения на диодах 0,6-0,8 Вольт. Реле пропускает ток от одного аккумулятора к другому
И реле, и диодные изоляторы — это устройства развязки, которые решают одну и туже задачу. Однако применять их лучше в разных ситуациях. Изоляторы подойдут, если источник зарядки измеряет напряжение на аккумуляторах и способен компенсировать падение на диодах, повысив выходное напряжение.
Модернизировать электрическую систему проще с помощью развязывающего реле. Зарядное устройство и генератор, продолжат работать с несколькими аккумуляторными батареями так же как они до этого работали с одной. Реле развязки — это единственный выбор для некоторых подвесных лодочных моторов и комбинированных инверторов. Моторы и инверторы соединяются с аккумулятором единственным кабелем, ток по которому течет в разных направлениях во время зарядки аккумуляторов и во время запуска двигателя (работы инвертора). Диодный изолятор не допустит этого.
Реле вместо зарядного устройства
Перед установкой нового оборудования электрическую систему часто приходится совершенствовать. Если вновь устанавливаемые устройства энергоемкие, для них желательно предусмотреть собственную аккумуляторную батарею. Но что делать, если после модернизации число аккумуляторных групп стало больше, чем количество выходов на зарядном устройстве?
Простое решение – приобрести новое зарядное с двумя или тремя выходами. Экономичное – использовать реле развязки аккумуляторов.
Типичная электрическая система на катере или небольшой яхте состоит из двух аккумуляторных батарей, зарядного устройства с одним выходом и генератора двигателя. Владелец хочет заряжать обе группы аккумуляторов на берегу и поддерживать в заряженном состоянии на воде. Реле развязки легко решает эту задачу.
Комбинированный инвертор-зарядное устройство подключен к тяговым аккумуляторам. Поскольку комби модели имеют как правило один выход, остальные группы аккумуляторов соединяются с сервисной с помощью реле
Когда включают зарядное устройство, соединенное с аккумулятором 2, реле срабатывает и подключает аккумулятор 1. То же самое происходит во время работы двигателя – напряжение на аккумуляторе 1 возрастает, реле замыкается и подключает аккумулятор 2. Если со временем появляется третья группа аккумуляторов, то ее подключают с помощью еще одного реле
Защита электроники
Пуск двигателя вызывает в цепи стартового АКБ падение напряжения. Если двигатель запускают, когда аккумуляторы объединены, скачек напряжения может ощущаться и в цепи сервисного аккумулятора. Резкие переходные процессы могут не только сбросить настройки GPS и навигационного оборудование, но и вывести чувствительную электронику из строя. Поэтому важно, чтобы в этот момент аккумуляторы были изолированы.
Схема подключения реле развязки. Для защиты дорогой электроники от скачков напряжения, возникающих при запуске двигателя, реле соединяют с соленоидом стартера. Как только на нем появляется напряжение, реле разъединяет аккумуляторы
Некоторые модели реле обладают такой возможностью. Когда ключ зажигания повернут, напряжение с замка зажигания поступает на соленоид стартера и на разъем реле «Блокировка при запуске». Реле открывается и разъединяет аккумуляторы перед запуском двигателя. Вновь оно соединит аккумуляторы только после того как стартер перестанет работать. Этот же разъем реле можно использовать для дистанционного управления устройством.
Реле и переключатель аккумуляторов
Автоматическое зарядное реле в сочетании с батарейным переключателем упрощает зарядку двух независимых аккумуляторов. Владелец судна просто поворачивает переключатель в положение ON, когда приходит на катер или яхту, и возвращает в положение OFF, когда сходит на берег. Ему больше не надо беспокоиться о том, какие аккумуляторы заряжаются или разряжаются, реле автоматически соединяет и разъединяет их. Совместно с реле используют переключатели аккумуляторов Blue Sea 6011 или Blue Sea 5511
Реле и DC-DC зарядное
Реле развязки и DC-DC зарядное устройство (зарядный конвертер) выполняют одну и туже задачу – заряжают дополнительный аккумулятор от генератора автомобильного или лодочного двигателя. Однако между этими устройствами существуют важные различия
Сравнение реле развязки и DC-DC зарядного устройства
Реле развязки с ограничением по току
При установке на носу катера подруливающего устройства или лебедки вдоль всего судна к основной аккумуляторной батарее приходится тянуть кабель. Сечение кабеля зависит от его длины и силы тока, и в данном случае составит 50-70 мм2. Если установить вспомогательный аккумулятор на носу, то он снизит затраты на кабель и уменьшит нагрузку на основную аккумуляторную батарею.
Вспомогательный аккумулятор необходимо заряжать. Для этого к нему подключают кабель от источника зарядки. Если вспомогательный аккумулятор не сможет поддерживать требуемое напряжение под нагрузкой, то нагрузка через кабели частично перераспределится на основную аккумуляторную батарею. Кабели от основного к вспомогательному аккумулятору должны быть на нее рассчитаны.
Автоматическое зарядное реле с ограничением по току Sterling Power CVSR. Прямоугольные выступы на корпусе реле — самовосстанавливающиеся полимерные предохранители. Предохранители допускают короткий всплеск тока, но нагреваются и увеличивают сопротивление, если сила тока не снижается. Падение напряжения на предохранителях увеличивается, реле «понимает», что устройство перегружено и размыкает цепь при безопасном токе 6 А. После того как предохранители остынут (через 5 минут), реле возвращается в рабочее состояние.
Для ограничения тока от основного к вспомогательному аккумулятору можно использовать реле. Если сила тока превышает номинал реле, сопротивление токоограничивающей цепи реле возрастет и уменьшит ток. После того как нагрузка спадет реле вернется к нормальному режиму работы. Благодаря реле сечение кабеля от основного к вспомогательному аккумулятору можно уменьшить до 16 или 25 мм2.