Проста зарядна станція для дому та роботи власноруч із доступних і дешевих деталей і гаражного мотлоху

Описано практичну конструкцію простої та ефективної зарядної станції, яку легко і швидко збирають у домашніх умовах із недорогих поширених деталей

Ставилося завдання - швидко зібрати просту і недорогу зарядну станцію з автоматичним заряджанням від мережі, з мінімальними витратами, швидко і адаптовану до будь-яких типів акумуляторів. Умовою було створення максимально універсальної платформи, що підлягає різноманітному дооснащенню і експлуатується за принципом "вставив шнур в розетку і не паришся про те, щоб акумулятор був заряджений". Також умовою була максимальна економічність при живленні від акумуляторів. Іншими словами, потрібно було отримати максимальний ефект за мінімум грошей і часу.

Для спрощення і прискорення складання зарядну станцію вирішено було зібрати з використанням наявних у продажу готових модулів і гаражного мотлоху.

Схема і конструкція конкретної описаної зарядної станції спроектована і виконана виходячи з таких умов:

Наявність великої кількості Li-Ion елементів акумуляторів формату 18650, які просять утилізації
Можливість роботи як від внутрішньої, так і від зовнішньої акумуляторної батареї
Діапазон вхідних напруг зовнішньої акумуляторної батареї 9-18 вольт (всеїдність)
Автоматичне заряджання від мережі 220 вольт, що заряджає тільки внутрішню акумуляторну батарею
Вихід на USB 5 вольт, 3-5 А
Вихід на ноутбук 19 вольт 3 А
Вихід на паяльник постійного регульованого (для регулювання потужності) 150 - 260 вольт 0,3 А (опціонально)
Оскільки є зовнішній акумулятор 12 вольт 100 А/год 100 А/год і інвертор, формування ~ 220 вольт зарядною станцією не потрібне
Наявність достатньої кількості гаражного утилю (гетинаксових панелей, металовиробів, старих вітчизняних радіодеталей, дротів, куточків і т. д.)

Для прискорення складання і здешевлення конструкції - максимальне використання гаражного мотлоху і розбирання (дротів, шпильок, гайок, текстоліту, діодів, транзисторів, роз'ємів і т. д.)

Зовнішній вигляд зарядної станції без верхньої кришки показано на мал. 1.

Мал. 1 Зовнішній вигляд зарядної станції

Зрозуміло, потреби в кожному окремому випадку можуть бути різними, наприклад, живлення паяльника не потрібне, а треба живлення 3-5 ноутбуків напругою не 19 вольт, а 21 вольт. Тому, важливіше керуватися ідеями і принципами реалізації, а не копіювати конкретну конструкцію. Але, для пришвидшення складання, якщо будуть відповідні побажання, викладемо й креслення.

За основу побудови було обрано принцип живлення пристроїв їхніми конкретними напругами, а не перетворення на 220 вольт, що відповідає принципу максимально високого ККД (Коефіцієнт Корисної Дії) при живленні від батарей. Ця економічність дає набагато довший час роботи від акумуляторів.

Інша ж топологія на основі покупного UPS (Uninterruptible Power Supply) або ДБЖ (Джерело Безперебійного Живлення) НАБАГАТО менш економічна і коштує дорожче, хоча і простіша в реалізації.

Опис електричної схеми та принципу роботи зарядної станції

Було обрано принцип on-line, коли живлення споживачів здійснюється через перетворювачі від акумуляторів, а акумулятори заряджаються, а напруга на них підтримується за наявністю напруги в мережі. Саме така топологія побудови має максимальний ККД при живленні від акумулятора і задовольняє принципу експлуатації "підключив і забув". Такий принцип побудови дає змогу розглядати таку систему як гнучку й універсальну платформу для побудови системи енергозабезпечення для дому та офісу. Ще одна важлива її перевага - можливість побудови і легкої адаптації до будь-яких типів акумуляторів. Наприклад, один з варіантів був побудований і відмінно працював на гелевому акумуляторі з однією замкнутою банкою! Така "невибагливість" до акумуляторів дає змогу застосовувати (після добору) навіть такі, що залишилися в майстернях із перепакування акумуляторних батарей, а, повірте досвіду, в кожному такому сервісному центрі кожного робочого дня залишається 10-100 елементів, які втратили місткість, але все ще придатні. Такі елементи можна знайти в майстернях з перепакування акумуляторів електротранспорту (електросамокатів, гіроскутерів тощо), ремонту ноутбуків і акумуляторного електроінструменту (шурупокрутів тощо). Такі акумулятори продаються задешево навіть на радіоринку. Інакше кажучи, акумулятор із того самого UPS, але під'єднаний до схеми on-line, здатний тягнути ті самі споживачі значно довше, ніж працюючи у своєму ж UPS. Пояснюється це тим, що перетворення з 12 Вольт у змінну 220, а потім назад у 5, 12 і 19 вольт НАБАГАТО менш економічне, ніж перетворення близьких постійних напруг.

Схему зарядної станції наведено на мал. 2.

Мал. 2 Схема зарядної станції

Заряд акумуляторів організовано джерелом живлення постійного струму U1, що має вихід 24 вольти 3 - 6 ампер стабілізованої або нестабілізованої напруги. Для прискорення складання можна застосувати готове покупне джерело живлення, а для здешевлення обійтися трансформатором з діодним мостом і згладжувальним конденсатором (див. мал. 11 Схема спрощеної зарядної станції). Режим заряду формується понижувальним перетворювачем U2, на якому необхідно до початку експлуатації відрегулювати кінцеву напругу заряду і силу струму.

Понижувальний перетворювач, застосований як U2, зображений на мал. 3

Мал. 3 Понижуючий перетворювач на LM25116, Uвх-6~40V, Uвих-1.2~36V, 20А, з регулюванням струму та напруги

Така двоступенева схема забезпечує модульність і не вимоглива до стабільності вихідної напруги блока U1. Передбачається, що схема заряду під'єднана до мережі постійно (навіть вимикач не передбачений) і заряджає акумулятори в міру необхідності. Ще в схему заряду акумуляторів входить діод D1, який призначений для усунення розряду акумуляторів через перетворювач U2, коли відсутнє живлення від мережі.

Тумблер S1 призначений для перемикання зовнішньої і внутрішньої батареї і має бути розрахований на достатню силу струму.

Діод D6 разом із запобіжником F1 утворює захист системи від переполюсовки.

Вольтметри DV2 - DV5 призначені для ретельнішого контролю напруг на секціях акумуляторів. Вольтметр DV1, назвемо його "головний", показує напругу, яка надходить на перетворювачі споживачів. Щоб вольтметри вмикалися тільки під час роботи або заряджання, передбачено схему, що складається з T1 - T5, R1, D2 - D5. Працює схема таким чином: Коли система відключена від мережі і не ввімкнений жоден перетворювач споживачів, польові транзистори закриті, оскільки на їхніх затворах, завдяки R1, нульова напруга. Якщо вимикачами S2 - S5 вмикається хоча б 1 споживач, або з'являється зарядна напруга на виході перетворювача U2, то через відповідний діод D2 - D5 подається напруга, що відкриває транзистори, і вольтметри вмикаються.

Крім вольтметра DV1 транзистор T1 вмикає також і 2 12-вольтових вентилятори FAN1 і FAN2, включені послідовно. Таке ввімкнення зменшить рівень шуму та споживаного струму вентиляторів і дало змогу обійтися без стабілізатора напруги, що надходить на них.

Перетворювачі споживачів вмикаються через запобіжники F2 - F4 вимикачами S2 - S5. Кількість і налаштування перетворювачів відповідають вимогам до конкретної зарядної станції, наприклад, перетворювач паяльника більшості користувачів не потрібен, але іноді потрібне під'єднання інвертора 12 вольт постійного струму в 220 вольт 50 герц. Така зарядна станція була виконана з 3-ма понижувальними перетворювачами, відрегульованими на вихід 13,5 вольт 10 - 12 ампер і живила інвертор з чистим синусом на виході. Чому на 13,5 вольт, а не на 12? І перетворювачі, і інвертор за такого налаштування мали більший ККД, а максимальна вхідна напруга інвертора за його інструкцією була 14 вольт.

Акумулятори, що застосовуються в цій зарядній станції

Під час роботи з акумуляторами слід дотримуватися техніки безпеки. Щоб уникнути вибуху, пожежі, хімічного отруєння інших негативних наслідків, категорично заборонено замикати елементи та батареї накоротко, перегрівати, перевантажувати струмом, більшим за допустимий, розбирати, чинити руйнівний механічний вплив. Особливо це стосується Li-ion і Li-pol елементів і батарей.

Вирішено було організувати акумуляторні елементи в батареї по 12 шт 4 послідовно (4S) і по 3 паралельно. Оскільки відбір відбувається досить повільно (4 придатні елементи, що виявилися придатними, ганяють в Opus-3100 4-6 годин), відбір елементів і набір у батареї тривав і після складання зарядної станції. Але загалом розміри 1 поверху дали змогу вмістити 7 таких акумуляторних батарей, тобто всього 84 елементи. Враховуючи, що середня ємність відібраних елементів близько 1700 - 1800 мА/год, то енергія такої батареї буде близько 500 Вт/год.

У розпорядженні опинилися 2 акумуляторні батареї 4S з 12 Li-Ion елементів, зі своїм вбудованим модулем BMS (Battery Management System) контролер (система управління батареєю) кожен, втомлені, але все ще на щось здатні, тому вирішено було використати їх як є (на схемі Bat1 і Bat2). Ще це зумовлено тривалістю відбору окремих елементів. Решту довелося дерибанити і проводити відбір кожного елемента на "профпридатність".

Мал. 4 Акумуляторні батареї, що застосовуються в описаній зарядній станції

Мал. 4 Акумуляторні батареї, що використовуються у зарядній станції

* число перед S означає кількість послідовно з'єднаних елементів.

Батареї були з'єднані паралельно, проміжні з'єднання в батареях також були виведені та з'єднані паралельно, а в підсумку - з'єднані на BMS (Battery Management System) контролер (система управління батареєю) U3, використання якого з літієвими акумуляторами обов'язкове. Його призначення - захист батарей від перезаряду і перерозряду, що зі свого боку позначається на збільшенні терміну служби батарей і безпеці їх використання. У разі виявлення перевищення напруги хоча б на одній з 4-х гілок акумуляторних батарей вище 4,2 вольта (перезаряд), BMS контролер розриває ланцюг заряду батарей. У разі ж виявлення зниження напруги хоча б на одній з 4-х гілок нижче 2,7 вольта (перерозряд), BMS контролер розірве ланцюг навантаження батарей. Цей BMS контролер, як і більшість інших, у разі спрацьовування захисту, розриває ланцюг мінуса акумуляторних батарей.

Схема кожної перепакованої акумуляторної батареї зображена на мал. 5.

Мал. 5 Схема акумуляторних батарей, що використовуються у зарядній станції

Кожна акумуляторна батарея має 2 виходи - силовий на 2 контакти мама і балансувальний на 5 контактів мама.

Вибір акумулятора

Однією з відмінних рис пропонованої схемотехніки є можливість роботи з будь-якими типами акумуляторних батарей напругою від 9 до 18 вольт. Принаймні, в цьому діапазоні напруг проводилися випробування. Так, наприклад, щоб перевірити роботу зарядної станції від зовнішньої батареї, під'єднали автомобільний акумулятор з однією банкою, що посипалася.

Але є одна суттєва умова: якщо збираємо, скажімо, блок акумуляторних батарей із кількох батарей, вони мають бути однієї й тієї самої електрохімічної системи. Тобто не можна в жодному разі вмикати паралельно, скажімо, батарею з Li-ion елементами з батареєю на свинцевій хімії, або з батареєю на LiFePO4 елементах. Повинен дотримуватися принцип, якщо обрана електрохімічна система, наприклад Li-ion або Li-pol, то всі елементи всіх батарей, увімкнених паралельно, повинні бути саме такої електрохімії.

Обійти це обмеження дозволяє перемикання батарей внутрішня - зовнішня, адже ці батареї не "зустрінуться" паралельно. Наприклад, в описаній зарядній станції внутрішня батарея 4S Li-ion, а в якості зовнішньої пробували і свинцево-кислотну автомобільну з 1 замкнутою банкою, і 6S LiFePO4 (на 18 вольт), і все відмінно працювало.

В інтернеті зустрічається думка, що батареї 6S свинцевої електрохімії (свинцево-кислотний, гелевий або AGM), 4S LiFePO4 і 10S NiCd або NiMH мають приблизно однакову напругу, приблизно 12 вольт, але ми все ж не рекомендуємо їх вмикати паралельно, тому що є деякі відмінності в їхніх зарядно-розрядних кривих.

Ще одна умова - як уже було сказано вище, елементи Li-ion, Li-pol і LiFePO4 обов'язково необхідно вмикати через BMS (battery management system) контролер.

Як уже згадувалося, елементи Li-ion, Li-pol і LiFePO4 можна "знайти" в майстернях, де перепаковують батареї для ноутбуків і персонального електротранспорту (електромобілів, електросамокатів, гіроскутерів тощо). Їх, а також елементи NiCd (нікель-кадмій) і NiMH (нікель-метал-гідрид) можна зустріти в майстернях з ремонту електроінструменту. Елементи, що дісталися таким чином, обов'язково перевірити на "профпридатність", тобто відібрати хоча б за ємністю, а бажано ще й за внутрішнім опором.

Опис конструкції зарядної станції

Конструкцію зарядної станції обрано двоповерховою, на першому поверсі акумуляторні батареї, на 2-му - уся електроніка і комутація. Зовнішній вигляд відсіку з електронікою без верхньої кришки зображено на мал. 6

Мал. 6 Зовнішній вигляд відсіку електроніки зарядної станції

Зовнішній вигляд передньої панелі зображений на мал. 7

Мал. 7 Зовнішній вигляд передньої панелі

Усі виводи акумуляторних батарей з'єднуються на 2-му поверсі паралельно на монтажній платі, на якій також зібрано схему з T1-T5, D2-D5, R1. Уся конструкція зроблена на роз'ємах, передбачаючи модульність. Діоди D1 і D6 досить потужні, змонтовані на окремому прямокутному шматку гетинаксу. Усі тримачі запобіжників зібрані на кронштейнах по краях для зручності контролю і заміни запобіжників.

Акумулятори були набрані з баків для елементів живлення, які відслужили свій термін і які не встигли здати в пункт прийому через брак часу. Іноді корисно буває збирати відпрацьовані елементи живлення для здачі в утиль, а не тупо викидати в сміття). З близько 400-450 Li-Ion елементів формату 18650 було відібрано за ємністю 60 найкращих, зібрано в 5 блоків по 12 шт на 14,8 вольт. Ще 2 акумуляторні батареї були у відносно робочому стані і зі своїми вбудованими BMS контролерами. Відбір проводився зарядно-тестувальним пристроєм Opus BT-C3100, який живиться безпосередньо від 12-вольтового акумулятора, для забезпечення безперебійності. Усередині кожного блоку встановлено термозапобіжник на 10А 85 град. (на загальній схемі не показано). Незважаючи на підбір елементів, спостерігався значний розкид характеристик як за ємністю, так і за внутрішнім опором. Тому було ухвалено рішення, з'єднати всі відповідні елементи кожного блоку паралельно. Ця ідея виникла ще на етапі підбору, тому в блоки елементи відбирали так, щоб до елемента з меншою ємністю опинявся паралельно елемент з більшою ємністю. Оскільки струми заряду-розряду відносно невеликі, підбором за внутрішнім опором було вирішено знехтувати.

Орієнтовні ціни на комплектуючі в листопаді 2022р.
Мережевий безкорпусний блок живлення на 24В 6А WX-DC2416	380 грн.	1 шт.
Понижувальний перетворювач із регулюванням напруги та струму	180 грн.	2 шт.
Підвищувальний перетворювач на TL494 (для виходу на 19 В)	220 грн.	1 шт.
BMS (Battery Management System) контролер 3-5S з балансуванням	80 грн.	1 шт.
Цифровий вольтметр висотою цифр 0,28''	40 грн.	4 шт. = 160
Цифровий вольтметр висотою цифр 0,36''	55 грн.	1 шт.
Роз'єми XT-90 тато-мама	50 грн.	1 набір
Роз'єми XT-30 тато-мама	10 грн.	1 набір
Тумблер KN-402 (для перемикання акумулятора внутрішній - зовнішній)	150 грн.	1 шт.
Клавішний вимикач виходів	15 грн.	3 шт.
Термозапобіжник 10 А 85 град.	10 грн.	6 шт.
Послуги пошти близько	170 грн.
Напевно щось забув, тому закладаю ще 160 грн (а, скоріше для рівного рахунку)	160 грн.
Усього	1900 грн.

Підготовка до складання

Перед складанням слід попередньо налаштувати BMS контролер U3, зарядний перетворювач U2, і вихідні перетворювачі U4 і U5.

- Підготовка BMS контролера U3 полягає у встановленні - видаленні перемичок 1-4 відповідно до кількості елементів батареї зарядної станції, увімкнених послідовно (для описаної зарядної станції це 4S), див. мал. 8. BMS контролер не потрібен, якщо використовується акумулятори свинцевої хімії (свинцево-кислотний, гелевий або AGM), а також NiCd і NiMH. Для LiFePO4 і Li-ion - Li-pol відповідний BMS контролер обов'язковий.

- Зарядний перетворювач U2 налаштовується залежно від застосовуваних акумуляторних батарей.

Його вихідна напруга встановлюється орієнтовно з розрахунку (кінцева напруга заряду на елемент)*(кількість елементів, з'єднаних послідовно (кількість S))+(падіння напруги на діоді D1). Для більшості акумуляторів кінцева напруга заряду на елемент для Li-ion і Li-pol = 4,2 вольт, для LiFePO4 = 3,7 вольт, для NiCd і NiMH = 1,38 вольт, і для свинцевої хімії (свинцево-кислотний, гелевий або AGM) = 2,3 вольта. Падіння напруги на діоді D1 залежить від типу діода, сили струму, що протікає через нього і його температури. Для звичайних потужних діодів це близько 0,6 вольт, для діодів шотткі це близько 0,2 вольт. В описуваній зарядній станції на виході U2 було встановлено напругу 4,2*4+0,6=17,4 вольта. Потім, у процесі експлуатації цю напругу було знижено до 17,2 вольта.

Його струм обмеження виходу встановлюється в межах від 0,1С до 0,2С, де С - ємність акумуляторної батареї, що заряджається. Якщо акумулятор свинцевої хімії (свинцево-кислотний, гелевий або AGM), рекомендований струм заряду 0,1С. Якщо використовується LiFePO4, то струм заряду можна збільшити до 1С. У разі використання акумуляторних батарей Li-ion, Li-pol, NiCd і NiMH, струм заряду може бути в межах 0,3 - 0,5 С. У будь-якому разі струм заряду не повинен виходити за межі 0,1С - 1С. Що вищий струм заряду, то коротший термін служби акумуляторів, але тим швидше відбувається заряджання. Для описаної тут зарядної станції було встановлено струм заряду 4 ампера.

- Перетворювачі для кінцевих споживачів налаштовуються відповідно до побажань експлуатанта. Для описаної зарядної станції перетворювач USB налаштовувався на 5 вольт 3 ампера, перетворювач живлення ноутбука на 19 вольт 3 ампера. Для перетворювача USB не варто розраховувати силу струму більше, ніж 2 ампера на розетку.

Збірка зарядної станції

Акумулятори підключаються до вже зібраної зарядної станції, тобто в останню чергу, після того, як монтаж буде ретельно перевірено, особливо на відсутність коротких замикань у ланцюзі акумуляторів.

Через те, що напруги на відповідних плечах акумуляторних батарей можуть виявитися різними, то під'єднувати їх бажано по одній і через зрівнювач, схему і фото якого зображено на мал. 10. Першу батарею підключаємо безпосередньо до зарядної станції, а другу через зрівнювач. Чекаємо кілька годин (ми залишали на ніч), поки напруги зрівняються, і перепідключаємо другий акумулятор безпосередньо, а 3-й через вирівнювач, знову чекаємо і так далі, поки всі батареї не опиняться під'єднаними безпосередньо до зарядної станції.

Схему і зовнішній вигляд зрівнювача напруг представлено на мал. 10

Мал. 10 Зрівнювач напруги. Схема та зовнішній вигляд.

Якщо ж підключати, не зрівнюючи напруги, то, якщо напруги на плечах сильно відрізнятимуться, може статися розігрівання акумуляторів з виходом їх з ладу, самозайманням і навіть вибухом. Насамперед це стосується Li-Ion і Li-Pol елементів.

Після того, як усі акумуляторні батареї під'єднано, рекомендуємо вирівняти напруги плечей за допомогою зовнішнього джерела. Визначаємо плече з найвищою напругою, а решту дозаряджаємо до його рівня. Річ у тім, що балансир на цьому BMS-контролері досить слабкий і сам буде балансувати всі батареї за велике число циклів заряд - розряд, а до цього акумулятори не зможуть працювати на повну ємність. Якщо ж передбачається, що елементів у батареї зарядної станції буде досить багато, то бажано застосувати більш просунутий BMS контролер з активним балансиром, що матиме ефект, але трохи дорожче коштуватиме.

Усунення неполадок і тонкощі застосування

Правильно зібрана з попередньо налаштованих блоків зарядна станція вже буде працездатна.

Один з найпоширеніших нюансів у роботі можна описати так:

- у процесі зарядки вона переривається, гасне вольтметр DV1 і зупиняються вентилятори.

Причина - незбалансованість плечей акумуляторів та/або занадто висока напруга встановлена на виході зарядного перетворювача U2. BMS контролер, таким чином, щоб уникнути перезаряду, відключає подачу зарядного струму.

Усунення слід почати з перевірки балансування плечей акумуляторної батареї. Напруги на плечах не повинні відрізнятися одна від одної більше, ніж на 0,02 вольта. Для зменшення різниці в напругах рекомендуємо заряджати плечі, де напруги нижчі, зовнішнім блоком живлення. На BMS контролері є своя індикація - горять червоні світлодіоди в тих плечах, де напруга вища, у такий спосіб індикуючи гасіння напруг. Власне, це і є пасивне балансування. Для ефективнішого балансування є BMS контролери з активним балансуванням, які не застосовують для гасіння напруги резистори, а перекачують енергію з плечей, де велика напруга, туди, де вона менша. Приклад такого BMS контролера для 4S LiFePO4 акумуляторів - DL4S-40A.

Якщо плечі відбалансовані, а BMS контролер все-одно перериває зарядку, можливо, контролер не відповідає типу акумуляторів, див. мал. 8. Якщо ж відповідає, слід перевірити вихідну напругу зарядного перетворювача U2 в ненавантаженому стані, якщо вона приблизно відповідає, то, можливо, на діоді D1 менше падіння напруги, ніж очікувалося. У цьому разі варто зменшити напругу на виході зарядного перетворювача U2 в ненавантаженому стані приблизно на 0,1 вольт. Якщо реакція BMS контролера не змінилася, слід ще зменшити напругу на вих. U2 на 0,1 вольт і так доти, доки BMS контролер не перестане відключати батарею наприкінці заряду.

- ноутбук під'єднаний і працює, але його батарея не заряджається.

Можлива причина - виробником ноутбука застосовується чіпування мережевого адаптера. Тільки чипований адаптер буде здатний зарядити батарею такого ноутбука. Виробники, помічені в чіпуванні адаптерів - Dell, Sony. Можливе рішення - купівля на радіоринку несправного адаптера для свого ноутбука і встановлення чіпа в зярядну станцію. У цьому разі вихід на ноутбук буде 3-провідним.

- адаптер USB налаштований на 5 вольт 20 ампер, а зарядка смартфона триває набагато довше 20 хвилин.

Причина схожа на попередню, «швидкі» зарядні також «домовляються» зі споживачами про «швидкість» заряду.

Зважаючи на нікчемність проблеми, рішення не шукали.

- під час заряду акумулятора (вбудованим зарядним заряджається тільки внутрішній акумулятор), вольтметр напруги на батареї автоматично вмикається тільки в положенні перемикача на внутрішню батарею.

Це особливість експлуатації, що дає змогу одночасно заряджати внутрішню батарею, а працювати вихідним перетворювачам U4-U6 від зовнішньої. Тоді вольтметр покаже напругу саме зовнішньої батареї, тобто тієї, від якої працюють вихідні перетворювачі. Є варіант схеми, де, якщо напруга зовнішньої батареї нижча від мінімуму, а перемикач батарей стоїть у положенні «зовнішня», то спалахує червоний світлодіод, що сигналізує про непридатність батареї, а головний вольтметр, якщо йде заряджання, показує напругу на внутрішній батареї. Це ускладнило схему і конструкцію і, тому в цій статті не наводиться.

Шляхи здешевлення і спрощення конструкції

Для здешевлення конструкції замість мережевого стабілізованого блока живлення на 24В WX-DC2412 можна застосувати інший з виходом 24В 3-5А, або навіть використати нестабілізоване джерело живлення, яке представляє собою мережевий трансформатор з первинною обмоткою на 220 Вольт і вторинною на 17-22 вольти, з випрямлячем і конденсатором, що згладжує, щонайменше 2000uF x 50V (краще 5000-1000uF), див. мал. 11. У будь-якому разі дотримання режиму заряду буде на перетворювачі U2.

Мал. 11 Схема спрощеної зарядної станції без додаткових вольтметрів та з силовим трансформатором в U1

Ще можна виключити зі схеми вольтметри DV2-DV5 (з польовими ключами T2-T5), особливо, якщо елементи для акумулятора нові або відібрані за однаковою ємністю плечей. У будь-якому разі BMS контролер намагатиметься балансувати плечі і якщо розбалансування серйозне - вимкне зарядку або навантаження.

Пропонований BMS контролер досить простий, але водночас має свою індикацію балансування, на яку також можна орієнтуватися.

Шляхи модернізації та дооснащення конструкції

Слід розуміти, що автор насамперед хотів поділитися принципами побудови та досвідом створення зарядних станцій, а потім тільки описом готової конструкції. Наприклад, за цим принципом було створено офісну зарядну станцію з тільки зовнішньою батареєю на 2-х 12-вольтових LiFePO4 (літій-залізо-фосфатних) акумуляторних батареях 100 А/год, сумарно 24 вольти, з живленням інвертора 4800 Вт, до 4-х ноутбуків, USB x 5, освітлювальної світлодіодної стрічки 12 вольт 5 ампер, JPON-модема 12 вольт і роутера 9 вольт. У ній був відсутній BMS контролер, оскільки він вбудований в акумуляторні батареї, був тільки 1 вольтметр, що показує сумарну напругу, і за яким можна орієнтуватися про рівень заряду батареї. В якості обох зарядних перетворювачів U1 і U2 разом виступало одне доопрацьоване промислове джерело живлення S-720-36 на 36 вольт 20 ампер, у якого вихідна напруга шляхом регулювання була знижена до 33,5 вольт, і заряд також ішов через подвійний діод шотткі D1, обмеження за струмом зменшили до 15 ампер. Для живлення ноутбуків використовували 2 перетворювачі по 800 ват і т. д., але початковий принцип залишився той самий. Ще, якщо використовується електрохімічна система на основі свинцю (свинцево - кислотні, гелеві або AGM акумулятори), для збереження їхньої працездатності критично важливо не допускати їхнього глибокого розряду. Для цього таку систему можна дооснастити сигналізацією та/або відсікачем напруги в разі зниження до певного рівня.

Загалом, універсальність платформи дає змогу будувати системи, обмежені тільки фінансами і фантазією майстра.

: Опубліковано: 20 вересня 2024; Перегляди: 59