Контроллер заряда аккумулятора – встроенная защитная микросхема, которая уберегает источник питания от перепадов напряжения, перезарядки или «глубокой разрядки». Каких видов бывает устройство в литий-ионных АКБ, как оно работает и подключается – в статье.
Что такое контроллер заряда аккумулятора
Это печатная плата, установленная в корпусе элемента питания или закрепленная прямо на нем. Принцип ее работы зависит от типа аккумулятора, к которому подключена. В смартфонах, планшетах и других портативных девайсах применяется BMS-плата, имеющая распаянные электронные элементы. Если убрать контроллер заряда из цепи, батарея прослужит меньше, а то и вовсе может взорваться, если не соблюдаются правила эксплуатации.
В ветрогенераторах тоже используются контроллеры, имеющие вид электронных блоков, подключаемых к солнечным батареям. Выбирая последние, учитывают тип аккумулятора, предназначенного для накопления электроэнергии. Как правило, это свинцово-кислотная АКБ.
Основные функции
Когда речь идет о мобильном устройстве, контроллер:
- отслеживает процесс зарядки. От 0 до 10% емкость накапливается предварительно, а от 10 до 70 – 80% скорость наполнения увеличивается за счет постоянного тока. Дозарядка проходит медленнее, так как в цепи увеличено сопротивление;
- регулирует просадки. Когда выполняется
зарядка источника питания, контроллер служит защитой электрической цепи от короткого замыкания, а также уберегает от перепадов напряжения;
- блокирует перезаряд. Каждый аккумулятор характерен лимитом предельного напряжения. В случае с Li-Ion изделиями это примерно 4.2 В. Когда напряжение доходит до этой отметки, контроллер отключает питание. Если это не произойдет, батарея может вздуться, а то и взорваться;
- защищает от «глубокого разряда». Если напряжение элемента упадет ниже критической отметки (для литиевых батарей это 3 В), снизится номинальная емкость, уменьшится автономность;
- балансирует. Одна из функций контроллера – следить, чтобы все звенья электросхемы заряжались равномерно. Тем самым увеличивается срок службы АКБ;
- отслеживает температуру. В случае перегрева или переохлаждения в работу включается терморезистор, задача которого – отключить питание, идущее на аккумулятор.
Параметры, свойственные контроллеру, задаются еще в ходе его изготовления.
Классификация
В батареи устанавливают разное вспомогательное оборудование, влияющее на принцип зарядки. При желании контроллер можно собрать самому, но в плане характеристик он будет уступать покупной модели.
Виды контроллеров:
- устройства, работающие по принципу On/Off. Простейшие, наиболее доступные приборы, отключающие подачу питания, когда аккумулятор достигает предельного напряжения. Это необходимо для защиты источника питания от перегрева и перезарядки. Но есть один момент: защита активируется на пике напряжения, когда емкость батареи восстановлена на 70 – 85%. Чтобы АКБ заряжалась дальше, требуется уменьшение тока, что не происходит из-за особенностей контроллера. В итоге имеет место постоянный недозаряд, что отрицательно сказывается на сроке службы батареи и ее энергоемкости;
- PWM. Неполная зарядка, свойственная моделям On/Off – это не дело. В итоге были созданы блоки управления, работающие по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) заряжающего тока. Функция такого контроллера – понизить зарядный ток, когда напряжение доходит до предельной отметки. С таким подходом аккумулятор заряжается практически до 100%. Есть PWM-устройства, регулирующие ток в зависимости от температуры, что снижает нагрев и обеспечивает лучший прием заряда. Регулировка – автоматическая. По цене такие контроллеры дороже первой разновидности, но с ними продлевается срок службы АКБ;
- MPPT. Это совершенные устройства, регулирующие процесс зарядки аккумуляторной батареи. MPPT-контроллер автоматически отслеживает значения тока и напряжения в системе. Учитывая эти данные, микропроцессор подбирает оптимальные параметры, чтобы была достигнута максимальная мощность. Если отталкиваться от статистики, такие контроллеры на 35% эффективнее PWM, и способны лучше распределить энергию, идущую от внешней АКБ. Прибор дорогой, и используется зачастую для автоматизации «солнечных ферм»;
- гибридные контроллеры. В таких устройствах совмещены особенности PWM и MPPT-приборов. Они служат для распределения энергии, полученной от ветрогенераторов, совмещенных с солнечными панелями. В сравнении с обычными моделями, гибридные характерны вольтамперными параметрами. Функция гибридной защиты – «выравнивать» полученную энергию и равномерно распределять ее между батареями.
Когда есть небольшая маломощная установка (ветрогенераторы, солнечные батареи), можно сэкономить, собрав самодельный контроллер. Конечно, он будет не столь эффективен и функционален как фабричная модель, да и понадобятся знания в электротехнике, но со своей задачей он справится.
Схема подключения
Контроллер заряда – плата на источнике питания, работающая в автоматическом режиме. Она отслеживает напряжение, температуру и время завершения заряда. Защитные платы разные, и наиболее популярная, встречающаяся в аккумуляторах смартфонов – DW01-Plus.
Схема шестиногая, где пара полевых транзисторов выполнены в едином корпусе в виде 8-ногой сборки.
1 и 3 – выводы, через которые осуществляется управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2). Предельные значения напряжения: 2.4 и 4.25 В. Вывод 2 – датчик, ответственный за измерение падения напряжения на полевых транзисторах. С ним обеспечена защита от перегрузок по току. Измерительным шунтом служит переходное сопротивление транзисторов. В связи с этим порог срабатывания, в зависимости от изделия, разный.
В случае с PWM-контроллером, для облегчения задачи рядом с клеммами имеются обозначения. Последовательность такая:
- Подключить батарею.
- Включить предохранители на плате (около «+»).
- Вставить контакты.
- Подсоединить контрольную лампу, имеющую напряжение 12 или 24 В.
Выбирая контроллер, отталкиваются от напряжения источника питания, его химического состава и самой цели применения устройства. Если бюджет ограничен – PWM, для «солнечных ферм» используют преимущественно модели MPPT. Контроллер на аккумуляторе служит защитой от перегрева, перезарядки или недозарядки. При этом есть интегрированная и внешняя «защита». Последняя актуальна в паре с солнечными батареями или ветряными установками.