Схема зарядки двух аккумуляторов от одного генератора

Как зарядить два аккумулятора одновременно

Приходится ли вам использовать энергию стартового аккумулятора иначе чем для запуска двигателя? Если да, то вы подвергаете себя опасности. Пропустите момент, когда напряжение аккумулятора опустится ниже критического уровня и окажетесь обездвиженным посреди водоема. Останется звонить с просьбой о помощи на берег или уповать на проходящее мимо судно.

Гораздо разумнее установить дополнительный аккумулятор, подключить к нему бортовое оборудование и без опасений пользоваться отопителем, холодильником, эхолотом или музыкальным центром как на ходу, так и на стоянках. Но прежде чем это делать необходимо решить, как заряжать обе аккумуляторные батареи

Последовательно соединенные аккумуляторы

У последовательно соединенных аккумуляторов напряжение увеличивается, а емкость остается прежней.

Два последовательно соединенных 12-вольтовых аккумулятора заряжают 24-вольтовым зарядным устройством

При последовательном соединенные аккумуляторы должны быть одного типа и возраста. Емкость и производитель так же должны быть одинаковыми. Если один из аккумуляторов до этого использовался, то скорее всего его емкость уже меньше номинальной и во время зарядки он зарядится первым. Но зарядное устройство может не «заметить» этого и попытается полностью зарядить оставшиеся. Температура и давление в корпусе старого аккумулятора возрастут. Начнет выделяться газ, а активный материал пластин станет разрушаться.

Под нагрузкой износ старого аккумулятора усилится. После того как слабые ячейки израсходуют заряд, хорошие еще продолжать давать ток. Напряжение на разряженных ячейках упадет до нуля, а затем их полярность поменяется на противоположную (чаще всего это происходит в больших батареях). Последует неконтролируемы рост давления и температуры и наступит катастрофа.

Заменять батарею последовательно соединенных аккумуляторов рекомендуется целиком. Если меняете только один, состояние заряда всех аккумуляторов должно остаться одинаковым. Небольшую разницу устранит зарядное устройство на этапе абсорбции. При больших отличиях сильнее заряженный аккумулятор будет перезаряжаться, а в не дозаряженном начнется сульфатация.

Два последовательно соединенных 12-вольтовых аккумулятора заряжают 24-вольтовым зарядным устройством. Три – 36-вольтовым.

Параллельно соединенные аккумуляторы

При параллельном соединении аккумуляторов увеличивается емкость, а напряжение не меняется. Аккумуляторы в батарее должны быть одного типа и возраста, а соединяющие их кабели, короткими и толстыми, чтобы уменьшить падение напряжения.

Несколько параллельно соединенных 12-вольтовых аккумуляторов заряжают 12-вольтовым зарядным устройством. Время зарядки батареи при этом будет больше, чем отдельно взятого аккумулятора

Устройства зарядки нескольких аккумуляторов

Для одновременной зарядки нескольких групп аккумуляторов используют следующие устройства

Переключатели аккумуляторов

Проще всего два разных по назначению аккумулятора подключить к устройству зарядки с помощью ручного переключателя. Как правило используют рассчитанные на высокий ток четырехпозиционные модели. В положении 1 + 2 переключатель соединяет аккумуляторы параллельно, в остальных разъединяет их. Четырехпозиционный переключатель устанавливают на катерах и яхтах с двумя аккумуляторами, попеременно используемыми и для запуска двигателя, и для питания бортовой нагрузки

К переключателю не рекомендуется подсоединять дополнительную нагрузку со стороны аккумуляторов, чтобы не нарушать его изолирующие функции. Однако на практике для устройств 24-часой готовности (помпа, зарядное устройство и т.д.) делают исключение.

Генератор двигателя соединяют с переключателем или со стороны нагрузки, или со стороны сервисной батареи. В первом случае аккумуляторы можно заряжать вместе или по отдельности, но генератору нужна защита. Перевод ручки переключателя во время работы двигателя в положении OFF приведет к скачку напряжения, который может вывести диоды выпрямителя из строя. При втором способе опасности для генератора нет, но аккумуляторы будут заряжаться только одновременно.

Характеристики переключателей АКБ:

Система с ручным переключателем не застрахована от человеческих ошибок. Если во время работы генератора аккумуляторы разъединены, один из них не зарядится. Если соединены при заглушенном двигателе, оба разрядятся и в следующий раз двигатель не запустится.

Четырехпозиционный переключатель, попеременно подключающий стартовый и сервисный аккумуляторы встречается на катерах очень часто. Однако, если аккумуляторы разного типа, например, гелевый и с жидким электролитом, то один из них будет постоянно перезаряжен, а другой недозаряжен и оба раньше времени выйдут из строя.

Диодные изоляторы

Изоляторы аккумуляторов используют свойство диодов пропускать ток только в одном направлении. Ток идет от источника зарядки к обоим аккумуляторам, а изолятор не дает ему проходить между аккумуляторами и предохраняет батареи от разряда.

Самый большой недостаток изоляторов на диодах – падение напряжения. Разница между полностью заряженным и разряженным 12-вольтовым аккумулятором — 0,8-1 вольт, поэтому потеря 0,6-1 вольт на диодах означает, что напряжение на сервисных аккумуляторах всегда будет меньше, чем необходимого для нормальной зарядки

Стандартный регулятор получает данные о напряжении в электрической системе с выхода генератора, а не с клемм аккумулятора. Если в цепи есть диоды, то регулятор «не знает», что на аккумуляторах 13,6-13,8 вольт, а не 14,2 как на генераторе. Если потери напряжения не компенсировать, генератор прекратить зарядку задолго до того, как аккумуляторы зарядятся до 100%. В результате — хроническая недозарядка, сульфатация и уменьшение емкости.

Развязывающее реле

В отличии от диодного изолятора реле развязки не делит ток между аккумуляторами, а соединяет их параллельно. Реле срабатывает, и подключает второй аккумулятор, когда напряжение на первом превышает установленный порог. После того как напряжение снижается, реле размыкается и изолирует батареи. Развязывающее реле лишено недостатков диодного изолятора — падение напряжения на нем не превышает сотых долей вольта

Моделей реле развязки множество. Самое простое активируется контрольным напряжением, например, от замка зажигания. Аналоговые реле соединяют и разъединяют аккумуляторы автоматически, но имеют фиксированное напряжение срабатывания. Цифровые модели позволяют регулировать напряжение срабатывания с шагом 0,1-0,2 вольта. Такие устройства отслеживают тренд напряжения и «принимают решение» о переключении только когда он длится определенное время. Благодаря этому удается избежать «дребезга» реле при кратковременных колебания напряжения.

Отдельная группа — бистабильные развязывающие реле. Они не потребляют ток в замкнутом состоянии и их удобно использовать для одновременной зарядки нескольких аккумуляторов от маломощных источников электрической энергии – солнечных панелей или ветрогенераторов.

Контроллеры аккумуляторов

К этой группе относят управляемые микроконтроллером устройства на MOSFET транзисторах, падение напряжения на которых даже при максимальном токе не превышает 0,03-0,01 вольт.

В отличии от батарейных изоляторов и реле, пытающихся одновременно зарядить два разных аккумулятора микропроцессорный разделитель изолирует аккумуляторы. Источник зарядки получает реальное представление о состоянии заряжаемой батареи и скорость зарядки возрастает. После того как первый аккумулятор заряжен, подключается второй, и зарядка продолжается. Подробнее о современных зарядных изоляторах аккумуляторов.

Сравнительные характеристики переключателя, реле и делителя аккумуляторов:

Источник

Два аккумулятора в автомобиле

Второй аккумулятор в автомобиле устанавливают для питания дополнительного оборудования – холодильника, электронных или бытовых устройств, инвертора. Такую аккумуляторную батарею называют сервисной и в нормальных условиях не используют для запуска двигателя. Сервисную батарею создают из аккумуляторов глубокого разряда — литиевых или свинцово-кислотных

Два вида аккумуляторов

Стартовый аккумулятор предназначен для запуска двигателя. Главное для него – не время непрерывной работы, а ток, который он дает. Высокий ток можно получить при большой площади соприкосновения свинца и электролита, поэтому в стартовом аккумуляторе много тонких пластин с губчатым активным материалом, поры которого обеспечивают дополнительную поверхность контакта.

Стартовый аккумулятор и аккумулятор глубокого разряда. В стартовом аккумуляторе низкое внутреннее сопротивление и большая площадь поверхности контакта свинца и электролита достигается за счет множества параллельно установленных тонких пластин. Стартовый аккумулятор нельзя глубоко разряжать, поэтому вторым аккумулятором в машине должен быть аккумулятор глубокого разряда

Аккумулятор глубокого разряда питает оборудование, потребляющее ток в течении нескольких часов или дней. Для него важна максимальная емкость и способность выдерживать большое количество циклов заряда разряда. Стойкость к циклической работе в аккумуляторах глубокого разряда достигается за счет толстых свинцовых пластин с плотным активным материалом.

Стартовые аккумуляторы способны давать большой ток, но не выдерживают циклического использования

Аккумуляторы глубокого разряда и стартовые не взаимозаменяемы. Если стартовый ставится на место тягового, то его тонкие пластины быстро разрушаются и он выходит из строя.

Зарядка дополнительного аккумулятора

Литиевые аккумуляторы обладают минимальными потерями при зарядке, а их кулоновская эффективность превышает 99%. Током 1С литиевую батарею можно полностью зарядить за час. Продолжительная стадия насыщения для этих аккумуляторов не нужна, их лучше даже заряжать не полностью. В этом случае аккумуляторы прослужат дольше, а время непрерывной работы уменьшится ненамного

По-сравнению со свинцово-кислотными алгоритм заряда литиевых аккумуляторов проще — для них подходит режим CC / CV (постоянный ток-постоянное напряжение). Литиевые аккумуляторы не поглощают избыточный заряд, поэтому их не нужно подзаряжать после полной зарядки, чтобы компенсировать саморазряд. Однако литиевые батареи требовательнее свинцово-кислотных к точному значению зарядного напряжения и производители рекомендуют заряжать их только специально предназначенными для этого зарядными устройствами

Во время зарядки литиевые аккумуляторы должны всегда оставаться холодными, поэтому процесс необходимо останавливать, если температура батареи становится выше окружающей больше чем на 10 градусов.

Свинцово-кислотные АКБ

Свинцово-кислотные аккумуляторы можно заряжать по-разному. Но оптимальным для зарядки гелевых, AGM и жидко-кислотных АКБ признан алгоритм, состоящий из нескольких стадий. На первой зарядка идет постоянным током до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет установленного верхнего предела. Первая стадия занимает до половины времени зарядки и во время нее аккумулятор заряжается до 70 – 80 процентов номинальной емкости.

После того как напряжение аккумулятора повышается до уровня насыщения, первый этап завершается и устройство переключается на вторую стадию, во время которой аккумулятор получает оставшиеся 20-30 процентов заряда. На втором этапе зарядное устройство поддерживает постоянное напряжение и ток, потребляемый аккумулятором постепенно снижается.

Вторая стадия имеет большое значение для полной зарядки, без нее аккумулятор глубокого разряда заряжается не полностью и со временем теряет емкость из-за сульфатации.

Напряжение насыщения зависит от типа аккумулятора и находится в диапазоне 13,8 – 15,1 В. Такое напряжения должно с одной стороны, восстановить максимальную емкость аккумулятора и полностью зарядить его, а с другой, не привести к газообразованию, потере воды и коррозии решеток положительных пластин.

Аккумулятор считается заряженным, когда потребляемый им ток опускается до 3–5 процентов от номинальной емкости. В этот момент зарядное устройство должно снизить напряжение и переключится на третий этап — поддерживающую зарядку. Переключение особенно важно для герметичных аккумуляторов, которые не так устойчивы к перезаряду, как жидко-кислотные. Зарядка, продолжающаяся при высоком напряжении, превращает избыточную энергию в тепло, и аккумулятор начинает выделять газ.

Рекомендуемое поддерживающее напряжение для свинцово-кислотных аккумуляторов от 13,2 до 13,6 В. Современные зарядные устройства почти всегда имеют режим поддерживающей зарядки, однако у устройств зарядки, используемых на автомобилях его нет.

Схема подключения второго аккумулятора в машине с помощью реле развязки. Сервисная батарея — литиевый (LiFePO4) аккумулятор с BMS. Реле просто соединяет стартовый аккумулятор с дополнительным литиевым. Оно не обеспечивает необходимые для безопасной работы литиевого аккумулятора напряжение и ток зарядки и не решает следующих проблем: Реле не может увеличить напряжение, если оно слишком низкое для зарядки литиевых аккумуляторов. Реле не может понизить слишком высокое напряжение до безопасного для дополнительного аккумулятора уровня. Реле не может понизить напряжение, после того как второй аккумулятор полностью зарядился. Реле не может ограничить ток генератора и гарантировать, что он безопасен для аккумулятора. В результате — неправильная зарядка и опасный режим работы дополнительной аккумуляторной батареи

У стареющего аккумулятора каждый элемент имеет свое уникальное состояние и выбрать правильное поддерживающее напряжение для него сложнее. Ячейки в аккумуляторе соединены последовательно, через них течет одинаковый ток, но контролировать напряжения отдельных ячеек невозможно. Из-за этого слабые ячейки перезаряжаются, а нормальные недозаряжаются. Ток, слишком сильный для деградировавших ячеек, приводит к сульфатации нормальных.

Еще одним источником проблем во время зарядки являются пульсации напряжения. Пик представляет собой перезаряд и вызывает выделение водорода, в то время как низкое напряжение приводит к кратковременному разряду и истощению электролита. Пульсации напряжения во время зарядки не должны превышать 5 %.

Автомобильные системы зарядки

Система зарядки автомобиля состоит из нескольких основных элементов — аккумулятора, регулятора напряжения и генератора. Генератор служит источником электрической энергии для системы жизнеобеспечения автомобиля во время работы двигателя, регулятор поддерживает в постоянное напряжение, а аккумулятор запускает двигатель и питает и электрооборудование в то время когда генератор не работает.

Стандартный генератор

Автомобильные системы зарядки можно условно разделить на два типа — системы, основанные на контроле напряжения и на контроле тока. В первой группе устройств напряжение генератора на холостом ходу находится в диапазоне 13,5 — 14,5 В, а ток зависит от состояния аккумуляторной батареи и электрической нагрузки.

Графики тока и напряжения автомобильных генераторов разного типа. Слева стандартный автомобильный генератор. Регулятор поддерживает постоянное напряжение. Справа — генератор, управляемый компьютером. Напряжение генератора меняется в зависимости от режима работы автомобиля

Регулятор напряжения изменяет выходную мощность генератора в ответ на изменение напряжения аккумулятора или нагрузку, создаваемую включаемым электрическим оборудованием. Когда регулятор обнаруживает падение напряжения, он увеличивает ток в обмотке возбуждения генератора. Магнитный поток в корпусе возрастает, ЭДС в обмотках неподвижного статора увеличивается и напряжение в системе возвращается к нормальному значению.

Еще один фактор, влияющий на напряжение – это температура. При низкой температуре химические реакции внутри аккумулятора замедляются и ему требуется повышенное напряжение зарядки. С ростом температуры напряжение наоборот, должно снижаться, чтобы не произошел перезаряд и повреждения аккумулятора. При температуре воздуха 25 С напряжение обычно составляет 14,2 вольта и повышается до 15,0 вольт при отрицательной температуре воздуха. Летом или после прогрева двигателя напряжение опускается до 14,0 — 13,5 вольт.

Стандартный регулятор оценивает температуру аккумуляторной батареи на основании своей собственной – по температуре основания или охлаждающего радиатора. Этот способ измерения не всегда дает точный результат, поэтому скорость зарядки аккумулятора может быть не идеальной

Генератор, управляемый компьютером

При традиционном регулировании выходная мощность генератора определяется только состоянием аккумулятора и включенными устройствами. При компьютерном, она зависит не только от них — решающее значение приобретают продление ресурса работы оборудования, экономия топлива и сокращение вредных выбросов

Два вида стартовых аккумуляторов в автомобиле. Слева — аккумулятор в автомобиле со стандартным генератором. Справа — аккумулятором с датчиком на клемме. Напряжение генератора в этой машине меняется в зависимости от множества факторов

Например, плавное увеличение напряжения после резкого роста потребляемого тока (при включении фар, электрических антиобледенителей, обогревателя, и т. д.) сглаживает переход на более высокий уровень мощности и уменьшает влияние нагрузки на качество холостого хода двигателя, а значит снижает вибрацию. Управляемая компьютером электросистема машины может повысить обороты двигателя, если необходимо увеличить скорость зарядки, а во время максимального ускорения наоборот кратковременно уменьшить мощность генератора, чтобы снизить нагрузку на двигатель.

Во время торможения компьютер увеличивает выходную мощность генератора и использует «бесплатную» кинетическую энергию автомобиля (аналогично рекуперативному торможению в гибридных моделях). А чтобы повысить экономию топлива во время движения, ECU понижает напряжение генератора и перекладывает большую часть электрической нагрузки на аккумулятор

В автомобильных системах интеллектуальной зарядки генератор по прежнему оснащается регулятором напряжения, но теперь им управляет PCM (Powertrain Сontrol Module) или BCM (Body Control Module). Ток в цепи возбуждения генератора, регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции — большей длительности импульса соответствуют больший ток возбуждения и высокое выходное напряжение. PCM в свою очередь сообщает регулятору, какой рабочий цикл требуется в настоящий момент. Команды основываются на запрограммированной логике, напряжении и температуре аккумулятора автомобиля, нагрузке в электросистеме и других входных данных. Обрабатываемая информация позволяет компьютеру изменять выходное напряжение мгновенно или постепенно, в зависимости от ситуации.

Схема подключения и зарядки дополнительного аккумулятора в автомобиле. Второй аккумулятор подключен через зарядное устройство, которое работает от генератора двигателя. Зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторы различных типов, увеличивает скорость зарядки и срок службы второго аккумулятора. В схеме предусмотрен ручной или автоматический переключатель, который позволяет в экстренном случае соединить аккумуляторы параллельно

На некоторых автомобилях BCM – это основной модуль, определяющий режим работы системы. BCM сигнализирует PCM, когда требуется повысить или понизить выходное напряжение, а PCM изменяет длительность импульса в регуляторе напряжения. Этот процесс происходит в несколько этапов, во время которых обрабатывается информацию о текущем состоянии регулятора и данные с датчика, подключенного к отрицательному или положительному кабелю аккумулятора. На других машинах напряжение контролирует блок, установленный на отрицательной клемме аккумуляторной батареи. Он же измеряет напряжение аккумулятора, его температуру и ток в цепи

Напряжение в электрической системе современного автомобиля изменяется от 11,5 до 15,5 вольт и зависит от многих факторов. Типичный «интеллектуальный» автомобильный генератор может работать в одном из следующих режимов:

• Нормальный режим — заряженность аккумулятора в машине поддерживается на уровне 80%. Регулятор повышает напряжение, когда аккумулятор автомобиля разряжен или когда в системе появляется непредвиденная нагрузка
• Режим пониженного напряжения — выходное напряжение генератора снижается, если аккумулятор заряжен на 80%, а потребление электроэнергии низкое.
• Кратковременно фиксирует напряжение на уровне 14,5 В после запуска двигателя
• Режим экономии топлива — система понижает напряжение до 13 В или ниже, чтобы снизить нагрузку генератора на двигатель автомобиля и увеличить срок службы ремня.
• Зимний режим – напряжение в системе возрастает при включенном обогреве сидений или заднего стекла
• Рекуперативный режим — во время замедления автомобиля выходное напряжение генератора увеличивается, а при разгоне снижается. Благодаря этому при торможении машины скорость зарядки возрастает без ущерба для экономии топлива и автомобиль замедляется быстрее
• Режим десульфатации аккумулятора — увеличивает напряжение через определенное время работы двигателя (обычно около 45 минут), если уровень заряда аккумулятора все еще низкий. Голубая линия — изменение напряжения генератора на автомобиле Ford Transit 2013 года выпуска. Очевидно, что если на этой машине подключить второй аккумулятор с помощью реле развязки, то нормально он не зарядится

Зарядка второго аккумулятора в автомобиле

Если второй аккумулятор в автомобиле – это аккумулятор глубокого разряда, то для того чтобы он использовал емкость на 100% и служил долго необходимо:

• Заряжать свинцово-кислотные (гелевые, AGM и жидко-кислотные) аккумуляторы в три стадии
• Заряжать литиевые (LiFePO4) аккумуляторы в режиме одобренном производителем АКБ
• Устанавливать напряжение второй стадии зарядки в зависимости от типа аккумулятора
• Понижать напряжение до поддерживающего уровня после полной зарядки аккумулятора
• Регулировать напряжение в зависимости от состояния аккумулятора, его температуры и расстояния от источника зарядки
• Устанавливать безопасный для аккумулятора зарядный ток

Очевидно, что эти требования противоречат алгоритму работы автомобильных систем зарядки, решающих совершенно другие задачи. Выход — в установке промежуточного устройства, которое не вмешиваясь в существующую систему зарядки автомобиля, приспособит ее для работы с аккумуляторами глубокого разряда.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по электрооборудованию для катера, яхты, автодома или кемпера

Источник