Тест контроллера заряда AcmePower EN1212 Дата: 15.12.2010 Раздел: Электроника
Тестируем контроллер заряда от солнечной батареи для 12В свинцового аккумулятора, с точки зрения использования его в походных условиях для зарядки герметичных (гелевых) аккумуляторов. А, заодно, знакомимся с новым, в туристической практике, типом устройств.
Введение.
Свинцовые герметичные (гелевые) аккумуляторы используются туристами достаточно широко. Имея один основной недостаток - относительно большой вес, они имеют множество достоинств - дешевизна, доступность, большая отдаваемая мощность, неприхотливость, возможность работы в широком диапазоне температур и т.д. Однако, как и любой аккумулятор, для своей долгой жизни они нуждаются в правильной зарядке и, особенно, разрядке. В частности, не любят глубокого разряда.
Рис.1. Герметичный свинцовый аккумулятор.
Чтобы не допускать слишком сильных разрядов обычно приходится носить с собой мультиметр и периодически проверять степень зарядки аккумулятора, измеряя напряжение на нём. Такой же контроль необходим и при зарядке. Все это, конечно, не слишком удобно.
Вместо того, чтобы мерять напряжение на клеммах самому, можно поручить оберегать аккумулятор контроллеру заряда. В настоящее время существует множество типов таких контроллеров. Однако в туристической практике они используются редко. Причины разные - высокая цена контроллера от 1500р, что почти вдвое превышает цену 12В аккумулятора ёмкостью 7..9Ач, не совсем компактные размеры, т.к. такие контроллеры рассчитываются обычно на стационароне использование (хотя, есть и исключения), слабая информированность пользователей о таких устройствах.
Последний пункт мы и будем сегодня пытаться исправить. Поводом для статьи послужил попавший в руки контроллер заряда 12В свинцового аккумулятора от солнечной батареи компании марки AP EN1212. Он нам показался интересным именно в приложении к мобильным задачам.
Итак, приступим.
Пару слов для тех, кто совсем "не в курсе", что же это за зверь такой - контроллер. Если совсем просто, то будем считать, что это такая коробочка с одной стороны к которой подключена солнечная батарея, с другой, аккумулятор, а с третьей - нагрузка, которая питается от этого аккумулятора.
Задача "коробочки" состоит в том, чтобы:
1. Сберечь аккумулятор от того, чтобы солнечная батарея его слишком сильно зарядила. Для этого нужно вовремя отключить её от аккумулятора, когда тот "наполнился";
2. Сберечь аккумулятор от слишком сильного разряда, вовремя отключив потребителей тока от аккумулятора, когда он будет уже почти совсем пустой.
Эти две главные задачи выполняют все контроллеры. Но делать это, конечно же, могут по разному, аналогия здесь с автомобилями, где "Запорожец" и "Мерседес" выполняют, с сущности, тоже одинаковые задачи, различаются у них лишь "некоторые детали".
В частности могут быть такие "фишки", как:
- Поиск рабочей точки солнечной батареи, что позволяет снять с неё максимум мощности. - Широтно-импульсная регулировка заряда аккумулятора, позволяет зарядить аккумулятор "под завязку". - Различные защиты, термокомпенсации, разные виды индикации, измерений и т.д.
Данный контроллер заряда, я бы отнес к категории LowEnd, т.е. самых простых. Его логика работы примитивна до безобразия - при зарядке солнечная батарея просто тупо соединяется с аккумулятором, и, по мере зарядки начинает периодически отключаться (релейная логика - напряжение выше порога - отключаемся, ниже - снова подключаемся) никакого поиска точки максимальной мощности или чего-то подобного нет.
При разряде всё также просто - то-же самое релейное включение-отключение, только с гистерезисом, чтобы не переключаться слишком часто.
Думаю, не стоит требовать слишком много от устройства данной ценовой ниши. Главное, чтобы работало.
Взглянем теперь подробнее на конкретную модель нашего тестируемого автомоби.... ой, контроллера. Начнем, как водится, с внешности.
Контроллер заряда поставляется в блистере.
Рис.2. Упаковка.
Внутри находится только сам контроллер, провода, для подключения к аккумулятору с крокодилами и всё. Нет даже русской инструкции, это минус. Впрочем, для тех кто владеет английским, краткая инструкция и характеристики напечатаны на обратной стороне блистерной картонки. С другой стороны, устройство достаточно простое, и с подключением можно разобраться даже по "английским" картинкам.
Рис.3. Комплект поставки.
Сам контроллер очень компактный и легкий, много места не займет, особенно, по сравнению с заряжаемым аккумулятором. По этому параметру ему можно поставить большой плюс. Сравнение его размеров с сотовым телефоном показаны на рисунках ниже.
Рис.4. Сравнение размеров контроллера заряда и сотового телефона.
Вес также примерно равен весу сотового - грамм 120...150. Фактически, это вес печатной платы с деталями и алюминиевого корпуса из замкнутого профиля. Боковые ушки для крепления выполнены из достаточно качественного жесткого пластика.
Рис.5. Вид с торца. Пластиковые проушины и контакты колодок для подключения проводов.
На Рис.5. также видны контакты колодок для подключения проводов. Используются винтовые контакты, поэтому придётся иметь в ремкомплекте небольшую отвертку на случай, если какой-то из проводов разболтается.
Электрические испытания.
Собираем систему. В качестве заменителя солнечной батареи используем блок питания, выставляя на нём напряжение либо 15В, либо 18В, моделируя батареи с рабочим напряжением 13В или 17В. Аккумулятор используем герметичный 12В 9Ач.
Зарядка.
После включения питания, как и положено, началась зарядка. Сразу видим, что ток зарядки контроллер ограничивает на довольно больших значениях. Вначале зарядки он достигал 3...4А, затем снизился до 1А по мере заряда аккумулятора.
Вообще, на упаковке контроллера написано, что ток заряда может достигать 12А. Поэтому фактически, ток заряда будет определяться возможностями солнечной батареи, а не контроллером. Использование мощной солнечной батареи может повреждать аккумулятор большим зарядным током, т.к. для герметичных свинцовых аккумуляторов он обычно рекомендуется на уровне 1/10 от ёмкости.
Впрочем, тест по зарядке аккумулятора оказался неудачным. Уже через 10 минут после начала зарядки из аккумулятора раздались странные звуки, несколько напоминающие "заблудившийся чих", т.е. "пук". Похоже, аккумулятор начал "пускать газы" в самом прямом смысле - из-за быстрого заряда (или перезаряда) началось разложение электролита и периодическое срабатывание предохранительного клапана. Но на 100% в источнике звуков я не уверен, в контроллере обнаружился динамик, и с некоторой долей вероятности, подвывать мог и он. Но звуки шли явно от аккумулятора.
Разрядка.
Разряд вопросов не вызвал, всё работало, как и положено. Отключение нагрузки происходило при напряжении около 11В, как и должно быть. А поскольку именно излишний разряд аккумулятора представляет основную опасность для его состояния, то такой контроллер стоило бы использовать только ради одной этой способности - контроля разряда.
Одной из удобных особенностей контроллера, является кнопка отключения нагрузки, т.е. не нужно отвинчивать провода, достаточно нажать кнопку.
Собственное потребление.
Далее проверим экономичность устройства, т.е. сколько тока оно берет на свои собственные нужды при работе. Для этого отключим солнечную батарею (блок питания) и замерим ток, который идёт в контроллер от аккумулятора.
Этот ток составил 35мА, хотя, в технических характеристиках на блистере указано значение менее 6мА (вот и доверяй после этого производителям). Что сказать, результат весьма огорчительный. Потребление очень большое. При отсутствии солнца, такой контроллер будет весьма быстро разряжать наш аккумулятор.
Оценим, за какое время он его разрядит полностью. Возьмем аккумулятор 12В ёмкостью 9Ач. Разделим 9Ач=9000мАч на 35мА, получим 9000/35=257 часов или 10.7 суток. Т.е. каждые сутки у такого весьма ёмкого аккумулятора, контроллер будет "отъедать" около 10%. А если забыть отключить совсем, то и вовсе "убьёт" аккумулятор, разрядив его "в ноль".
К недостаткам можно отнести и то, что ток потребления слабо снижается с уменьшением напряжения питания, что логично было бы ожидать. Т.е. при снижении напряжения ниже допустимого порога разрядки, схеме контроллера, по хорошему, надо бы было уходить в спячку для того, чтобы максимально сберечь остатки энергии аккумулятора. Увы, этого нет. При напряжении 10В ток потребления был 30мА, а при 7В - около 18мА. Впрочем, не уверен, что контроллеры других типов уходят в спячку при сильном разряде, поэтому, будем считать, что это мои мечты.
Заглянем внутрь коробочки.
Рис.6. Печатная плата.
Расположение платы совпадает с её положением на Рис.3. или Рис.4., т.е. слева вверху - вход солнечной батареи, слева внизу - аккумулятора, справа - клеммники для подключения нагрузки.
Качество сборки традиционное китайское - остатки флюса, перекошенные элементы, ручная пайка. Но, вроде бы, работает.
Что можно сказать по составу элементов платы. Видно, что всей логикой работы заправляет микроконтроллер типа 12C5404, который расположен в центре платы. Других микросхем, за исключением стабилизатора, на плате не наблюдается. По видимому, взят какой-то дешевый микроконтроллер, он, как кажется, и определяет основное потребление тока в схеме. Похоже, сэкономили, ведь, существует множество микроконтроллеров с потреблением в десяток раз меньше использованного.
Идём дальше. Черные квадраты - это полевые транзисторы, которые отключают нагрузку или солнечную батарею от аккумулятора. Транзисторы типа IRF3205. Весьма мощный полевик n-типа, имеющий максимальное напряжение стока 55В, ток стока до 110А и сопротивление в открытом состоянии около 8мОм. Т.е. потери на нём будут минимальны.
С правой стороны видим две выходные колодки для подключения нагрузки, колодки запараллелены между собой, поэтому заявленный выходной ток в 12А - это суммарный выходной ток по двум этим выходам.
Между колодками расположены два параллельно стоящих самовосстанавливающихся предохранителя по 5А каждый, т.е. их рабочий ток не заявленные 12А, а 10А (опять экономия на копейках).
Никаких элементов, измеряющих ток на плате не обнаружено, т.е. выходной ток ограничивается срабатыванием предохранителя, а ток зарядки аккумулятора, как и было предположено выше, определяется только возможностями солнечной батареи.
Ещё одно замечание, касающееся эксплуатации контроллера. Оно относится не только к данной модели, но, предполагаю, к большому их числу и от других производителей. А именно, использование полевых транзисторов n-типа определяет то, что общим проводом в таких системах становится плюсовой, а разрывается минусовой. Но обычно в автомобилях, да и вообще в 12В системах именно минус является общей шиной или "землей" и часто соединён с корпусом.
Это приводит к тому, что если к аккумулятору в обход контроллера что-то ещё подключено, то случайное касание корпусов устройств может приводить к тому, что аккумулятор будет продолжать разряжаться, несмотря на то, что контроллер его отключил - ток пойдет в обход контроллера по "земляному" проводу (корпусу).
Но разработчиков контроллеров понять тоже можно, транзисторы p-типа, которые можно ставить в плюсовой провод, к сожалению, имеют много худшие характеристики по сопротивлению в открытом состоянии, чем n-тип. Т.е. будут сильно греться.
Анализ платы также вскрыл ещё одно лукавство производителя. Несмотря на то, что на корпусе и в описании красуется гордое "PWM charge" (зарядка с использованием широтно-импульсной модуляции, кратко, ШИМ), реально на плате мы не видим ни одного индуктивного элемента, который всегда присутствует в импульсных преобразователях (кроме схем с накачкой заряда, но они микромощные). Видимо, под ШИМ китайцы понимают просто периодическое отключение аккумулятора от солнечной батареи. Может даже с высокой частотой.
Выводы.
Впервые увидев данный контроллер, был очень рад, считая, что наконец-то появилось некое устройство, которое бы обеспечивало безопасную зарядку-разрядку маломощных свинцовых аккумуляторов, использующихся туристами в походах. Даже хотел комплектовать таким контроллером.
Увы, надежды не оправдались. Представленная модель контроллера предназначена для работы с аккумуляторами большой ёмкости и соответствующими солнечными батареями.
Плюсы контроллера.
- компактность, малый вес. - невысокая цена по сравнению с аналогами. - металлический корпус. - можно использовать с солнечными батареями с пониженным, относительно стандарта в 17В, выходным напряжением, т.е. от .
Минусы.
- большой ток собственного потребления. - не контролирует зарядных-разрядных токов. - предназначены для установки в сухих помещениях.
Особенности.
- зарядный ток определяется солнечной батареей. - отключение аккумулятора выполняется по "земляному" проводу.
Вообще говоря, использовать такой контроллер в мобильном (маломощном) приложении возможно, но нужно учитывать его особенности.
1. Для зарядки использовать солнечные батареи, которые в норме не дают больше тока, чем требуется конкретному аккумулятору. Н-р, к аккумулятор 9Ач комплектовать солнечной батареей мощностью не более ...Вт.
2. При плохой погоде лучше совсем отключать контроллер, т.к. он может "съесть" всё, что вырабатывает солнечная батарея.
3. Не использовать контроллер с аккумуляторами ёмкостью ниже 7...9Ач, т.к. он будет их слишком быстро разряжать.
4. Подключать контроллер к аккумулятору только на время зарядки или работы, в остальное время отключать, чтобы не "садить" аккумулятор.
Т.е. такой контроллер заряда пригоден для относительно мощных систем, типа , с аккумулятором Амперчасов на пятьдесят, не меньше. Для более слабых систем использование его проблематично.
PS: Просьба к представителям AcmePower сильно не возмущаться, ваш контроллер просто не подошел под задачи маломощной энергетики и, вероятно, подойдёт под более мощные системы. А жаль - честно говоря, надеялся.
Автор: Николай Носов 15.12.10
Все статьи на сайте разрешены к копированию, но с обязательным указанием ссылки на нас .
