Kvalitetan robustan punjač olovnih akumulatora

[Milan94]

Vec duze vreme razmisljam o konceptu koji je Macola dao na ES forumu za poboljsanje njegovog punjaca. Upotreba nekog MCU drasticno moze da unapredi punjac koji moze raditi i kao dobar desulfatizator jer bi energiju iz akumulatora mogao vracati u mrezu bez velikih gubitaka.

Macola' citat sa ES foruma

Kada "prodrete" u um konstruktora nečeg, nebitno ko je konstruktor, tj. "šta je tekstopisac hteo reći", spremni ste i za modifikaciju nečeg u smislu poboljšanja.
A da se baš sve može poboljšati, - može maltene baš sve! Čak i običan čekić, kao sasvim jednostavna a veoma funkcionalna naprava.

Samo je želja ka tom cilju bitna i naravno stvarno poboljšanje sa opravdanim izmenama.
-----------------------------------


Raspregnut trafo i par snažnijih trijaka, plus jedan MCU i displej, i eto ga punjač neverovatnih mogućnosti!

Raspregnut trafo kao "mek" izvor, sa blago padajućom karakteristikom zbog manjeg stresa svega, tiristori-trijaci kao neverovatno robusni elementi, jer i ako su već arahaični kao komponenta još uvek nemaju konkurenciju u izdržljivosti.
Ono što trijak, pogotovo tiristor, kao struktura mogu podneti, teško je uporedivo sa ostalim upravljivim poluprovodničkim komponentama!

MCU zbog toga što se tu mogu smestiti najmoderniji i najmoćniji algorittmi profesionalnog punjenja, desulfatizacije, ekvalizacije i slično, kao i algoritmi za druge vrste punjivih aku baterija, LCD displej i lako komandovanje, kao i memorisanje nekih preseta ili stanja, a takve algoritme možete sami stvoriti na osnovu pažljivog proučavanja procesa pujenja i ostalog oko toga...

I tako dalje i tako dalje, da ne davim...
------------------------------------------
-------------------------------------------

Evo vam jedne jednostavne i pretpostavljam sveže ideje, koju ja sigurno neću stići da realizujem zbog manjka vremena i terenskog posla, ali ideje koja zaslužuje pažnju i veštijim članovima može obezbediti odličnu polaznu osnovu, na osnovu koje se može napraviti maltene savršen aku punjač multinamenskog tipa i izuzetnih mogućnosti.

Samo uključite vijuge i pažljivo pročitajte ono što vam budem napisao sada:

1)
Prva i važna metoda:
Energija se iz akumulatora MOŽE vraćati kroz trafo nazad u mrežu, posebno lako faznim zasekom, tako što se upravljivi elementi (trijaci) okidaju u prednjem delu mrežnog polutalasa (rastući deo četvrtine sinusoide), tj. od trenutka prolaska kroz nulu pa do momenta kada naizmenićni napon na sekundaru postane JEDNAK trenutnom naponu aku baterije. Ako struja teče IZ aku. ka sekundaru, po presecanju veličine napona koja je jednaka DC naponu akumulatora SCR će se ugasiti za taj smer struje.
To je krajnja tačka (ugao) do kog će se punjač ponašati kao DC/AC pretvarač.
Tog trenutka će se tiristor ili trijak ugasiti ukoliko nema kontinualnu pobudu na gejtu.
Do tog momenta će se energija iz akumulatora vraćati nazad u mrežu i punjač će raditi kao pretvarač sa sposobnošću PRAŽNJENJA akumulatorske baterije, BEZ bitne termičke discipacije i veoma ekonomično pošto će se najveći deo energije pražnjenja vratiti nazad u mrežu.
To je zona invertorskog rada.

Pitate se čemu pražnjenje aku baterije?
Više razloga je u pitanju:
- test kapaciteta,
- poboljšanje desulfatizacije,
- regeneracija,
- ciklično punjenje i pražnjenje.

Potrebno (nužno) je obezbediti izvesnu "mrtvu" zonu, reda 500uS, oko prve presečne tačke amplitude mrežnog napona i napona aku. Ta zona se mora dinamički kretati u zavisnosti od mrežnog napona i napona na aku.
Dakle po bar 250uS levo i desno od te presečne tačke je zabrana trigerovanja.
Razlog je da kod invertorskog rada ne pređemo u nekontrolisano punjenje maksimalnom strujom, već da oba procesa možemo savršeno kontrolisati.

2)
Druga važna metoda:
Kada imamo trafo sa split sekundarom koji ima srednji izvod, i snažne trijake umesto tiristora, na oba kraja sekundara, imamo pravo prvo prepoznati polaritet povezanog akumulatora dok su isključeni (nepobuđeni) trijaci, potom uključiti odgovarajući polaritet sa algoritmom punjenja ili pražnjenja, ili oboje u isti mah, sa nameštenim parametrima za jedan ili oba procesa.
Kompletno upravljanje se svodi samo na odlučivanje oko ugla paljenja trijaka, i tim se arbitrira tri stvari odjednom:
- automatski izbor-nameštanje polariteta prema zakačenom aku, bez obzira kako je zakačen.
- pražnjenje aku,
- punjenje aku.
- pražnjenje i punjenje u isti mah sa nezavisnim parametrima pojedinačnih procesa.

3)
Treća bitna stvar:
MCU bi morao imati split napajanje. Na primer, ako je na 5V, onda +-2V5. Tako bi njegovi A/D konvertori mogli meriti oba polariteta napona i struja na izlazu, tj. na aku bateriji.
Ukoliko su A/D kovertori dovoljno brzi i procesiranje takođe, onda se mogu meriti impulsi na takav način da se stigne u dosta tačaka usemplovati njihova envelopa, po struji i naponu, odakle lako možemo izračunati sledeće:
- stvarnu srednju i vršnu vrednost struja, bilo punjenja bilo pražnjenja. Integraljenjem tog impulsa srednju vrednost, a vršnu vrednost da ne objašnjavam.
- unutrašnju otpornost akumulatorske baterije, obračunatu na osnovu dU u odnosu na dI na akumulatoru.

O mogućim algoritmima da i ne pričam, to je bezgranično mogućnosti. O displeju i metodama rukovanja, automatskih delovanja, memorisanja i preset vrednostima prema tipu baterije, i čak i automatskog prepoznavanja polariteta i veličine baterije, na osnovu unutrašnjeg otpora pomoću omanje "pilot" struje ,takođe neću pričati.
To je stvar vaše mašte i mogućnosti.

U MCU treba dovesti nekoliko signala:
-utvrđivanje prolaska kroz nulu, mrežnog napona na sekundaru,
-merenje trenutnih AC vrednosti napona na sekundarima trafoa,
-merenje +- DC napona aku,
-merenje +- struje kroz aku.
- i naravno tastatura za zadavanje veličina- vrste procesa.

IZ MCU treba da izađu:
- svega dva pina za upravljanje triger sklopovima pojedinačnih trijaka,
- i naravo onoliko pinova koliko treba za displej i neke LED indikacije.

Osnovni koncept energetskog dela je u priloženom pdf, a osnovni zakon upravljanja takođe u još jednom pdf.

Na prvom pdf je koncept, blok šema takvog punjača.
Na drugom pdf je slikovit način upravljanja gde su prikazane zone dejstva (trigerovanja) za pozitivan polaritet aku.
Za negativan polaritet aku se jednostavno prvo trigeruje trijak 1 potom trijak 2, odnosno vremenski zamene mesta.
Naravno, redosled trigerovanja zavisi od polariteta napona na pojedinačnim sekundarima, odnosno trigeruje se onaj trijak kome trenutni polaritet pripadajućeg namotaja odgovara polaritetu akumulatora.
Trijake treba okidati negativnomstrujom gejta jer tako su najosetljiviji u svakom kvadrantu rada.
Zato su triger trafoi i diode na gejtu polarisani tako.

Ostaje samo da uključite vijuge i iskoristite priložene podatke, a slike će reći više od mnogo reči.


I nema na čemu...

Pozz

P.S.

I da ne zaboravim:

Topljivi osigurač na izlazu je prisutan iz samo jednog razloga: Postoji izvesna verovatnoća da nestane mrežnog napajanja (nestane struje) u trenutku dok je neki od trijaka bio u provodnom stanju.
To znači da će zauvek ostati uključen, odnosno da će do kraja iscrpsti akumulaor i spaliti trijak i(ili) tu polovinu sekundara.
Sasvim dovoljna prevencija je topljivi osigurač reda 1.5 puta veće struje od najveće struje punjača.
Verovatnoća je mala ali ipak postoji (ipak smo na Balkanu :-).

  Punjac_koncept.pdf (Size: 20,49 KB / Downloads: 67)

  Upravljanje.pdf (Size: 32,46 KB / Downloads: 47)

Iz prilozene seme vidimo da je najzahtevnije upravljanje faznim zasekom jer od toga zavisi da li ce da vrsimo punjenje ili praznjenje.

Ono sto mene konkretno zanima je po kom principu ce mo oderedjivati tacke za okidanje gejt Trijaka jer ovo vise nije klasicno upravljanje trijakom tako sto tajmerom merimo vreme koliko je proslo nakon zero crossing vec ovde moramo A/D konvertotrom vrsiti neka brza merenja pretpostavljam vise merenja po jednoj poluperiodi.