Зарядное устройство часть 1

 

После монтажа внештатных потребителей появилась конкретная нехватка электроэнергии. Зимняя ночевка забирает треть емкости АКБ; 15-20 мин. работы лебедки сажают аккумулятор до нижнего порога а при включении кондиционера и люстры о зарядке можно уже не мечтать. Что-бы знать сколько и куда уходит, и почему не хватает, изготовлено устройство для постоянного контроля всех силовых токов авто, и самое главное – тока зарядки аккумулятора во время движения.

 

- Измерение токов  -

 

Самый простой способ измерения тока это шунт. В разрыв измеряемой цепи включается шунт с измерительной головкой, и по падению напряжения мы определяем значение проходящего тока. Шунт выбирается из расчета максимального тока, в нашем случае это около 200 ампер. С измерением зарядного тока аккумулятора в ходу получилось сложнее…

Для контроля зарядного тока АКБ шунт включается в разрыв провода идущего на плюсовую клемму и головка с «нулем» посередине. На резинопароходе так и сделал: в разрыв плюса включен амперметр с шунтом на 30А. Токи потребления небольшие и зарядку в 3-5 ампер прекрасно видно. На Патриоте это номер не проходит – головка нужна 200А-0-200А и увидеть на ней единицы ампер зарядки сложно. Можно использовать китайские цифровые, но и тут засада – нужно отключать минус АКБ от массы, а там стартер с лебедкой и токи совсем другие – 500А и более.

Можно поставить 2 шунта. Первый в разрыв генератора и контролировать вырабатываемый им ток, второй на входе в монтажный блок авто для контроля общего потребления. Разность их показаний и будет зарядкой аккумулятора. Так и сделано: установлены два шунта и две головки, что дало возможность контролировать все силовые токи автомобиля: отдельно ток генератора, отдельно потребителей, и как разность между ними – зарядный ток АКБ.

Схема на двух шунтах прижилась и работает по сей день а для контроля именно зарядного тока изготовлен датчик тока на эффекте Холла с пределами 0-10 ампер и выводом информации на ту же головку через переключатель 3П2Н.

 

- Датчик тока на эффекте Холла -

 

Принцип понятен из первого рисунка – измерение разности магнитных полей создаваемых 2-мя проводниками, идущими на плюсовую клемму: от генератора на АКБ и с АКБ на все потребители. В измерительной части использован линейный датчик Холла SS496A помещенный в зазор ферритового кольца сквозь которое пропущены два провода по 16 мм/кв.

 

- Расчет датчика тока -

 

Зарядный ток АКБ будет в пределах 0-10 ампер, но есть два режима которые датчик должен «выдержать». Первый это лебёдка, которая сидит на плюсовой клемме и весь ток генератора при её работе будет считаться зарядкой (это 100-120 ампер в плюс). И второй режим – обрыв ремня генератора в ходу и разряд АКБ в сеть, это 70-80 ампер в минус. На эти максимальные значения (+120 и -80 ампер) и будем считать будущий датчик тока.

Датчик Холла SS496A с рабочим диапазоном +/- 840 Гаусс. имеет чувствительность 2,5 мВ/Гс и при отклонении индукции в зазоре кольца на один Гаусс меняет выходное напряжение на 2,5 мв в ту или иную сторону. Кольцо 28х16х9 с пазом 2,2 мм. Считаем максимально возможный ток для нашего датчика исходя из «синей формулы» (рис.1)

B = 1000 * µ0 * µe * I * N / le (в миллитесла)
Отсюда макс ток с учетом нашего кольца и датчика:
I = B * le / N * µe * µ0 * 1000 (в амперах)
µ0 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума 1.257*10-3
µe — относительная проницаемость кольца = отношение средней линии к ширине пропила. 69 мм / 2,2 мм = 31
I — ток в амперах
N — количество витков = 1
le — длина средней магнитной линии кольца = 69 мм.
Переводим наши максимальные 840 Гаусс в миллитесла (= 84 мТл) и подставляем…
I = 84 * 69 / 1 * 31* 1.257*10-3 * 1000 = 144 ампера.
Из «красной формулы» проверяем магнитопровод на насыщение, иначе можем потерять линейность преобразования.
Iмакс = 0.001 * Bмакс * le / ( µ0 * µe * N ) [A]
Поставляем и получаем, что кольцо войдет в насыщение током 530 ампер, что то-же устраивает.
Iмакс = 0.001 * 300 * 69 / 1.257*10-3 * 31 * 1 = 530 ампер.
Получилось, что при прохождении тока сквозь кольцо от -144А до +144А датчик будет находиться в линейной зоне, что достаточно. Осталось преобразовать сигнал с датчика в привычные «Амперы» на шкале измерительной головки.

 

- Преобразуем сигнал датчика -

 

Преобразователь сигнала собран по компенсационной схеме с низкоомным выходом, что позволило использовать в качестве индикатора уже имеющуюся головку 0-100А снабдив её переключателем на 3 положения – ток генератора 0-100А, ток потребителей 0-100А и ток зарядки АКБ с пределами 0-10А. Датчик закреплён в зазоре эпоксидным клеем, компенсационная обмотка равномерно распределена по периметру кольца и имеет 100 витков провода 0,28 мм.

Настройка простая: по проводнику продетому сквозь кольцо пропускаем калиброванные 10 ампер и при помощи двух подстроечных резисторов поочерёдно устанавливаем стрелку на конечное и нулевое значение шкалы. Вдобавок ток зарядки можно контролировать как разность токов шунтов. Дрейф нуля «зима-лето» не превышает 0,2-0,3 ампера.

Для защиты головки на входе установлен стабилитрон TL431, ограничивающий измеряемые токи на уровне 11-12 ампер. В итоге получился амперметр с допустимым током от -144 до +144 ампера, и отображаемым 0-10 ампер на всю шкалу.

Шунты и датчик тока смонтированы в моторном отсеке, панель с индикаторной головкой и переключателем – в салоне непосредственно у водителя. Позже туда добавился регулятор напряжения генератора и цифровой вольтметр.

В итоге получилось устройство для контроля всех силовых токов автомобиля – тока генератора 0-100 ампер, тока потребителей 0-100 ампер и зарядного тока АКБ на той-же шкале с пределами 0-10 ампер. Теперь для полноценной зарядки аккумулятора необходим источник тока с регулируемым напряжением 12-17 вольт. Об этом во второй части…

 

часть 1 часть 2 часть 3