Второй аккумулятор устанавливают в машину для питания холодильника, отопителя, инвертора и другого дополнительного оборудования. Работая на стоянках, эти устройства разряжают аккумуляторную батарею и ее приходится периодически подзаряжать. Поскольку подключится к стационарной электрической сети в поездке удается не всегда, то единственным источником зарядки второго аккумулятора становится генератор автомобиля. Насколько хорошо он подходит для этой задачи? Как подключить второй аккумулятор, чтобы автомобильный генератор мог быстро зарядить его?
Автомобильная система зарядки
Система зарядки автомобиля состоит из генератора, выпрямителя, регулятора напряжения и аккумулятора. Генератор преобразует механическую энергию двигателя в электрическую. Диодный выпрямитель превращает переменное выходное напряжение генератора в постоянное, а регулятор поддерживает его стабильном уровне при изменении нагрузки или частоты вращения двигателя. Аккумулятор запускает двигатель, сглаживает скачки напряжения генератора и служит источником энергии тогда, когда двигатель не работает.
Автомобильные системы зарядки можно условно разделить на два типа — основанные на контроле напряжения и на контроле тока. В первой группе напряжение генератора поддерживается постоянным, а ток зависит от состояния аккумулятора и электрической нагрузки. Во второй напряжение генератора определяется режимом движения автомобиля и текущей электрической нагрузкой.
В машинах с 12-вольтовой электрической системой регулятор генератора при нормальной температуре поддерживает напряжение 14,2 ±0,2 Вольт. Когда регулятор обнаруживает, что напряжение генератора снизилось, он увеличивает текущий в обмотках ротора ток возбуждения, а если напряжение на выходе генератора выросло, уменьшает его. В обоих случаях магнитный поток через обмотки статора изменяется и напряжение генератора быстро возвращается к заданному значению.
Генератор с температурной компенсацией, уменьшает напряжение летом или после прогрева двигателя. Второй аккумулятор, установленный в машине с таким генератором, может заряжаться очень медленно
Еще один фактор, влияющий на напряжение в электрической системе машины – это температура. При низкой температуре химические реакции внутри аккумулятора замедляются поэтому, чтобы ускорить их, необходимо повысить напряжение зарядки. С ростом температуры происходит обратный процесс. Ток, потребляемый аккумулятором, увеличивается, и напряжение, необходимо понизить, чтобы не перезарядить и не повредить аккумулятор. Поэтому кроме напряжения регулятор может также контролировать температуру собственного основания, чтобы по ней оценить температуру аккумулятора или окружающего воздуха. Если температура отрицательная, регулятор повышает напряжение зарядки до 15,0 Вольт, а летом или после прогрева двигателя наоборот, понижает до 13,5 – 13,8 Вольт.
DC-DC зарядные устройства для второго аккумулятора емкостью 100-150 Ач
Входное и выходное напряжение 12 В
Типы аккумуляторов: GEL, AGM, LiFePO4 , WET
Встроенный солнечный MPPT контроллер
Дополнительный выход для нагрузки 20 А
Генератор с температурной компенсацией лучше заряжает аккумулятор в холодном климате и не перезаряжает его при высокой температуре. Если температурная компенсация в регуляторе отсутствует, то он поддерживает выходное напряжение неизменным в течении всего времени работы генератора.
Стандартный генератор хорошо справляется с зарядкой основного аккумулятора, но его напряжение не зависит ни от оборотов двигателя, ни от электрической нагрузки, ни от состояния аккумулятора.
Электрическая энергия, получаемая от автомобильного генератора, не бесплатна. На 1 Вт выходной мощности генератора двигатель расходует от 1,5 до 2 Вт своей мощности, которую вырабатывает, сжигая топливо. Мощность = ток х напряжение. Регулируя напряжение генератора можно уменьшать или увеличивать нагрузку, создаваемую генератором для двигателя.
Датчик на отрицательной клемме основного аккумулятора говорит о том, что генератором в машине управляет ECU
В интеллектуальных системах зарядки выходную мощность генератора контролирует электронный блок управления (ECU). ECU собирает информацию с датчиков, расположенных в различных частях машины, анализирует ее и определяет какое напряжение должно быть у генератора при текущей электрической нагрузке и оборотах двигателя. Затем по сети LIN или при помощи ШИМ сигнала ECU передает команду регулятору, который так изменяет ток возбуждения генератора что напряжение принимает требуемое значение. Регулятор может быть по-прежнему встроен в генератор, а может быть внешним по отношению к нему, являясь частью самого электронного блока управления
ECU регулирует ток возбуждения генератора, с помощью ШИМ сигнала. В зависимости от режима работы двигателя, напряжения и температуры аккумулятора и нагрузки в электросистеме напряжение генератора может изменяться от 11,5 до 15,5 Вольт. Без дополнительных устройств такой генератор не сможет зарядить второй аккумулятор в машине
Компьютерное управление расширило возможности автомобильной системы зарядки. Теперь она не только заряжает аккумулятор и обеспечивает электрической энергией бортовых потребителей, но и помогает экономить топливо, продлевает ресурс оборудования и сокращает вредные выбросы. Напряжение генератора в такой системе не постоянно, а колеблется от 11,5 до 15,5 Вольт. Его точное значение зависит от того, в каком режиме работает система зарядки в настоящий момент:
Компьютерную систему зарядки легко распознать по датчику на клемме аккумулятора и по двухпроводному разъему на генераторе. Опытным путем ее присутствие можно установить, измеряя во время движения напряжение в гнезде прикуривателя. Если напряжение падает во время разгона машины и растет при торможении, то генератором управляет одно из ECU автомобиля.
Дополнительную информацию можно получить, проверяя напряжение аккумулятора на холодном двигателе и при рабочей температуре, а также при разной электрической нагрузке – с включенным освещением, кондиционером и с полностью выключенным электрооборудованием
Как подключить второй аккумулятор
Второй аккумулятор редко устанавливают под капотом машины. Чаще его размещают в салоне или в багажнике автомобиля. При такой установке длина проводов, соединяющих генератор и второй аккумулятор, достигает 10-15 метров и пренебрегать падением напряжения уже нельзя. Потери будут тем больше, чем длиннее проводники и хуже соединяющие их контакты. Падение напряжения в медном проводе рассчитывается по формуле:
V = 0,017 * I * L
V — Падение напряжения
L — общая длина провода в метрах (включая обратный отрицательный проводник).
I = Ток в амперах текущий по проводнику.
S — площадь поперечного сечения меди в квадратных миллиметрах.
Например, в проводах сечением 6 мм2 и длиной 10 м при токе 20 А возникнет падение напряжения 10 x 20 x 0,017/6 = 0,56 Вольта. Это означает, что при напряжении генератора 14,0 Вольт напряжение на клемме второго аккумулятора окажется равным 13,44 Вольта. Уменьшить потери можно увеличив сечение проводников
Второй аккумулятор должен быть подключен к генератору автомобиля только во время работы двигателя. После того как двигатель заглушен его необходимо изолировать, чтобы избежать взаимного разряда с основной аккумуляторной батареей. Существует несколько способов того, как это можно сделать
Зарядка второго аккумулятора
Проще всего подключать второй аккумулятор к электросистеме автомобиля при помощи выключателя. В положении ON, выключатель соединяет основной и дополнительный аккумуляторы параллельно, а в положении OFF, изолирует их. Не смотря на простоту, этот способ не самый надежный, поскольку пользователь может просто забыть вовремя поставить выключатель в нужное положение
Схема подключения второго аккумулятора в автомобиле при помощи развязывающего реле
Влияние человеческого фактора легко устранить, если вспомнить, что напряжение основного аккумулятора равно 14,0 Вольт при работающем автомобильном генераторе и 12,6 Вольт в состоянии холостого хода. Поэтому зная напряжение основного аккумулятора, можно управлять подключением дополнительного. Этот принцип используют реле развязки. Реле отслеживает напряжение аккумуляторов и замыкается, когда на одном из них напряжение превышает установленный порог (как правило 13,3 Вольта). Если напряжение опускается ниже 12,8 Вольт реле разъединяет аккумуляторы и изолирует их. Подробно развязывающие реле описаны здесь
При параллельной зарядке оба аккумулятора постоянно подключены к генератору автомобиля, поэтому регулятор генератора «видит» не собственное напряжения второго аккумулятора, а напряжение объединенной батареи, которое как правило выше. В результате зарядный ток уменьшается, а продолжительность зарядки второго аккумулятора возрастает.
Ситуация усугубится, если в автомобиле установлен генератор с температурной компенсацией. После прогрева двигателя регулятор понизит напряжение генератора до 13,5-13,8 Вольт и зарядка второго аккумулятора, установленного на расстоянии нескольких метров от генератора, фактически остановится.
Как уже говорилось, напряжение генератора, управляемого ECU автомобиля, изменяется от 11,5 до 15,5 Вольт. Поскольку большинство развязывающих реле имеют задержку перед срабатыванием, то они просто не успеют замкнуться в то время, пока напряжение находится в верхней части диапазона. Но даже если это произойдет, большие колебания напряжения не дадут второму аккумулятору заряжаться. При разгоне автомобиля, напряжение окажется слишком низким, а при торможении настолько высоким, что сможет повредить большинство аккумуляторов.
Подключить два аккумулятора к генератору можно также при помощи делителя аккумуляторов. Делитель контролирует напряжение обеих батарей, и переключает генератор на ту из них, которая больше всего нуждается в зарядке в текущий момент. Такой способ подключения повышает скорость зарядки второго аккумулятора, но также имеет свои ограничения.
DC-DC зарядные устройства для второго аккумулятора емкостью более 200 Ач
Максимальный входной ток 120 А
6 программ зарядки, в том числе 2 для LiFePO4 АКБ
Выходная мощность 1620 Вт
Размеры — 270 х 130 х 73 мм
Максимальный входной ток 60 А
9 программ зарядки, в том числе 1 для LiFePO4 АКБ
Размеры — 190 х 160 х 70 мм
Максимальный входной ток 70 А
Размеры — 200 х 130 х 56 мм
Представим такую ситуацию. В машине установлено два аккумулятора. Основной используется для запуска двигателя, а ко второму аккумулятору подключен холодильник и другое дополнительное оборудование. Оба аккумулятора соединены с генератором через делитель. Во время движения ночью, регулятор генератора поддерживает напряжение 13,8 Вольт, что позволяет генератору подзаряжать основной аккумулятор и одновременно обеспечивать яркий свет фар
Через некоторое время из-за работающего холодильника напряжение второго аккумулятора падает до 12 Вольт. Делитель «замечает» это и переключает генератор на другой канал, чтобы зарядить второй аккумулятор. Но основной аккумулятор теперь не заряжается, его напряжение постепенно падает и фары начинают светить тусклее. Спустя несколько минут делитель обнаруживает, что основной аккумулятор разряжен и вновь подключает его для зарядки. После этого фары внезапно загораются с прежней силой. Этот цикл может продолжаться в течении всей ночной поездки
Схема подключения двух аккумуляторов в автомобиле при помощи DC-DC зарядного устройства. Некоторые модели DC-DC устройств имеют встроенный солнечный МРРТ контроллер, поэтому солнечную панель к ним можно подключать напрямую
При использовании делителя аккумуляторов совместно с «интеллектуальным» генератором также могут возникать проблемы. Во время торможения напряжение генератора возрастет до 15,5 Вольт. При таком напряжении сильно разряженный второй аккумулятор будет потреблять очень высокий ток, который окажется разрушительным для него. Когда же напряжения генератора опустится до 12,2 – 12,4 Вольт аккумулятор просто перестанет заряжаться.
DC-DC зарядное устройство
Функциональная схема DC-DC зарядного устройства. Микроконтроллер (MCU) получает информацию от датчиков температуры и напряжения, а также от замка зажигания машины. Микроконтроллер управляет DC-DC конвертером, который преобразует напряжение генератора и солнечной панели в профиль пригодный для зарядки второго аккумулятора в машине
DC-DC зарядное устройство – это самый совершенный на сегодняшний день способ подключения и зарядки второго аккумулятора в автомобиле. Оно представляет из себя управляемый микроконтроллером транзисторный преобразователь, выходное напряжение которого изменяется в зависимости от состояния, типа и температуры аккумулятора. Поскольку выходное напряжение DC-DC зарядного почти не зависит от входного проблемы, присущие развязывающим реле или делителям, ему не свойственны.
Мы выяснили, как подключить второй аккумулятор в автомобиле. Для большинства автолюбителей эта проблема неактуальна, но в некоторых случаях информация может быть полезной.
