Mikroprocesorowy prostownik - desulfator akumulatorów

Desulfator - nowe życia dla akumulatora

Powiedziało się Aaaaa więc ciągniemy wózek dalej.
Projekt prostownika do akumulatorów wydaje się mało ambitny. Arduino NANO + ESP do sterowania procesem ładowania toż to mikroskop do tłuczenia orzechów. Że tani- owszem ale z takimi możliwościami szkoda go trochę. Postanowiłem więc zatrudnić go dodatkowo do naprawy podstarzałych akumulatorów dodając do niego moduł desulfatora.

Desulfator - o istnieniu czegoś takiego dowiedziałem niedawno się przy okazji poszukiwań schematów prostowników z MOSFEtem. Jestem mocno sceptyczny do tego typu wynalazków (maść na porost włosów, trądzik, kurzajki itp.) ale po szerszej lekturze ( tu>>>> i tu>>>>> tu>>>>>) chyba zaryzykuję budowę czegoś takiego. A kilka starych akumulatorów wala się po garażu więc warto dać im szansę.

Na czym ma polegać działanie tego cuda? W skrócie na rozbiciu lub rozpuszczeniu (są dwie wersje/teorie - co nie świadczy najlepiej o metodzie ): ) siarczków ołowiu (albo czegoś podobnego) odkładających się na płytach akumulatora podczas eksploatacji. Dokonuje się tego poprzez generowanie krótkich mikrosekundowych impulsów o napięciu ok 50 V w odstępach milisekundowych i podawaniu ich na zaciski akumulatora. Inni piszą, że za pomocą  tych impulsów trzeba wzbudzić płyty w mikro-rezonans (2-5MHz) powodujący w/w działanie naprawcze. Jeśli akumulator jest jeszcze trochę żywy energię do generacji szpilek pobiera się z naprawianego akumulatora. Jeśli jest całkowicie dead - z dodatkowego zasilacza/prostownika. Oczywiście tym sposobem nie naprawi się zwartych cel akumulatora.
Tyle teoria.
 Cholera wie czy to działa - ale koszt elementów urządzenia nie wydaje się duży - jakieś 20-30 zł. Gotowe urządzenia na allegro kupimy po 100-200zł a na aliexpress 20-40$ choć można dostać kit za 14$ wg poniższego schematu. Czyli znowu z ekonomicznego punktu - dłubactwo to bezsens. Ale ile frajdy by coś takiego uruchomić!!!

Z różnych schematów desulfatarów spodobał mi się ten (tu opis)

Dlaczego? Bo ma MOSFET z kanałem P. W większości opisów taki tranzystor jest dużym minusem (droższy od N, słabsze prądy, większe oporności kanału) ale dla mnie kanał P to zaleta bo Chińczycy przysłali mi 5 szt. IRF9540N do prostownika wiec mam. I schemat jest prostszy.

(Ciekawa rzecz z tymi Chińczykami. Zamówiłem części do prostownika przed Świętami będąc pewnym otrzymania ich po Nowym Roku. A tu siurpryz. Pierwszy element przyszedł po 10 dniach a ostatni po 14. Chciałoby się tak zawsze.....)

Przy podanych nastawach dla 555 układ generuje przebieg prostokątny o częstotliwości 1-1,5 kHz i wypełnieniu 3-5%. W czasie tych 5% czasu ładuje się indukcyjność 222uH a po zamknięciu tranzystora następuje wzbudzenie szpilki napięcia o napięciu do 50 V, która katuje naprawiany akumulator. I tak 1000 razy na sekundę przez 3-4 tygodnie by zobaczyć jakiś efekt. Nieźle

A u ta sama idea ale inaczej połączona

Już miałem zamawiać stosowne dławiki w AVT gdy natrafiłem na elektroda.pl na taką opinię:

"zbudowałem dwa takie urządzenia jak w temacie i mogę od siebie dodać że dopiero po zastosowaniu wysokiej jakości indukcyjności (troid z atx'a jest za słaby) daje to "jakieś" efekty. Ja zastosowałem trafo z atx'a po czym kondensator Low ESR 100uF po paru sekundach nagrzewał się do maksymalnej temperatury. Zastosowanie nawet kondensatora na napięcie 400v (duże gabaryty) problemu nie rozwiązało - wytrzymywał 5-7 min. Dopiero kupienie kondensatorów MKSE i połączenie ich równolegle otrzymując około 30uf na 63V problem rozwiązało. Dodatkowo dioda shottkiego 20A oraz zmniejszenie wypełnienia impulsów do około 3%. Układ grzeje się maksymalnie ale iskry przy pocieraniu kabla o słupek akumulatora topią ołów. Po kilku dniach męczenia akumulatora jego kondycja się lekko poprawiła.

Zbudowałem też inny układ na podstawie tego co znalazłem w internecie, bardziej ładowarka niż "wyładowywarka". Korzystam z trafa 30V 1.2A, mostek, jeden kondensator Low Esr 50V 1000uF (w

oryginale była to bateria kondensatorów) który mosfetem (w oryginale czterema) jest dołączany do akumulatora około 1.2kHz, wypełnienie 3%. U mnie takie rozwiązanie dużo lepiej się sprawuje, widać wyraźną różnicę (test na 3 akumulatorach 34, 36 i 40Ah - tylko bardzo stara centra 40Ah jest uparta i pojemność jej się nie zmieniła). No i dodatkowo ładuje to akumulator. Oryginalny układ jest chyba lekko przesadzony dlatego próbnie zastosowałem mały kondensator i jeden klucz, wyeliminowałem rezystory ograniczające prąd ładowania kondensatora i wyładowywania go. Dla mnie jest to w zupełności wystarczające.

Układ pracował ponad 3 tygodnie bez przerwy i nadal wszystkie elementy żyją. Wiem że znacznie przekroczyłem ich parametry, ale nie mając oscyloskopu nie jestem w stanie określić jak bardzo a i czasu mi brak na wyliczenia. Sądzę że trafo 30V 1.2A które zastosowałem nie jest na tyle sztywnym źródłem napięcia żeby zabić mostek, kondensator czy mosftet, przy baterii kondensatorów bez rezystora ograniczającego prąd by się raczej nie udało. Układ może przez to bardziej brzęczy ale mi to nie przeszkadza."

W wielu postach odnośnie desulfatora z dławikami opisywany jest problem uzyskiwania szpilek o wysokim napięciu i dużej energii co warunkuje skuteczne odsiarczanie akumulatora. Nic dziwnego - uzyskanie dużego podbicia napięcia i skutecznego przepływu energii z cewki do akumulatora  wymaga obwodu o bardzo dużej dobroci (małych stratach) co jest jednak trudno uzyskać w warunkach polowych. Może więc facet ma rację opisując całkiem inny układ zbudowany na kondensatorach i w jego opinii znacznie skuteczniejszy.
Idea pomysłu jest dziecinnie prosta

 Ładujemy kondensator napięciem zbliżonym do tego jakie generuje dławik we wcześniejszym układzie (40 - 50V) i rozładowujemy go udarowo kluczem tranzystorowym. Efekt z fizycznego punktu widzenia powinien być podobny ale sposób implementacji o niebo prostszy. I dodatkowo ładujemy akumulator naprawiając go jednocześnie. W układzie z dławikiem podczas strzelania impulsami też następowało ładowanie akumulatora ale więcej energii było pobierane podczas ładowania cewki energią. Więc bilans energii jest ujemny.

Do ustalenia pozostaje  pojemność kondensatora jaki należy zastosować by uzyskać efekt nie gorszy niż przy "kopaniu" dławikiem.

Spróbujmy policzyć - to tylko szacunki z dokładnością rzędu wielkości:

zastosowane dławiki mają parametry
L1 = 22uH  R1 = 0,1 om         stała czasowa L/R = 2 ms
L2 = 1000uH  R2 = 0,55 om   stała czasowa L/R = 2 ms

Dla ułatwienia przyjmijmy generator pracujący z częstotliwością 1 kHz i wypełnieniem 5%
To daje nam czas ładowania indukcyjności 50 uS. Maksymalny prąd jaki mógłby się pojawić się w układzie cewek w stanie ustalonym to ok 300 A (15 V/0,6 om) Gdyby włączyć cewki na stałe do prądu. Oczywiście wyparowały by one bardzo szybko razem z tranzystorem. Ale łądują się tylko przez 50 uS. Stała czasowa mówi nam o czasie jaki potrzeba by prąd w cewce (i napięcie kondensatorze) wzrósł do 63% wartości ustalonej. A więc prąd jaki popłynie po 50 uS ładowania cewki wyniesie
I = 300 A x 50/2000 = maksymalnie 7,5 A - załóżmy 10 A (cewki z AVT są 5 A ale powinny wytrzymać w impulsie 10 A)

Energia zgromadzona w cewce przy prądzie 10 A wynosi
E = L x I x I / 2 =  220uH x 10 x 10 /2 = 0,022 J

TYLKO 22  mJ !!!!!

Zobaczmy jakiej wielkości kondensator jest potrzebny by zgromadzić podobną energię do strzału.
Kondensator ładujemy do napięcia 50 V.

Energia zgromadzona w kondensatorze naładowanym do 50 V to
E = C x U x U / 2    więc  C = 2 x E / U x U  = 2 x 0,022 / 50 x 50 = 17,5 uF TYLKO !!!!

Mam nadzieję, ze bracia Czesi nie pomagali mi w tych obliczeniach i są one w miarę poprawne.

Nawet uwzględniając tylko częściową przydatność szpilki prądu (tej o największej amplitudzie początkowej) wypływającej z kondensatora do spowodowani procesu odsiarczania to nie ma żadnego problemu by pojemność kondensatora zwiększyć 10 a nawet 100 krotnie i to to przy nieporównywanie łatwiejszej technologii generacji wstrząsów aplikowanych naprawianemu akumulatorowi.
By uzyskać szpilki prądu potrzebne do wstrząsania akumulatorem kondensatory muszą być rozładowywane w obwodzie o możliwie najmniejszych rezystancjach szeregowych (krótkie grube kable połączeniowe, bardzo dobry styk na klemach akumulatora). Ale dodatkowo kondensator musi być specjalny tzw. LOW ESR czyli o niskiej impedancji - takie jak w sprzęcie dla audiofilów.

Nie bardzo więc rozumiem potrzebę takiego schematu (znalezionego w sieci) urządzenia opartego na strzelaniu w akumulator naładowanym kondensatorem

Moim zdaniem uwagi kolegi z elektroda.pl o drastycznym zmniejszeniu pojemności do 1000 uF i zastosowaniu tylko jednego MOSFETa wydają się ze wszech miar racjonalne.
 
A więc ostatecznie pomysł jest taki
- łączymy prostownik i desulfator w jedno urządzenie sterowane przez NANO
- wszystkie odczyty i ewentualne nastawy urządzenia - telefonem (BLYNK + ESP)
- urządzenie  ma trzy mody pracy
     - prostownik z zadawanym prądem ładowania i odczytem online parametrów ładowania
     - desulfator z zadawanymi parametrami pracy (dł impulsu, powtarzania impulsów, czas naprawy.
     - prostownik + desulfator - w tym samy czasie następuje ładowanie i naprawa.
     - dodatkowo pomiar temperatury (otoczenia lub akumulatora - zobaczymy co wyjdzie w praniu) i uwzględnienie tego przy doborze parametrów ładowania/naprawy

Przy takim założeniu trzeba będzie niestety zmodyfikować schemat prostownika.  Na wyjściu prostownika pojawią się impulsy napięcia z desulfatora przewyższające wartością napięcie zasilające prostownika a to oznacza że szpilki te popłyną i do akumulatora i w stronę mostka zasilającego prostownik. Dlaczego? - bo po drodze mamy MOSFET P.

Oznaczenie tranzystora typu MOSFET  P a obok jego rzeczywisty schemat wewnętrzny

Istniejąca dioda pomiędzy D i S pięknie przepuści szpilki napięcia z wyjścia na wejście prostownika. Rozwiązaniem jest dodanie diody lub szeregowe połączonych dwu MOSFETów.

Układ z diodą powoduje kolejny spadek napięcia o 0,7V i straty mocy do 7 W więc lepsze jest rozwiązanie z dwoma MOSFETami. Ale ja układ testowy już zacząłem składać więc na razie dodam tylko diodę.

I tak niepozorny projekcik zaczyna niepokojąco szybko się rozrastać.

Zobaczymy co przyniesie cd .............