Второй аккумулятор в машине

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.

Стандартный генератор

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.

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

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.

Интеллектуальный генератор

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.

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

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:

• Нормальный режим — генератор поддерживает напряжение аккумулятора 12,4 Вольта, что соответствует заряженности 80%.
• Повышенное энергопотребление – ECU повышает напряжение генератора, когда обнаруживает, что ток в бортовой цепи вырос
• Зимний режим – ECU повышает напряжение генератора, при включении обогрева заднего стекла или сидений.
• Режим запуска – чтобы компенсировать аккумулятору заряд, потраченный на запуск двигателя, ECU повышает напряжение генератора как минимум до 14,5 Вольт на не менее чем 30 секунд
• Режим десульфатации – если после 45 минут работы двигателя, заряженность аккумулятора остается низкой, ECU увеличивает напряжение генератора до 15,5 Вольт, чтобы провести его десульфатацию
• Режим экономии топлива — чтобы снизить нагрузку на двигатель и увеличить срок службы ремня генератора, ECU устанавливает напряжение генератора равным 13 Вольт или ниже
• Рекуперативный режим — ECU повышает напряжение генератора до 15,5 Вольт при торможении автомобиля, и снижает его до 12,2-12,4 Вольт при разгоне или движении с крейсерской скоростью. Благодаря этому при торможении скорость зарядки возрастает без ущерба для экономии топлива и автомобиль замедляется быстрее

  

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

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.

Приоритетная зарядка

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

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

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

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.

Основные характеристики DC-DC зарядного устройства следующие:

• Заряжает второй аккумулятор быстрее, чем генератор напрямую, поскольку использует трехступенчатый алгоритм зарядки и компенсирует падение напряжения в длинных проводах
• Учитывает тип второго аккумулятора, поэтому всегда заряжает его на 100%, но никогда не перезаряжает. Пользователь может самостоятельно настроить устройство на зарядку AGM, гелевого, литиевого или жидко-кислотных аккумулятора
• Автоматически включается при запуске двигателя и изолирует аккумуляторы после того, как двигатель заглушен. Предотвращает взаимный разряд аккумуляторов
• Подходит как для стандартных, так и «интеллектуальных» генераторов
• Ограничивает ток и позволяет регулировать нагрузку на генератор
• Может работать в обоих направлениях и заряжать основной аккумулятор от дополнительного