Развязывающее реле

Реле — это управляемый независимым маломощным сигналом выключатель, который используется для замыкания и размыкания электрической цепи. Развязывающим называют реле, применяемое для подключения двух независимых аккумуляторов к источнику зарядки с одним выходом. Чаще всего его устанавливают на катерах и автомобилях для зарядки дополнительного (сервисного) аккумулятора от генератора двигателя

VSR реле

Реле развязки появились, после того как выяснилось, что из-за потерь напряжения в диодном изоляторе свинцово-кислотные аккумуляторы хронически недозаряжаются, сульфатируются и раньше времени теряют емкость. В тех же условиях реле обеспечивали почти нулевое падение напряжения и поэтому оказались привлекательной альтернативой изоляторам

Самая простая модель развязывающего реле получает сигнал от внешнего выключателя, которым на транспортных средствах часто является замок зажигания. Реле замыкается, когда ключ зажигания повернут в положение ON и размыкается, изолируя аккумуляторы, когда ключ возвращен в положение OFF. Несмотря на простой алгоритм, реле отлично справляется со своей работой на транспортных средствах с сервисным аккумулятором небольшой емкости.  Для того чтобы пусковой ток стартера не влиял на работу подключенного к сервисной батарее оборудования, реле замыкается не мгновенно, а через 15-30 секунд после получения сигнала

Полностью автоматическое развязывающее реле не обязательно подключать к внешнему источнику сигнального напряжения. Встроенная в устройство измерительная цепь контролирует состояние подключенных аккумуляторов и, когда на одном из них напряжение поднимается выше 13,3 Вольт, подает сигнал, который замыкает реле. Поскольку признаком того, что подключенное к аккумулятору устройство зарядки начало работать для реле служит рост напряжения аккумулятора, такие устройства также называют VSR реле (Voltage Sensitive Relay — чувствительные к напряжению реле).

VSR реле размыкается, когда напряжение на одном из аккумуляторов опускается ниже 12,8 Вольт. Цепь управления реле воспринимает снижение напряжения как знак того, что устройство зарядки отключено или как то, что высокая нагрузка вызвала падение напряжения на сервисной батарее. В обоих случаях аккумуляторы необходимо разъединить, чтобы не разрядить, тот который используется для запуска двигателя

Чтобы исключить случайное срабатывание или дребезг, для определения напряжения срабатывания VSR реле используют сложные алгоритмы. Например, реле может иметь несколько уровней задержки, замыкаясь через 3 минуты при напряжении 13,3 Вольт, через 45 сек при 13,5 Вольт и через 5 секунд при 13,7 Вольт

Кроме этого, в некоторых моделях VSR реле пользователь может самостоятельно регулировать пороги напряжения. Это полезно, когда реле соединяет два аккумулятора с разными напряжениями холостого хода, например свинцово-кислотный и литиевый.

Бистабильное VSR реле

Стандартное электромагнитное реле удерживает контакты замкнутыми только когда в ее катушке протекает ток, который для мощных 12-вольтовых моделей может достигать 0,45 А. Ток, потребляемый реле, не имеет большого значения, когда реле подключает второй аккумулятор к генератору двигателя. Но если устройство используется с маломощным источником зарядки, собственное потребление реле становится заметным. Например, если солнечная панель мощностью 60 Вт в пасмурный день дает около 1А, то паразитные потери от реле составят 45%

Бистабильное реле или реле-защелка не потребляет ток в замкнутом положении, короткий всплеск тока требуется ему только для перехода из одного состояния в другое. Поэтому для работы с солнечной панелью оно окажется более выгодным

VSR реле с ограничением тока

VSR реле разъединяет аккумуляторы, когда напряжение одного из них опускается ниже установленного в устройстве порога. Причиной снижения напряжения может быть отключение устройства зарядки или высокая нагрузка. Способность VSR реле отключаться при большом токе является его важной характеристикой.

Рассмотрим 12 Вольтовую электрическую систему в которой есть генератор с током 80 Ампер, стартовый и сервисный аккумуляторы, соединенные стандартным VSR реле номиналом 80 Ампер и инвертор мощностью 2000 Вт, подключенный к сервисному аккумулятору

Инверторы от 1000 до 2000 Вт

Предположим, что сервисная батарея глубоко разряжена, но после запуска двигателя реле замыкается, и генератор начинает ее заряжать.

Поскольку сервисный аккумулятор сильно разряжен и не может питать инвертор, большая часть из потребляемых им 200 Ампер, автоматически окажется переложена на стартовый аккумулятор. В результате возникнет ситуация, при которой ток, текущий через реле, может разрядить стартовый аккумулятор, вывести из строя само реле или, что еще хуже, сжечь провода, которыми оно подключено. Ведь скорее всего сечение проводов рассчитано исходя из 80 Ампер генератора, а не из 200 Ампер инвертора. Однако теоретически этого произойди не должно. Большой ток понизит напряжение стартового аккумулятора и реле разомкнется.

Реле характеризуется тремя величинами тока. Непрерывный ток – это ток, который устройство может выдерживать бесконечно долго. Для реле номиналом 80 А непрерывный ток равен 80 А Пиковый ток – это ток, который реле выдерживает в течении очень короткого промежутка времени. Реле на 80 А выдержит ток 400 А в течение примерно 1/10 секунды. Размыкающая способность по току – это максимальный ток, который при котором реле без повреждения может разомкнуть цепь.

Ошибочно предполагать, что реле номиналом 80 А способно размыкать цепь при токе 80 А. Размыкающая способность по току для такого реле составляет 30-40 А.

Таким образом, становится понятной проблема. Высокая нагрузка на сервисный аккумулятор вызывает кратковременный ток силой 200А, который течет через реле. Реле выдерживает его в течении нескольких десятых – одной секунды. За это время напряжение на аккумуляторе падает и цепь управления реле пытается разомкнуть его. Однако размыкающая способность реле всего 40 Ампер, в то время как сила тока в этот момент 200 А. В результате при размыкании возникает большая противоэдс, которая в лучшем случает испаряет контакты. Реле размыкается, но выходит из строя.

Реле с ограничением тока в описанном примере поведет себя по-другому. При токе 200 А встроенные в реле самовосстанавливающиеся PTC предохранители нагреются, их сопротивление увеличится и высокий ток спадет до безопасного значения 6 Ампер. Контрольная цепь реле обнаружит это и разомкнет его. Через пять минут предохранители остынут, реле замкнется, и зарядка сервисного аккумулятора продолжится. Если реле будет срабатывать несколько раз подряд, то скорее всего оно не соответствует параметрам цепи

Недостатки развязывающих реле

Развязывающие реле появились как альтернатива диодным изоляторам тогда, когда на транспортных средствах преобладали генераторы с фиксированным напряжением 14 Вольт, а в качестве сервисных в основном использовались свинцово-кислотные аккумуляторы с жидким электролитом. Сервисная и стартовая батарея таким образом были похожи по типу и химическому составу и, поэтому их можно было безопасно соединять параллельно, с чем правильно подобранное VSR реле хорошо справлялось. Качество зарядки сервисного аккумулятора при этом страдало, но простая установка и нулевое падение напряжения сделали VSR реле популярными

DC-DC зарядные устройства для аккумуляторов емкостью 100 Ач

Сегодня вместо жидко-кислотных сервисными все чаще служат гелевые, AGM или литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Первые два – это необслуживаемые герметичные (VRLA) аккумуляторы. Поэтому в полностью заряженном состоянии они не должны долго находится при напряжении генератора (14,0 Вольт и более). Перезаряд приведет к повышению давления в корпусе, откроются клапана и газообразный электролит выплеснется наружу. После этого аккумулятор потеряет емкость и перестанет быть герметичным.

В литий-железо-фосфатных (LFP) ячейках нет свинца и серной кислоты, поэтому напряжение холостого хода LFP сборки равно 13,45, а не 12,7 Вольт как у свинцово-кислотного аккумулятора. Стандартное развязывающее реле размыкается при напряжении 12,8 Вольт. Оно просто не сработает после того, как источник зарядки прекратит работу. Положение может исправить реле с регулируемым напряжение срабатывания, но и оно обладает рядом недостатков, которые не позволяют использовать его для зарядки литиевого аккумулятора

Другой проблемой для развязывающих реле является распространение генераторов с температурной компенсацией и генераторов, управляемых ECU. Выходное напряжение этих устройств таково, что подключаемый реле дополнительный аккумулятор в лучшем случае зарядится до 70-80%, а заряженность аккумулятора, установленного на большом расстоянии от генератора, например прицепе-кемпере, будет еще меньше.

Когда устанавливать развязывающее реле

На большинстве современных автомобилей реле развязки стоит использовать только для подключения абсорбционного холодильника для питания его от генератора при работающем двигателе или для объединения двух аккумуляторов во время работы лебедки.

Важно понимать, что ни генератор, ни развязывающее реле не являются зарядными устройствами. Реле — это просто автоматический выключатель, который соединяет два аккумулятора параллельно при определенном уровне напряжения на одном из них. Поэтому если стоит задача заряжать дополнительный аккумулятор от генератора двигателя, в автомобиле должно быть установлено DC-DC зарядное устройство.

Исключением могут стать автомобили выходное напряжение генераторов на которых постоянно и равно 14,4 Вольт, а в качестве сервисного используется жидко-кислотный аккумулятор небольшой емкости, установленный под капотом. На таком автомобиле развязывающее реле будет недорогим способом объединения аккумуляторов. Однако из-за постоянной недозарядки и сульфатации, быстрая потеря емкости сервисного аккумулятора неизбежна, поэтому и в этом случае DC-DC зарядное окажется экономически выгоднее.

Для новых автомобилей, для автомобилей с гелевым, AGM или LiFePO4 аккумулятором, а также для автомобилей в которых дополнительный аккумулятор установлен за пределами двигательного отсека, вместо развязывающего реле необходимо DC-DC зарядное устройство