ARDUINO Контроллер догревателя антифриза дизельного ДВС (+ вопросы опытным)

[poty]

нужно уменьшать нагрузку при падении напряжения в сети ниже порогового. И наоборот.
Идея ... изменением скважности ШИМ-сигнала (типа понижением напряжения на выходе реле).

Тут, как бы это попроще сказать... Вы ориентируетесь на поведение систем с конденсатором, который интегрирует ШИМ сигнал либо со стороны источника напряжения, либо со стороны потребителя. Чтобы конденсатор выступил интегратором нужна постоянная времени заряда (разряда) - обычно ставят резистор, но правильнее и прогнозируемее ставить источники неизменного тока.
В Вашей конструкции источником энергии выступает аккумулятор, его инерционность если и есть, то небольшая. Есть неопределённость в том, как Вы измеряете напряжение. Ранее Вы упоминали, что будете использовать конденсатор на измерительном пине, но подтверждения этому так и не нашлось.
Если этот конденсатор есть, то Вы измеряете напряжение близкое к RMS (ну, я надеюсь на это) и на основе этого среднего принимаете решение о повышении или понижении duty PWM. Тем не менее, из-за отсутствия инерции в системе питания, напряжение АКБ будет полностью промодулировано ШИМ. Не уверен, что такие импульсы будут адекватно восприняты другими потребителями бортовой сети. И прямо скажем, поставленной задачи Вы этим не достигнете.
Если конденсатора нет, то измерения становятся лотереей: измерили в момент отсутствия импульса - получили нормальное напряжение, в момент импульса - пониженное. Что имеем? Резкие изменения в нагрузке для АКБ и те же импульсы напряжения, что и с конденсатором, но с изменяемой амплитудой
Я к тому, что ШИМ не является в данном случае панацеей.
Панацеей, наверное, является DC/DC с регулируемым выходным напряжением. Но 50А на 12В - это 600Вт, такой преобразователь будет не так просто найти. Как вариант применять несколько фиксированных блоков и переключать их выходы.

Ардуина питается через DC-DC преобразователь 12->5 вольт. Этого достаточно?

Если он изолированный, то да. И лучше бы он был 12->12В.
Кстати, в применённом преобразователе стабилизированный выход?

 

[FattyBy]

Как вариант применять несколько фиксированных блоков и переключать их выходы.

Тогда уж проще всего просто поставить 4 обычных реле, по одному на каждую свечу
и включать/отключать нужное количество свечей в зависимости от напряжения в сети.
Возможно, к этому и приду. И никаких ШИМ, твердотельных реле и мосфетов.

 

[poty]

@FattyBy, "4 обычных реле", коммутирующих по 10-12 ампер, - всё равно напрямую к выводу Ардуино не подключить, нужен транзистор, цепи защиты контактов, диод обратной индукции параллельно обмотке...

 

[DAK]

1. Лучше отказаться от управления PWM (ШИМ), система инертна и она этого не требует. (надо учесть что основной нагрев на полевики даёт как раз момент включения, чем меньше включать выключать, тем меньше нагрев полевиков и тем дольше они будут жить)
2. Для управления через mosfet транзисторы надо либо использовать драйвер (обсуждалось в пару (раз, два) соседних темах), либо делать изолированное питание 12 Вольт (для открытия полевиков на такие токи желательно напряжение не менее 10 Вольт).
3. В целом понятно почему догреватели работают на топливе (что Бинар, что Webasto), просто 40 Ампер это не шутки, это прям очень неплохая нагрузка на бортовую электросеть (хотя по сути это всего 500 Вт тепла, и хватит ли данного тепла для подогревателя?).
4. А как долго в таком режиме смогут работать данные свечи?
Больше вопросов, чем ответов, такие проекты надо начинать с другого края. Надо зимой поставить такой подогреватель, бросить на него кабель от аккумулятора и проверить целесообразность его использования. 500 Вт, из них часть улетит в атмосферу (думаю правда будет ещё эффект догрева двигателя от нагрузки на генератор). А стоит ли овчинка выделки?

 

[reziarlleh]

Я в принципе не понимаю зачем Вам ШИМ? Тепловая инерция настолько большая, что управлять можно с периодом хоть 5 секунд.

Я поясню почему здесь ШИМ. Чтобы при превышении нагрузки на генератор, снижать напряжение на свечи. И при сильно низкой частоте переключения напряжение в бортовой сети будет заметно "скакать". А весь смысл данного устройства в контроле напряжения, чтобы не нагружать генератор и не высадить аккумулятор. Иначе схема примитивна проста - термовыключатель на 80 градусов и реле свечей.

А по делу: предлагаю снизить частоту ШИМ до 5-10 ГЦ и добавить больше сглаживания на вход измерения напряжения.
И еще интересно знать, сильно ли греется реле в постоянно открытом состоянии?

 

[FattyBy]

И еще интересно знать, сильно ли греется реле в постоянно открытом состоянии?

Собрался сегодня проверить.

снизить частоту ШИМ до 5-10 ГЦ

И это запланировано на сегодня.

добавить больше сглаживания на вход измерения напряжения.

Измерения программно сглаживаются методом экспоненциального бегущего среднего.
результаты и точность измерений приемлемые.

"4 обычных реле", коммутирующих по 10-12 ампер, - всё равно напрямую к выводу Ардуино не подключить

Ок. тогда четыре твердотельных реле ;-)

 

[FattyBy]

3. В целом понятно почему догреватели работают на топливе (что Бинар, что Webasto)

Это не подогреватель и не обогреватель. Это именно догреватель. У него задача - ускорить прогрев уже работающего двигателя. Существуют автомобили, двигатели которых не могут сами себя нагреть до рабочей температуры работая без нагрузки.
Более того, ещё и умудряются остывать при работе на оборотах холостого хода.
К примеру, мой двухлитровый турбодизель, при температуре на улице ниже 0...-10 градусов, нагревается не более чем до +35. И далее может часами тарахтеть. Температура двигателя при этом не повышается. И на каждом светофоре умудряется остыть на пару-тройку градусов, теряя те градусы, которые успел набрать при езде между светофорами. И это нормальное для дизелей явление. И литровый трехцилиндровый бензиновый двигатель от Toyota вёл себя так же. Да и как может быть по-другому, если он сжигает на холостых всего 0.5 литра бензина за час?!

40 Ампер это не шутки, это прям очень неплохая нагрузка на бортовую электросеть (хотя по сути это всего 500 Вт тепла, и хватит ли данного тепла для подогревателя?).

Это штатное устройство, которое ставилось в разные модели БМВ, Вольво, Мерседес, Рено.
40 ампер для 120-амперного генератора, в отсутствии других тяжёлых нагрузок, типа подогрева сидений и обогрева стекла/зеркал, это не так и много. Генератор перестаёт справляться только на холостом ходу и при включении этих потребителей. Собственно, это единственная проблема.

такие проекты надо начинать с другого края. Надо зимой поставить такой подогреватель, бросить на него кабель от аккумулятора и проверить целесообразность его использования.

Я УЖЕ установил такой догреватель.
И эксплуатировал его всю прошлую зиму. В режиме ручного управления.
Тупо два переключателя, каждый на пару свечей.
Эффект есть. Устройство ускоряет прогрев двигателя .
Вопросов нет. Ответы есть.

Суть вопроса не в устройстве, его эффективности, целесообразности, надёжности и ресурсе.
Суть вопроса сводится к:
"эффективно управлять работой существующего функционирующего устройства в автоматическом режиме"

 

[FattyBy]

500 Вт, из них часть

500 ватт чистой тепловой энергии поданной напрямую к теплоносителю.
Не истраченной на нагрев выхлопных газов, глушителя и атмосферы.
И на механическую работу по движению частей и механизмов двигателя.

 

[DAK]

Поставьте изолированный блок питания на 12 вольт (Есть такиe DC-DC модули), это Вам позволит управлять мосфит транзисторами без драйвера, однако напрямую с ноги Ардуино не советую, лучше дополнительно через поставить биполярный (для увеличения напряжения на затворе с 5 до 12 вольт), ну и таким образом можно поставить 4 транзистора, и всё...
И да, подогреватель в режиме догревателя работает на многих машинах. 40 Ампер, это 40 ампер, хорошо, если у Вас генератор как на кроуне в 120 Ампер, а если это наш УАЗ, то можете с ним попрощаться (мы так с 2 генами попрощались ("пару раз" лебёдкой попользовались), пока не поставили от тойота кровн). И да, эффект будет! 40 Ампер - 500Вт, чтобы двигателю дать Вам 500 Вт, он на 1,5 кВт сожжёт топлива. Так что в целом прирост реально будет.
И да, если 4 полевика использовать, нафиг Шим, просто включать 1, 2, 3, 4, скачки +- 10Ампер....

 

[poty]

@reziarlleh, @FattyBy, я уже отмечал, что ШИМ не решает задачу ограничения нагрузки на генератор. Вернее, решает её не до конца. Да, "средняя нагрузка" на генератор будет, скорее всего нормализована (да и то, если всё правильно измерено), но напряжение в бортовой сети всё равно будет "скакать", только с частотой ШИМ. Неизвестно, что в этом случае лучше.
Далее... Период ШИМ при 60Гц - это 16-17мс. Т.е., если принять, что время включения/выключения составляет 8мс, и duty = 50%, мы имеем постоянный переходной процесс: в первом полупериоде реле открывается, во втором - закрывается. Фактически, изменение duty неэффективно, поскольку изменение его в ту или иную сторону будет приводить к тому, что реле либо не успеет открыться и начнёт закрываться, либо наоборот. datasheet нормального нет, поэтому поведение реле в этой ситуации предсказать сложно, вплоть до того, что реле может просто игнорировать управляющий сигнал и оставаться в том состоянии, в котором его застиг "неправильный" ШИМ (если время открытия и закрытия - это delay).
Увеличение периода ШИМ несколько сгладит ситуацию с регулировкой, но фактически не решает задачу защиты генератора, поскольку увеличивает время перегрузки до ~160мс.

 

[DAK]

Нашёл на просторах https://форум-авто35.рф/14702/
Вопрос всё же по потреблению... 10 или 15 Ампер... 40 или 60 в сумме?
Самое смешное, что вот на УАЗ патриот и хантер с дизельным двигателем надо ставить хоть что нить, там при минус 30 та ещё ж...па. А вот на крузаке 78 таких проблем нет от слова СОВСЕМ. Нагревается как в добрый путь и без всяких этих приспособ. Всё же на обычных машинах Генераторы не рассчитаны на такую дополнительную нагрузку. Там же тоже не дураки на заводах сидят, ток на зарядку, фары, печку, радиаторы.... ток на потребителей, плюс допуск на подключения доп. оборудования (ампер 20), ну бывают и исключения (я не знаю. может при расчёте на прицеп и дом на колёсах). Как по мне, мне бы не хотелось встать на трассе в мину 30 с сломанным генератором. Пусть каждый решает нужно это ему или нет, но РИСКИ подключения такой приспособы к автомобилю, где она не просчитана с завода, НАДО ОБОЗНАЧАТЬ БОЛЬШИМИ БУКВАМИ. Как показывает практика, большинство людей не представляют сколько это 40 Ампер... какой провод на такую штуку кидать и так далее. (как доказательство, это любители покупать инверторы с 12 на 220 мощностью 1 кВт, при этом ещё и суют их в прикуриватель). После реализации всего этого дела пропишите детально все такие тонкости, дабы никто в будущем, решив повторить данный проект, не сжёг себе авто.
UPD:
У кого дома стоит проточный нагреватель, тот меня поймёт. Для нормального принятия душа, проточник должен быть минимум на 5.5 кВт, 3.5 кВт даст водичку около 33 градусов, так что я уж точно представляю что такое 500 Вт "Чистой энергии". Скорее нагреется за счёт дополнительной нагрузки на генератор, свечи нагрузку создают, а этот устройство - не догеватель, а просто система охлаждения свечей накала. Так что надо всё называть своими именами, и если это так и есть, то и генератор и приводные ремни, всё должно быть на это рассчитано. Ради смеха, подключите к бортовой сети нагрузку в 40 ампер и проверьте эффект нагрева двигателя (4 лампы на 50 Вт).

 

[FattyBy]

И да, если 4 полевика использовать, нафиг Шим, просто включать 1, 2, 3, 4, скачки +- 10Ампер....

Думаю, достаточно будет по такому модулю на каждую свечу.

И управлять ими можно прямо с пинов.

 

[DAK]

@FattyBy, не могу сказать достаточно или нет, по мне я бы использовал 4 драйвера и 4 транзистора (просто они у меня есть в наличие), Вы же можете их спокойно заказать, (ТехнарьКто в своём посте, о котором я писал Выше, показал схему включения и там есть драйвер, который в принципе на али стоит копейки). Вот с той схемой я согласен, будет работать на ура, а здесь надо разбираться.

 

[FattyBy]

Ради смеха, подключите к бортовой сети нагрузку в 40 ампер и проверьте эффект нагрева двигателя (4 лампы на 50 Вт).

чисто ради того же смеха.
Включение фар, противотуманок, обогрева зеркал и стекла, подогрева сидений ( в сумме около 400 ватт)
видимого эффекта касаемо прогрева двигателя не имеет ;-)

И да, вынужден уточнить что речь не идёт о целесообразности и эффективности догревателя.
а, напомню, речь идёт о:
"эффективно управлять работой существующего функционирующего устройства в автоматическом режиме"

@FattyBy, (ТехнарьКто в своём посте, о котором я писал Выше, показал схему включения и там есть драйвер, который в принципе на али стоит копейки).

можно точнее? Пожалуйста.
Не нахожу схемы

 

[DAK]

@FattyBy, https://community.alexgyver.ru/threads/zamena-rele-na-mosfet.883/post-124885

Речь ещё о том, что данный форум очень хорошо гуглится, плюс о том, что проблемы с нагревом дизелей у кучи народа! Таким образом в данной теме надо обозначать все нюансы. Благодаря этой теме может сгореть несколько машин, это ТОЖЕ НАДО ПОНИМАТЬ! Лично я вообще не уверен, что Вы мерили ток на свече при заведённом двигателе.

 

[FattyBy]

Лично я вообще не уверен, что Вы мерили ток на свече при заведённом двигателе

Вас ни в чём не уверяют.
Но.
Возможно удивлю, но мерил.
Лично на моём авто в рабочем режиме мои свечи потребляют по 10-10,5 ампер.
Бросок при включении до 20 ампер.

снизить частоту ШИМ до 5-10 ГЦ и добавить больше сглаживания на вход измерения напряжения.
И еще интересно знать, сильно ли греется реле в постоянно открытом состоянии?

В обоих случаях греется неприемлемо сильно. Причём даже с половинной нагрузкой.
Вывод: Забыть про твердотельные реле.
Дальше буду пробовать на мосфетах.
Но их ещё надо научиться готовить.

 

[DAK]

@FattyBy, Бросок, это нормально.

По поводу готовить.... берёте схему, Исток транзистора (там, где стрелочка) подключаете к свече, сток на плюс питания. Драйвер посмотрите по документации, подключайте прям от ноги Ардуино, через резистор около 360 Ом. (наго погасить 3,6 Вольт, при токе 10 мА).

 

[reziarlleh]

Я хоть и создал этот топик, но, по ходу, доберусь до установки системы по результатам и окончанию мучений товарища FattyBy
ну и несколько мыслей по теме:
Вообще, используемое реле покупалось как замена мощному мосфету, т.к. не удалось найти где купить подходящий. Собственно реле и есть мощный мосфет с обвязкой и гальванической развязкой управляющего входа.
Если проблема с этим реле не решится то вижу пока 2 пути решения:
1. Использовать вместо реле мощную сборку из транзисторов, а ШИМ сделать высокочастотным и сгладить до аналогового сигнала для управления степенью открытия транзисторной сборки. В этом случае нагрев тоже неизбежен, но нужно проверять на практике насколько это решение будет лучше твердотельного реле. Кстати, может это проблема конкретно этой марки реле? Ведь выбор изначально был обоснован тем, что полевик, управляемый ШИМ, будет греться значительно меньше, чем обычный транзистор, управляемый аналоговым напряжением. Короче - без экспериментов не обойтись.
2. Вернуться к самому началу, которое не было озвучено в начале темы, но с чего началась идея устройства. В теме уже были предложения просто использовать ступенчатое включение/отключение по одной свече. Собственно на просторах интернета продаются такие устройства заводского исполнения. Но мне показалось дороговато, и я решил сделать свой контроллер с плавной регулировкой мощности вместо раздельного включения свечей.

 

[DAK]

@reziarlleh, В таких реле должны стоять драйверы, я думаю что там как раз используется тот самый драйвер... По сути там эффект как от светодиода и солнечной батареи. Ток на выходе этого драйвера - микроамперы. Таким током не получится прям моментально открыть полевой транзистор, в этом вся и беда. Думаю когда Вы поленились продумать вариант включения через полевой транзистор, Вы, сами того не ожидая, сделали роковую ошибку. Если бы продумали, то наверное использовали бы полевик ампер на 120, и питание Ардуино сделали бы через изолированный dc-dc конвертер. То, что Вы собираетесь сделать, это по сути dc-dc конвертер на очень большой ток, Вам придётся ещё разбираться с номиналом индуктивности для сглаживания импульсов, при этом надо будет ещё сделать так, чтобы эта самая индуктивность не расплавилась (там ещё может возникнуть куча нюансов). Можно использовать PWM, но вот именно тут как раз та самая тема про то, что полевые транзисторы надо научится правильно готовить. В принципе всё просто при управлении через P-канальный mosfet транзистор, но данные транзисторы имеют большое сопростивление в открытом состоянии (по сравнению с n-канальными). Как итог - имеем что имеем, все хотят сделать проще и дешевле, на деле получается - как обычно.... Запасаюсь покорном и пивом, жду видео с дымком из под капота....

 

[reziarlleh]

@DAK, тогда, наверное, проще использовать самый простой способ 4-хступенчатой регулировки нагрузки через 4 обычных реле - просто включать 0, 1, 2, 3 или 4 свечи. ШИМ уберется совсем и исчезнут проблемы с пульсациями в бортовой сети.

 

[poty]

@reziarlleh, наверное, тоже перейду в наблюдатели.
После нескольких провалов в молодости, я никогда не применяю комплектующие без внятного datasheet. Мне вот интересно, а с чего Вы взяли, что на выходе применённого твердотельного реле (SSR) стоит MOSFET? По схеме подключения стоит обычный BJT. BJT в открытом состоянии ведёт себя несколько по другому, чем MOSFET. MOSFET ближе к резистору с сопротивлением Rds, BJT часто проявляет признаки прямого диодного перехода, вернее - двух (почти стабилитрон с учётом динамического сопротивления). Вот, например, в одном из datasheet я увидел предельное падение напряжения во включенном состоянии = 1В. Для BJT на выходе SSR это напряжение будет мало зависеть от тока и, следовательно, при непрерывном токе 40А теоретическая рассеиваемая мощность будет составлять 1,6кВт 40Вт!
В данном случае параметр 200А для применённого твердотельного реле - вообще ни о чём. Этот параметр может применяться с массой ограничений: импульсный ток определённой частоты и скважности, наличие теплоотвода с нужными параметрами. Вплоть до того, что этот параметр - чисто теоретический максимум, который в реальной жизни вообще неприменим. Ну, например, типичное тепловое сопротивление такого корпуса (junction to case) - 0,6-0,8°C/W. Так как мы считаем предельные режимы, то падение напряжения на выходном элементе возьмём из datasheet = 1В. Тогда при идеальном теоретическом теплоотводе без потерь такой корпус выдержит лишь около 100Вт (100А [исправлено]). Это не алюминиевая полоска, уверяю Вас.
Т.е., вывод: нужно подбирать правильное SSR или использовать качественные MOSFET с низким Rds и на хороших радиаторах.
С моей точки зрения идея аналогового управления здесь также почти несостоятельна. Ну, или это будет что-то монструозное.

P.S. Был невнимателен при написании ответа, спасибо @DAK за замечание. Исправил по тексту.

 

[poty]

@DAK, был невнимателен, взял не 1В, а 1Ом. Прошу прощения, исправил по тексту.

как можно рассеять 1,6 кВт, если максимальное потребление устройства всего 0,48 кВт?

Это тоже исправил. Я говорил про предельные режимы, что они не вяжутся с заявленными 200А. Чтобы было понятно, радиаторы меньше 1 °C/W - это довольно большие устройства (например, https://incomsol.ru/shop/cooler_sys...6mm-s-tremya-ventilyatorami/?add-to-cart=2584, имеет 0,6 °C/W , что уменьшает допустимую мощность рассеяния до около 60Вт). К тому же большинство параметров я взял по аналогии (в частности, я не знаю derating для этого реле при работе на повышенной температуре, предельную температуру кристалла, точную тепловую температуру Tjc и так далее).

 

[reziarlleh]

Возвращаясь всё-таки к плавному управлению с помощью ШИМ, посоветуйте мощные MOSFETы p-канальные (т.к. корпус свечей всегда подключен к массе), которые могут подойти для обсуждаемой задачи (ток не менее 50А).

 

[DAK]

@reziarlleh,
IRF3205

 

[reziarlleh]

@DAK IRF3205 не подойдет - он N-канальный А если IRF4905PBF (Datasheet https://static.chipdip.ru/lib/701/DOC011701263.pdf)?
p.s.: само собой будет драйвер и развязка оптопарой.