Меню

Принцип действия схемы зарядного устройства

Принцип действия схемы зарядного устройства

Почему нужно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством

АКБ в автомобиле заряжается с помощью электрического генератора. Для защиты электрооборудования и приборов от повышенного напряжения, которое вырабатывает автомобильным генератором, после него устанавливают реле-регулятор, который ограничивает напряжение в бортовой сети автомобиля до 14,1±0,2 В. Для полной же зарядки аккумулятора требуется напряжение не менее 14,5 В.

Таким образом, полностью зарядить АКБ от генератора невозможно и перед наступлением холодов необходимо подзаряжать аккумулятор от зарядного устройства.

Принцип действия

До определенного уровня АКБ авто может получать питание от самого транспортного средства, а если точнее, от электрогенератора. После этого узла обычно устанавливается реле, ответственное за установку напряжения не более 14,1В. Чтобы аккумуляторная батарея зарядилась до предела, необходимо более высокое значение данного параметра – 14,4В. Соответственно, для реализации такой задачи как раз и применяются АКБ.

Основные узлы данного устройства – трансформатор и выпрямитель. В результате на выход подается постоянный ток с напряжением определенной величины (14,4В). Но почему наблюдается разбег с напряжением самой батареи – 12В? Это делается с целью обеспечения возможности зарядить АКБ, разряженной до уровня, когда значение данного параметра аккумулятора приравнивалось 12В. Если зарядка будет характеризоваться таким же по значению параметром, то в результате питание АКБ станет сложно выполнимой задачей.

Смотрим видео, самое простое устройство для заряда АКБ:

Но здесь есть нюанс: небольшое превышение уровня напряжения аккумуляторной батареи не является критичным, тогда как существенно завышенная величина этого параметра очень плохо скажется в дальнейшем на работоспособности АКБ. Принцип функционирования, которым отличается любое, даже самое простое зарядное устройство для питания автомобильного аккумулятора, заключается в повышении уровня сопротивления, что приведет к снижению зарядного тока.

Соответственно, чем больше значение напряжения (стремится к 12В), тем меньше ток. Для нормальной работы АКБ желательно устанавливать определенную величину тока заряда (порядка 10% от емкости). В спешке велик соблазн изменить значение этого параметра на большее, однако, это чревато негативными последствиями для самой аккумуляторной батареи.

Анализ схем зарядных устройств

Для зарядки автомобильного аккумулятора служат зарядные устройства. Его можно купить готовое, но при желании и небольшом радиолюбительском опыте можно сделать своими руками, сэкономив при этом немалые деньги.

Схем зарядных устройств автомобильных аккумуляторов в Интернете опубликовано много, но все они имеют недостатки.

Зарядные устройства, сделанные на транзисторах, выделяют много тепла, как правило, боятся короткого замыкания и ошибочного подключения полярности аккумулятора. Схемы на тиристорах и симисторах не обеспечивают требуемой стабильность зарядного тока и издают акустический шум, не допускают ошибок подключения аккумулятора и излучают мощные радиопомехи, которые можно уменьшить, одев на сетевой провод ферритовое кольцо.

Привлекательной выглядит схема изготовления зарядного устройства из блока питания компьютера. Структурные схемы компьютерных блоков питания одинаковые, но электрические разные, и для доработки требуется высокая радиотехническая квалификация.

Интерес у меня вызвала конденсаторная схема зарядного устройства, КПД высокий, тепла не выделяет, обеспечивает стабильный ток заряда вне зависимости от степени заряда аккумулятора и колебаний питающей сети, не боится коротких замыканий выхода. Но тоже имеет недостаток. Если в процессе заряда пропадет контакт с аккумулятором, то напряжение на конденсаторах возрастает в несколько раз, (конденсаторы и трансформатор образуют резонансный колебательный контур с частотой электросети), и они пробиваются. Надо было устранить только этот единственный недостаток, что мне и удалось сделать.

В результате получилась схема зарядного устройства без выше перечисленных недостатков. Более 16 лет заряжаю ним любые кислотные аккумуляторы на 12 В. Устройство работает безотказно.

Виды зарядных устройств

Разработано большое количество схем автомобильных зарядных устройств, использующих разные элементные базы и принципиальный подход. По принципу действия приборы заряда разделяются на две группы:

  1. Пуско-зарядные, предназначенные для запуска двигателя при нерабочем аккумуляторе. Кратковременно подавая на клеммы аккумулятора ток большой величины, происходит включение стартера и запуск двигателя, а в дальнейшем заряд батареи происходит от генератора автомобиля. Они выпускаются только на определённое значение тока или с возможностью выставления его величины.
  2. Предпусковые зарядные, к клеммам аккумуляторной батареи подключаются выводы с устройства и подаётся ток длительное время. Его значение не превышает десяти ампер, в течение этого времени происходит восстановление энергии батареи. В свою очередь, они разделяются: на постепенные (время зарядки от 14 до 24 часов), ускоренные (до трёх часов) и кондиционирующие (около часа).

По своей схемотехники выделяются импульсные и трансформаторные устройства. Первого вида используют в работе высокочастотный преобразователь сигнала, характеризуются малыми размерами и весом. Второго вида в качестве основы используют трансформатор с выпрямительным блоком, просты в изготовлении, но обладают большим весом и низким коэффициентом полезного действия (КПД).

Выполнено зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов своими руками или приобретено в торговой точке, требования, предъявляемые к нему одинаковы, а именно:

  • стабильность выходного напряжения;
  • высокое значение КПД;
  • защита от короткого замыкания;
  • индикатор контроля заряда.

Одной из главных характеристик прибора заряда является величина тока, которым заряжается батарея. Правильно зарядить аккумулятор и продлить его рабочие характеристики получится только при подборе нужного его значения. При этом важна и скорость заряда. Чем больше ток, тем выше и скорость, но высокое значение скорости приводит к быстрой деградации аккумулятора. Считается, что правильным значением тока будет величина равная десяти процентам от ёмкости батарейки. Ёмкость определяется как величина тока, отдаваемая АКБ за единицу времени, измеряется она в ампер-часах.

Принципиальная схема автомобильного зарядного устройства

При кажущейся сложности, схема самодельного зарядного устройства простая и состоит всего из нескольких законченных функциональных узлов.

Если схема для повторения Вам показалась сложной, то можно собрать более простую, работающую на таком же принципе, но без функции автоматического отключения при полной зарядке аккумулятора.

Схема ограничителя тока на балластных конденсаторах

В конденсаторном автомобильном зарядном устройстве регулировка величины и стабилизация силы тока заряда аккумулятора обеспечивается за счет включения последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора Т1 балластных конденсаторов С4-С9. Чем больше емкость конденсатора, тем больше будет ток заряда аккумулятора.

Практически это законченный вариант зарядного устройства, можно подключить после диодного моста аккумулятор и зарядить его, но надежность такой схемы низкая. Если нарушится контакт с клеммами аккумулятора, то конденсаторы могут выйти из строя.

Емкость конденсаторов, которая зависит от величины тока и напряжения на вторичной обмотке трансформатора, можно приблизительно определить по формуле, но легче ориентироваться по данным таблицы.

Таблица емкости конденсаторов в зависимости от величины тока заряда аккумулятора
Ток заряда аккумулятора, А 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0
Номинал конденсатора, мкF 1,0 3,4 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0

Для регулировки тока, чтобы сократить количество конденсаторов, их можно подключать параллельно группами. У меня переключение осуществляется с помощью двух галетного переключателя, но можно поставить несколько тумблеров.

Схема защиты от ошибочного подключения полюсов аккумулятора

Схема защиты от переполюсовки зарядного устройства при неправильном подключении аккумулятора к выводам выполнена на реле Р3. Если аккумулятор подключен неправильно, диод VD13 не пропускает ток, реле обесточено, контакты реле К3.1 разомкнуты и ток не поступает на клеммы аккумулятора. При правильном подключении реле срабатывает, контакты К3.1 замыкаются, и аккумулятор подключается к схеме зарядки. Такую схему защиты от переполюсовки можно использовать с любым зарядным устройством, как транзисторным, так и тиристорным. Ее достаточно включить в разрыв проводов, с помощью которых аккумулятор подключается к зарядному устройству.

Схема измерения тока и напряжения зарядки аккумулятора

Благодаря наличию переключателя S3 на схеме выше, при зарядке аккумулятора есть возможность контролировать не только величину тока зарядки, но и напряжение. При верхнем положении S3, измеряется ток, при нижнем – напряжение. Если зарядное устройство не подключено к электросети, то вольтметр покажет напряжение аккумулятора, а когда идет зарядка аккумулятора, то напряжение зарядки. В качестве головки применен микроамперметр М24 с электромагнитной системой. R17 шунтирует головку в режиме измерения тока, а R18 служит делителем при измерении напряжения.

Схема автоматического отключения ЗУ при полной зарядке аккумулятора

Для питания операционного усилителя и создания опорного напряжения применена микросхема стабилизатора DA1 типа 142ЕН8Г на 9В. Микросхема это выбрана не случайно. При изменении температуры корпуса микросхемы на 10º, выходное напряжение изменяется не более чем на сотые доли вольта.

Система автоматического отключения зарядки при достижении напряжения 15,6 В выполнена на половинке микросхемы А1.1. Вывод 4 микросхемы подключен к делителю напряжения R7, R8 с которого на него подается опорное напряжение 4,5 В. Вывод 4 микросхемы подключен к другому делителю на резисторах R4-R6, резистор R5 подстроечный для установки порога срабатывания автомата. Величиной резистора R9 задается порог включения зарядного устройства 12,54 В. Благодаря применению диода VD7 и резистора R9, обеспечивается необходимый гистерезис между напряжением включения и отключения заряда аккумулятора.

Работает схема следующим образом. При подключении к зарядному устройству автомобильного аккумулятора, напряжение на клеммах которого меньше 16,5 В, на выводе 2 микросхемы А1.1 устанавливается напряжение достаточное для открывания транзистора VT1, транзистор открывается и реле P1 срабатывает, подключая контактами К1.1 к электросети через блок конденсаторов первичную обмотку трансформатора и начинается зарядка аккумулятора.

Как только напряжение заряда достигнет 16,5 В, напряжение на выходе А1.1 уменьшится до величины, недостаточной для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии. Реле отключится и контакты К1.1 подключат трансформатор через конденсатор дежурного режима С4, при котором ток заряда будет равен 0,5 А. В таком состоянии схема зарядного устройства будет находиться, пока напряжение на аккумуляторе не уменьшится до 12,54 В. Как только напряжение установится равным 12,54 В, опять включится реле и зарядка пойдет заданным током. Предусмотрена возможность, в случае необходимости, переключателем S2 отключить систему автоматического регулирования.

Таким образом, система автоматического слежения за зарядкой аккумулятора, исключит возможность перезаряда аккумулятора. Аккумулятор можно оставить подключенным к включенному зарядному устройству хоть на целый год. Такой режим актуален для автолюбителей, которые ездят только в летнее время. После окончания сезона автопробега можно подключить аккумулятор к зарядному устройству и выключить только весной. Даже если в электросети пропадет напряжение, при его появлении зарядное устройство продолжит заряжать аккумулятор в штатном режиме

Читайте также:  Зарядное устройство для авто просто

Принцип работы схемы автоматического отключения зарядного устройства в случае превышения напряжения из-за отсутствия нагрузки, собранной на второй половинке операционного усилителя А1.2, такой же. Только порог полного отключения зарядного устройства от питающей сети выбран 19 В. Если напряжение зарядки менее 19 В, на выходе 8 микросхемы А1.2 напряжение достаточное, для удержания транзистора VT2 в открытом состоянии, при котором на реле P2 подано напряжение. Как только напряжение зарядки превысит 19 В, транзистор закроется, реле отпустит контакты К2.1 и подача напряжения на зарядное устройство полностью прекратится. Как только будет подключен аккумулятор, он запитает схему автоматики, и зарядное устройство сразу вернется в рабочее состояние.

Источник



Схемы простых мощных зарядных устройств для аккумуляторов.

Трансформаторные ЗУ для автомобильных аккумуляторов с высоким КПД: простейшие на гасящих конденсаторах, а также импульсные на тиристорах, симисторах и мощных полевых транзисторах.

Для начала давайте разомнёмся и забудем про такой параметр, как КПД. Предположим, что есть острое желание зарядить автомобильный АКБ, но нет возможности ввиду полного отсутствия зарядки. Также сделаем предположение, что в хозяйстве затерялись: лампа накаливания на 220 вольт, диодный мост с допустимым током, превышающим ток, при котором мы будем заряжать аккумулятор, либо, на худой конец, просто силовой (выпрямительный) диод с таким же допустимым током и максимальным обратным напряжением — не менее 300В.

Рис.1

Спаяв схему, приведённую на Рис.1 слева, и озадачившись соблюдением техники безопасности, а также полярности подключения ЗУ к АКБ, получаем вполне себе работоспособное устройство, обеспечивающее нормированный и постоянный ток заряда подопечного аккумулятора.
Поскольку 220 вольт — это действующее значение переменного напряжения сети, то силу тока, протекающую через АКБ можно рассчитать по простой формуле:
Iзар(А) = Pламп(Вт) / (220 — Uакб)(В) ≈ Pламп(Вт) / 220(В) .
Параллельное соединение двух ламп — удваивает зарядный ток, трёх — утраивает и т. д. до разумной бесконечности.
Схема, изображённая на Рис.1 справа, выдаёт ток, вдвое меньший по сравнению с предыдущей.
Большим преимуществом приведённых схем является возможность зарядки любых аккумуляторов, независимо от собственных значений их напряжений.

Ещё одна простая и бюджетная схема зарядного устройства для аккумулятора с рабочим напряжением 12 или 6 В и электрической ёмкостью от 10 до 120 А/ч представлена на Рис.2.

Зарядное устройство на гасящих конденсаторах

Рис.2

Устройство состоит из понижающего трансформатора Т1 и мощного выпрямителя, собранного на диодах VD2-VD5. Установка зарядного тока производится переключателями S2-S5, при помощи которых в цепь питания первичной обмотки трансформатора подключаются гасящие конденсаторы C1-C4.
Благодаря кратному «весу» каждого переключателя, различные комбинации позволяют ступенчато регулировать ток зарядки в пределах 1–15 А с шагом 1 А. Этого достаточно для выбора оптимального тока зарядки.

В конструкции можно использовать любой силовой трансформатор мощностью около 300 Вт, в том числе и самодельный. Он должен выдавать на вторичной обмотке напряжение 22–24 В при токе до 10–15 А. На месте VD2-VD5 подойдут любые выпрямительные диоды, выдерживающие прямой ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 40 В. Подойдут Д214 или Д242. Их следует установить через изолирующие прокладки на радиатор с площадью рассеяния не менее 300 кв. см.

Конденсаторы С2-С5 обязательно должны быть неполярные бумажные с рабочим напряжением не ниже 300 В. Подойдут, к примеру, МБЧГ, КБГ-МН, МБГО, МБГП, МБМ, МБГЧ. Подобные конденсаторы, имеющие форму кубиков, широко использовались как фазосдвигающие для электромоторов бытовой техники. В качестве PU1 использован вольтметр постоянного тока типа М5−2 с пределом измерения 30 В. PA1 — амперметр того же типа с пределом измерения 30 А.

В данной схеме высокий показатель КПД достигнут за счёт применения в качестве токозадающих элементов конденсаторов, которые, как известно, имеют реактивную проводимость и не выделяют на себе тепловой мощности.
Далее будут приведены импульсные (ключевые) зарядные устройства, построенные по другому принципу, но также отличающиеся низким собственным энергопотреблением.

Одними из первых импульсных ЗУ, появившихся на рынке, были тиристорные устройства.
Вообще, тиристор — это прибор достаточно капризный и требующий для надёжной работы соблюдения определённого набора условий. Именно поэтому — большинство простейших схем, приведённых в различных источниках, грешат не очень стабильной работой и необходимостью подбора элементов.

Зарядное устройство на тиристоре

Из числа удачных простых разработок можно привести схему тиристорного зарядного устройства из книги уважаемого Т. Ходасевича «Зарядные устройства», многократно повторённую многочисленной радиолюбительской братвой и изображённую на Рис.3.

Рис.3

Вот что пишет автор:

Зарядное устройство позволяет заряжать авто аккумуляторные батареи током от 0 до 10 А, а также может служить регулируемым источником питания для мощного низковольтного паяльника, вулканизатора, переносной лампы.
Зарядный ток по форме близок к импульсному, который, как считается, содействует продлению срока службы батареи.
Устройство работоспособно при температуре окружающей среды от — 35 °С до + 35°С.

Зарядное устройство представляет собой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего трансформатора Т1 через диодный мост VDI. VD4.
Узел управления тиристором выполнен на аналоге однопереходного транзистора VTI, VT2. Время, в течение которого конденсатор С2 заряжается до переключения однопереходного транзистора, можно регулировать переменным резистором R1. При крайнем правом по схеме положении его движка зарядный ток будет максимальным, и наоборот.
Диод VD5 защищает управляющую цепь тиристора VS1 от обратного напряжения, возникающего при включении тиристора.

Конденсатор С2 — К73-11, ёмкостью от 0,47 до 1 мкФ, или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Транзистор КТ361А заменим на КТ361Б — КТ361Ё, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж — KT50IK, а КТ315Л — на КТ315Б + КТ315Д КТ312Б, КТ3102Л, КТ503В + КТ503Г, П307. Вместо КД105Б подойдут диоды КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 — СП-1, СПЗ-30а или СПО-1.
Амперметр РА1 — любой постоянного тока со шкалой на 10 А. Его можно сделать самостоятельно из любого миллиамперметра, подобрав шунт по образцовому амперметру.
Предохранитель F1 — плавкий, но удобно применять и сетевой автомат на 10 А либо автомобильный биметаллический на такой же ток. Диоды VD1. VP4 могут быть любыми на прямой ток 10 А и обратное напряжение не менее 50 В (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213).
Диоды выпрямителя и тиристор устанавливают на теплоотводы, каждый полезной площадью возле 100 см*. Для улучшения теплового контакта устройств с теплоотводами желательно использовать теплопроводные пасты.
Вместо тиристора КУ202В подойдут КУ202Г — КУ202Е. Проверено на практике, что устройство нормально работает и с более мощными тиристорами Т-160, Т-250.
В приборе может быть использован готовый сетевой понижающий трансформатор необходимой мощности с напряжением вторичной обмотки от 18 до 22 В.
Если у трансформатора напряжение на вторичной обмотке более 18 В, резистор R5 следует заменить другим, большего сопротивления (к примеру, при 24. 26 В сопротивление резистора следует увеличить до 200 Ом).

Несмотря на популярность и работоспособность приведённый схемы, при функционировании устройства многие отмечают нехарактерное гудение трансформатора на частотах, отличных от 100 Гц. Связано это с отсутствием чётких и быстрых фронтов/спадов у сигналов, поступающих на управляющий вход тиристора при его включении/выключении, что в свою очередь создаёт условия для возникновения процессов генерации в нагрузке.

Несколько лучше и надёжнее работают импульсные зарядные устройства, в которых коммутирующий элемент выполнен на симметричном (двухполярном) аналоге тиристора — симисторе.
На Рис.4 приведена схема подобного устройства из вышеупомянутой книги Т. Ходасевича.

Зарядное устройство на симисторе

Рис.4

Описываемое ниже простое зарядное устройство имеет широкие пределы регулирования зарядного тока — практически от 0 до 10А и может быть использовано для зарядки различных аккумуляторов на напряжение 12В.
В основу устройства положен симисторный регулятор с маломощным диодным мостом VD1-VD4 и резисторами R3 и R5. После подключения устройства к сети при плюсовом её полупериоде начинает заряжаться конденсатор С2 через резистор R3, диод VD1 и последовательно соединённые резисторы R1 и R2. При минусовом полупериоде — через те же R1 и R2, диод VD2 и резистор R5. В обоих случаях конденсатор заряжается до одного и того же напряжения, меняется лишь полярность его зарядки. Как только напряжение на конденсаторе достигнет порога зажигания неоновой лампы HL1, она зажигается и конденсатор быстро разряжается через лампу и управляющий электрод симистора VS1.При этом симистор открывается. В конце полупериода симистор закрывается. описанный процесс повторяется в каждом полупериоде сети.
Общеизвестно, что управление симистором посредством короткого импульса имеет тот недостаток, что при индуктивной или высокоомной активной нагрузке анодный ток прибора может не успеть достигнуть значения тока удержания за время действия управляющего импульса.
Одной из мер по устранению этого недостатка является включение параллельно нагрузке резистора. В описываемом зарядном устройстве такими резисторами являются резисторы R3 и R5, которые в зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения поочерёдно подключаются параллельно первичной обмотке трансформатора.
Этой же цели служит и мощный резистор R6, являющийся нагрузкой выпрямителя VD5, VD6. Этот же резистор формирует импульсы разрядного тока, которые продлевают срок службы АКБ.

Вместо резистора R6 можно установить лампу накаливания на напряжение 12В мощностью 10Вт.
При изготовлении трансформатора задаются следующими параметрами: напряжением на вторичной обмотке 20В при токе 10А.

Несколько упростить описанное выше устройство можно применив в его высоковольтной части динистор (Рис.5).

Рис.5

Данную схему с диаграммами мы подробно рассмотрели на странице ссылка на страницу. Поэтому повторяться не буду, скажу лишь, что наличие снабберной цепи, показанной на схеме синим цветом — обязательно. В качестве нагрузки выступает первичная обмотка сетевого трансформатора.

В современных зарядных устройствах в качестве переключающего (регулирующего) элемента практически повсеместно используются мощные полевые транзисторы. Одно из подобных устройств было подробно описано в журнале Радио №5 2011г на странице 44.

Зарядное устройство на полевом транзисторе

Блок управления зарядным устройством представляет собой импульсный генератор, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2 (см. схему на рис. 6) и позволяющий регулировать скважность импульсов, буферный усилитель — инвертор на элементах DD1.3 и DD1.4 и переключающий регулирующий элемент — полевой транзистор VT1.
При указанных на схеме номиналах элементов частота генератора — около 13 кГц. Так как сопротивление открытого канала транзистора VT1 очень мало (0,017 0м) и работает он в переключательном режиме, при токе зарядки до 5 А транзистор практически не нагревается — рассеиваемая тепловая мощность не превышает 0,55 Вт.
В качестве понижающего использован сетевой трансформатор габаритной мощностью 150 Вт с вторичной обмоткой, обеспечивающей постоянное напряжение 16. 17 В на конденсаторе С1 и зарядный ток до 6 А.
Выпрямительный мост собран на диодах Шоттки, VD1 — сдвоенный SBL4045PT, a VD2 и VD3 — одиночные 10TQ045.
Если вторичную обмотку сетевого трансформатора намотать с отводом от середины, число диодов в выпрямителе и тепловыделение от них можно уменьшить вдвое.
Чертёж платы представлен на Рис.7.

Читайте также:  Зарядное устройство мобильный для путешествий

Зарядное устройство на полевом транзисторе

Описанный узел управления также можно использовать в осветительных и нагревательных приборах, для изменения частоты вращения коллекторных электродвигателей. При этом питающее напряжение устройств можно варьировать в широких пределах, определяемых максимально допустимыми параметрами для переключательного транзистора и, конечно же, выпрямителя. В частности, используемый в узле транзистор IRFZ46N имеет максимальную рассеиваемую мощность 107 Вт, максимальный ток через канал 53 А, максимальное напряжение сток—исток 55 В. Возможна его замена транзистором IRFZ44N.
Предлагаемое устройство позволяет регулировать мощность от нуля до максимального значения, а регулирующий транзистор не нуждается в эффективном отведении тепла при увеличении тока нагрузки до 5 А.

В результате длительной или неправильной эксплуатации автомобильных аккумуляторов пластины их могут сульфатироваться, что приводит к их деградации и последующему выходу из строя. Известен способ восстановления таких батарей методом заряда их «ассиметричным» током. При этом соотношение зарядного и разрядного тока выбирается 10:1 (оптимальный режим). Этот режим позволяет не только восстанавливать засульфатированные батареи аккумуляторов, но и проводить профилактическую обработку исправных.

Зарядное устройство и восстановление аккумулятора

На Рис.8 приведено простое зарядное устройство, рассчитанное на использование вышеописанного способа. Схема обеспечивает импульсный зарядный ток до 10 А (используется для ускоренного заряда). Для восстановления и тренировки аккумуляторов лучше устанавливать импульсный зарядный ток 5 А. При этом ток разряда будет 0,5 А. Разрядный ток определяется величиной номинала резистора R4.
Схема выполнена так, что заряд аккумулятора производится импульсами тока в течение одной половины периода сетевого напряжения, когда напряжение на выходе схемы превысит напряжение на аккумуляторе. В течение второго полупериода диоды VD1, VD2 закрыты и аккумулятор разряжается через нагрузочное сопротивление R4.
Значение зарядного тока устанавливается регулятором R2 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает и через резистор R4 (10%), то показания амперметра РА1 должны соответствовать 1,8 А (для импульсного зарядного тока 5 А), так как амперметр показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.
В схеме предусмотрена защита аккумулятора от неконтролируемого разряда в случае случайного исчезновения сетевого напряжения. В этом случае реле К1 своими контактами разомкнет цепь подключения аккумулятора. Реле К1 применено типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки 24 В или на меньшее напряжение, но при этом последовательно с обмоткой включается ограничительный резистор.

Для устройства можно использовать трансформатор мощностью не менее 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке 22. 25 В.
Измерительный прибор РА1 подойдет со шкалой 0. 5 А (0. 3 А), например М42100. Транзистор VT1 устанавливаются на радиатор площадью не менее 200 кв. см, в качестве которого удобно использовать металлический корпус конструкции зарядного устройства.

Источник

Схема зарядного устройства

Если приобретение фабричного изделия затруднительно по финансовым причинам, либо нужны особые технические параметры, создают самоделку. Действующая схема зарядного устройства может быть собрана из недорогих комплектующих, буквально за несколько минут. Сложные модификации выполняют свои функции не хуже профессиональных ЗУ, но стоят дешевле. С помощью представленной ниже информации несложно подобрать оптимальный вариант с учетом личных требований и предпочтений.

Самодельное ЗУ для АКБ

Немного теории об аккумуляторах

Проблемы возникают в зимний период, когда снижение температуры провоцирует ухудшение энергетических параметров аккумуляторных батарей на 40% и даже более того. В самых сложных ситуациях накопительной емкости недостаточно для запуска автомобильного двигателя. Опытные специалисты рекомендуют контролировать состояние автономного источника питания, вовремя восстанавливать его функциональность.

Для корректной зарядки необходимо поддерживать определенное значение тока (напряжения) на протяжении достаточно долгого времени. Превышать оптимальное значение нельзя, чтобы исключить образование взрывоопасных газов. Точное соблюдение технологии предотвращает повреждение пластин и электролита, продлевает срок службы АКБ.

Рабочий цикл при восстановлении батареи постоянным напряжением

Как узнать состояние батареи

Современный автомобиль «сообщает» о появлении неисправностей специальной световой индикацией. Не следует сразу приобретать новый или заряжать имеющийся аккумулятор. Сначала надо убедиться в исправности генератора, соответствующих компонентов цепи питания.

Эта лампочка загорается в Газели при отсутствии зарядки

Если внешние неисправности не обнаружены, проверяют состояние АКБ. Простой способ – измерение напряжения на отключенных от бортовой сети контактах:

  • номинальный заряд – 12,8V;
  • 20-25% соответствует 11,9-12,1V;
  • 11,8 V и менее – аккумулятор вышел из строя.

Результат получится точнее при добавлении нагрузки. К батарее с емкостью 55 А-ч можно подключить электрическое сопротивление 0,018 Ом:

  • при 100% емкости вольтметр покажет 10,4-10,6V;
  • 50% – от 9,2 до 9,4;
  • 8,1 и менее – АКБ пора менять.

Нагрузку можно обеспечить с применением штатного оборудования авто. При включении галогеновых ламп дальнего света ток в рабочей цепи составит 9,75-10,25 А. Напряжение:

  • 11 V – от АКБ;
  • 9,4 V – после запуска двигателя.

Важно! Указанные в этом разделе цифры – примерные значения. Действительные параметры уточняют по официальной технической документации. Необходимые сведения можно найти оперативно на сайте производителя (торгового представителя).

Правильная зарядка

При контроле тока применяют несколько временных интервалов. На первом этапе устанавливают значение на уровне 10% от номинальной емкости. Для аккумуляторной батареи 55 А-ч поддерживают 55*0,1=5,5А. Длительность зависит от исходного заряда, технического состояния, температуры окружающей среды.

После увеличения напряжения до 14V уменьшают вдвое ток зарядника. Продолжают процедуру с аналогичной коррекцией на уровне 15V. Итоговое значение (1,37 A) поддерживают до тех пор, пока напряжение на выходе не стабилизируется. Общая продолжительность восстановления при начальной емкости 40-60% от номинала составит 9-14 часов.

Важно! Если не уменьшить ток вовремя, перезарядка провоцирует кипение электролитической смеси.

Относительно простой метод – поддержание напряжения на определенном уровне (14,5 V). В этом варианте регулировка не требуется. Срок восстановления в аналогичных условиях сокращается в 1,5-2 раза. Надо запомнить, что подобной технологией заряд можно пополнить не более, чем до 85% от номинального значения.

Требования к самодельному устройству зарядки АКБ

Простейшее работоспособное зарядное устройство для аккумулятора своими руками можно сделать из лампы накаливания, ограничивающей силу тока в цепи (150 Вт примерно соответствует 0,35 А). Последовательно для выпрямления переменного напряжения устанавливают диод, рассчитанный на соответствующие электрические параметры. Устройство подключают к стандартной сети 220 V.

Зарядное устройство из диода и лампочки

Понятно, что в таком техническом исполнении понадобится личный тщательный контроль. С учетом длительности технологического процесса гораздо удобнее устройства, оснащенные средствами автоматики. Обязательным требованием является точная, до десятых долей, стабилизация рабочих параметров по току (напряжению).

Некоторые профессиональные аналоги способны работать в режиме «удаление сульфатов». С его помощью разрушают кристаллические образования, ухудшающие потребительские характеристики АКБ. Технология воспроизводит в ускоренном темпе рабочие режимы с временным подключением нормированной нагрузки. Вместо постоянного тока применяют импульсную генерацию.

Следует отметить! Типовая автоматизация ограничивает круг решаемых проблем. Фабричные ЗУ воспринимают сильно разряженный аккумулятор как ошибочную нагрузку. Они отключают подачу питания без вмешательства пользователя. Для подобных ситуаций при конструировании самоделки следует предусмотреть ручной режим управления.

Для быстрого запуска двигателя без процедуры восстановления заряда пригодится достаточно мощное ЗУ. В этом цикле штатный источник питания работает 5-30 секунд при токе в цепи 240-270 А. При охлаждении смазочных материалов требуется на 25-40% больший энергетический потенциал.

Отдельные коррекции можно сделать с учетом особенностей конструкции батареи. В следующем списке приведены значения токов зарядки (типовой и ускоренной) в амперах для разных типов АКБ с емкостью 55-60 А-ч:

  • обычный электролит 5-6 (20-50);
  • гелевый наполнитель 14-16 (24-60);
  • сухой 14-16 (29-60).

К сведению. Универсальные ЗУ предназначены для восстановления АКБ на 6 (12) V.

Диодный мост для зарядного устройства своими руками

Рассмотренная выше простейшая электросхема отличается плохим КПД, так как обеспечивает зарядку одной полуволной. Недостаток устранит обычный диодный мост. После такой модернизации эффективность увеличивается вдвое. Аналогичным образом уменьшается время технологического процесса. При параллельной установке нескольких ламп накаливания пропорционально возрастает ток.

Схема подключения диодов

Самодельные зарядки для АКБ

После формулировки базовых требований необходимо уточнить собственную квалификацию, наличие измерительной аппаратуры и другого специализированного оборудования. В опубликованных ниже описаниях схем зарядки приведены рекомендации по сборке, на которые следует обратить внимание.

Простое устройство на 6 и 12 В

Схема зарядки аккумулятора с конденсатором после диодного моста обеспечивает сглаживание тока. Вольтметр и амперметр нужны для контроля рабочих параметров. Необходимое напряжение на вторичных обмотках трансформатора устанавливают расчетом количества витков. Следует помнить о том, что надо несколько увеличить этот параметр, по сравнению с паспортными данными АКБ. Как правило, для 12 V аккумулятора напряжение в процессе зарядки поддерживают на уровне не более 14,4 V.

Простое ЗУ

С плавной регулировкой тока

На следующем рисунке показано, как сделать зарядку для аккумулятора 12 вольт с плавной регулировкой выходного тока. Изменение этого параметра задают с помощью резистора R3. Он через транзисторы VT1 и VT2 управляет ключом на тиристоре VS1.

Электрическая схема ЗУ с регулировкой тока

Из компьютерного блока питания

Пошаговая инструкция переделки:

  • извлекают рабочий блок питания из ПК;
  • делают перемычку, обеспечивающую запуск устройства после включения в сеть 220V;
  • перепаивают выходную группу клемм для удобного подсоединения АКБ;
  • демонтируют постоянный резистор в цепи питания микросхемы широтно-импульсного модулятора;
  • устанавливают переменное сопротивление, увеличивают напряжение на выходе до нужного уровня;
  • оснащают ЗУ измерительными приборами для оперативного контроля тока и напряжения.

Трансформаторное зарядное устройство

Специалисты не рекомендуют применять самодельные трансформаторы для создания зарядных устройств. При недостаточном качестве сборки подобные изделия провоцируют аварийные ситуации при коротком замыкании. Рекомендуется приобретать модели с мощностью не менее 50 Вт.

Для повышения напряжения можно соответствующим образом подключать несколько выходных обмоток

Импульсное устройство подзаряда

Эта схема подходит для зарядки АКБ током 0,05-11 А при напряжении от 2 до 14,9 V. Особенности:

  • стабилизация выходного тока;
  • режим «тренировки» для предотвращения сульфатации;
  • генерация прямоугольных сигналов.

Импульсное ЗУ

Устройство на микросхеме LM317

Применение микросхемы повышает точность регулировки выходных параметров. На рисунке приведены формулы для самостоятельного расчета регулировочного резистора.

 ЗУ на микросхеме

Зарядное из источника бесперебойного питания

Главное, чтобы в этом блоке был исправен мощный трансформатор. Определяют вторичную обмотку, собирают ЗУ по стандартной схеме с выпрямительным диодным мостом. Чтобы предотвратить перегрев, электронные компоненты размещают на радиаторе.

Читайте также:  Зарядное устройство для телефона от прикуривателя автомобиля своими руками

Что необходимо знать при зарядке АКБ

Даже самые лучшие зарядные устройства не способны контролировать параметры атмосферы в помещении. Это значит, что для безопасного выполнения рабочих операций необходимо интенсивное проветривание. На соответствующее время исключают применение в помещении открытого пламени, образование искр. Следует аккуратно пользоваться подходящими отопительными приборами.

Чтобы предотвратить повреждение электрооборудования автомобиля АКБ отключают. Для сохранения данных в памяти бортового компьютера рекомендуется использовать запасной источник питания. Большая емкость в данном случае не понадобится, так как подразумевается подключение только маломощных потребителей энергии.

Иные меры безопасности применяют с учетом особенностей конкретной конструкции. В классических моделях с жидким электролитом предварительно откручивают пробки. Все модели очищают от загрязнений до восстановительной процедуры.

Особенно внимательно воспроизводят технологический процесс в режиме ускоренной зарядки. Если ошибиться, ускоренная сульфатация и перегрев ухудшат характеристики АКБ. Для продления срока службы ЗУ рекомендуется поддерживать нормальный уровень влажности в помещении. При выборе схемы следует обеспечить надежную защиту от перегрузок и перепадов напряжения в питающей сети.

Видео

Источник

Зарядка аккумулятора схема и принцип действия

Как происходит зарядка аккумулятора? Схема этого устройства сложна или нет, для того чтобы сделать устройство своими руками? Отличается ли принципиально зарядное устройство для автомобильного аккумулятора от того, что применяется для мобильных телефонов? На все поставленные вопросы мы попытаемся ответить далее в статье.

Общие сведения

Аккумулятор играет очень важную роль в функционировании устройств, агрегатов и механизмов, для работы которых необходимо электричество. Так, в транспортных средствах он помогает запустить двигатель машины. А в мобильных телефонах батареи позволяют нам совершать звонки.

Зарядка аккумулятора, схема и принципы работы данного устройства рассматриваются даже в школьном курсе физики. Но, увы, уже к выпуску многие эти знания успевают позабыть. Поэтому спешим напомнить, что в основу работы аккумулятора положен принцип возникновения разности напряжения (потенциалов) между двумя пластинами, которые специально погружаются в раствор электролита.

Первые батареи были медно-цинковыми. Но с того времени они существенно улучшились и модернизировались.

Как устроена аккумуляторная батарея

Единственный видимый элемент любого устройства – корпус. Он обеспечивает общность и целостность конструкции. Следует отметить, что наименование «аккумулятор» может быть полноценно применено только к одной ячейке батареи (их ещё называют банками), а том же стандартном автомобильном аккумуляторе на 12 В их всего шесть.

Возвращаемся к корпусу. К нему выдвигают жесткие требования. Так, он должен быть:

  • стойким к агрессивным химическим реагентам;
  • способным переносить значительные колебания температуры;
  • обладающим хорошими показателями вибростойкости.

Всем этим требованиям отвечает современный синтетический материал – полипропилен. Более детальные различия следует выделять только при работе с конкретными образцами.

Принцип работы

В качестве примера мы рассмотрим свинцово-кислотные батареи.

Когда есть нагрузка на клемму, то начинает происходить химическая реакция, которая сопровождается выделением электричества. Со временем батарея будет разряжаться. А как она восстанавливается? Есть ли простая схема?

Зарядка аккумулятора не является чем-то сложным. Необходимо осуществлять обратный процесс – подаётся электричество на клеммы, вновь происходят химические реакции (восстанавливается чистый свинец), которые в будущем позволят использовать аккумулятор.

Также во время зарядки происходит повышение плотности электролита. Таким образом батарея восстанавливает свои начальные свойства. Чем лучше были технология и материалы, которые применялись при изготовлении, тем больше циклов заряда/разряда может выдержать аккумулятор.

Какие электрические схемы зарядки аккумуляторов существуют

Классическое устройство делают из выпрямителя и трансформатора. Если рассматривать все те же автомобильные батареи с напряжением в 12 В, то зарядки для них обладают постоянным током примерно на 14 В.

Почему именно так? Такое напряжение необходимо для того, чтобы ток мог идти через разряженный автомобильный аккумулятор. Если он сам имеет 12 В, то устройство той же мощности ему помочь не сможет, поэтому и берут более высокие значения. Но во всём необходимо знать меру: если слишком завысить напряжение, то это пагубно скажется на сроке службы устройства.

Поэтому при желании сделать прибор своими руками, необходимо для машин искать подходящие схемы зарядки автомобильных аккумуляторов. Это же относится и к другой технике. Если необходима схема зарядки аккумулятора литий-ионного, то тут необходимо устройство на 4 В и не больше.

Процесс восстановления

Допустим, у вас есть схема зарядки аккумулятора от генератора, по которой было собрано устройство. Батарея подключается и сразу же начинается процесс восстановления. По мере его протекания будет расти внутреннее сопротивление устройства. Вместе с ним будет падать зарядный ток.

Когда напряжение приблизится к максимально возможному значению, то этот процесс вообще практически не протекает. А это свидетельствует о том, что устройство успешно зарядилось и его можно отключать.

Технологические рекомендации

Необходимо следить, чтобы ток аккумулятора составлял только 10% от его емкости. Причем не рекомендовано ни превышать этот показатель, ни уменьшать его. Так, если вы пойдёте по первому пути, то начнёт испаряться электролит, что значительно повлияет на максимальную емкость и время работы аккумулятора. На втором пути необходимые процессы не будут происходить в требуемой интенсивности, из-за чего негативные процессы продолжатся, хотя и в несколько меньшей мере.

Источник

Импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Импульсное зарядное устройство – помощник автомобилиста и не только. Оно заряжает аккумуляторную батарею в нескольких режимах, кроме импульсного. В режиме постоянного тока или комбинированном варианте. Такое зарядное устройство применимо для зарядки батареи с нулевым значением.

Принцип действия

Действие такого зарядного устройства основано на генерации высокой частоты, повышающей выходное напряжение, поступающее по сети. В устройстве содержится система фильтров, регулирующих величину напряжения.

Аккумулятор получает величину, необходимую для его зарядки. При полной батарее, зарядное устройство переходит в режим хранения, что способствует сохранению величины заряда.

Особенности

Предлагаемые в продаже зарядники делятся на несколько видов:

  • Ручные. Отличаются небольшой ценой. Но требуют пристального внимания в процессе зарядки.
  • Полуавтоматические. Отличаются от ручных, тем, что необходимо следить только за временем зарядки батареи.
  • Автоматические. Процесс зарядки полностью автоматизирован. Водителю нужно лишь подключить батарею к заряднику. Главное условие – соблюдение полярности.

Время зарядки зависит от степени разряженности батареи и вида зарядного устройства. Оно может быть до 20 часов.

Специальный режим зарядки

Интересно ИЗУ тем, что обладают особым режимом зарядки в экстренных ситуациях. Если аккумулятор полностью разряжен, а автомобиль необходим, то можно использовать BOOST.

Такой режим позволяет запустить аккумулятор даже в том случае, если батарея была в минусе. Этот метод можно использовать в крайних случаях, поскольку он приводит к быстрому износу батареи.

Преимущества и недостатки

ИЗУ имеют ряд преимуществ. Малые габариты позволяют взять его с собой в поездку и воспользоваться в критической ситуации. Несложное устройство, особенно у автоматов. Использовать его может даже начинающий автолюбитель.

Преимуществом, опять же, автомата является автономный процесс зарядки. Человеческое участие в нём не требуется. Наличие защитных функций. В продвинутых вариантах есть и подсказки, если действия совершаются не верно.

Как недостатки таких устройств можно отметить достаточно высокую стоимость и сложность в починке. В остальном ИЗУ интересен и привлекателен для всех категорий автомобилистов.

Виды зарядных устройств

Срок эксплуатации аккумуляторной батареи не более 6 лет. При условии качественного его обслуживания и надлежащей эксплуатации. Соблюдение правил эксплуатации особенно актуально в зимних условиях. Даже в случае нормальной работы аккумулятор требует периодической проверки и подзарядки.

Для подзарядки батареи можно использовать трансформаторные или импульсные зарядники.

Недостатком трансформаторной зарядки является большой вес. Но они отличаются надежностью.

Исходя из ситуации можно использовать зарядное устройство, когда нужно зарядить аккумулятор или проверить его работоспособность.

В экстренной ситуации можно использовать пусковое устройство для батареи. Их главное отличие — портативность. Применять их можно тогда, когда нет возможности дать аккумулятору полноценную зарядку. Пуско-зарядное включает в себя функции и зарядки, но для работы такого устройства требуется подключение к сети.

Выбирая зарядное устройство, ориентироваться необходимо прежде всего на аккумуляторную батарею. Номинал АКБ может располагаться в диапазоне от 6 вольт. Наиболее востребованный вариант 12 вольт, но есть вариант с 24 вольт.

Универсальным решением будет импульсный автомат. Такой вид зарядника самостоятельно выбирает нужный режим работы и отслеживает уровень зарядки.

В ситуации, когда есть нужда в зарядном устройстве, а его нет или оно не работает, зарядку можно изготовить самостоятельно.

Самодельные зарядки для АКБ

Для изготовления зарядника необходим паяльник и небольшие навыки и знания в области электротехники. С помощью варианта, рассчитанного на 6 и 12 В можно зарядить большинство АКБ с ёмкостью в диапазоне от 10 до 120 А/ч.

Для такого устройства понадобится выпрямитель и понижающий трансформатор Т1. Выпрямительные диоды VD2-VD5 позволяют отрегулировать ток зарядника. Для измерения нужен амперметр с диапазоном 30А.

Можно использовать и подручный материал. Например, компьютерный блок питания. Дополнительной составляющей будет ШИМ-контроллёр TL494. Таким устройством можно зарядить батарею до 10 А.

Схема зарядки для экстренных случаев

Если аккумулятор не заряжается после морозной ночи, а необходимость в автомобиле велика, помочь в ситуации могут источник постоянного напряжения и сопротивление ограничения тока.

Основной элемент — зарядное устройство ноутбука. Плюсом будет внутренний вход, а минусом внешний контур штекера. Ограничителем может выступать лампа из салона машины.

Воспользоваться можно и блоком питания компьютера. Если есть не нужный рабочий блок, то он может послужить для создания вполне надежного зарядника. Минусом такой зарядки будет её длительность.

После использования любого зарядного устройства обязательна проверка напряжения в АКБ. Для этого используется тестер.

Модели ИЗУ

Выбор ИЗУ должен основываться на характеристиках аккумулятора, который предполагается заряжать. Выбрать устройство можно из предлагаемых отечественными и зарубежными производителями.

Voin VL 156 (6-12) импульсный автомат с несколькими режимами зарядки и удобным дисплеем. Хорош наличием нескольких уровней защиты.

Master Watt. Полуавтоматическое компактное импульсное устройство. Его можно применять для зарядки любых типов аккумуляторов. Поскольку это полуавтомат, то над процессом зарядки необходим периодический контроль.

KeePower Medium. Компактный «умный» автомат. Реализована возможность определения скорости зарядки в устройстве.

Также может использовать для подзарядки любых видов аккумуляторных батарей. Отличительной чертой такого ИЗУ является функция диагностики возможных неисправностей АКБ.

Источник