Меню

Зарядное устройство для тяговых аккумуляторов схема

Зарядное устройство для тяговых аккумуляторов схема

Продлеваем срок службы АКБ

Тяговые АКБ – отличная альтернатива двигателям внутреннего сгорания – они экономичнее (технику на электротяге не нужно заправлять топливом) и экологичнее (нет вредных продуктов сгорания и отработанных жидкостей).

Чтобы тяговая батарея служила долго и без сбоев, важно не только правильно её хранить и обслуживать, но и подобрать для подзарядки подходящее зарядное устройство.

Для чего нужны ЗУ?

Зарядное устройство для тяговой батареи – дорогостоящее приспособление. Почему бы не обойтись без этого «посредника» между электрической сетью и АКБ? Что мешает подключить тяговый аккумулятор напрямую в розетку, без использования ЗУ?

Последствия от «прямого» подключения АКБ к электрической сети могут быть крайне нежелательными:

  • Вскипание электролита, приводящее к выбросу ядовитых веществ в воздух;
  • Взрыв батареи (если она герметично закрыта) или возгорание (попадание искры при кипящем электролите);
  • Разрушение пластин внутри банок аккумулятора.

Зарядные устройства созданы на основе многолетних знаний и научных технологий, способных соединить АКБ с электрической сетью без последствий, которые мы перечислили выше.

Типы зарядных устройств для тяговых АКБ

Официальной классификации ЗУ для тяговых аккумуляторов не существует, но можно все зарядные устройства разделить на две большие подгруппы:

Трансформаторные ЗУ

Этот вид устройств для подзарядки является традиционным – в том плане, что используется очень давно. Состоит такой прибор из трансформатора и выпрямителя, которые преобразуют ток из 220В в наиболее приемлемые для аккумулятора 12 – 14В. Трансформаторные зарядные дают на батарею постоянный ток, напряжение которого меняется в зависимости от степени заряженности батареи.

Достоинством данного зарядного устройства является его низкая цена. Из недостатков – большие размеры и потребность постоянно следить за процессом подзарядки.

Импульсные ЗУ

В отличие от трансформаторного, импульсное зарядное устройство имеет небольшой вес и компактные размеры, потому что состоит из менее громоздких элементов. Импульсный зарядник подаёт на батарею ток малыми импульсами, а не постоянный – это позволяет заряжать АКБ без лишней нагрузки на пластины.

Минусом импульсных ЗУ является высокая стоимость. Этот недостаток полностью перекрывается существенными преимуществами – небольшой вес, мобильность, зарядка аккумулятора в автоматическом режиме.

Как правильно выбрать зарядное устройство?

Если штатное ЗУ выходит из строя или планируется замена аккумуляторных батарей на другой тип (например, кислотные АКБ решили заменить на Li-ion аккумуляторы), возникает необходимость в подборе нового зарядного устройства.

На что обратить внимание при подборе ЗУ:

  • Необходимо знать, для какого типа тяговой батареи нужно зарядное устройство – обслуживаемая или необслуживаемая АКБ, какой электролит в ней используется и в каких условиях и с какой интенсивностью приходится работать.
  • Напряжение АКБ должно соответствовать напряжению, с которым работает ЗУ;
  • Чем мощнее зарядное устройство, тем быстрее будет происходить заряд батареи, но необходимо учесть рекомендации производителя относительно того, за какие временные пределы не должна выходить скорость подзарядки. Слишком быстрая подзарядка может значительно снизить количество рабочих циклов аккумулятора;
  • Желательно, чтобы на ЗУ имелся индикатор заряда батареи (особенно если устройство не имеет автоматического контроля заряда батареи) и датчик, сигнализирующий о некорректной работе АКБ;
  • При выборе стоит обратить внимание на ёмкость батареи – она не должна превышать спецификацию выбранного зарядного устройства более, чем на 25%.
  • Если ваша техника эксплуатируется в щадящем режиме (за неделю АКБ не превышает 3 цикла), необходимо ЗУ с режимом «Поддерживающего заряда», которая поможет значительно продлить срок службы батареи.

Для выбора «правильного» зарядного необходимо учесть все рекомендации производителя по эксплуатации тягового аккумулятора.

Правильная эксплуатация зарядного устройства

Практически каждое ЗУ было разработано с учётом того, какой тип батареи оно будет обслуживать, поэтому не следует подключать аккумулятор, не соответствующий рекомендациям для данного зарядного устройства.

При зарядке АКБ (кроме необслуживаемых) необходимо учитывать, что в воздух производится выброс ядовитых и взрывоопасных веществ, поэтому в помещении с зарядным устройством должна быть хорошая вентиляция и все средства пожаротушения и оповещения о ЧС.

Если ЗУ не оборудовано автоматическим регулятором зарядки, следует вести наблюдение за процессом заряда батареи во избежание перегрева АКБ, вскипания и возгорания электролита.

Источник



Как заряжать тяговые аккумуляторы

Зарядные устройства используют разные технологии и алгоритмы, отличаются мощностью и размерами, но имеют общий принцип работы — аккумуляторы заряжаются потому, что напряжение на выходе с зарядного устройства выше, чем напряжение на клеммах аккумулятора. Разница напряжений заставляет ток течь от источника (зарядного устройства) к нагрузке (аккумуляторной батарее).

АКБ стартовые и глубокого разряда

Чтобы зарядить 12-вольтовую аккумуляторную батарею зарядное устройство должно обеспечить напряжение не менее 14 вольт. Однако если напряжение превысит 15 вольт, то аккумулятор перегреется, в нем начнется газообразование, испарение электролита и деформация пластин.

Читайте также:  Ручное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора купить

Ячейки гелевого, AGM и жидко-кислотного аккумуляторов

Так выглядят ячейки различных свинцово-кислотных аккумуляторов — жидко-кислотного, AGM и гелевого

Аккумуляторы заряжаются и разряжаются благодаря диффузии – процессу проникновения ионов в активный материал пластин. Диффузия протекает медленно, начинается на поверхности пластины, а затем распространяется вглубь ее активного материала. Во время разряда пластины тягового аккумулятора поглощают кислоту из электролита и на них образуется сульфат свинца. Количество электролита в ячейке остается прежним, однако содержание кислоты в нем уменьшается.

При зарядке процесс идет в обратном направлении. Кислота выделяется на обеих пластинах — положительная превращается в оксид свинца, а отрицательная в пористый, похожий на губку свинец. После того, как аккумулятор зарядится, получаемая им электрическая энергия перестает трансформироваться в химическую, а тратится на разложение воды на водород и кислород.

У аккумуляторов глубокого разряда (тяговых) толстые пластины. Именно благодаря толстым пластинам и плотному активному материалу в решетках, тяговые аккумуляторы и держат заряд на протяжении длительного времени. Чтобы диффузия произошла не только на поверхности, но и распространилась вглубь толстых пластин, тяговые аккумуляторы заряжают в несколько стадий. Эта общепринятая в настоящее время технология заряда основана на способности батарей абсорбировать разный по силе ток в зависимости от состояния заряда.

Стадия насыщения

График зарядки тяговых аккумуляторов

Кривые изменения тока и напряжения при зарядке тяговых аккумуляторов в три стадии

Первый этап трехступенчатой зарядки – фаза насыщения. Аккумулятор заряжается быстро, выходной ток зарядного устройства максимальный, а напряжение на аккумуляторе зависит от степени разряда батареи. Продолжительность этапа насыщения определяется отношением емкости, которую требуется восстановить, к току зарядки.

Ток заряда во время первого этапа составляет 10 – 100 % от емкости аккумулятора и зависит от типа аккумуляторной батареи. Тяговый аккумулятор воспринимает такой ток до тех пор, пока не достигнет первого контрольного напряжения зарядки и не зарядится до 80% емкости. После этого, его способность усваивать ток резко уменьшается. Это первое контрольное напряжение называется напряжением абсорбции, а следующий этап зарядки – фазой абсорбции.

Для аккумуляторных батарей емкостью 200 Ач и более используйте такие зарядные устройства:

Источник

Простое бюджетное зарядное устройство для гелевых кислотных аккумуляторов малой и средней емкости

Минус на минус дает плюс
(математическое правило)

Кислотные аккумуляторы выпускаются в широчайшем ассортименте емкостей и напряжений. Если для автомобильных аккумуляторов емкостью более 50 А·ч известно множество схем зарядных устройств (ЗУ) различного уровня сложности, то ниша гелевых кислотных аккумуляторов 1…12 А·ч не может похвастаться таким же их разнообразием. Аккумуляторы такой емкости широко применяются, например, в фонарях, как тяговые для детских автомобилей и т.п. Применение для их зарядки ЗУ, предназначенных для «старшей» емкостной линейки, экономически нецелесообразно ввиду избыточности зарядного тока и стоимости.

Если рассматривать режим заряда кислотных аккумуляторов стабильным током, то можно заметить, что он подобен аналогичному режиму заряда стабильным током литиевых аккумуляторов. Отличие касается только максимального напряжения, до которого следует заряжать тот и другой типы аккумуляторов: 4,15…4,2 В для литиевых и 13,5…13,8 В для кислотных 12-вольтовых аккумуляторов при резервном их применении или 14,4…15 В — в качестве тяговых.

Практичной могло бы быть ЗУ, построенное на базе обратноходового импульсного инвертора (Flyback), однако ее никак нельзя отнести к «простым и бюджетным», удобным для повторения начинающими из «бросовых» деталей, как это определено в заглавии данной статьи. Учитывая требования электробезопасности, такое ЗУ следует строить на базе сетевого понижающего трансформатора. Однако, исходя из принципов «простоты и бюджетности» и к нему предъявляются определенные специфические требования, главное из которых — доступность и отсутствие необходимости перемотки. С этой точки зрения интерес представляют трансформаторы из серии ТН (Трансформатор Накальный), имеющие по крайней мере две вторичных обмотки по 6,3 В, с которых, соединенных последовательно, после выпрямления и фильтрации можно получить около 15…16 В постоянного напряжения. Однако, такое напряжение, в свою очередь, выдвигает свои требования к схеме стабилизации зарядного тока. Например, известная из даташита на LM317 [1] схема простого стабилизатора тока с ограничением максимального напряжения (Рис. 1) требует входного напряжения не менее, чем на 4,25 В больше (1,25 В на резисторе Rs и 3 В на самом стабилизаторе), чем максимальное напряжение на аккумуляторе в конце его заряда.

Рис 1 Простая схема ЗУ со стабилизацией тока на LM317 [1]

Применение т.н. «Low Dropout» (LDO) стабилизаторов с низким падением напряжения (AMS1085, LT1085, LM2940 и т.п.) К сожалению, картину существенно не меняет: падение напряжения все равно остается в пределах 2…2,25 В, чего 15…16 В выпрямленного напряжения не обеспечивают.

Падение напряжения на стабилизаторе тока, построенном с применением LM317 с токостабилизирующим узлом на резисторном токоизмерительном шунте и биполярном транзисторе [1, 2] (Рис. 2, 3), меньше, чем в вышеописанной схеме, всего на 0,55 В.

Читайте также:  Универсальное зарядное устройство для зарядки аккумуляторов лягушка

Рис 2 Зарядное устройство на LM317 с транзисторным датчиком тока [1]

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов
Рис. 3 Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов [2]

Конечно, применение трансформатора с выходным переменным напряжением 15 В, снимает эти ограничения, но «доставабельность» таких трансформаторов сомнительна.

По приведенным выше причинам внимание было обращено на LDO стабилизатор напряжения, выполненный на TL431 с регулирующим биполярным транзистором P-N-P структуры [3] (Рис. 4).

Рис. 4 LDO стабилизатор напряжения на TL431 и регулирующем биполярным транзисторе P-N-P структуры

Похожая по построению схема, но на полевом регулирующем транзисторе с P-каналом, описана в [4], а также независимо рассматривается в [1]. Ее главным достоинством является крайне низкое собственное падение напряжения, составляющее порядка 0,1 В и даже меньше, что позволяет полностью использовать выпрямленное напряжение 12-вольтового трансформатора. К сожалению, она совершенно не защищена от превышения выходным током максимально допустимого для регулирующего транзистора значения (в частности, при коротком замыкании выхода). Введение же в нее токочувствительного узла, аналогичного схемам на Рис. 2, 3, лишает ее свойства LDO (малого падения напряжения).

Схема, показанная на Рис 4, обладает существенно худшими параметрами. Так, собственное падение напряжения на ней при указанных на рисунке номиналах деталей, составляет 0,34…0,4 В, на резисторе R3 падает не менее 0,25 Вт мощности, а нагрев VT1 током, проходящим через R3, ведет к нестабильности (снижению) выходного напряжения. На первый взгляд, в ней также нет никаких токочувствительных узлов и она тоже должна была бы страдать от чрезмерных выходных токов. Короче, всё казалось бы, плохо. Однако, китайский иероглиф, обозначающий «кризис», обозначает также «возможность». Минусы, присущие данной схеме, оказываются жирными плюсами, если ее применить в качестве ЗУ.

Рассмотрим, за счет чего это достигается.

Биполярный транзистор является токовым п/проводниковым прибором. Т.е., ток коллектора пропорционален току базы, умноженному на коэффициент усиления. Таким образом, выходной ток никогда не превысит значение, заданное током, протекающим через резистор R3. Естественно, коэффициент усиления зависит от коллекторного тока, напряжения коллектор-эмиттер, температуры кристалла транзистора и поэтому может изменяться в определенных пределах. Для других применений это было бы критично, но для ЗУ совершенно несущественно. Главное, чтобы при наихудших условиях зарядный ток не превышал значения, допустимого для данного типа аккумуляторов. Для гелевых кислотных это обычно порядка 0,3 С (где «С» — емкость в А·ч), Рис. 5.

Рис. 5 Параметры режимов заряда гелевого кислотного аккумулятора емкостью 5 А·ч

Далее. Пока в процессе заряда выходное напряжение меньше установленного резистором R5 максимального (14,4…15 В), напряжение на регулирующем выводе шунтового регулятора TL431 меньше референтных 2,5 В и он полностью заперт. Соответственно, полностью заперт и не участвует в работе транзистор VT1. Выходной ток определяется только компонентами R3 и VT2. Светодиод HL1 не светится.

По достижении напряжения на клеммах заряжаемого аккумулятора выставленного на холостом ходу 14,4…15 В напряжение на регулирующем выводе шунтового регулятора TL431 достигает референтных 2,5 В, он и, соответственно, транзистор VT1 включаются в работу. VT 1 начинает приоткрываться, шунтируя базо-эмиттерный переход VT2 и тем самым ограничивая дальнейший рост выходного напряжения. Светодиод HL1 начинает светиться за счет тока, протекающего через шунтовый регулятор DA1 свидетельствуя об окончании зарядки. При этом на аккумулятор поступает только ток, равный току саморазряда. В таком состоянии он может оставаться подключенным к ЗУ сколь угодно долгое время.

Схемы, показанные на Рис. 2 (полная схема показана на Рис. 6) и Рис. 4, были изготовлены и апробированы с питанием от трансформатора ТС10-1, обеспечивающем на выходе переменное напряжение 12,8 В при токе до 0,7 А. Печатные платы показаны на Рис. 7 и 8, соответственно.

Рис. 6 ЗУ со стабилизацией тока на LM317/MC33269aj и транзисторе

Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока на MC33269aj и транзисторе
Рис. 7 Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока на MC33269aj и транзисторе

Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения
Рис. 8 Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения (по Рис. 4)

При апробации подтвердились недостатки схемы на регулируемых 3-выводных стабилизаторах по Рис. 6, описанные выше. Схемы, настроенные на ток 0,7 А, не смогли выдать более 0,42 А с использованием LM317 и 0,5А с использованием MC33269. Вторая, кстати, не выдержала эксплуатации и пробилась накоротко через несколько часов работы, из-за чего конечное напряжение на заряжаемом аккумуляторе достигло 15,7 В(. ). К счастью, на нем сработал предохранительный клапан.

Cхема по Рис. 4, обеспечила заряд второго такого же частично заряженного аккумулятора током 0,65 А. Исходное напряжение на нем составляло 12,3 В. Напряжение 14,4 В было достигнуто в течение 3-х часов. При этом регулирующий транзистор VT2, НЕ установленный на радиатор, оставался практически холодным. Радиатор на плату поставлен окончательно только потому, что он был уже вырезан (Рис. 9). Не выбрасывать же?!

Читайте также:  Зарядные устройства для установки на авто

ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения
Рис. 9 ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения,
частично собранный, в корпусе сетевого адаптера

Чертежи печатной платы для обоих апробированных вариантов схем, приаттачены, однако, должен заметить, что они годятся только для данного корпуса. Для другого их придется переразводить по-новому.

Источник

Зарядные устройства для тяговых аккумуляторов

Продлеваем срок службы АКБ

Тяговые АКБ – отличная альтернатива двигателям внутреннего сгорания – они экономичнее (технику на электротяге не нужно заправлять топливом) и экологичнее (нет вредных продуктов сгорания и отработанных жидкостей).

Чтобы тяговая батарея служила долго и без сбоев, важно не только правильно её хранить и обслуживать, но и подобрать для подзарядки подходящее зарядное устройство.

Для чего нужны ЗУ?

Зарядное устройство для тяговой батареи – дорогостоящее приспособление. Почему бы не обойтись без этого «посредника» между электрической сетью и АКБ? Что мешает подключить тяговый аккумулятор напрямую в розетку, без использования ЗУ?

Последствия от «прямого» подключения АКБ к электрической сети могут быть крайне нежелательными:

  • Вскипание электролита, приводящее к выбросу ядовитых веществ в воздух;
  • Взрыв батареи (если она герметично закрыта) или возгорание (попадание искры при кипящем электролите);
  • Разрушение пластин внутри банок аккумулятора.

Зарядные устройства созданы на основе многолетних знаний и научных технологий, способных соединить АКБ с электрической сетью без последствий, которые мы перечислили выше.

Типы зарядных устройств для тяговых АКБ

Официальной классификации ЗУ для тяговых аккумуляторов не существует, но можно все зарядные устройства разделить на две большие подгруппы:

Трансформаторные ЗУ

Этот вид устройств для подзарядки является традиционным – в том плане, что используется очень давно. Состоит такой прибор из трансформатора и выпрямителя, которые преобразуют ток из 220В в наиболее приемлемые для аккумулятора 12 – 14В. Трансформаторные зарядные дают на батарею постоянный ток, напряжение которого меняется в зависимости от степени заряженности батареи.

Достоинством данного зарядного устройства является его низкая цена. Из недостатков – большие размеры и потребность постоянно следить за процессом подзарядки.

Импульсные ЗУ

В отличие от трансформаторного, импульсное зарядное устройство имеет небольшой вес и компактные размеры, потому что состоит из менее громоздких элементов. Импульсный зарядник подаёт на батарею ток малыми импульсами, а не постоянный – это позволяет заряжать АКБ без лишней нагрузки на пластины.

Минусом импульсных ЗУ является высокая стоимость. Этот недостаток полностью перекрывается существенными преимуществами – небольшой вес, мобильность, зарядка аккумулятора в автоматическом режиме.

Как правильно выбрать зарядное устройство?

Если штатное ЗУ выходит из строя или планируется замена аккумуляторных батарей на другой тип (например, кислотные АКБ решили заменить на Li-ion аккумуляторы), возникает необходимость в подборе нового зарядного устройства.

На что обратить внимание при подборе ЗУ:

  • Необходимо знать, для какого типа тяговой батареи нужно зарядное устройство – обслуживаемая или необслуживаемая АКБ, какой электролит в ней используется и в каких условиях и с какой интенсивностью приходится работать.
  • Напряжение АКБ должно соответствовать напряжению, с которым работает ЗУ;
  • Чем мощнее зарядное устройство, тем быстрее будет происходить заряд батареи, но необходимо учесть рекомендации производителя относительно того, за какие временные пределы не должна выходить скорость подзарядки. Слишком быстрая подзарядка может значительно снизить количество рабочих циклов аккумулятора;
  • Желательно, чтобы на ЗУ имелся индикатор заряда батареи (особенно если устройство не имеет автоматического контроля заряда батареи) и датчик, сигнализирующий о некорректной работе АКБ;
  • При выборе стоит обратить внимание на ёмкость батареи – она не должна превышать спецификацию выбранного зарядного устройства более, чем на 25%.
  • Если ваша техника эксплуатируется в щадящем режиме (за неделю АКБ не превышает 3 цикла), необходимо ЗУ с режимом «Поддерживающего заряда», которая поможет значительно продлить срок службы батареи.

Для выбора «правильного» зарядного необходимо учесть все рекомендации производителя по эксплуатации тягового аккумулятора.

Правильная эксплуатация зарядного устройства

Практически каждое ЗУ было разработано с учётом того, какой тип батареи оно будет обслуживать, поэтому не следует подключать аккумулятор, не соответствующий рекомендациям для данного зарядного устройства.

При зарядке АКБ (кроме необслуживаемых) необходимо учитывать, что в воздух производится выброс ядовитых и взрывоопасных веществ, поэтому в помещении с зарядным устройством должна быть хорошая вентиляция и все средства пожаротушения и оповещения о ЧС.

Если ЗУ не оборудовано автоматическим регулятором зарядки, следует вести наблюдение за процессом заряда батареи во избежание перегрева АКБ, вскипания и возгорания электролита.

Источник