Зарядные устройства предназначены для восполнения потери электроэнергии аккумуляторами. Принцип действия аккумуляторов заключается в обратимой химической реакции.
Отдача электрической энергии аккумулятором должна затем компенсироваться зарядкой, чтобы восстановить первоначальную емкость. Функция зарядного устройства заключается именно в восстановлении емкости аккумулятора.
Существует множество методов зарядки аккумуляторов. Одни из них реализуются очень просто и имеют минимальную стоимость. Некоторые модели управляют процессом зарядки аккумулятора при помощи встроенного микроконтроллера и реализуют сложный алгоритм процесса зарядки.
В общих чертах принцип заряда заключается в подаче напряжения, которое превосходит значение ЭДС разряженного аккумулятора. В соответствии с этим можно выделить такие основные методики заряда аккумуляторов:
- постоянным током;
- постоянным напряжением;
- комбинированные методы.
Вне зависимости от метода основные характеристики зарядных устройств таковы:
- максимальный ток заряда;
- значение выходного напряжения.
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА
Сразу нужно предупредить – совершенно универсальных зарядных устройств не существует и, скорее всего, не будет существовать никогда. С определенной натяжкой некоторые типы можно отнести к универсальным, но это только в том случае, если не обращать внимание на некоторые отклонения от рекомендуемых параметров. Далее будет рассмотрена справедливость данного утверждения.
В первую очередь, нужно знать, что различные типы аккумуляторов имеют различное напряжение и емкость, а если учесть, что обычно аккумуляторы собираются в батареи, то эта разница между этими параметрами возрастает многократно.
Различные виды аккумуляторов требуют индивидуального подхода к процессу заряда. Изначально первые типы аккумуляторов – свинцово-кислотные, требовали зарядки постоянным током в течении всего времени зарядки (примерно 8-12 часов). Щелочные заряжались таким же образом, но другими величинами тока.
Данная методика проста, но имела серьезный недостаток – в конце заряда наблюдалось интенсивное газовыделение из электролита (кипение), что требовало постоянного контроля за процессом зарядки, особенно в его конце.
Заряд постоянным напряжением свободен от указанного недостатка, но требует более длительного времени. Его применяют, в основном для восстановления аккумуляторов, потерявших начальную емкость по различным причинам.
Более совершенные модели используют комбинированную методику. В начале заряда аккумулятор заряжается номинальным током зарядки, а когда напряжение на его клеммах достигнет уровня близкого к максимальному значению, напряжения на выходе зарядного устройства понижают до такой степени, чтобы оно лишь слегка превосходило напряжение аккумулятора.
Ток заряда при этом падает и аккумулятор продолжает заряжаться при минимальном токе. Таким образом, кипения электролита не происходит, а время заряда лишь немного превосходит время при постоянном токе.
Первые два типа вполне можно назвать универсальными в отношении стартерных аккумуляторов автомобилей. Такие устройства до сих пор широко распространены, в особенности, среди любителей, благодаря простоте, надежности и минимальной стоимости.
Совершенствование технологии изготовления аккумуляторов привело, с одной стороны, к увеличению удельной емкости, а с другой, повысило требования к параметрам оборудования для их подзарядки.
Сейчас производством аккумуляторных батарей различных типов занимается огромное число производителей, но большинство из них не выкладывает в открытый доступ необходимую технологию заряда, которая является оптимальной для определенной модели батареи.
Поэтому потребителям приходится либо приобретать дорогое фирменное изделие, либо подбирать недорогое, подходящее к усредненным параметрам аккумуляторных батарей сравнимых технологий производства.
Производители мобильных телефонов и прочих малогабаритных гаджетов пошли другим путем. Контроль заряда осуществляется микроконтроллером, встроенным в "зарядку", а также непосредственно в аккумуляторную батарею.
Такой подход привел к появлению, по-настоящему универсальных зарядных устройств, которые одинаково подходят для зарядки любых аккумуляторных батарей, отвечающих единому стандарту.
Наиболее яркий пример – смартфоны, планшеты, работающие под управлением ОС Андроид. Все эти гаджеты имеют вход для подзарядки, выполненный по стандарту Micro USB.
Отдельный класс изделий для автомобильных аккумуляторов составляют пуско-зарядные устройства. Как следует из названия, они могут обеспечить пуск автомобиля, причем мощные приборы в состоянии это сделать даже без аккумулятора.
Как известно, пусковой ток стартера, особенно в зимнее время на замерзшем двигателе, достигает нескольких сотен ампер. Таким образом, выходные параметры пуско-зарядного устройства очень близки к характеристикам сварочных аппаратов.
Габариты и масса пуско-зарядного устройства с традиционным, трансформаторным питанием велики, но при использовании инверторного способа преобразования энергии снижаются во много раз.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО
Упростить процесс заряда может применение автоматических зарядных устройств. Простейшие зарядные автоматы контролируют напряжение на клеммах аккумуляторной батареи и прекращают процесс заряда при достижении определенной величины.
Недостатком подобных устройств является то, что аккумулятор не набирает полной емкости или, наоборот, происходит его перезаряд. И тот и другой вариант приводят к сокращению срока службы аккумуляторной батареи.
Более совершенные исполнения при достижении порогового напряжения переводят заряд аккумулятора в буферный режим, когда выходной ток лишь немного превышает ток саморазряда батареи. Такие зарядные устройства можно надолго оставлять без присмотра без риска повредить заряжаемый аккумулятор.
Определенный тип устройств позволяет не только заряжать батареи, но и, некоторым образом, производить восстановление потерянной емкости. При этом процесс заряда чередуется с промежутками нулевого зарядного тока или с небольшим разрядом.
Данная методика тренировки показывает удовлетворительные результаты при восстановлении свинцово-кислотных аккумуляторных батарей из-за снижения эффекта сульфатации пластин.
Зарядные устройства для малогабаритных аккумуляторов и батарей сегодня также в подавляющем случае работают в автоматическом режиме. Такое стало возможным, благодаря встроенному микроконтроллеру, которые не только автоматизирует процесс зарядки, но и производит ее по специально заложенному алгоритму. Такие изделия обычно выпускают производители аккумуляторов, поэтому они оптимальны для определенного типа батарей.
БЕСПРОВОДНЫЕ ЗАРЯДКИ
Беспроводные зарядные устройства мобильных телефонов рекламируются многими именитыми и не очень, производителями смартфонов. Принцип их действия очень простой и основан на явлении электромагнитной индукции. Тот же принцип используют индукционные кухонные плиты.
В основе беспроводной зарядки лежит мощный передатчик электромагнитных волн. В корпусе смартфона, поддерживающего такой принцип заряда, смонтирована приемная катушка, выпрямитель и преобразователь.
Маркетинговая политика производителей беспроводных моделей базируется на рекламе удобства пользования и, как сейчас модно говорить, на использовании инновационных решений. На самом деле, ничего нового здесь нет. Новизна только в миниатюризации радиоэлементов устройств. И такое достоинство, как удобство, довольно спорно, поскольку шнур питания нужен для включения в сеть самого беспроводного адаптера.
Недостатки беспроводных устройств:
- большее время зарядки, по сравнению с традиционными;
- меньший кпд;
- высокий уровень электромагнитного излучения;
- необходимость строгого позиционирования заряжаемого девайса на адаптере.
Исходя из перечисленного, можно сделать вывод, что на самом деле из плюсов данной технологии только отсутствие разъема на корпуса смартфона. На самом деле, телефон выходит из употребления или меняет хозяина еще до того, как возникнет необходимость в замене разъема питания.
Один из самых бесспорных недостатков – увеличение времени заряда, которое увеличивается при малейшем увеличении расстояния до плоскости адаптера. А ведь не секрет, что время порой играет решающую роль. А если обычно электроприборы ставят на подзаряд на ночь, то какое преимущество играет беспроводной способ передачи энергии?
Другой фактор, менее явный, но имеющий весомое влияние – уровень электромагнитных помех. Все до единого производителя проводят исследования и заявляют, что уровень излучения их изделия ничтожен и не оказывает влияние на здоровье человека. Это справедливо только на большом удалении, а вблизи излучение в любом случае превышает естественный фон и определенным образом влияет на состояние организма.
Учитывая большое количество источников постороннего излучения в жилищах (индукционные печи, микроволновые духовки, мобильные телефоны и т.д.), каждое новое устройство привносит, хоть и небольшой, но вклад. И это стоит учитывать.
© 2012-2019 г. Все права защищены.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Современный автомобиль оснащен множеством функций, делающих его эксплуатацию более комфортной. Системы кондиционирования, мини-бар, и навигатор – это уже давно не новшество, однако все они бессильны перед одним из важнейших приборов в авто – аккумулятором. Его задача не только подавать заряд в мотор, чтобы тот запустился, но и обеспечивать электричеством многие другие приборы (фары, вентилятор, прикуриватель), использование которых приходится на незаведенный автомобиль.
Даже самые мощные аккумуляторы требуют периодической подзарядки
.
Это объясняется невозможностью постоянного сохранения электричества, которое в авто расходуется довольно быстро. Какие способы зарядки АКБ существуют, а также в чем особенности и преимущества импульсной зарядки, разберем далее.
Задача зарядного устройства
Несложно догадаться, что если устройство зарядное, значит, его основная функция заряжать аккумулятор, чтобы последний мог работать в автономном режиме. Срок службы аккумуляторов невелик, максимум 5-6 лет, и приходиться его менять. Быстрый износ, а также продолжительность эксплуатации зависят от таких факторов, как:
- марка авто и его технические характеристики (особенно играет роль, какое количество дополнительных функций оно имеет);
- длительный простой машины с включенными фарами, магнитолой или другими приборами, работающими от электричества;
- преобладание сильных морозов, которые снижают проводимость электролита в аккумуляторе, делая его заряд доступным не более 30 минут.
Но самым важным, и, пожалуй, ключевым фактором специалисты выделяют именно особенности и частота зарядки.
Неправильный процесс снижает эффективность АКБ на 20-30% , поэтому проблема не долгосрочного использования аккумуляторов может перестать быть проблемой, зная особенности и типы зарядных устройств.Предлагаем посмотреть обзор на одно из импульсных зарядных устройств
Виды и типы
Выделяют три основных метода, благодаря которым, собственно и происходит зарядка аккумуляторов:
- Зарядка постоянным напряжением – производится при помощи непосредственного контакта АКБ и электросети. С помощью такого зарядного устройства можно не только полностью заряжать аккумулятор, но и частично его подзаряжать, когда требуется его максимальный запас энергии. Важно контролировать процесс, а также для обеспечения безопасности рекомендуется изъять аккумулятор из авто.
- Зарядка постоянным током – сила тока не должна превышать десятой части от емкости аккумулятора, иначе процесс может иметь массу нежелательных явлений, таких как кипение электролита, либо выделение обильных клубов пара. Чтобы этого не допустить, также важно знать уровень заряда самого аккумулятора. Главным недостатком метода является именно самостоятельный контроль за ходом всех процессов. Каждые 30-50 минут придется замерять силу тока и регулировать ее, относительно емкости заряжаемого аккумулятора.
- Комбинированный метод — его принцип крайне прост: вначале подается постоянное напряжение, сила которого регулируется автоматически. Спустя какое-то время завершение происходит при помощи воздействия постоянного тока. Это удобно, поскольку все процессы автоматизированы, и нет необходимости постоянно контролировать, на каком этапе находится процесс.
В зависимости от этого зарядные устройства принято делить на две группы:
- зарядные или зарядно-предпусковые – осуществляют подзарядку непосредственно от сети, при этом аккумулятор в это время может свободно использоваться
- зарядно-пусковые – зарядка происходит в автономном режиме, независимо от места нахождения автомобиля.
В первом случае аккумулятор удобно заряжать лишь тем, кто имеет в своем распоряжении большой просторный гараж, к которому подведено электричество. Если же аккумулятор подвел в заснеженной пробке, то второй вариант более удобен и практичен, позволяет отправиться в путь уже через 15-20 минут.
Читайте так же: Рассматриваем сварочные аппараты марки Аврора
Зарядно-пусковые зарядные устройства по принципу работы могут быть двух видов:
- Импульсные – воздействуют токами высоких частот, имеют небольшие габариты.
- Трансформаторные – громоздкие машины, 90% объема и веса которых занимает сам трансформатор. В автопрактике используются редко, поскольку неудобны в транспортировке.
Разберем, чем же так полюбились зарядники импульсного типа, оценив модельный ряд, среднюю стоимость и рейтинг наиболее удачных моделей.
Характеристики и преимущества
Импульсные ЗУ удобны и просты в эксплуатации. Имеют массу преимуществ, благодаря которым полюбились автовладельцам со всего мира. Чем же вызвана такая любовь и уважение? Попытаемся разобраться.
Особенности
По типу работы импульсные ЗУ подразделяются на следующие виды:
- ручные – требуют контроля, а также самостоятельного регулирования силы тока, напряжения, и продолжительности зарядки;
- автоматические – все процессы осуществляются путем программ, которые самостоятельно определяют все параметры аккумулятора, а также регулируют процесс;
- полуавтоматы – помимо некоторых автоматических процессов, придется самостоятельно следить за продолжительностью зарядки.
Зарядные устройства импульсного типа также могут работать в трех направлениях:
- заряжать аккумулятор при помощи постоянного тока;
- производить зарядку постоянным напряжением;
- использовать комбинированную систему зарядки.
Последний вариант наиболее удачный для зарядки авто и мототехники.
Хорошие отзывы и доступность делает комбинированный способ самым востребованным.Специальный режим
Как и множество других современных видов зарядных устройств, импульсные зарядники имеют специальный режим «BOOST
». Он позволяет заряжать аккумулятор в течении 5-10 минут. Этого вполне достаточно, чтоб завести двигатель, аккумулятор которого был полностью разряжен. Однако, не рекомендуется использовать этот режим для полноценной зарядки, поскольку его пагубное воздействие на электролит приведет батарею в негодность всего за пару месяцев.
Преимущества и недостатки
Самым главным преимуществом зарядников этого типа является мобильность и компактность .
Его легко можно положить в бардачок и забыть о его существовании, вплоть до того момента, как появится в нем необходимость. Это крайне удобно, особенно когда планируется загородный недельный отдых или длительная поездка (что уже говорить о морозах -30 и выше).
Не менее важными эксплуатационными преимуществами можно назвать:
- Автоматизация процессов – не нужно стоять «над душой» автомобиля и ждать, когда же свершиться чудо. Импульсные ЗУ в большинстве своих моделей имеют такое программное обеспечение, позволяющее минимизировать человеческий фактор.
- Усовершенствованная система защиты – зарядка оснащена множеством стабилизаторов и регуляторов напряжения (преобразователей), которые не допустят преждевременных поломок АКБ, а также сведут к минимуму возможные неполадки.
- Существенное увеличение продолжительности эксплуатации аккумулятора – достигается за счет полного контроля процесса зарядки, а также исключения перегрева батареи или разрядки.
- Доступная цена – из-за небольшого веса и компактности, а также принципа передачи заряда, устройство вполне по карману любому владельцу авто.
- «Умные подсказки» — если вы случайно подсоединили что-то не так, или ошиблись с выбором тока, прибор начнет сигнализировать об ошибке, предлагая несколько доступных вариантов решения. Это помогает облегчить пользование прибором, а также упрощает жизнь новичкам.
Среди преимуществ выделяют также один, но крайне важный недостаток. Конструкция прибора, особенно если брать во внимание наиболее новые модели, усложнена всевозможными датчиками контроля процессов. Поэтому, любая поломка зарядного устройства или отказ от работы отдельной его части приводит к тому, что ремонт существенно бьет по карману.
В 95% случаев всех поломок зарядников импульсного типа, автовладельцы предпочитают купить новый агрегат, нежели возиться с поломкой, что в большинстве случаев безрезультатно.Как правильно заряжать?
Зарядка импульсным ЗУ имеет свои особенности, которые рекомендуется соблюдать. Это не только обезопасит от нежелательных преждевременных поломок, но и увеличит срок эксплуатации аккумулятора на несколько лет.
- Извлечь аккумулятор с его места дислокации – даже если производитель гарантирует полную безопасность его использования в момент зарядки, лучше дополнительно перестраховаться.
- Подсоединить клеммы так, как указанно в схеме – не нужно пытаться соединить клеммы интуитивно, поскольку это может спровоцировать замыкание.
- Контролировать (хоть иногда) процесс зарядки – это важно, даже если система полностью автоматизирована.
- Следовать инструкции – использование зарядного устройства по собственному желанию и усмотрению может привести к порче аккумулятора.
Читайте так же: Обзор стабилизаторов напряжения Лидер
Что нужно знать владельцу такого зарядного устройства?
Если ваш выбор пал именно на этот тип автомобильных зарядных устройств, то нужно знать некоторые нюансы:
- Наберитесь терпения – зарядка не может происходить быстро, ведь автомобиль это же мобильный телефон. Средняя ее продолжительность составляет примерно 15-20 часов. Быстрая зарядка, которую так рекламируют и советуют в авто салонах, имеет свои подводные камни, среди которых быстрый износ аккумулятора и недолгий срок эксплуатации самого ЗУ.
- Не введитесь на удочку маркетологов – иногда в магазинах продавцы, обладающие особыми навыками убеждения и навязывания товара, продадут такой агрегат, который не подходит ни по одному из желаемых параметров. Поэтому, перед покупкой точно определите, какими характеристиками должен обладать агрегат, а также проконсультируйтесь о наиболее качественных моделях и добросовестных производителях.
- Учитывайте особенности своего автомобиля и места проживания – температурный режим окружающей среды – это один из самых важных показателей при выборе АКБ. Если средняя температура зимой начинается от -30°С, то наличие импульсного зарядника такое же значимое как и ремни безопасности.
- Место покупки – чтобы избежать подделок, коих сейчас на рынке немало, рекомендуется приобретать такой товар только в сертифицированных точках продаж. Сам же товар должен в обязательном порядке проверяться при покупателе на исправность, а также иметь гарантийный талон на год. За это время любые поломки с устройством должны устраняться мастером бесплатно. Запомните – дешево, не значит качественно, но и завышения цена не дает полной гарантии на беспроблемную эксплуатацию агрегата.
- Внимательно читайте инструкцию – зачастую многие пользователи импульсных зарядных устройств считают, что если принцип работы идентичен, то и управление такое же, но это не так. Каждая модель имеет свои технические особенности и нюансы, от исполнения которых зависит не только исправность зарядного устройства, но и срок годности самого аккумулятора.
Самые популярные модели
Среди самых бюджетных, но крайне удобных и многофункциональных зарядных устройств для автомобиля, были выбраны пять моделей. Рейтинг составлен на основе отзывов о работе, а также зависит от личных убеждений пользователей.
Для начала предлагаем посмотреть видео об устройстве от Inelco, речь о подобном пойдет ниже
Читайте так же: Делаем компрессор из холодильника своими руками
- Voin VL 155-6(12) В – стоимость не превышает 2000 рублей, что вполне доступно. Обладает дисплеем, который помогает полностью контролировать процесс и вносить в него свои коррективы. Имеет несколько режимов работы, а также компактные габариты. Трехуровневая защитная система предотвращает от замыканий и других неприятностей, созданных неопытным пользователем. Медленный заряд позволяет беречь аккумулятор от преждевременного износа электролита.
- Elegant – трехкилограммовый агрегат способен длительное время сохранять статическое напряжение, а также осуществлять медленную зарядку аккумулятора, всего за 3000 рублей. Дополнительные дисплеи отображают общее состояние аккумулятора, а также процессы, происходящие в нем при зарядке.
- Master Watt – украинский агрегат, качество которого проверено не одним поколением аккумуляторов. Поистине универсальное зарядное устройство, которое справляется с любыми новомодными батареями, находя к ним индивидуальный подход. Полуавтомат все же требует определенного контроля. Производитель заявляет о достаточно длительном сроке службы – 15-25 лет. Его цена от 1600 рублей.
- KeepPower Medium – полный автомат и настоящая находка для новичков. Все что потребуется – это правильно подсоединить клеммы и выбрать нужную программу зарядки: быстро, медленно или средне. Относится к более дорогостоящим приборам, цена которого начинается от 3000 рублей.
- Bosh C7 – полуавтомат, стоимость которого не превышает 3000 рублей. Обладает рядом дополнительных функций, а также может выступать в качестве блока питания.
Обзор данного устройство представляем на видео
Некоторые бюджетные модели зарядников не оснащены индикатором, который бы сигнализировал о завершении процесса. Однако об этом можно узнать самостоятельно. Достаточно замерять силу тока. Если она остается неизменной на протяжении 1-2 часов, то зарядка завершена и аккумулятор полностью готов к работе.
Подводя итог, можно сказать, что импульсные зарядные устройства полюбились автовладельцам не только своими компактными габаритами, но и качественным процессом зарядки. Многообразие выбора моделей требует особого внимания со стороны покупателя. Сделать правильный выбор помогут подсказки, указанные выше.
Ниже подборка хороших зарядных устройств, рекомендованных для заказа
Название и описание
Как происходит зарядка аккумулятора? Схема этого устройства сложна или нет, для того чтобы сделать устройство своими руками? Отличается ли принципиально 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 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 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.
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.
Зарядка
Описываемое устройство можно купить или собрать своими руками. Для второго варианта нам понадобятся электрические схемы зарядки аккумуляторов. Выбор технологии, по которой она будет делаться, должен происходить зависимо от того, какие батареи являются целевыми. Понадобятся такие составляющие:
- (конструируется на балластных конденсаторах и трансформаторе). Чем большего показателя удастся достичь, тем значительней будет величина тока. В целом, для работы зарядки этого должно хватить. Но вот надёжность данного устройства весьма низкая. Так, если нарушить контакты или что-то перепутать, то и трансформатор, и конденсаторы выйдут из строя.
- Защита на случай подключения «не тех» полюсов. Для этого можно сконструировать реле. Так, условная завязка базируется на диоде. Если перепутать плюс и минус, то он не будет пропускать ток. А поскольку на нём завязано реле, то оно будет обесточенным. Причем использовать данную схему можно с устройством, в основе которого и тиристоры, и транзисторы. Подключать её необходимо в разрыв проводов, с помощью которых сама зарядка соединяется с аккумулятором.
- Автоматика, которой должна обладать зарядка аккумулятора. Схема в данном случае должна гарантировать, что устройство будет работать только тогда, когда в этом действительно есть потребность. Для этого с помощью резисторов меняется порог срабатывания контролирующего диода. Считается, что аккумуляторы на 12 В являются полностью, когда их напряжение находится в рамках 12,8 В. Поэтому этот показатель является желанным для данной схемы.
Заключение
Вот мы и рассмотрели, что собой представляет зарядка аккумулятора. Схема данного устройства может быть выполнена и на одной плате, но следует отметить, что это довольно сложно. Поэтому их делают многослойными.
В рамках статьи вашему вниманию были представлены различные принципиальные схемы, которые дают понять, как же, собственно, происходит зарядка аккумуляторов. Но необходимо понимать, что это только общие изображения, а более детальные, имеющие указания протекающих химических реакций, являются особенными для каждого типа батареи.
В наше время у каждой семьи в пользовании находится большое количество электронных устройств. Телефоны, смартфоны, фонарики, планшеты, игрушки для детей всех возрастов и многие другие бытовые приборы нуждаются в питании от переносных источников тока: батареек или аккумуляторов.
Источники питания создаются для длительной эксплуатации, но могут быстро выйти из строя по неосторожности. Чтобы максимально использовать заложенный в них ресурс производителя рекомендуем ознакомиться с особенностями работы аккумуляторов различных конструкций, правилами их зарядки и безопасного обращения.
Самым нетерпеливым читателям можно сразу перейти к правилам зарядки, рекомендуемым заводом. Они приведены в конце. Однако, последовательное прочтение материала позволит лучше понять их особенности и правильно применять на практике.
Как устроен и работает аккумулятор
Весь широкий ассортимент аккумуляторной продукции работает по единому принципу преобразования энергии химических процессов в электрическую. Для ее протекания создана специальная конструкция.
Принципы устройства аккумулятора
Герметичный сосуд, который называют банкой, заполняют электролитом. В него помещают две отделенные друг от друга пластины из разных металлов, именуемых электродами. На них образуется разность электрических потенциалов, которая способна совершать полезную работу.
Для повышения мощности энергии банки с пластинами делают увеличенных размеров или подключают параллельными цепочками. Чтобы поднять выходное напряжение их соединяют последовательно. Такие конструкции называют аккумуляторными батареями.
Классификация
По видам электролита аккумуляторы делят на:
- жидкостные;
- гелевые.
По конструктивным особенностям жидкостные аккумуляторы разделяют на:
- кислотные;
- щелочные;
- солевые.
Конструкции кислотных аккумуляторов используются относительно редко. Они могут встретиться в бюджетных моделях фонариков, где работают совместно с зарядным устройством.
Аккумуляторы щелочного типа, как правило, имеют повышенные габариты. Раньше их применяли для освещения в переносных фонарях, но сейчас подобные конструкции не удобны для работы и перестали применяться.
В мобильных устройствах для домашнего применения популярны модели аккумуляторов:
- свинцово-кислотных (Pb+H 2 SO 4);
- никель-кадмиевых (Ni-Cd);
- никель-цинковых (Ni-Zn);
- никель-металл-гидридных (Ni-Mh);
- литий-ионных (Li-ion);
- литий-полимерных (Li-Pol)
Конструктивные особенности различных моделей
Типовое устройство батареи аккумуляторов, состоящей из отдельных банок с набором вставленных в них положительных и отрицательных пластин, последовательность их расположения можно наблюдать на примере кислотной аккумуляторной батареи.
Конструкции цилиндрических или «пальчиковых» моделей представлены разрезанным видом для литий-ионного аккумулятора с поясняющими надписями для каждого слоя.
Внешний вид аккумуляторов
Габариты и форма источников тока создаются для удобного их расположения в гнездах мобильных устройств, надежного питания потребителей, возможности быстрой зарядки.
Аккумуляторы могут иметь форму цилиндра или таблетки, как показано на фотографии для распространенных никель-кадмиевых устройств, которые собираются в блоки специальными перемычками.
Когда по условиям эксплуатации предпочтительнее получать питание от единого блока, то создают общий корпус. В него встраивают отдельные пальчиковые элементы, которыми за счет их параллельного и последовательного подключения, обеспечивают выходные характеристики по току и напряжению.
Такой принцип заложен в создание батареи аккумуляторов для ноутбука.
Для малогабаритных мобильных устройств создаются аккумуляторы в форме небольшого параллепипеда с закругленными краями. На одной из торцевых сторон у него смонтированы латунные площадки, обеспечивающие создание электрического контакта для источника и потребителей тока.
Принцип преобразования химической энергии в интересующую нас электрическую поясняет картинка.
Между двумя рядом расположенными веществами с подобранными свойствами протекает окислительно-восстановительная химическая реакция. Она сопровождается выделением электронов и ионов, которые при движении, как известно, образуют электрический ток.
Чтобы движущиеся заряды создавали электрические потенциалы, а не просто выделяли тепло в окружающую среду при смешивании окислителя с восстановителем, необходимо создать для этого условия.
Этим целям служат:
- анод (положительный заряд), осуществляющий окислительную реакцию;
- катод, восстанавливающий вещество;
- электролит, проводящий ток во время диссоциации рабочей среды на катионы и анионы.
Анод с катодом размещают в отдалённых сосудах, которые соединяются солевым мостиком. По нему движутся анионы и катионы, создавая внутреннюю цепь аккумулятора. Внешняя же цепочка образуется подключением потребителя ко входу, например, вольтметра или другой нагрузки.
На аноде и катоде постоянно происходит переход электронов и ионов в электролит и обратно. Во внутренней цепочке идет движение зарядов через солевой мостик, а во внешней протекает ток с анода к катоду.
Этот принцип является базовым для заряда и разряда всех моделей химических источников тока.
Как работает никель кадмиевый аккумулятор
Существует всего два вида работы:
- разряд;
- заряд.
Можно выделить еще режим хранения, но правильнее его отнести к разряду, который стараются максимально ограничить, хотя полностью избежать его не получается.
Цикл разряда
Накопленная на электродах энергия при подключении к ним нагрузки создает электрический ток во внешней цепи.
Анодом в никель-кадмиевом аккумуляторе работают окислы никеля с включениями частичек графита, снижающими общее электрическое сопротивление. В качестве катода используют губчатый кадмий.
Во время разряда происходит выделение молекул активного кислорода из состава окислов никеля, которые поступают в электролит и дальше на кадмий, окисляя его.
Цикл заряда
Его принято проводить при снятой нагрузке. Тогда можно использовать меньшую мощность зарядного устройства.
Полярность клемм у зарядного и аккумулятора должно совпадать, а внешняя мощность превосходить внутреннюю. Тогда под действием постороннего источника внутри аккумуляторной банки формируется ток с направлением, обратным разряду.
Он переориентирует ход химических процессов в емкости банки, обогащает анод кислородом и восстанавливает кадмий на катоде.
Как работает литий-ионный аккумулятор
Углеродный анод и катод из оксидов металла, содержащих литий, например, состава LiMn 2 O 4 , погружены в органический электролит.
В нем движутся положительно заряженные ионы Li+. Сам литий при этом не переходит в металлическое состояние, а создается обмен его ионов между электродными пластинами. По этой причине аккумуляторы называют литий-ионными.
Цикл заряда
Ионы лития изымаются (процесс деинтеркаляции) из содержащего литий катода и внедряются в анод (интеркаляция).
Цикл разряда
Перемещение ионов идет в обратном заряду направлении, а электроны от анода движутся к катоду и образуют электрический ток.
Если сравнить принципы работы аккумулятора любой конструкции, то можно наблюдать общую закономерность перемещения ионов между электродами по внутренней цепи и электронов по внешней при создании схем заряда и разряда.
Эксплуатационные характеристики аккумулятора
Рабочее напряжение
Его величину определяют на разомкнутых клеммах вольтметром при оптимальном заряде. В процессе работы оно постепенно снижается.
Емкость АКБ
Характеристика, показывающая количество тока в миллиамперах или амперах, которое способен выдать аккумулятор за промежуток времени, выраженный в часах.
Мощность
Параметр, учитывающий способность АКБ совершить работу в единицу времени.
Как работает зарядное устройство аккумуляторов мобильных устройств
Сейчас все дорогие электронные устройства снабжаются собственными приборами питания и зарядки.
Для восстановления рабочих характеристик аккумуляторов, используемых индивидуально, выпускаются отдельные зарядные устройства. К ним прилагаются инструкции и таблицы с указанием рекомендованной продолжительности технологического цикла.
Такие модели обычно выдают стабилизированное напряжение на клеммы аккумулятора, у которого при зарядке постепенно меняется электрическое сопротивление, влияющее на величину протекающего тока. Поэтому подобные рекомендации носят усредненный характер.
Формы токов, создаваемые зарядными устройствами
Для зарядки аккумуляторов могут использоваться не только постоянные токи, но и многих других видов, которые решают специфические задачи.
Чтобы обеспечить их протекание создают различные электронные схемы, которые выдают на клеммы аккумулятора напряжение соответствующего вида.
Принципиальные схемы зарядных устройств
Ввиду их разнообразия приведем для примера некоторые типовые решения.
Схема создания постоянных токов
За счет трансформатора понижается напряжение. Его гармоника выпрямляется диодным мостом и пульсации сглаживаются конденсатором высокой емкости.
На выход в аккумулятор поступают токи постоянной величины.
Схема создания пульсирующих токов
Удалив из предыдущей цепочки конденсатор получаем пульсации напряжения на клеммах аккумулятора, которые формируют токи аналогичной формы.
Схема создания пульсирующих токов с промежутком
Заменив диодный мост единичным диодом получаем пульсации токов повышенной частоты в два раза.
Сервисные зарядные устройства
За счет усложнения внутренней электрической схемы создаются различные дополнительные функции для зарядных устройств.
Во всех расчетах величины зарядного тока Iз в амперах за базовое значение принимается эмпирическое соотношение, отсчитываемое в процентах от значения емкости С, выраженной ампер-часами.
Однако для определенных моделей производитель может указать ток зарядки сразу в числовом выражении амперами, которое не соответствует этому правилу. Понятно, что у него есть для этого серьёзные основания.
Свинцово кислотные АКБ
Принято для зарядки использовать токи, составляющие 10% или 0,1 от емкости С. Их записывают 1С.
Для этих аккумуляторов напряжение на единичной банки не должно превышать 2,3 V, что следует учитывать при зарядке батареи, чтобы не превышать критическую величину.
Набор емкости кислотных аккумуляторов после достижения 90% номинальной величины идет по экспоненте. Поэтому дальнейшую зарядку выполняют уменьшенными токами с контролем напряжения на банках, что увеличивает продолжительность процесса.
Свинцово кислотные АКБ нуждаются в периодическом проведении контрольного тренировочного цикла с полным разрядом и зарядом.
Щелочные АКБ
Для них принято ток заряда поддерживать на уровне 25% от емкости или 0,25С.
Никель-кадмиевые модели аккумуляторов
Оптимальная температура для зарядки, как и для работы, в пределах +10÷30 О С. При ней лучше происходит поглощение кислорода на катоде.
Аккумуляторы цилиндрической формы смонтированы плотной намоткой электродов в рулон. Это позволяет эффективно заряжать их токами в широких пределах 0,1÷1С. Стандартный режим предусматривает токи 0,1С и время 16 часов. На каждом элементе напряжение поднимается с одного до 1,35 V.
Если в зарядное устройство вмонтирована система контроля перезаряда, то применяют повышенные токи постоянной формы величиной 0,2÷0,3С. Это позволяет снижать время зарядки до 6 или 3-х часов. Даже допустим перезаряд в пределах 120÷140%.
Характерный недостаток никель-кадмиевых АКБ - эффект «памяти» или обратимая утеря емкости, которая проявляется при нарушениях технологии заряда, а точнее после начала подзарядки аккумулятора с не полностью израсходованной емкостью.
Аккумулятор «запоминает» границу оставшегося резерва и при последующем разряде на нагрузку сокращает свой ресурс при ее достижении. Эту особенность учитывают при эксплуатации, а для хранения Ni-Cd АКБ их переводят в режим полного разряда.
Никель-металл-гидридные модели аккумуляторов
Они создавались для замены никель-кадмиевых АКБ, лишены эффекта памяти, обладают повышенной емкостью. Но, при подготовке к работе после месячного или более срока хранения, требуется проведения цикла полного разряда с последующей зарядкой. Выполнив 3÷5 таких циклов можно увеличить рабочую емкость.
Для хранения этих аккумуляторов осуществляют перевод их емкости в 40% от номинальной величины.
Зарядка производится по технологии 0,1С для никель-кадмиевых АКБ, но с контролем температуры. Ее превышение более 50 О С недопустимо. Сильный нагрев возникает в конце цикла, когда протекание химических реакций замедляется.
По этим причинам для никель-металл-гидридных аккумуляторов создаются специализированные устройства зарядки с встроенными датчиками температуры.
Никель-цинковые модели аккумуляторов
Напряжение одной банки равно 1,6 V. Сила зарядного тока 0,25С. Время заряда 12 часов. Эффект памяти отсутствует. Рекомендуемый предел достижения емкости при заряде - 90% от номинальной.
Нельзя нагревать более 40 О С. Ограниченный ресурс - в три раза короче, чем у никель-кадмиевых АКБ.
Литий-ионные модели аккумуляторов
Оптимальная зарядка выполняется постоянным током в два этапа с величиной:
- 0,2÷1С с напряжением 4÷4,2 V в первые 40 минут;
- поддержанием постоянного напряжения на банке 4,2 V до окончания цикла.
Допустима зарядка током 1С за время 2÷3 часа.
Ресурс литий-ионных аккумуляторов снижают:
- зарядное напряжение, большее 4,2 V;
- перезаряд, сопровождающий скопление лития на катоде и выделение кислорода на аноде.
В результате происходит бурный выброс тепловой энергии, повышение давления в корпусе, разгерметизация.
В целях повышения безопасности при эксплуатации производители этих АКБ применяют одно или несколько мер защиты при заряде:
- схему отключения зарядного тока при достижении температуры в корпусе 90 О С;
- датчик превышения давления;
- систему контроля напряжения при заряде.
Поскольку литий-ионный аккумулятор работает и заряжается внутри дорогих электронных устройств, то к его зарядке следует относиться аккуратно, применять только специализированные зарядные устройства.
Особенности зарядки по глубине разряда
Особенности зарядки по температуре
Правильный выбор этих параметров позволяет значительно продлить ресурс эксплуатации литий-ионных АКБ.
Литий-полимерные модели аккумуляторов
К ним подходят все правила эксплуатации, разработанные для литий-ионных моделей. Но, поскольку в них отсутствует жидкий электролит, а используется гелеобразный, то при перезарядке либо перегреве исключается взрыв корпуса, который может только раздуться.
Понимание принципов того, как работает аккумулятор и зарядка для мобильных устройств поможет продлить ресурс ваших гаджетов, эксплуатировать их надежно и безопасно.
Для закрепления материала предлагаем посмотреть видеоролик владельца Admiral134 «Как правильно использовать литий-ионные аккумуляторы».
Вам сейчас удобно задать вопрос в комментариях и переслать этот материал друзьям в соц сети.
На фотографии представлено самодельное автоматическое зарядное устройство для зарядки автомобильных аккумуляторов на 12 В током величиной до 8 А, собранного в корпусе от милливольтметра В3-38.
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.
Анализ схем зарядных устройств
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.
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 , 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.
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
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.
Конструкция автоматического зарядного устройства
Все детали зарядного устройства размещены в корпусе миллиамперметра В3-38, из которого удалено все его содержимое, кроме стрелочного прибора. Монтаж элементов, кроме схемы автоматики, выполнен навесным способом.
Конструкция корпуса миллиамперметра, представляет собой две прямоугольные рамки, соединенные четырьмя уголками. В уголках с равным шагом сделаны отверстия, к которым удобно крепить детали.
Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. На этой пластине установлен и С1. На фото вид зарядного устройства снизу.
К верхним уголкам корпуса закреплена тоже пластина из стеклотекстолита толщиной 2 мм, а к ней винтами конденсаторы С4-С9 и реле Р1 и Р2. К этим уголкам также прикручена печатная плата, на которой спаяна схема автоматического управления зарядкой аккумулятора. Реально количество конденсаторов не шесть, как по схеме, а 14, так как для получения конденсатора нужного номинала приходилось соединять их параллельно. Конденсаторы и реле подключены к остальной схеме зарядного устройства через разъем (на фото выше голубой), что облегчило доступ к другим элементам при монтаже.
На внешней стороне задней стенки установлен ребристый алюминиевый радиатор для охлаждения силовых диодов VD2-VD5. Тут так же установлен предохранитель Пр1 на 1 А и вилка, (взята от блока питания компьютера) для подачи питающего напряжения.
Силовые диоды зарядного устройства закреплены с помощью двух прижимных планок к радиатору внутри корпуса. Для этого в задней стенке корпуса сделано прямоугольное отверстие. Такое техническое решение позволило к минимуму свести количество выделяемого тепла внутри корпуса и экономии места. Выводы диодов и подводящие провода распаяны на не закрепленную планку из фольгированного стеклотекстолита.
На фотографии вид самодельного зарядного устройства с правой стороны. Монтаж электрической схемы выполнен цветными проводами, переменного напряжения – коричневым, плюсовые – красным, минусовые – проводами синего цвета. Сечение проводов , идущих от вторичной обмотки трансформатора к клеммам для подключения аккумулятора должно быть не менее 1 мм 2 .
Шунт амперметра представляет собой отрезок высокоомного провода константана длиной около сантиметра, концы которого запаяны в медные полоски. Длина провода шунта подбирается при калибровке амперметра. Провод я взял от шунта сгоревшего стрелочного тестера. Один конец из медных полосок припаян непосредственно к выходной клемме плюса, ко второй полоске припаян толстый проводник, идущий от контактов реле Р3. На стрелочный прибор от шунта идут желтый и красный провод.
Печатная плата блока автоматики зарядного устройства
Схема автоматического регулирования и защиты от неправильного подключения аккумулятора к зарядному устройству спаяна на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита.
На фотографии представлен внешний вид собранной схемы. Рисунок печатной платы схемы автоматического регулирования и защиты простой, отверстия выполнены с шагом 2,5 мм.
На фотографии выше вид печатной платы со стороны установки деталей с нанесенной красным цветом маркировкой деталей. Такой чертеж удобен при сборке печатной платы.
Чертеж печатной платы выше пригодится при ее изготовлении с помощью технологии с применением лазерного принтера.
А этот чертеж печатной платы пригодится при нанесении токоведущих дорожек печатной платы ручным способом.
Шкала стрелочного прибора милливольтметра В3-38 не подходила под требуемые измерения, пришлось начертить на компьютере свой вариант, напечатал на плотной белой бумаге и клеем момент приклеил сверху на штатную шкалу.
Благодаря большему размеру шкалы и калибровки прибора в зоне измерения, точность отсчета напряжения получилась 0,2 В.
Провода для подключения АЗУ к клеммам аккумулятора и сети
На провода для подключения автомобильного аккумулятора к зарядному устройству с одной стороны установлены зажимы типа крокодил, с другой стороны разрезные наконечники. Для подключения плюсового вывода аккумулятора выбран красный провод, для подключения минусового – синий. Сечение проводов для подключения к устройству аккумулятора должно быть не менее 1 мм 2 .
К электрической сети зарядное устройство подключается с помощью универсального шнура с вилкой и розеткой, как применяется для подключения компьютеров, оргтехники и других электроприборов.
О деталях зарядного устройства
Силовой трансформатор Т1 применен типа ТН61-220, вторичные обмотки которого соединены последовательно, как показано на схеме. Так как КПД зарядного устройства не менее 0,8 и ток заряда обычно не превышает 6 А, то подойдет любой трансформатор мощностью 150 ватт. Вторичная обмотка трансформатора должна обеспечить напряжение 18-20 В при токе нагрузки до 8 А. Если нет готового трансформатора, то можно взять любой подходящий по мощности и перемотать вторичную обмотку. Рассчитать число витков вторичной обмотки трансформатора можно с помощью специального калькулятора .
Конденсаторы С4-С9 типа МБГЧ на напряжение не менее 350 В. Можно использовать конденсаторы любого типа, рассчитанные на работу в цепях переменного тока.
Диоды VD2-VD5 подойдут любого типа, рассчитанные на ток 10 А. VD7, VD11 - любые импульсные кремневые. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 и VD13 любые, выдерживающие ток 1 А. Светодиод VD1 – любой, VD9 я применил типа КИПД29. Отличительная особенность этого светодиода, что он меняет цвет свечения при смене полярности подключения. Для его переключения использованы контакты К1.2 реле Р1. Когда идет зарядка основным током светодиод светит желтым светом, а при переключении в режим подзарядки аккумулятора – зеленым. Вместо бинарного светодиода можно установить любых два одноцветных, подключив их по ниже приведенной схеме.
В качестве операционного усилителя выбран КР1005УД1, аналог зарубежного AN6551. Такие усилители применяли в блоке звука и видео в видеомагнитофоне ВМ-12. Усилитель хорош тем, что не требует двух полярного питания, цепей коррекции и сохраняет работоспособность при питающем напряжении от 5 до 12 В. Заменить его можно практически любым аналогичным. Хорошо подойдут для замены микросхемы, например, LM358, LM258, LM158, но нумерация выводов у них другая, и потребуется внести изменения в рисунок печатной платы.
Реле Р1 и Р2 любые на напряжение 9-12 В и контактами, рассчитанными на коммутируемый ток 1 А. Р3 на напряжение 9-12 В и ток коммутации 10 А, например РП-21-003. Если в реле несколько контактных групп, то их желательно запаять параллельно.
Переключатель S1 любого типа, рассчитанный на работу при напряжении 250 В и имеющий достаточное количество коммутирующих контактов. Если не нужен шаг регулирования тока в 1 А, то можно поставить несколько тумблеров и устанавливать ток заряда, допустим, 5 А и 8 А. Если заряжать только автомобильные аккумуляторы, то такое решение вполне оправдано. Переключатель S2 служит для отключения системы контроля уровня зарядки. В случае заряда аккумулятора большим током, возможно срабатывание системы раньше, чем аккумулятор зарядится полностью. В таком случае можно систему отключить и продолжить зарядку в ручном режиме.
Электромагнитная головка для измерителя тока и напряжения подойдет любая, с током полного отклонения 100 мкА, например типа М24. Если нет необходимости измерять напряжение, а только ток, то можно установить готовый амперметр, рассчитанный на максимальный постоянный ток измерения 10 А, а напряжение контролировать внешним стрелочным тестером или мультиметром, подключив их к контактам аккумулятора.
Настройка блока автоматической регулировки и защиты АЗУ
При безошибочной сборке платы и исправности всех радиоэлементов, схема заработает сразу. Останется только установить порог напряжения резистором R5, при достижении которого зарядка аккумулятора будет переведена в режим зарядки малым током.
Регулировку можно выполнить непосредственно при зарядке аккумулятора. Но все, же лучше подстраховаться и перед установкой в корпус, схему автоматического регулирования и защиты АЗУ проверить и настроить. Для этого понадобится блок питания постоянного тока, у которого есть возможность регулировать выходное напряжение в пределах от 10 до 20 В, рассчитанного на выходной ток величиной 0,5-1 А. Из измерительных приборов понадобится любой вольтметр, стрелочный тестер или мультиметр рассчитанный на измерение постоянного напряжения, с пределом измерения от 0 до 20 В.
Проверка стабилизатора напряжения
После монтажа всех деталей на печатную плату нужно подать от блока питания питающее напряжение величиной 12-15 В на общий провод (минус) и вывод 17 микросхемы DA1 (плюс). Изменяя напряжение на выходе блока питания от 12 до 20 В, нужно с помощью вольтметра убедиться, что величина напряжения на выходе 2 микросхемы стабилизатора напряжения DA1 равна 9 В. Если напряжение отличается или изменяется, то DA1 неисправна.
Микросхемы серии К142ЕН и аналоги имеют защиту от короткого замыкания по выходу и если закоротить ее выход на общий провод, то микросхема войдет в режим защиты и из строя не выйдет. Если проверка показала, что напряжение на выходе микросхемы равно 0, то это не всегда означает о ее неисправности. Вполне возможно наличие КЗ между дорожками печатной платы или неисправен один из радиоэлементов остальной части схемы. Для проверки микросхемы достаточно отсоединить от платы ее вывод 2 и если на нем появится 9 В, значит, микросхема исправна, и необходимо найти и устранить КЗ.
Проверка системы защиты от перенапряжения
Описание принципа работы схемы решил начать с более простой части схемы, к которой не предъявляются строгие нормы по напряжению срабатывания.
Функцию отключения АЗУ от электросети в случае отсоединения аккумулятора выполняет часть схемы, собранная на операционном дифференциальном усилителе А1.2 (далее ОУ).
Принцип работы операционного дифференциального усилителя
Без знания принципа работы ОУ разобраться в работе схемы сложно, поэтому приведу краткое описание. ОУ имеет два входа и один выход. Один из входов, который обозначается на схеме знаком «+», называется не инвертирующим, а второй вход, который обозначается знаком «–» или кружком, называется инвертирующим. Слово дифференциальный ОУ означает, что напряжение на выходе усилителя зависит от разности напряжений на его входах. В данной схеме операционный усилитель включен без обратной связи, в режиме компаратора – сравнения входных напряжений.
Таким образом, если напряжение на одном из входов будет неизменным, а на втором изменятся, то в момент перехода через точку равенства напряжений на входах, напряжение на выходе усилителя скачкообразно изменится.
Проверка схемы защиты от перенапряжения
Вернемся к схеме. Не инвертирующий вход усилителя А1.2 (вывод 6) подключен к делителю напряжения, собранного на резисторах R13 и R14. Этот делитель подключен к стабилизированному напряжению 9 В и поэтому напряжение в точке соединения резисторов, никогда не изменяется и составляет 6,75 В. Второй вход ОУ (вывод 7) подключен ко второму делителю напряжения, собранному на резисторах R11 и R12. Этот делитель напряжения подключен к шине, по которой идет зарядный ток, и напряжение на нем меняется в зависимости от величины тока и степени заряда аккумулятора. Поэтому и величина напряжения на выводе 7 тоже будет, соответственно изменятся. Сопротивления делителя подобраны таким образом, что при изменении напряжения зарядки аккумулятора от 9 до 19 В напряжение на выводе 7 будет меньше, чем на выводе 6 и напряжение на выходе ОУ (вывод 8) будет больше 0,8 В и близко к напряжению питания ОУ. Транзистор будет открыт, на обмотку реле Р2 будет поступать напряжение и оно замкнет контакты К2.1. Напряжение на выходе также закроет диод VD11 и резистор R15 в работе схемы участвовать не будет.
Как только напряжение зарядки превысит 19 В (это может случится только в случае, если от выхода АЗУ будет отключен аккумулятор), напряжение на выводе 7 станет больше, чем на выводе 6. В этом случае на выходе ОУ напряжение скачкообразно уменьшится до нуля. Транзистор закроется, реле обесточится и контакты К2.1 разомкнутся. Подача питающего напряжения на ОЗУ будет прекращена. В момент, когда напряжение на выходе ОУ станет равно нулю, откроется диод VD11 и, таким образом, параллельно к R14 делителя подключится R15. Напряжение на 6 выводе мгновенно уменьшится, что исключит ложные срабатывания в момент равенства напряжений на входах ОУ из-за пульсаций и помех. Изменяя величину R15 можно менять гистерезис компаратора, то есть напряжение, при котором схема вернется в исходное состояние.
При подключения аккумулятора к ОЗУ напряжения на выводе 6 опять установится равным 6,75 В, а на выводе 7 будет меньше и схема начнет работать в штатном режиме.
Для проверки работы схемы достаточно изменять напряжение на блоке питания от 12 до 20 В и подключив вольтметр вместо реле Р2 наблюдать его показания. При напряжении меньше 19 В, вольтметр должен показывать напряжение, величиной 17-18 В (часть напряжения упадет на транзисторе), а при большем – ноль. Желательно все же подключить к схеме обмотку реле, тогда будет проверена не только работа схемы, но и его работоспособность, а по щелчкам реле можно будет контролировать работу автоматики без вольтметра.
Если схема не работает, то нужно проверить напряжения на входах 6 и 7, выходе ОУ. При отличии напряжений от указанных выше, нужно проверить номиналы резисторов соответствующих делителей. Если резисторы делителей и диод VD11 исправны, то, следовательно, неисправен ОУ.
Для проверки цепи R15, D11 достаточно отключить одни из выводов этих элементов, схема будет работать, только без гистерезиса, то есть включаться и отключаться при одном и том же подаваемом с блока питания напряжении. Транзистор VT12 легко проверить, отсоединив один из выводов R16 и контролируя напряжение на выходе ОУ. Если на выходе ОУ напряжение изменяется правильно, а реле все время включено, значит, имеет место пробой между коллектором и эмиттером транзистора.
Проверка схемы отключения аккумулятора при полной его зарядке
Принцип работы ОУ А1.1 ничем не отличается от работы А1.2, за исключением возможности изменять порог отключения напряжения с помощью подстроечного резистора R5.
Для проверки работы А1.1, питающее напряжение, поданное с блока питания плавно увеличивается и уменьшается в пределах 12-18 В. При достижении напряжения 15,6 В должно отключиться реле Р1 и контактами К1.1 переключить АЗУ в режим зарядки малым током через конденсатор С4. При снижении уровня напряжения ниже 12,54 В реле должно включится и переключить АЗУ в режим зарядки током заданной величины.
Напряжение порога включения 12,54 В можно регулировать изменением номинала резистора R9, но в этом нет необходимости.
С помощью переключателя S2 имеется возможность отключать автоматический режим работы, включив реле Р1 напрямую.
Схема зарядного устройства на конденсаторах
без автоматического отключения
Для тех, кто не имеет достаточного опыта по сборке электронных схем или не нуждается в автоматическом отключении ЗУ по окончании зарядки аккумулятора, предлагаю упрощенней вариант схемы устройства для зарядки кислотных автомобильных аккумуляторов. Отличительная особенность схемы в ее простоте для повторения, надежности, высоком КПД и стабильным током заряда, наличие защиты от неправильного подключения аккумулятора, автоматическое продолжение зарядки в случае пропадания питающего напряжения.
Принцип стабилизации зарядного тока остался неизменным и обеспечивается включением последовательно с сетевым трансформатором блока конденсаторов С1-С6. Для защиты от перенапряжения на входной обмотке и конденсаторах используется одна из пар нормально разомкнутых контактов реле Р1.
Когда аккумулятор не подключен, контакты реле Р1 К1.1 и К1.2 разомкнуты и даже если зарядное устройство подключено к питающей сети ток не поступает на схему. Тоже самое происходит, если подключить ошибочно аккумулятор по полярности. При правильном подключении аккумулятора ток с него поступает через диод VD8 на обмотку реле Р1, реле срабатывает и замыкаются его контакты К1.1 и К1.2. Через замкнутые контакты К1.1 сетевое напряжение поступает на зарядное устройство, а через К1.2 на аккумулятор поступает зарядный ток.
На первый взгляд кажется, что контакты реле К1.2 не нужны, но если их не будет, то при ошибочном подключении аккумулятора, ток потечет с плюсового вывода аккумулятора через минусовую клемму ЗУ, далее через диодный мост и далее непосредственно на минусовой вывод аккумулятора и диоды моста ЗУ выйдут из строя.
Предложенная простая схема для зарядки аккумуляторов легко адаптируется для зарядки аккумуляторов на напряжение 6 В или 24 В. Достаточно заменить реле Р1 на соответствующее напряжение. Для зарядки 24 вольтовых аккумуляторов необходимо обеспечить выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т1 не менее 36 В.
При желании схему простого зарядного устройства можно дополнить прибором индикации зарядного тока и напряжения, включив его как в схеме автоматического зарядного устройства.
Порядок зарядки автомобильного аккумулятора
автоматическим самодельным ЗУ
Перед зарядкой снятый с автомобиля аккумулятор необходимо очистить от грязи и протереть его поверхности, для удаления кислотных остатков, водным раствором соды. Если кислота на поверхности есть, то водный раствор соды пенится.
Если аккумулятор имеет пробки для заливки кислоты, то все пробки нужно выкрутить, для того, чтобы образующиеся при зарядке в аккумуляторе газы могли свободно выходить. Обязательно нужно проверить уровень электролита, и если он меньше требуемого, долить дистиллированной воды.
Далее нужно переключателем S1 на зарядном устройстве выставить величину тока заряда и подключить аккумулятор соблюдая полярность (плюсовой вывод аккумулятора нужно подсоединить к плюсовому выводу зарядного устройства) к его клеммам. Если переключатель S3 находится в нижнем положении, то стрелка прибора на зарядном устройстве сразу покажет напряжение, которое выдает аккумулятор. Осталось вставить вилку сетевого шнура в розетку и процесс зарядки аккумулятора начнется. Вольтметр уже начнет показывать напряжение зарядки.