Аккумуляторами в электротехнике приято называть химические источники тока, которые могут пополнять, восстанавливать израсходованную энергию за счет приложения внешнего электрического поля.
Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ, необходимо представлять принципы их работы и зарядного устройства.
Как работает аккумулятор
Химический рециркулируемый источник тока при эксплуатации может:
1. питать подключенную нагрузку, например, лампочку, двигатель, мобильный телефон и другие приборы, расходуя свой запас электрической энергии;
2. потреблять подключенную к нему внешнюю электроэнергию, расходуя ее на восстановление резерва своей емкости.
В первом случае аккумулятор разряжается, а во втором — получает заряд. Существует много конструкций аккумуляторов, но, принципы работы у них общие. Разберем этот вопрос на примере никель-кадмиевых пластин, помещенных в раствор электролита.
Разряд аккумулятора
Одновременно работают две электрические цепочки:
1. внешняя, приложенная на выходные клеммы;
2. внутренняя.
При разряде на лампочку во внешней приложенной схеме из проводов и нити накала протекает ток, образованный движением электронов в металлах, а во внутренней части — перемещаются анионы и катионы через электролит.
Окислы никеля с добавлением графита составляют основу положительно заряженной пластины, а губчатый кадмий используется на отрицательном электроде.
При разряде аккумулятора часть активного кислорода окислов никеля перемещается в электролит и движется на пластину с кадмием, где окисляет его, снижая общую емкость.
Заряд аккумулятора
Нагрузку с выходных клемм для зарядки чаще всего снимают, хотя на практике используется метод при подключенной нагрузке, как на аккумуляторе движущегося автомобиля или поставленного на зарядку мобильного телефона, по которому ведется разговор.
На клеммы аккумулятора подводится напряжение от постороннего источника более высокой мощности. Оно имеет вид постоянной или сглаженной, пульсирующей формы, превышает разность потенциалов между электродами, однополярно с ними направлено.
Эта энергия заставляет течь ток во внутренней цепочке аккумулятора в направлении, противоположном разряду, когда частицы активного кислорода «выдавливаются» из губчатого кадмия и через электролит поступают на свое прежнее место. За счет этого происходит восстановление израсходованной емкости.
Во время заряда и разряда изменяется химический состав пластин, а электролит служит передаточной средой для прохождения анионов и катионов. Интенсивность проходящего во внутренней цепи электрического тока влияет на скорость восстановления свойств пластин при заряде и быстроту разряда.
Ускоренное протекание процессов ведет к бурному выделению газов, излишнему нагреву, способному деформировать конструкцию пластин, нарушить их механическое состояние.
Слишком маленькие токи при зарядке значительно удлиняют время восстановления израсходованной емкости. При частом применении замедленного заряда повышается сульфатация пластин, снижается емкость. Поэтому приложенную к аккумулятору нагрузку и мощность зарядного устройства всегда учитывают для создания оптимального режима.
Как работает зарядное устройство
Современный ассортимент аккумуляторов доволен обширен. Для каждой модели подбираются оптимальные технологии, которые могут не подойти, быть вредными для других. Производители электронного и электротехнического оборудования опытным путем исследуют условия работы химических источников тока и создают под них собственные изделия, отличающиеся внешним видом, конструкцией, выходными электрическими характеристиками.
Зарядные конструкции для мобильных электронных приборов
Габариты зарядных устройств для мобильных изделий разной мощности значительно отличаются друг от друга. Они создают специальные условия работы каждой модели.
Даже для однотипных аккумуляторов типоразмеров АА или ААА разной емкости рекомендуется использовать свое время зарядки, зависящее от емкости и характеристик источника тока. Его величины указываются в сопроводительной технической документации.
Определенная часть зарядных устройств и аккумуляторов для мобильников снабжаются автоматической защитой, отключающей питание по завершении процесса. Но, контроль за их работой все же следует осуществлять визуально.
Зарядные конструкции для автомобильных АКБ
Особенно точно соблюдать технологию зарядки следует при эксплуатации автомобильных аккумуляторов, призванных работать в сложных условиях. Например, зимой в мороз с их помощью необходимо раскрутить через промежуточный электродвигатель — стартер холодный ротор двигателя внутреннего сгорания с загустевшей смазкой.
Разряженные либо неправильно подготовленные аккумуляторы с этой задачей обычно не справляются.
Эмпирическими методами выявлена взаимосвязь тока зарядки для свинцовых кислотных и щелочных аккумуляторов. Принято считать оптимальным значением заряда (амперы) в 0,1 величину емкости (амперчасы) для первого вида и 0,25 — для второго.
Например, АКБ имеет емкость 25 ампер часов. Если он кислотный, то его необходимо заряжать током 0,1∙25=2,5 А, а для щелочного — 0,25∙25=6,25 А. Чтобы создавать такие условия потребуется использовать разные приборы или применить один универсальный с большим количеством функций.
Современное зарядное устройство для кислотных свинцовых батарей должно поддерживать ряд задач:
контролировать и стабилизировать ток заряда;
учитывать температуру электролита и не допускать его нагрева более 45 градусов прекращением питания.
Возможность проведения контрольно-тренировочного цикла для кислотной батареи автомобиля с помощью зарядного устройства является необходимой функцией, включающей три этапа:
1. полный заряд аккумулятора до набора максимальной емкости;
2. десятичасовой разряд током 9÷10% от номинальной емкости (эмпирическая зависимость);
3. повторный заряд разряженного аккумулятора.
При проведении КТЦ контролируют изменение плотности электролита и время завершения второго этапа. По его величине судят о степени износа пластин, длительности оставшегося ресурса.
Зарядные устройства для щелочных батарей можно применять менее сложных конструкций, ибо такие источники тока не так чувствительны к режимам недостаточной зарядки и перезаряда.
График оптимального заряда кислотно-щелочных аккумуляторов для автомобилей показывает зависимость набора емкости от формы изменения тока во внутренней цепи.
В начале технологического процесса зарядки рекомендуется поддерживать ток на максимально допустимом значении, а затем снижать его величину до минимальной для окончательного завершения физико-химических реакций, осуществляющих восстановление емкости.
Даже в этом случае требуется контролировать температуру электролита, вводить поправки на окружающую среду.
Полное завершение цикла зарядки свинцовых кислотных аккумуляторов контролируют по:
восстановлению напряжения на каждой банке 2,5÷2,6 вольта;
достижению максимальной плотности электролита, которая перестает изменяться;
образованию бурного газовыделения, когда электролит начинает «закипать»;
достижению емкости батареи, превышающей на 15÷20% величины, отданной при разряде.
Формы токов зарядных устройств для аккумуляторов
Условие зарядки аккумулятора состоит в том, что на его пластины должно подводиться напряжение, создающее ток во внутренней цепи определенного направления. Он может:
1. иметь постоянную величину;
2. или изменяться во времени по определенному закону.
В первом случае физико-химические процессы внутренней цепи идут неизменно, а во втором — по предлагаемым алгоритмам с цикличным нарастанием и затуханием, создающим колебательные воздействия на анионы и катионы. Последний вариант технологии применяется для борьбы с сульфатацией пластин.
Часть временны́х зависимостей тока заряда иллюстрируется графиками.
На нижней правой картинке видно явное отличие формы выходного тока зарядного устройства, использующего тиристорное управление для ограничения момента открытия полупериода синусоиды. За счет этого регулируется нагрузка на электрическую схему.
Естественно, что многочисленные современные зарядные устройства могут создавать и другие формы токов, не показанные на этой диаграмме.
Принципы создания схем для зарядных устройств
Для питания оборудования зарядных устройств обычно используется однофазная сеть 220 вольт. Это напряжение преобразуется в безопасное пониженное, которое прикладывается на входные клеммы аккумулятора через различные электронные и полупроводниковые детали.
Существует три схемы преобразования промышленного синусоидального напряжения в зарядных устройствах за счет:
1. использования электромеханических трансформаторов напряжения, работающих по принципу электромагнитной индукции;
2. применения электронных трансформаторов;
3. без использования трансформаторных устройств, основанных на делителях напряжения.
Технически возможно инверторное преобразование напряжения, которое стало широко применяться для , частотных преобразователей, осуществляющих управление электродвигателями. Но, для зарядки аккумуляторов это довольно дорогое оборудование.
Схемы зарядных устройств с трансформаторным разделением
Электромагнитный принцип передачи электрической энергии из первичной обмотки 220 вольт во вторичную полностью обеспечивает отделение потенциалов питающей цепи от потребляемой, исключает попадание ее на аккумулятор и повреждение при возникновении неисправностей изоляции. Этот метод наиболее безопасен.
Схемы силовых частей устройств с трансформатором имеют много разных разработок. На картинке ниже показаны три принципа создания разных токов силовой части от зарядных устройств за счет использования:
1. диодного моста со сглаживающим пульсации конденсатором;
2. диодного моста без сглаживания пульсаций;
3. одиночного диода, срезающего отрицательную полуволну.
Каждая из этих схем может применяться самостоятельно, но, обычно одна из них является основой, базой для создания другой, более удобной для эксплуатации и управления по величине выходного тока.
Применение комплектов силовых транзисторов с цепочками управления в верхней части картинки на схеме позволяет уменьшать выходное напряжение на контактах вывода цепи зарядного устройства, что обеспечивает регулировку величин постоянных токов, пропускаемых через подключенные аккумуляторы.
Один из вариантов подобной конструкции зарядного устройства с регулированием тока показан на рисунке ниже.
Такие же подключения во второй схеме позволяют регулировать амплитуду пульсаций, ограничивать ее на разных этапах зарядки.
Эффективно работает эта же средняя схема при замене в диодном мосту двух противоположных диодов тиристорами, одинаково регулирующими силу тока в каждом чередующемся полупериоде. А устранение отрицательных полугармоник возложено на оставшиеся силовые диоды.
Замена единичного диода на нижней картинке полупроводниковым тиристором с отдельной электронной схемой для управляющего электрода, позволяет уменьшать импульсы тока за счет более позднего их открытия, что тоже используется для различных способов зарядки аккумуляторов.
Один из вариантов подобной реализации схемы показан на рисунке ниже.
Сборка ее своими руками не составляет особого труда. Она может быть выполнена самостоятельно из доступных деталей, позволяет заряжать аккумуляторы токами до 10 ампер.
Промышленный вариант схемы трансформаторного зарядного устройства «Электрон-6» выполнен на базе двух тиристоров КУ-202Н. Для регулирования циклами открытия полугармоник для каждого управляющего электрода создана своя схема из нескольких транзисторов.
Среди автолюбителей пользуются популярностью устройства, позволяющие не только заряжать аккумуляторы, но еще и использовать энергию питающей сети 220 вольт для параллельного подключения ее к запуску двигателя автомобиля. Их называют пусковыми или пускозарядными. Они обладают еще более сложной электронной и силовой схемой.
Схемы с электронным трансформатором
Такие устройства выпускаются производителями для питания галогенных ламп напряжением 24 или 12 вольт. Они стоят относительно дёшево. Отдельные энтузиасты пытаются подключить их для зарядки маломощных аккумуляторов. Однако, эта технология широко не отработана, имеет существенные недостатки.
Схемы зарядных устройств без трансформаторного разделения
При последовательном подключении нескольких нагрузок к источнику тока общее напряжение входа делится по составным участкам. За счет этого способа работают делители, создающие понижение напряжения до определённой величины на рабочем элементе.
На этом принципе создаются многочисленные зарядные устройства с резистивно-емкостными сопротивлениями для маломощных аккумуляторов. Благодаря маленьким габаритам составных деталей их встраивают непосредственно внутрь фонарика.
Внутренняя электрическая схема полностью помещена в заводской изолированный корпус, исключающий контакт человека с потенциалом сети при зарядке.
Этот же принцип пытаются реализовать многочисленные экспериментаторы для зарядки автомобильных аккумуляторов, предлагая схему подключения от бытовой сети через конденсаторную сборку или лампочку накаливания мощностью в 150 ватт и , пропускающий импульсы тока одной полярности.
Подобные конструкции можно встретить на сайтах мастеров «сделай сам», расхваливающих простоту схемы, дешевизну деталей, возможность восстановления емкости разряженного аккумулятора.
Но, они молчат о том, что:
открытая проводка 220 представляет ;
нить накала лампы под напряжением нагревается, меняет свое сопротивление по закону, неблагоприятному для прохождения оптимальных токов через аккумулятор.
При включении под нагрузку через холодную нить и всю последовательно подключенную цепочку проходят очень большие токи. Кроме того, завершать зарядку следует маленькими токами, что тоже не выполняется. Поэтому аккумулятор, подвергшийся нескольким сериям подобных циклов, быстро теряет свою емкость и работоспособность.
Наш совет: не пользуйтесь этим методом!
Зарядные устройства создаются для работы с определёнными типами аккумуляторов, учитывают их характеристики и условия восстановления емкости. При использовании универсальных, многофункциональных приборов следует выбирать тот режим заряда, который оптимально подходит конкретному аккумулятору.
При нормальных условиях эксплуатации, электрическая система автомобиля самодостаточна. Речь идет об энергоснабжении – связка из генератора, регулятора напряжения, и аккумуляторной батареи, работает синхронно и обеспечивает бесперебойное питание всех систем.
Это в теории. На практике, владельцы автомобилей вносят поправки в эту стройную систему. Или же оборудование отказывается работать в соответствии с установленными параметрами.
Например:
- Эксплуатация аккумуляторной батареи, которая исчерпала свой ресурс. Элемент питания «не держит» заряд
- Нерегулярные поездки. Длительный простой автомобиля (особенно в период «зимней спячки») приводит к саморазряду АКБ
- Автомобиль используется в режиме коротких поездок, с частым глушением и запуском мотора. АКБ просто не успевает подзарядиться
- Подключение дополнительного оборудования увеличивает нагрузку на АКБ. Зачастую приводит к повышенному току саморазряда при выключенном двигателе
- Экстремально низкая температура ускоряет саморазряд
- Неисправная топливная система приводит к повышенной нагрузке: автомобиль заводится не сразу, приходится долго крутить стартер
- Неисправный генератор или регулятор напряжения не позволяет нормально заряжать аккумулятор. К этой проблеме относятся изношенные силовые провода и плохой контакт в цепи заряда
- И наконец, вы забыли выключить головной свет, габариты или музыку в автомобиле. Для полного разряда аккумулятора за одну ночь в гараже, иногда достаточно неплотно закрыть дверь. Освещение салона потребляет достаточно много энергии.
Любая из перечисленных причин приводит к неприятной ситуации: вам надо ехать, а батарея не в силах провернуть стартер. Проблема решается внешней подпиткой : то есть, зарядным устройством.
Во вкладке четыре проверенных и надежных схем зарядных устройств для автомобиля от простой до самой сложной. Выбирай любую и она будет работать.
Простая схема зарядного устройства на 12В.
Зарядное устройство с регулировкой тока зарядки.
Регулировка от 0 до 10А осуществляется изменением задержки открывания тринистора.
Схема зарядного устройства для аккумулятора с самоотключением после зарядки.
Для заряда аккумуляторов емкостью 45 ампер.
Схема умного зарядного устройства, которое предупредит о не правильном подключении. 
Его совершенно несложно собрать своими руками. Пример зарядного устройства сделанного из бесперебойника.
Устройство зарядное автоматическое УЗ-А-6/12-6,3-УХЛ 3.1 (в дальнейшем -устройство УЗ-А) предназначено для заряда 6-ти и 12-ти вольтовых стартерных аккумуляторных батарей, установленных на мотоциклах и автомобилях личного пользования.
Перед началом эксплуатации устройства УЗ-А (необходимо изучить настоящее руководство, а также правила по уходу и эксплуатации аккумуляторной батареи.
Устройство УЗ-А имеет плавную установку зарядного тока, электронную схему защиты, обеспечивающую сохранность аккумуляторной батареи при перегрузках, коротких замыканиях и неправильной полярности подключения выходных зажимов. При этом защита выполнена таким образом, что на выходе зарядный ток появляется только в случае, если к выходным зажимам подключен источник напряжения (аккумуляторная батарея).
Устройство УЗ-А рассчитано на эксплуатацию в условиях умеренного климата при температуре окружающего воздуха от минус 10 °С до плюс 40 °С и относительной влажности до 98 % при 25 °С.
Данное устройство производит заряд при наличии напряжения на аккумуляторной батарее не менее 4-х вольт.
Технические данные
- Напряжение питающей сети - 220 ± 22 В;
- Частота сети - 50 ± 05 Гц;
- Диапазон установки тока заряда - 0,5 - 6,3 А;
- Автоматическое отключение от аккумуляторной батареи через -10,5 ± 1 ч;
- Потребляемая мощность, не более -145 Вт;
- Переменное напряжение для питания переносной автомобильной лампы (12 или 36±2В).
На лицевой панели расположены:
- светодиод "СЕТЬ", сигнализирующий о включении устройства в сеть;
- индикатор тока для контроля тока заряда;
- кнопка включения устройства зарядного в режим заряда;
- ручка для установки тока заряда;
- светодиод, сигнализирующий об окончании цикла заряда.
На заднюю стенку устройства зарядного вынесен радиатор для охлаждения выпрямителя. На радиаторе установлены розетка для питания переносной лампы (12 или 36 В), электропаяльника и др., и предохранитель.
В нижней части корпуса, устройства имеется ниша, в которую укладывается сетевой шнур и кабели с контактными зажимами «+» и «-» для подключения зарядного устройства к соответствующим клеммам аккумулятора.
Рис. 1. Внешний вид устройства зарядного автоматического "Электроника".
Проверка работоспособности зарядного устройства
В условиях продажи зарядного устройства в магазине при отсутствии аккумулятора, а также у потребителя для проверки работоспособности зарядного устройства, допускается кратковременно использовать вместо аккумулятора батарейки из сухих элементов общим напряжением не менее 4 В (удобнее всего использовать батарейку на напряжение 4,5 В, допускается использование последовательно включенных элементов по 1,5 В каждый - не менее 3х элементов).
Проверку производить следующим образом:
- Установить ручку В в крайнее левое положение.
- Подключить контактные зажимы зарядного устройства к выводам батареи, соблюдая полярность: зажим «+» устройства к «+» батарейки, а зажим «-» устройства к «-» батарейки.
- Включить зарядное устройство в сеть переменного тока напряжением 220 В, при этом па лицевой панели устройства загорится светодиод "СЕТЬ" и в зависимости от состояния электронной схемы может загореться светодиод. Нажать кнопку [i]. При этом, если горел светодиод, то он погаснет.
- Поворотом ручки по часовой стрелке убедиться в изменении тока (ток будет плавно увеличиваться). Это является критерием работоспособности устройства. Примечание. Во избежание преждевременного выхода проверочной батареи из строя рекомендуется проверку тока проводить не более 5 ч- 10 секунд и величину тока устанавливать не более 3-5 А.
- После проверки выведите ручку (против часовой стрелки до отсутствия показаний зарядного тока. Отключите зарядное устройство от сети и от батарейки.
Требования по технике безопасности
При эксплуатации устройства УЗ-А не допускается:
- замена предохранителя, а также ремонт устройства во включенном состоянии;
- механическое повреждение изоляции сетевого шнура, проводов выходных зажимов, а также попадание на него химически активной среды (кислот, масел, бензина и Т.Д.).
В процессе заряда допускается превышение температуры корпуса устройства над температурой окружающей среды не более 60 °С.
Устройство изделия
Устройство УЗ-А представляет собой выпрямитель с плавной установкой тока. С выводов 3, 6 сетевого трансформатора Т1 напряжение поступает на 2[-полупериодный управляемый выпрямитель, выполненный на тиристорах VS1 и VS2.
Выпрямленное напряжение подается на аккумуляторную батарею через контакты X1 («плюс») и Х2 («минус»). Для контроля величины тока заряда служит индикатор тока РА1.
Для отключения цепи заряда от аккумулятора через 10,5 ± 1 час, управления работой тиристоров и установки необходимого тока заряда служит схема, собранная на транзисторах VT1 + VT11 и микросхеме DD1.
На транзисторе VT1 выполнен формирователь импульсов с частотой 50 Гц, на интегральной схеме DD1 - счетчик импульсов, на транзисторах VT8 и VT10 - делитель частоты на 2, на транзисторе VT6 - управляемый генератор (стабилизатор) тока.
При этом необходимый ток заряда устанавливается потенциометром RP1.
Генератор управляющих импульсов выполнен на транзисторах VTЗ и VT7.
Транзистор VT2 является усилителем этих импульсов по мощности.
Рис. 2. Принципиальная схема устройства зарядного автоматического "Электроника" - вариант 1 (нумерация деталей выполнена согласно маркировке на заводской схеме).
Рис. 3. Принципиальная схема устройства зарядного автоматического "Электроника" - вариант 2 (нумерация деталей выполнена согласно маркировке на заводской плате).
Рис. 4. Монтажная плата устройства зарядного автоматического "Электроника".
Рис. 5. Монтажная плата устройства зарядного автоматического "Электроника".
На транзисторе VT11 выполнена схема защиты от короткого замыкания и переполюсовки выводов.
Схема на транзисторах VT4 и VT5 служит для переключения устройства в режим уменьшенного тока (через 6 - 8 часов ток уменьшится в 1,3 - 2,5 раза).
На диодах VD7 и VD8 собран выпрямитель питания схемы формирователя импульсов и счетчика. Диоды VD5 и VD6 запрещают подачу импульсов на управляющий электрод тиристора в момент, когда к тиристору приложено обратное напряжение.
Для индикации включения сети и конца заряда служат светодиоды VD2 и VD13.
Предприятие - изготовитель оставляет за собой право замены отдельных элементов схемы, не влияющих на технические характеристики изделия.
Подготовка и порядок работы
Вынуть из ниши сетевой шнур и контактные зажимы.
Установить устройство устойчиво на ручку - подставку.
Установить ручку регулировки в крайнее левое положение.
Подключить контактные зажимы устройства к выводам аккумуляторной батареи, соблюдая полярность:
- «+» зажима устройства к «+» аккумуляторной батареи;
- «-» зажима устройства к «-» аккумуляторной батареи.
Включить устройство в сеть переменного тока напряжением 220 В, при этом на лицевой панели загорится светодиод "СЕТЬ" и в зависимости от состояния электронной схемы может загореться светодиод.
Нажать кнопку [i]. При этом, если после включения горел светодиод И, то он погаснет. Поворотом ручки регулировки установить по индикатору тока необходимый ток заряда.
При заряде аккумуляторной батареи ток заряда в первый момент может возрастать, а затем по мере заряда постепенно уменьшается, что является признаком увеличения ЭДС аккумуляторной батареи. Для улучшения режима заряда аккумулятора через 6-8 часов ток заряда автоматически уменьшится в 1,3 - 2,5 раза.
Через 10,5 часов (± 1 час) устройство автоматически отключается от аккумуляторной батареи, при этом на лицевой панели загорится светодиод.
Для обеспечения работы АКБ автомобильную батарею необходимо периодически заряжать. Для зарядки может использоваться самодельное или фирменное ЗУ. Сделать зарядное своими руками вполне возможно из выпрямителя или компьютерного блока питания.
[ Скрыть ]
Конструкция и принцип работы зарядного устройства
Самодельное устройство для автомобильного аккумулятора должно выполнять зарядку батареи от бытовой сети на 220 вольт. По факту ЗУ для АКБ авто можно назвать преобразователем электроэнергии. Устройств потребляет переменный ток от электросети и снижает его до параметра в 14 вольт. Это тот уровень напряжения, который выдает автомобильная батарея. В продаже сегодня можно встретить множество разновидностей ЗУ, начиная от простых и заканчивая многофункциональными устройствами с множеством возможностей. Можно найти приборы, позволяющие не только , но и выполнять запуск машинного двигателя. Такой тип приборов считается зарядно-пусковым.
Также имеются и пусковые девайсы, которые обеспечат подзаряд батареи либо запуск силового агрегата без подключения к бытовой сети. В самом приборе кроме оборудования, которое преобразует электроэнергию, установлена обычная батарея. Благодаря ее наличию устройство можно назвать автономным. Но после каждой процедуры заряда АКБ прибору требуется подзарядка, чтобы в следующий раз он смог выполнить эту функцию.
Устройство зарядного прибора
Если говорить о простых ЗУ, то конструктивно они включают в себя несколько компонентов. Главной деталью такого прибора считается понижающее трансформаторное устройство, которое предназначено для снижения величины напряжения с 220 до 13,8 вольт. Но трансформаторный узел только снижает параметр напряжения. Непосредственно процедуру преобразования переменного тока на постоянный производит диодный мост. Он используется для выпрямления тока и его разделения на два полюса — плюс и минус. Сразу за диодной составляющей устанавливается амперметр, он предназначен для демонстрации силы тока. В простых по конструкции приборах применяются стрелочные амперметры.
В модернизированных ЗУ устанавливаются цифровые девайсы, а кроме амперметра в схему может быть добавлен вольтметр. В зависимости от типа ЗУ, прибор может иметь функцию выбора напряжения. Такие устройства могут применяться для подзарядки батарей на 12, 24 либо 6 вольт. От диодной составляющей выходят электроцепи с положительным и отрицательным контактом, они подключаются непосредственно к аккумуляторной батарее. Вся конструкция устанавливается в корпус, из него выходит электролиния с вилкой, которая подсоединяется к бытовой сети, а также проводники с зажимами. Для обеспечения безопасной работы схемы от скачков напряжения и повреждения устройство оснащается плавким предохранительным элементом. Это основные нюансы конструкции электросхемы.
AKA KASYAN подробно рассказал о конструктивных особенностях, принципе действия и нюансах сборки самодельного ЗУ.
Принцип действия
Что касается процедуры заряда, то здесь все просто:
- К севшему аккумулятору подсоединяются клеммы устройства, при этом потребителю надо быть внимательным, чтобы не спутать полюса.
- После подключения девайса подсоединяется к сети.
- При начале зарядки устройство выдает напряжение, величина силы тока которого составляет 6-8 ампер. Однако через какое-то время параметр силы тока снижается, что позволяет предотвратить разрушение пластин, установленных внутри конструкции.
- Когда аккумулятор будет заряжен до конца, стрелка прибора упадет до нуля.
Общие требования к зарядному устройству
Важно определить необходимые параметры степени заряженности и плотности рабочего раствора в АКБ. Иначе эффективность работы ЗУ может быть сведена к минимуму.
Определяем нужные параметры при зарядке постоянным током
Таблица соответствия степени заряженности, плотности электролита и напряжения
Большая часть современных авто оснащается свинцово-кислотными АКБ. Для подзарядки таких устройств требуется не более 10% тока от общей емкости аккумулятора. Если емкость батареи составляет 55 Ач, то для восполнения заряда потребуется не более 5,5 ампер тока. Если 65 Ач — то 6,5 ампер и т. д. Допускается использование меньшей величины тока, тогда процедура заряда будет осуществляться медленнее. Сам заряд будет собираться в АКБ даже при минимальном значении тока, но для его восполнения в АКБ понадобится больше времени.
При выполнении расчетов учитывают, что величина тока должна быть не более 10%. Поэтому для выполнения процедуры потребуется около десяти часов. Но столько времени понадобится при полной разрядке, а этого допустить нельзя. Поэтому время подзарядки по факту напрямую зависит от величины разряда.
Чтобы выявить степень разряда, надо произвести замер вольтажа:
- если АКБ заряжена до конца, то величина напряжения составит около 12,7 вольт;
- если величина напряжения составляет 12 вольт, это свидетельствует о том, что устройство разряжено на половину;
- при напряжении около 11,7 вольт требуется срочная зарядка батареи, поскольку она практически разряжена.
Если АКБ разряжается до конца, это приведет к быстрому износу устройства. Для приблизительного расчета времени подзарядки потребитель должен знать разницу между фактическим вольтажом, а также наибольшим зарядом батареи. Полученный параметр умножается на десять, так потребитель сможет узнать время восполнения заряда. К примеру, если параметр напряжения на разряженной АКБ составляет 12,1 вольт, то разница с идеальной величиной заряда составит 0,7 В. Умножив это число на 10 можно определить, что фактическое время восполнения объема устройства составит около семи часов.
Самостоятельное изготовление автомобильного зарядного устройства: самые популярные схемы
Для того чтобы сделать мощное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, рекомендуем ознакомиться с такими вариантами схем:
- полупроводниковый диод+лампочка;
- выпрямитель;
- ЗУ из блока питания компьютера;
- ЗУ из адаптера питания.
Полупроводниковый диод+лампочка
В качестве источника питания применяется бытовая сеть. Диодная составляющая потребуется для преобразования величины переменного тока в постоянный. Источник освещения применяется в качестве токоограничительного резисторного элемента.
Для расчета ЗУ используются следующие данные:
- Параметр тока, который проходит через источник света, надо рассчитать в соответствии с мощностью лампочки. Параметр мощности устройства делится на величину напряжения в бытовой сети. Для источника освещения мощностью 60 Вт величина тока в электроцепи составит 0,27 ампер.
- Вычисляется реальный средний ток. Поскольку диодный элемент убирает каждые 50% синусоиды, величина среднего тока составит около 0,32.
Если источник освещения будет мощным, величина тока нагрузки в итоге получится невысокой. Это позволяет добавить в схему распространенный диодный компонент, к примеру, 1N4004. Найти его можно в магазине радиоэлектроники. Такие диоды устанавливаются в маломощные блоки питания, поставляются в комплектации с противоугонными комплексами и т. д. При сборке надо учитывать один нюанс — полоска на корпусе диодного элемента означает катод. Данный контакт надо подключить к плюсовому контакту АКБ.
Простая схема полупроводникового диодного элемента с источником освещения Выпрямитель
Схема с выпрямительным устройством применяется в простых по конструкции фирменных ЗУ. Для сборки прибора потребуется трансформаторный узел, имеющий не меньше 12,5 вольт напряжения на выходе. Параметр напряжения должен составить не больше 14 вольт. Допускается применение трансформаторных устройств от советских телевизоров, такие девайсы оснащаются двумя обмотками по 6,3 вольта. Если подключение устройств будет последовательным, в итоге получится 12,6 вольт. Чтобы обеспечить выпрямление величины тока, в схему добавляется диодный мост, он применяется в качестве выпрямительного устройства. Допускается сборка узла из отдельных диодных элементов, можно приобрести уже готовое устройство.
Во время эксплуатации диодная составляющая будет сильно греться. Поэтому в схему надо добавить радиаторное устройство из пластины соответствующего размера, она должна быть алюминиевой. Поэтому применение диодной сборки будет более удобным. Монтаж пластины выполняется посредством ее фиксации болтом к центральному отверстию. При установке пластины на рабочую поверхность ее надо обработать термопастой.
Схема выпрямительного устройства для самодельного ЗУ Зарядное устройство из блока питания компьютера
Если имеется старый блок питания от ПК, его можно разобрать и удалить все электроцепи, оставив только:
- проводник черного цвета, это контакт заземления, подключается к отрицательному выходу батареи;
- электроцепь красного цвета, это напряжение 5 вольт, к нему подключается нагрузка для правильной работы устройства;
- желтый контакт — это 12-вольтное напряжение, подсоединяется к положительному выходу АКБ;
- зеленый контакт предназначен для активации преобразовательного устройства, его надо зафиксировать к корпусу внутри устройства.
Для обеспечения мнимой нагрузки применяется керамическое резисторное устройство. Величина его сопротивления составит примерно 1,2 Ом, а параметр мощности должен быть не меньше 20 Вт. Допускается применение отрезка из нихромовой спирали от нагревательного устройства, кусок отрезается в соответствии с показаниями омметра. Поскольку нагрузка будет греться, ее надо установить в корпусе блока питания рядом с вентилирующим устройством. После этого выполняется сборка корпуса ЗУ, а к оставшимся контактам припаиваются зажимы, которые будут применяться для подсоединения к батарее.
Основной недостаток ЗУ из блока питания заключается в том, что им нельзя зарядить АКБ полностью, поскольку 12 вольт для этого недостаточно.
Если девайс будет применяться для аварийного заряда, его надо доработать. В качестве основного компонента будет применяться плата ШИМ-контроллера. Она используется для преобразования постоянного тока в последовательный. Процедура настройки напряжения на выходе производится посредством изменения величины длительности сигналов при работе в условиях постоянной частоты. Для выполнения задачи потребуется электроцепь, связанная с контактом 1 на схеме. Надо найти резисторный элемент, который соединяет этот контакт с 12-вольтным выходом.
Эта резисторная деталь выпаивается с помощью паяльника, вместо нее производится монтаж подстроечного устройства. Перед выполнением задачи с помощью омметра выполняется настройка элемента на аналогичное сопротивление. После подключения БП к бытовой сети выполняется подсоединение к его выходу вольтметра. Посредством осторожного вращения подстроечного резисторного устройства БП регулируется на напряжение около 14,5 вольт, но не более. Когда увеличивается параметр сопротивления, будет возрастать и величина напряжения. После регулировки резисторное устройство можно выпаять из платы.
Схема устройства из компьютерного БП Зарядное устройство из адаптера питания
Для самостоятельной разработки ЗУ допускается применение других БП, к примеру, для питания ноутбука. Но параметр напряжения на таких устройствах варьируется в районе 20 вольт, а для автомобильной батареи этого много. Поэтому величину напряжения придется снизить, для этого можно попробовать доработать схему ШИМ-контроллера. Выполнение этой задачи требует определенных навыков и знаний в области электроники.
В качестве ограничителя допускается применение 12-вольтного источника освещения. Лампочка дальнего освещения стандарта Н7 обладает мощностью около 60 Вт, через нее проходит около 5 ампер тока. Обычный адаптер сможет нормально функционировать под такой нагрузкой. Если величина максимального тока адаптера меньше, допускается применение источников освещения на 21 Вт, к примеру, от задней оптики. В этом случае величина протекающего тока будет около 1,75 ампер, а при параллельном подключении можно получить 3,5 ампера.
Схема ЗУ из адаптера питания Что еще потребуется для самодельной зарядки?
В процессе подзарядки батареи потребителю необходимо контролировать величину зарядного тока. Для этого в схему можно временно добавить тестер, он подключается в разрыв одной из электроцепей, которые идут к батарее. Если вы хотите получить более мощное ЗУ, то в его схему рекомендуется добавить амперметр. Он врезается в одну из электроцепей питания батареи в сам корпус девайса, а его экран выводится на лицевую часть прибора.
Чтобы предотвратить поломку устройства в результате скачков напряжения, электроцепь рекомендует защитить предохранительным элементом. Это устройство рассчитано на ток, который должен быть на 50% больше, чем зарядный параметр. Самым оптимальным вариантом будет добавление в гнездо трубчатого предохранительного устройства.
Процесс зарядки аккумулятора, изготовленного своими руками
Величина зарядного тока должна составить не более 10% от стандартной . Для гелевых устройств величину зарядного тока необходимо выставить максимально точно, в частности, если величина емкости невысокая. Такой тип батарей сильно чувствителен к перезаряду. Если батарея критически разряжена, надо продумать ограничение тока прибора.
Процедура зарядки АКБ с помощью самодельного прибора выполняется так:
- Батарея демонтируется с автомобиля. Для этого отключаются зажимы, а клеммы устройства зачищаются.
- АКБ диагностируется визуально на предмет механических повреждений. Если на корпусе есть трещины и вмятины, через которые выходит электролит, то смысла заряжать устройство нет.
- Откручиваются крышки на корпусе, если батарея обслуживаемая. Проверяется уровень раствора электролита в банках. Если он критически низкий, внутрь устройства добавляется дистиллированная вода. Только после этого можно приступать к процедуре восполнения заряда.
- К клеммам батареи подключаются зажимы ЗУ. Положительный контакт соединяется с плюсом, а отрицательный — с минусом.
- ЗУ подключается к бытовой сети. Через определенный промежуток времени, который надо вычислить в соответствии со степенью разряда, прибор отключается.
Типичные ошибки при изготовлении самодельного зарядного устройства
Видео «Процесс сборки самодельного ЗУ»
Канал Паяльник TV представил подробный обзор процедуры сборки самодельного зарядного прибора для машины.
УСТРОЙСТВО ЗАРЯДНО-ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЕ БЫТОВОЕ ТИПА УЗС-П-12-6,3УХЛ 3.1
Руководство по эксплуатации.
Введение
ВНИМАНИЕ!
Прежде чем начать работу с устройством зарядным, внимательно изучите настоящее руководство.
При зарядке или подзарядке устройство зарядное следует размещать в специально оборудованном месте или отсеке, исключающем контакт с взрывоопасными газами, а аккумуляторная батарея должна размещаться в хорошо вентилируемой зоне.
Чтобы прекратить зарядку, нужно вначале отсоединить устройство зарядное от питающей сети, затем проводник, ведущий к аккумулятору.
Невозможно перезарядить неперезарежаемые батареи.
Ремонт и техническое обслуживание устройства зарядного должны производиться только в специализированных организациях, имеющих сертификат на ремонт и техническое обслуживание бытовой и радиоэлектронной аппаратуры, бытовых машин и бытовых приборов.
Сохранять руководство по эксплуатации до конца эксплуатации устройства зарядного.
1.Общие указания
1.1. Устройства зарядно-выпрямительные УЗС-П-12-6,3 УХЛ 3.1. «Электроника», «Электроника-М», «Электроника-И» (в дальнейшем-устройство зарядное) с плавным регулированием стабилизированного тока зарядки предназначены для зарядки и подзарядки стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей типа 6 СТ и 3 СТ емкостью до 60 Ач в автоматическом и ручном режимах.
Разрешается заряжать батареи емкостью более 60 Ач, но при этом ток зарядки не должен превышать 6,3 А.
1.2. 12-вольтовая батарея может заряжаться как автоматическом, так и в ручном режимах, а 6-вольтовая батарея заряжается только в ручном режиме. Последовательно соединенные две 6-вольтовые батареи заряжаются как одна 12-вольтовая батарея.
Одновременно может заряжаться только одна 12-вольтовая батарея.
1.3. Устройство зарядное позволяет определить полярность аккумуляторных батарей при отсутствии на них маркировки.
1.4. Устройство зарядное имеет электронную защиту от короткого замыкания со стороны нагрузки и ошибки полярности при подключении их к аккумуляторной батарее.
1.5. При покупке устройства зарядного требуйте проверки его работоспособности.
Проверьте комплектность устройства зарядного. Убедитесь в том, что поставлена дата продажи, подпись продавца и штамп магазина.
1.6. После хранения или перевозки устройства зарядного перед включением в сеть дайте ему прогреться до температуры окружающей среды эксплуатации в течение, не менее, 2-х часов.
2.Технические характеристики
2.1. Питание устройства зарядного осуществляется от сети переменного тока напряжением (220±22) В частотой 50 и 60 Гц.
2.2. Ток зарядки……………………………………………………………………….6,3 А.
2.3. Номинальное напряжение заряжаемой батареи………………………………...12 В.
2.4. Диапазон регулирования стабилизированного тока зарядки……….от 0,2 до 6,3 А.
2.5. Условия эксплуатации устройства:
а) температура окружающего воздуха………………………………..от 10˚С до 40˚С.
б) относительная влажность воздуха до 98% при температуре 25˚С.
2.6. Габаритные размеры, мм, не более……………………………………...255×230×100.
2.7. Масса устройства без упаковки, кг, не более………………………………………3,6.
2.8. Сведения о содержании драгоценных материалов:
Золото………………………………………………………………………..0,0172491 г.
Серебро……………………………………………………………………… 0,021162 г.
3.Комплектность
В комплект поставки входят:
1) устройство зарядное………………………………………………………………..1 шт.
2) тара потребительская……………………………………………………………....1 шт.
3) руководство по эксплуатации……………………………………………………..1 шт.
4.Устройство
4.1 .Органы управления и индикации устройства зарядного выведены на лицевую панель:
В устройстве зарядном «Электроника» стрелочный индикатор предназначен для индикации величины тока зарядки.
В устройстве зарядном «Электроника–И» величина тока зарядки определяется по маркировке, нанесенной около загорающего (включившегося) светодиодного индикатора;
В устройстве зарядном «Электроника-М» величина тока зарядки определяется по нанесенной на панели маркировке;
Регулятор предназначен для регулирования величины тока зарядки.
Индикаторы предназначены для определения режима работы устройства зарядного.
Кнопка КОНТРОЛЬ предназначена для контроля работоспособности и запуска устройства зарядного при подключении незаряженной емкостной нагрузки, а также слабозаряженной аккумуляторной батареи.
Элементы схемы размещены в корпусе. Шнур питания и кабели нагрузки размещены в отсеке устройства.
Ручка предназначена для переноса устройства зарядного в не рабочем состоянии.
У зарядного устройства «Электроника–И» шаг индикации значения зарядного тока составляет:
0,5А – у12 разрядного индикатора тока;
1,0А – у 6 разрядного индикатора тока.
5.Указания мер безопасности
5.1. Устройство зарядное соответствует требованиям ГОСТ Р51318.14.1-99 «Совместимость технических средств электромагнитная» и ГОСТ Р МЭК 60335-2-29-98 «Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов».
1) безнадзорная эксплуатация устройства зарядного;
2) эксплуатация устройства зарядного при снятом кожухе;
3) при работе устройства зарядного закрывать вентиляционные отверстия в его корпусе;
4) использовать предохранители самодельные и не соответствующих номиналов;
5) попадание на зажимы кабелей нагрузки электролита, во избежание нарушения их покрытия. При обнаружении на зажимах следов окисных отложений необходимо удалить их, протерев зажимы и выводы аккумуляторной батареи раствором питьевой соды или 10%раствором нашатырного спирта, а затем промыть водой и насухо протереть;
6) использовать соединительные провода и шнур питания с поврежденной изоляцией;
5.3. По окончании эксплуатации устройство зарядное, не подлежащее ремонту, утилизировать обычным способом – сдавать на полигон твердых отходов.
6.Проверка на работоспособность
Перед эксплуатацией устройства зарядного проверьте его на работоспособность. Для этого:
установите регулятор до конца влево, переключатель на режим работы РУЧ. Подключите 12-вольтовую автомобильную лампу накаливания мощностью (10-25) Вт к зажимам кабеля нагрузки.
подключите шнур питания к сети, при этом должен включиться (загореться) индикатор, нажмите кнопку КОНТРОЛЬ, не отпуская кнопку поверните ручку регулятора в крайнее правое положение, при этом яркость свечения лампы и индикатора должна возрастать;
отключите шнур питания от сети,
отключите лампу накаливания.
7.Порядок работы
Режим зарядки батарей согласно требованиям «Инструкции по эксплуатации» батарей аккумуляторных . Рекомендуемая номинальная величина тока зарядки А=0,1С, где С – номинальная емкость батареи.
При работе с устройством зарядным соблюдайте требования безопасности согласно разделу «Введение» и разделу 5 данного руководства по эксплуатации.
Устройство зарядное функционирует только с емкостной нагрузкой. Для запуска устройства зарядного, при подключении к устройству слабозаряженной аккумуляторной батареи или незаряженной емкостной нагрузки, необходимо нажимать кнопку КОНТРОЛЬ до включения устройства (до1/3секунд), что определяется включением индикатора.
В устройстве зарядном «Электроника – М» величина зарядного тока определяется по маркировке, нанесенной на панели, а также по яркости свечения индикатора. Отклонение величины тока зарядки от маркированного значения при номинальном значении напряжения питания не более ±0,5А. При зарядке аккумуляторной батареи с наличием сульфатации значение зарядного тока может отличаться от указанного.
7.1. Работа устройства зарядного при зарядке 12-вольтовой и 6-вольтовой аккумуляторных батарей в ручном режиме .
7.1.1. Установите ручку регулятора в левое крайнее положение, переключатель на режим работы РУЧ.
7.1.2. Подключите к устройству зарядному с помощью кабеля нагрузки аккумуляторную батарею. Зажим со знаком «+» подключите к клемме «+» аккумуляторной батареи, со знаком «-» к клемме «-».
7.1.3. Включите устройство зарядное в сеть: должен включиться (загореться) индикатор, установите регулятором тока необходимую величину тока зарядки, при этом должен включиться (загореться) индикатор, сигнализирующий о протекании зарядного тока. Признаком окончания процесса зарядки является обильное газовыделение, кипение во всех элементах батареи, а также постоянство плотности электролита и напряжения на батарее в течение 2-3 часов.
Следует помнить, что кипение наступает также при нагреве электролита свыше 45˚С. В этом случае нужно дать электролиту остыть до 30˚С и затем продолжить зарядку.
7.2. Порядок работы при зарядке 12-вольтовой аккумуляторной батареи в автоматическом режиме.
7.2.1. Установите ручку регулятора в левое – крайнее положение. Подключите к устройству зарядному с помощью кабеля нагрузки аккумуляторную батарею. Зажим со знаком «+» подключите к клемме «+» аккумуляторной батареи, со знаком «-» к клемме «-».
7.2.2. Включите устройство зарядное в сеть, при этом должен включиться индикатор.
7.2.3. Установите ручкой регулятора необходимую величину зарядного тока, включается индикатор, переключатель на режим работы АВТ. Стрелочный индикатор в устройстве зарядном «Электроника» показывает величину тока зарядки, далее наступает бестоковая пауза, индикатор отключается, а стрелка индикатора на нулевой отметке. После бестоковой паузы начинается процесс зарядки аккумуляторной батареи: зарядка-пауза-зарядка-пауза-. Длительность бестоковой паузы зависит от степени заряженности аккумуляторной батареи.
7.2.4. Признаками окончания процесса зарядки являются длительные без токовые паузы, обильное газовыделение, а также постоянство плотности электролита и напряжения на аккумуляторной батарее.
Для окончательной зарядки аккумуляторной батареи рекомендуем в конце процесса зарядки перейти на ручной режим.
ВНИМАНИЕ!
Стабилизация тока зарядки устройства зарядного в режиме «РУЧ.» и в режиме «АВТ.» не осуществляется при зарядке аккумуляторных батарей с наличием сульфатации электродной массы, с прорастанием сепараторов или их разрушением, с короблением электродов, с наличием вредных примесей в электролите. В большинстве случаев при этом происходит самопроизвольное неуправляемое снижение тока зарядки.
7.3. Порядок работы при определнии состояния 12-вольтовой аккумуляторной батареи.
7.3. 1.Подключите к устройству зарядному с помощью кабеля нагрузки аккумуляторную батарею. Зажим со знаком «+» подключите к клемме «+» аккумуляторной батареи, со знаком «-» к клемме «-».
7.3.2. Подключите устройство зарядное к сети. Установите ручкой регулятора необходимую величину тока зарядки, переключатель на режим работы АВТ.
7.3.3. Включается индикатор, а стрелочный индикатор в устройстве зарядном «Электроника» показывает величину тока зарядки, далее наступает бестоковая пауза, отключается индикатор, а стрелка индикатора на нулевой отметке. Проконтролируйте по индикаторам бестоковую паузу. Если бестоковая пауза длится (0,5-1) секунд, аккумуляторную батарею необходимо зарядить. Если бестоковая пауза длится (1-2) минуты, аккумуляторная батарея не требует зарядки.
Описанный временной режим работы устройства может не совпадать при включении аккумуляторной батареи, отработавший свой гарантийный срок, а также при следующих отклонениях в аккумуляторной батарее:
Коррозия токоотводов положительных электродов; оплывание активной массы положительного электрода; коробление электродов; прорастание сепараторов или их разрушение; короткое замыкание между электродами различной полярности; необратимая сульфатация электродной массы, наличие вредных примесей в электролите.
7.4. Определение полярности аккумуляторных батарей при отсутствии на них маркировки.
7.4.1. Подключите зажимы зарядного устройства к клеммам аккумуляторной батареи, ручку регулятора тока установите в крайнее левое положение, переключатель на режим работы РУЧ. Подключите устройство зарядное к сети. Поверните ручку регулятора тока по часовой стрелке. Если при этом включается индикатор, полярность клемм аккумулятора соответствует маркировке на зажимах кабеля нагрузки. Если индикатор не включается, поменяйте местами зажимы и произведите проверку повторно.
8.Правила хранения
8.1. Устройство зарядное должно храниться в помещении при температуре окружаещего воздуха от минус 50˚до 40˚С и относительной влажности до 98% при 25˚С без конденсации влаги.
9. Гарантии изготовителя
Изготовитель гарантирует соответствие устройства зарядного техническим условиям при соблюдении потребителем условий эксплуатации, хранения и транспортирования.
Гарантийный срок эксплуатации – 12 мес. Со дня продажи потребителю через розничную сеть, но не более 3 лет со дня выпуска устройства зарядного.
ПРИМЕЧАНИЯ:
Устройства зарядные с нарушенными пломбами и вскрытыми крышками со знаками плавких вставок, гарантийному ремонту не подлежат.
На индикаторах тока типа 91С16 вследствие появления статического заряда на корпус, возможно отклонение стрелки индикатора от значения 0 без наличия тока в цепи зарядки. Для снятия статического заряда необходимо доступную часть корпуса индикатора тока протереть х/б ветошью, смоченной спиртом.
