Схемы промышленных зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора схема. Схема ограничителя тока на балластных конденсаторах
Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.
Какими бывают литиевые аккумуляторы
В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:
- с катодом из кобальтата лития;
- с катодом на основе литированного фосфата железа;
- на основе никель-кобальт-алюминия;
- на основе никель-кобальт-марганца.
У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.
Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.
Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):
| Обозначение | Типоразмер | Схожий типоразмер |
|---|---|---|
| XXYY0
, где XX - указание диаметра в мм, YY - значение длины в мм, 0 - отражает исполнение в виде цилиндра |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины) | |
| 10280 | ||
| 10430 | ААА | |
| 10440 | ААА | |
| 14250 | 1/2 AA | |
| 14270 | Ø АА, длина CR2 | |
| 14430 | Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше | |
| 14500 | АА | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (или 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (или 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (или 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | С | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.
Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы
Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.
Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .
Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.
1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).
Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.
Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.
Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.
В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.
2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.
На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.
По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.
Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.
За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.
Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.
Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.
На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.
Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.
Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).
Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.
Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:
Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.
Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:
1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?
Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.
Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.
2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?
Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:
T = С / I зар.
Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.
3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?
Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.
Что такое плата защиты?
Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.
В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:
В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.
Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:
Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.
Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.
Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.
Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.
На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").
Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.
Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).
Схемы зарядок li-ion аккумуляторов
Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.
LM317
Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:
Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.
Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.
Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).
LM317 бывает в разных корпусах:
Назначение выводов (цоколевка):
Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства).
Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет - 11 руб/шт .
Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:
Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.
Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.
MAX1555 или MAX1551
MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).
Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.
Подробное описание этих микросхем от производителя - .
Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.
Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.
При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.
В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.
Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.
Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:
Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.
Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой .
Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого ().
LP2951
Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.
Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.
Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).
Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.
Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.
Микросхему можно купить как в DIP-корпусе , так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).
MCP73831
Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.
Типовая схема включения взята из :
Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.
Зарядка в сборе выглядит так:
Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.
Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:
LTC4054 (STC4054)
Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. ). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.
Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):
Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.
I=1000/R . Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.
Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод "через выводы" - делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено "земляной" фольги, тем лучше.
Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).
Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.
LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая - нет (нужно отдельно раскачивать).
Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.
TP4056
Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. ), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).
Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:
Схема реализует классический процесс заряда - сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:
- Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это происходит постоянно).
- Этап предзаряда (если аккумулятор разряжен ниже 2.9 В). Заряд током 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) до уровня 2.9 В.
- Зарядка максимальным током постоянной величины (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
- При достижении на батарее 4.2 В, напряжение на батарее фиксируется на этому уровне. Начинается плавное снижение зарядного тока.
- При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядное устройство отключается.
- После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора (см. п.1). Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 мкА. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова. И так по кругу.
Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/R prog . Допустимый максимум - 1000 мА.
Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:
Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.
Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5...8 вольт. Чем ближе к 4.5В - тем лучше (так чип меньше греется).
Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.
Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.
Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда ( , например, можно выбрать какая плата вам нужна - с защитой или без, и с каким разъемом).
Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).
LTC1734
Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором R prog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).
Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).
Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.
Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в на LTC1734 сказано, что вывод "4" (Prog) имеет две функции - установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.
Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.
TL431 + транзистор
Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное - это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).
Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).
Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.
Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов - сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Единственный недостаток - плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).
MCP73812
Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip - MCP73812 (см. ). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес - всего один резистор!
Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе - SOT23-5.
Единственный минус - сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).
В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 - очень неплохой вариант.
NCP1835
Предлагается полностью интегрированное решение - NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).
Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.
Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:
- Минимальное количество деталей обвеса.
- Возможность зарядки полностью разряженной батареи (предзаряд током 30мА);
- Определение окончания зарядки.
- Программируемый зарядный ток - до 1000 мА.
- Индикация заряда и ошибок (способна детектировать незаряжаемые батарейки и сигнализировать об этом).
- Защита от продолжительного заряда (изменяя емкость конденсатора С т, можно задать максимальное время заряда от 6,6 до 784 минут).
Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.
Более подробное описание находится в .
Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?
Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.
Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.
Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора - это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:
Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.
Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.
Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:
U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта
Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.
Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.
Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:
R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом
Мощность рассеивания резистора:
P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт
В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:
I зар = (U ип - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 А
Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).
Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение - электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.
Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в .
Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).
Зарядка при помощи лабораторного блока питания
Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).
Все, что нужно сделать для зарядки li-ion - это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.
Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.
Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.
Как видите, лабораторный БП - практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.
Как заряжать литиевые батарейки?
И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.
Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.
Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.
О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.
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.
Качественно работающий автомобильный аккумулятор трудно переоценить. Однако, со временем он становится менее емким и способен быстрее разряжаться. На этот процесс оказывают влияние и другие факторы, связанные с условиями эксплуатации. Чтобы не попадать в затруднительную ситуацию, стоит иметь дома или в гараже простое зарядное устройство своими руками.
В большинстве случаев принципиальная схема зарядного устройства самодельной конструкции будет относительно несложной. Собрать такой аппарат удастся из подручных недорогих компонентов. При этом электрический агрегат поможет быстро запустить легковушку. Предпочтительней обзавестись пуско-зарядной аппаратурой, но она требует немного больших мощностей от используемых элементов.
Применять электрическую подпитку для АКБ нужно в тех ситуациях, когда замер на клеммах электроприбора демонстрирует уровень ниже 11,2 В для большинства легковых авто. Хотя двигатель способен запускаться при таком уровне вольтажа, но внутри начинаются нежелательные химические процессы. Происходит сульфатация и разрушение пластин. Емкость заметно снижается.
Важно знать, что во время длительной зимовки или стоянки авто в течение нескольких недель уровень заряда падает, поэтому рекомендуется контролировать данное значение мультиметром, а при необходимости в ход пускать сделанное своими руками ЗУ для автомобильных аккумуляторов либо купленное в автомагазине.
Для подпитки АКБ чаще всего применяются устройства двух типов:
- выдающее на «крокодилах» напряжение постоянного типа;
- системы с импульсным типом работы.
При зарядке от устройства постоянного тока подбирается значение тока заряда арифметически соответствующее 1/10 от установленного производителем значения емкости. Когда имеется в наличии батарея на 60 А*ч, то ампераж отдачи должен быть на уровне 6 А. Стоит учитывать исследования, согласно которым умеренное снижение количества ампер на отдачи способствует уменьшению процессов сульфатации.
Если же пластины частично стали покрываться нежелательным сульфатным налетом, то опытные автомобилисты задействуют операции по десульфатации. Применяемая методика заключается в следующем:
- аккумулятор разряжаем до появления на мультиметре 3-5 В после замера, используя для операции большие токи и малую длительность их воздействия, например, прокручивание стартером;
- на следующей стадии медленно полностью заряжаем блок от одноамперного источника;
- повторяются предыдущие операции на протяжении 7-10 циклов.
Подобный принцип работы задействован в заводских зарядных десульфатирующих устройствах импульсного типа. За один цикл на клеммы АКБ поступает в течение нескольких миллисекунд непродолжительный во времени импульс обратной полярности, сменяющийся прямой полярностью.
Необходимо контролировать состояние устройства и не допускать перезаряда батареи. При достижении значений 12,8-13,2 В на контактах стоит отключать систему от подпитки. В противном случае возникнет явление кипения, повышение концентрации и плотности залитого внутрь электролита и последующее разрушение пластин. Для предотвращения негативных явлений заводская принципиальная электрическая схема зарядного устройства наделена платами электронного контроля и автоматического отключения.
Какой бывает схема автомобильного зарядного устройства
В гаражных условиях можно воспользоваться несколькими типами зарядок для автомобиля. Они могут быть как максимально примитивными, состоящими из нескольких элементов, так и довольно громоздкими многофункциональными стационарными устройствами. Обычно автовладельцы идут по пути упрощения.
Простейшие схемы
Если в наличии нет заводского зарядного, а реанимировать АКБ необходимо без задержки, то подойдет наиболее простой вариант. В нем участвуют ограничительное сопротивление в виде нагрузки и источник питания, способный генерировать 12-25 В.
Собрать самодельное зарядное устройство получится даже «на коленках», если имеется в доме зарядка для ноутбука. Обычно они выдают около 19 В и 2 А. При сборке стоит учитывать полярность:
- наружный контакт – минус;
- внутренний контакт – плюс.
Важно! Обязательно должно быть установлено ограничительное сопротивление, в качестве которого нередко используют лампочку из салона.
Вывинчивать лампу из поворотник или даже «стопов» не стоит, так как они станут перегрузом для схемы. Цепь состоит из таких соединенных между собой элементов: отрицательная клемма блока ноутбука – лампа – отрицательная клемма заряжаемой батареи – положительная клемма заряжаемой батареи – плюс блока ноутбука. Достаточно полутора-двух часов для возвращения АКБ к жизни на столько, что от него можно будет запустить мотор.
При отсутствии ноутбуков или нетбуков рекомендуем отправиться заранее на радиорынок за мощным диодом, рассчитанным на обратное напряжение более 1000 В и ток выше 3 А. Небольшие габариты детали позволяют возить его с собой в бардачке или багажнике, чтобы не попасть в нежелательное положение.
Воспользоваться таким диодом можно в самодельной схеме. Предварительно откидываем и достаем аккумулятор. На следующем этапе монтируем цепочку из элементов: первый контакт бытовой розетки в квартире – отрицательный контакт на диоде – положительный контакт диода – лимитирующая нагрузка – отрицательная клемма аккумулятора – плюс аккумулятора – второй контакт бытовой розетки.
Лимитирующей нагрузкой в подобной сборке обычно служит мощная лампа накаливания. Их предпочтительней выбирать от 100 Вт. Получаемый ток можно определить из школьной формулы:
U * I = W , где
- U – напряжение, В;
- I – сила тока, А;
- W – мощность, кВт.
Исходя из расчетов при нагрузке в 100-ваттной нагрузке и 220-вольтном напряжении выдача мощности ограничивается примерно половиной ампера. За ночь аккумулятор получит около 5 А, что обеспечит заводку движку. Утроить мощность и одновременно ускорить зарядку удастся с помощью добавления в цепь еще пары таких ламп. Не стоит переусердствовать и запускать к такой системе мощных потребителей типа электроплиты, так как можно вывести из строя диод и АКБ.
Важно знать, что собранная прямозарядная схема автомобильного зарядного устройства своими руками рекомендуется к применению в крайнем случае, если иного выхода нет.
Переделка компьютерного блока питания
Прежде чем приступать к экспериментам с электроприборами, нужно объективно оценить собственные силы по реализации задуманного варианта исполнения. После можно приступать к сборкам.
В первую очередь проводится подбор материальной базы. Нередко для такого дела используют старые компьютерные системники. Из них вынимают блок питания. Традиционно они снабжены выводами разного вольтажа. Кроме пятивольтовых контактов, имеются отводы на 12 В. Последние также наделены током в 2 А. Подобных параметров почти хватает для сборки схемы своими руками.
Рекомендуем поднять напряжение до уровня 15 В. Часто это осуществляется эмпирически. Для корректировки понадобится килоомное сопротивление. Такой резистор накидывают параллельно другим имеющимся резисторам в блоке возле восьминожной микросхемы во вторичной цепи БП.
Подобным методом меняют значение коэффициента передачи цепи обратной связи, что оказывает влияние на выходной вольтаж. Способ обеспечивает обычно поднятие до 13,5 В, чего хватает для простых задач с автомобильным аккумулятором.
На выходные контакты накидываются защипы-крокодилы. Дополнительных лимитирующих защит ставить не нужно, так как внутри имеется ограничивающая электроника.
Трансформаторная схема
Из-за своей доступности, надежности и простоты давно востребована у бывалых водителей. В ней используются трансформаторы со вторичной обмоткой, выдающей 12-18 В. Такие элементы встречаются в старых телевизорах, магнитофонах и прочей бытовой технике. Из более современных приборов можно посоветовать отработанные бесперебойники. Они доступны на вторичном рынке за небольшую плату.
В наиболее минималистичном варианте схемы присутствует такой набор:
- диодный выпрямляющий мостик;
- подобранный по параметрам трансформатор;
- рассчитанная соответственно сети защитная нагрузка.
Так как по лимитирующей нагрузке течет большой ток, то от этого она перегревается. Чтобы сбалансировать ампераж, не допуская превышения тока зарядки, в цепь добавляют конденсатор. Его место – первичная цепь трансформатора.
В экстремальных ситуациях при грамотно просчитанном объеме конденсатора можно рискнуть и удалить трансформатор . Однако, подобная схема станет небезопасной в плане поражения электрическим током.
Оптимальными можно назвать цепи, в которых имеется регулировка параметров и лимитирование тока заряда. Представляем на странице один из примеров.
Получить диодный мостик удастся с минимальным усилием из вышедшего из строя автомобильного генератора. Достаточно выпаять его и перекоммутировать при необходимости.
Основы безопасности при сборке и эксплуатации схем
Во время работы по комплектации зарядного устройства для автомобильной АКБ стоит учитывать определенные факторы:
- все должно быть смонтировано и установлено на пожаробезопасной площадке;
- при работе с прямоточными примитивными зарядными устройствами нужно вооружиться средствами защиты от поражения током: резиновыми перчатками и ковриком;
- в процессе зарядки АКБ первый раз самодельными аппаратами необходимо контролировать текущее состояние работающей системы;
- контрольными точками являются сила тока с напряжением на выходе зарядки, допустимая степень нагрева батареи и зарядного устройства, недопущение закипания электролита;
- если оставлять оборудование на ночь, то важно оснастить схему устройством защитного отключения.
Важно! Рядом должен всегда находиться порошковый огнетушитель, чтобы уберечь от возможного распространения огня.
Автоматические устройства представляют простую конструкцию, но очень надежную в работе. Создана их конструкция при использовании простого без лишних электронных дополнений. Они рассчитаны на простую зарядку аккумуляторов любых транспортных средств.
Плюсы:
- Зарядка прослужит долгие годы при правильном использовании и должном ее обслуживании.
Минусы:
- Отсутствие какой-либо защиты.
- Исключение режима разрядки и возможности проведения восстановления аккумуляторной батареи.
- Тяжелый вес.
- Достаточно высокая стоимость.
Состоит классический зарядный прибор из следующих ключевых элементов:
- Трансформатор.
- Выпрямитель.
- Блок регулировки.
Такой прибор вырабатывает постоянный ток под напряжением 14,4в, а не 12в. Поэтому согласно законам физики, невозможно зарядить одно устройство другим, если напряжение у них одинаковое. Руководствуясь вышесказанным, оптимальным значением для такого устройства является 14.4 Вольта.
Ключевыми компонентами любого зарядного устройства считаются:
- трансформатор;
- сетевая вилка;
- предохранитель (осуществляет защиту от короткого замыкания);
- проволочный реостат (осуществляет регулировку силы зарядного тока);
- амперметр (показывает силу электрического тока);
- выпрямитель (преобразовывает переменный в постоянный ток);
- реостат (регулирует силу тока, напряжение в электрической цепи);
- лампочка;
- включатель;
- корпус;
Провода для подключения
Для присоединения любого зарядного устройства используют, как правило, красный и черный провода, красный – это плюс, черный – минус.
При выборе кабелей, для подключения зарядного или пускового устройства, необходимо выбирать сечение не меньше 1 мм 2.
Внимание. Дальнейшая информация выложена в ознакомительных целях. Все что вы захотите воплотить в жизнь, вы делаете на свое усмотрение. Неправильное или неумелое обращение с теми или иными запчастями и приборами приведет их в неисправность.
Посмотрев доступные виды зарядных устройств, перейдем непосредственно к изготовлению своими руками.
Зарядка для АКБ из блока питания компьютера
Для зарядки любого аккумулятора хватит 5-6 ампер-часов, это является около 10% от емкости всей батареи. Произвести его, может, любой блок питания емкостью от 150 Вт.
Итак, рассмотрим 2 способа самостоятельного изготовления зарядного устройства из компьютерного блока питания.
Способ первый
Для изготовления нужны следующие детали:
- блок питания, мощностью от 150 Вт;
- резистор 27 кОм;
- регулятор тока R10 или блок резисторов;
- провода длиной от 1 метра с ;
Ход выполнения работ:
- Для начала нам потребуется разобрать блок питания.
- Извлекаем неиспользуемые нами провода, а именно -5в, +5в, -12в и +12в.
- Совершаем замену резистора R1 на заранее заготовленный резистор 27 кОм.
- Удаляем провода 14 и 15, а 16 просто отключаем.
- Из блока выводим сетевой шнур и провода к аккумуляторной батарее.
- Устанавливаем регулятор тока R10. В отсутствие такого регулятора, можно изготовить самодельный блок резисторов. Состоять будет он из двух резисторов 5 Вт, которые будут соединены параллельно.
- Для настройки зарядного устройства, в плату устанавливаем переменный резистор.
- К выходам 1,14,15,16 припаиваем провода, а резистором устанавливаем напряжение 13,8-14,5в.
- На окончание проводов присоединяем клеммы.
- Остальные ненужные дорожки удаляем.
Важно: придерживайтесь полного руководства, малейшее уклонение может привести к перегоранию прибора.
Способ второй
Для изготовления нашего устройства по данному способу, потребуется блок питания немного мощнее, а именно на 350 Вт. Так как он может выдать 12-14 ампер, что удовлетворит наши потребности.
Ход выполнения работ:
- В блоках питания от компьютера импульсный трансформатор имеет несколько обмоток, Одна из них на 12в, а вторая на 5в. Для изготовления нашего устройства нужна только обмотка на 12в.
- Для запуска нашего блока потребуется найти зеленый провод и замкнуть его с черным проводом. При использовании дешевого китайского блока, возможно, там будет не зеленый, а серый провод.
- Если у вас блок питания старого образц а с кнопкой включения, вышеуказанная процедура не нужна.
- Далее , составляем из желтых и черных проводов 2 толстые шины, а ненужные провода обрезаем. Черная шина будет минусом, желтая соответственно плюсом.
- Для повышения надежности нашего устройства можно осуществить замену местами . Дело в том, что на 5в шине стоит более мощный диод, чем на 12в.
- Так как в блоке питания стоит встроенный вентилятор , то ему не страшны перегревы.
Способ третий
Для изготовления нам потребуются следующие детали:
- блок питания, мощностью 230 Вт;
- плата с микросхемой TL 431;
- резистор 2,7 кОм;
- резистор 200 Ом мощностью 2 Вт;
- резистор 68 Ом мощностью 0,5 Вт;
- резистор 0,47 Ом мощностью 1 Вт;
- реле на 4 контакта;
- 2 диода 1N4007 или подобные диоды;
- резистор 1кОм;
- светодиод яркого цвета;
- длина провода не менее 1 метра и сечением не меньше 2,5 мм 2, с клеммами;
Ход выполнения работ:
- Выпаиваем все провода кроме 4 черных и 2 желтых проводов, так как по ним поступает питание.
- Замкнуть перемычкой контакты , отвечающие за защиту от перенапряжения, чтобы наш блок питания не выключался от перенапряжения.
- Заменяем на плате с микросхемой TL 431 встроенный резистор на резистор 2,7 кОм, для установки выходного напряжения 14,4в.
- Добавляем резистор 200 Ом мощностью 2 Вт на выход с канала 12в, для стабилизации напряжения.
- Добавляем резистор 68 Ом мощностью 0,5 Вт на выход с канала 5в, для стабилизации напряжения.
- Выпаиваем транзистор на плате с микросхемой TL 431 , для устранения препятствий при установке напряжения.
- Заменяем стандартный резистор , в первичной цепи обмотки трансформатора, на резистор 0,47 Ом мощностью 1 Вт.
- Собираем схему защиты от неправильного подключения к аккумулятору.
- Выпаиваем из блока питания ненужные части.
- Выводим необходимые провода из блока питания.
- Припаиваем клеммы к проводам.
Для удобства пользования зарядным устройством подключите амперметр.
Преимуществом такого самодельного устройства является отсутствие возможности перезарядки батареи.
Простейшее устройство с использованием адаптера
адаптер для прикуривателя
Теперь рассмотрим случай, когда в наличии нет ненужного блока питания, наш аккумулятор сел и его нужно зарядить.
У каждого хорошего хозяина или поклонника всяких электронных приборов, имеется адаптер для подзарядки автономной техники. Любой 12в адаптер, можно использовать для зарядки автомобильного аккумулятора.
Главным условием такой зарядки является не меньшее выдаваемое напряжение источником, чем у аккумулятора.
Ход выполнения работ:
- Необходимо отрезать разъем с окончания провода адаптера и счищаем изоляцию не меньше 5 см.
- Так как провод идет сдвоенный , необходимо его разделить. Расстояние между окончанием 2 проводов, должно быть, не меньше 50 см.
- Припаиваем или приматываем к окончаниям провода клеммы для надежной фиксации на аккумуляторной батарее.
- Если клеммы одинаковые , то нужно позаботиться о нанесении на них знаков различия.
- Самое большое неудобство этого способа заключается в постоянном контроле над температурой адаптера. Так как если адаптер перегорит, то это может вывести аккумулятор с рабочего состояния.
Перед включением адаптера в сеть, необходимо сначала подключить его к аккумулятору.
Зарядное устройство из диода и бытовой лампочки
Диод – это полупроводниковый электронный прибор, который способен проводит ток в одном направлении, имеет сопротивление, приравненное к нулю.
В качестве диода будет использован адаптер зарядки к ноутбуку.
Для изготовления такого вида устройства, нам потребуется:
- адаптер зарядки к ноутбуку;
- лампочка;
- провода длиной от 1 м;
Каждый зарядный прибор для автомобиля выдает около 20в напряжения. Так как диод его заменяет адаптер и пропускает напряжение только в одну сторону, он защищен от короткого замыкания, которое может случиться при неправильном подключении.
Чем больше мощность лампочки, тем быстрее происходит заряд аккумулятора.
Ход выполнения работ:
- К плюсовому проводу адаптера ноутбука подсоединяем нашу лампочку.
- От лампочки бросаем провод на плюс.
- Минус от адаптера напрямую подключаем к аккумулятору.
В случае правильного подключения, наша лампочка будет светиться, потому что ток на клеммах низкий, а напряжение большое.
Также, нужно помнить, что правильная зарядка предусматривает среднюю силу тока в пределах в 2-3 ампера. Подключение лампочки высокой мощности, приводит к повышению силы тока, а это, в свою очередь, пагубно влияет на аккумулятор.
Исходя из этого, подключать лампочку высокой мощности можно только в особых случаях.
Этот способ предусматривает постоянное наблюдение и измерение напряжения на клеммах. Перезаряд батареи приведет к обильному выделению водорода, и она может выйти из строя.
При зарядке АКБ таким способом, постарайтесь находиться возле прибора, так как временное оставление его без присмотра может привести к выходу из строя прибора и АКБ.
Проверка и настройка
Для проверки нашего прибора необходимо наличие исправной автомобильной лампочки. Сначала, с помощью провода подключаем нашу лампочку к зарядке, помня о соблюдении полярности. Включаем зарядку в сеть и лампочка загорелась. Все работает.
Каждый раз, перед использованием самодельного заряжающего прибора, проверяйте его на работоспособность. Такая проверка исключит все возможности вывести из строя ваш аккумулятор.
Порядок зарядки автомобильного аккумулятора
Довольно большое количество автовладельцев считают зарядку аккумулятора очень простым дело.
Но в этом процессе существует некоторое количество нюансов, от которых зависит продолжительная работа батареи:
Перед тем, как поставить батарею на зарядку, необходимо провести ряд необходимых действий:
- Используйте химически стойкие перчатки и очки.
- После снятия аккумулятора тщательно осмотрите его на признаки механических повреждений, следов вытекания жидкости.
- Выкрутить защитные крышки , для выхода выделяемого водорода, во избежание закипания аккумулятора.
- Тщательно присмотритесь к жидкости. Она должна быть прозрачная, без хлопьев. Если цвет жидкости темный и имеются признаки осадка, немедленно обращайтесь за помощью к специалистам.
- Проверить уровень жидкости. Исходя из действующих стандартов, на боковой стороне АКБ имеются пометки, «минимум и максимум» и если уровень жидкости ниже требуемого, необходимо его пополнить.
- Заливать необходимо только дистиллированную воду.
- Не включайте зарядный прибор в сеть, пока не подключены крокодилы к клеммам.
- Соблюдайте полярность при подсоединении крокодилов на клеммы.
- Если в процессе зарядки будут слышны звуки кипения, то отключите прибор от сети, дайте время остыть АКБ, проверьте уровень жидкости и после этого можно заново подключить зарядное устройство к сети.
- Следите чтобы, АКБ не перезаряжался , так как от этого зависит состояние его пластин.
- Проводите зарядку АКБ только в хорошо проветриваемых помещениях, так как в процессе заряжания выделяются токсические вещества.
- Электрическая сеть должна иметь установленные автоматы, отключающие сеть в случае ее замыкания.
После того, как вы поставите аккумулятор на зарядку, со временем ток будет падать, а напряжение на клеммах будет возрастать. Когда напряжение достигнет 14,5в – зарядку стоит прекратить выключением из сети. При достижении напряжения более 14,5в, аккумулятор начнет кипеть, а пластины освобождаться от жидкости.
Важно. Никогда не перезаряжайте свой аккумулятор, это может привести к потере его емкости и выходу из строя.
Для того чтобы автомобиль завёлся, ему необходима энергия. Такая энергия берётся из аккумулятора. Как правило, его подзарядка происходит от генератора во время работы двигателя. Когда автомобиль долго не используется или батарея неисправна, она разряжается до такого состояния, что машина уже не может завестись . В этом случае требуется внешняя зарядка. Такое устройство можно купить или собрать самостоятельно, но для этого понадобится схема зарядного устройства.
Принцип работы автомобильного аккумулятора
Автомобильный аккумулятор подаёт питание на различные приборы в автомобиле при выключенном двигателе и предназначен для его запуска. По виду типу исполнения применяется свинцово-кислотная батарея. Конструктивно она собирается из шести элементов питания с номинальным значением напряжения 2,2 вольта, соединённых между собой последовательно. Каждый элемент представляет собой набор решетчатых пластин из свинца. Пластины покрываются активным материалом и погружаются в электролит.
Раствор электролита включает в свой состав дистиллированную воду и серную кислоту . От плотности электролита зависит морозостойкость батареи. В последнее время появились технологии, позволяющие адсорбировать электролит в стеклянном волокне или сгущать его с использованием силикагеля до гелеобразного состояния.
Каждая пластина имеет отрицательный и положительный полюс, а изолируются они между собой использованием пластмассового сепаратора. Корпус изделия выполняется из пропилена, не разрушающегося под действием кислоты и служащий диэлектриком. Положительный полюс электрода покрывается диоксидом свинца, а отрицательный губчатым свинцом. В последнее время стали выпускаться аккумуляторные батареи с электродами из свинцово-кальциевого сплава. Такие аккумуляторы полностью герметичные и не требуют обслуживания.
При подключении к аккумулятору нагрузки активный материал на пластинах вступает в химическую реакцию с раствором электролита, и возникает электрический ток. Электролит со временем истощается из-за осаждения сульфата свинца на пластинках. Аккумуляторная батарея (АКБ) начинает терять заряд. В процессе зарядки химическая реакция происходит в обратном порядке, сульфат свинца и вода преобразуются, повышается плотность электролита и восстанавливается величина заряда.
Аккумуляторы характеризуются значением саморазряда. Он возникает в АКБ при его бездействии. Основной причиной служит загрязнения поверхности батареи и плохого качества дистиллятора. Скорость саморазряда ускоряется при разрушении свинцовых пластин.
Виды зарядных устройств
Разработано большое количество схем автомобильных зарядных устройств, использующих разные элементные базы и принципиальный подход. По принципу действия приборы заряда разделяются на две группы:
- Пуско-зарядные, предназначенные для запуска двигателя при нерабочем аккумуляторе. Кратковременно подавая на клеммы аккумулятора ток большой величины, происходит включение стартера и запуск двигателя, а в дальнейшем заряд батареи происходит от генератора автомобиля. Они выпускаются только на определённое значение тока или с возможностью выставления его величины.
- Предпусковые зарядные, к клеммам аккумуляторной батареи подключаются выводы с устройства и подаётся ток длительное время. Его значение не превышает десяти ампер, в течение этого времени происходит восстановление энергии батареи. В свою очередь, они разделяются: на постепенные (время зарядки от 14 до 24 часов), ускоренные (до трёх часов) и кондиционирующие (около часа).
По своей схемотехники выделяются импульсные и трансформаторные устройства. Первого вида используют в работе высокочастотный преобразователь сигнала, характеризуются малыми размерами и весом. Второго вида в качестве основы используют трансформатор с выпрямительным блоком, просты в изготовлении, но обладают большим весом и низким коэффициентом полезного действия (КПД).
Выполнено зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов своими руками или приобретено в торговой точке, требования, предъявляемые к нему одинаковы, а именно:
- стабильность выходного напряжения;
- высокое значение КПД;
- защита от короткого замыкания;
- индикатор контроля заряда.
Одной из главных характеристик прибора заряда является величина тока, которым заряжается батарея. Правильно зарядить аккумулятор и продлить его рабочие характеристики получится только при подборе нужного его значения. При этом важна и скорость заряда. Чем больше ток, тем выше и скорость, но высокое значение скорости приводит к быстрой деградации аккумулятора. Считается, что правильным значением тока будет величина равная десяти процентам от ёмкости батарейки. Ёмкость определяется как величина тока, отдаваемая АКБ за единицу времени, измеряется она в ампер-часах.
Самодельный зарядный прибор
Приспособление для заряда должно быть у каждого автолюбителя, поэтому если нет возможности или желания приобрести готовый прибор, ничего не останется, как сделать зарядку для аккумулятора самостоятельно. Несложно изготовить своими руками как простейшее, так и многофункциональное устройство. Для этого понадобится схема и набор радиоэлементов. Существует также возможность переделать источник бесперебойного питания (ИБП) или компьютерный блок (АТ) в прибор для подзарядки АКБ.
Трансформаторное зарядное устройство
Такое устройство самое простое в сборке и не содержит дефицитных деталей. Схема состоит из трёх узлов:
- трансформатор;
- выпрямительный блок;
- регулятор.
Напряжение из промышленной сети поступает на первичную обмотку трансформатора. Сам трансформатор может использоваться любого вида. Состоит он из двух частей: сердечника и обмоток. Сердечник собирается из стали или феррита, обмотки - из проводникового материала.
Принцип работы трансформатора основан на появлении переменного магнитного поля при прохождении тока по первичной обмотке и передачи его на вторичную. Для получения на выходе требуемого уровня напряжения количество витков во вторичной обмотке делается меньше, по сравнению с первичной. Уровень напряжения на вторичной обмотке трансформатора выбирается равным 19 вольт, а его мощность должна обеспечивать троекратный запас по току заряда.
С трансформатора пониженное напряжение проходит через выпрямительный мост и поступает на реостат, подключённый последовательно к аккумулятору. Реостат предназначен для регулирования величины напряжения и тока, путём изменения сопротивления. Сопротивление реостата не превышает 10 Ом. Величина тока контролируется включённым последовательно перед аккумулятором амперметром. Такой схемой не получится заряжать АКБ с ёмкостью более 50 Ач, так как реостат начинает перегреваться.
Упростить схему можно, убрав реостат, а на входе перед трансформатором установить набор конденсаторов, использующихся как реактивные сопротивления для уменьшения напряжение сети. Чем меньше номинальное значение ёмкости, тем меньше напряжение поступает на первичную обмотку в сети.
Особенность такой схемы в необходимости обеспечения уровня сигнала на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем рабочее напряжение нагрузки. Такую схему можно использовать и без трансформатора, но это очень опасно. Без гальванической развязки можно получить поражение электрическим током.
Импульсное устройство подзаряда
Достоинство импульсных устройств в высоком КПД и компактных размерах. В основе прибора лежит микросхема с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Собрать мощное импульсное зарядное устройство своими руками можно по следующей схеме.
В качестве ШИМ контроллера используется драйвер IR2153. После выпрямительных диодов параллельно АКБ ставится полярный конденсатор С1 с ёмкостью в пределах 47−470 мкФ и напряжением не менее 350 вольт. Конденсатор убирает всплески сетевого напряжения и шумы линии. Диодный мост используется с номинальным током более четырёх ампер и с обратным напряжением не менее 400 вольт. Драйвер управляет мощными N-канальными полевыми транзисторами IRFI840GLC, установленными на радиаторах. Ток такой зарядки будет равен до 50 ампер, а выходная мощность до 600 Ватт.
Изготовить импульсное зарядное устройство для автомобиля своими руками можно, используя переделанный компьютерный источник питания формата АТ. В качестве ШИМ контроллера в них используется распространённая микросхема TL494. Сама переделка заключается в увеличении выходного сигнала до 14 вольт. Для этого понадобится правильно установить подстроечный резистор.
Резистор, который соединяется первую ногу TL494 со стабилизированной шиной + 5 В, удаляется, а вместо второго, связанного с 12 вольтовой шиной, впаивается переменный резистор с номиналом 68 кОм. Этим резистором и устанавливается требуемый уровень выходного напряжения. Включение блока питания осуществляется через механический выключатель, согласно указанной на корпусе блока питания схеме.
Устройство на микросхеме LM317
Довольно простая, но стабильно работающая схема зарядки легко выполняется на интегральной микросхеме LM317. Микросхема обеспечивает установку уровня сигнала 13,6 вольт при максимальной силе тока 3 ампера. Стабилизатор LM317 снабжён встроенной защитой от короткого замыкания.
Напряжение на схему прибора подаётся через клеммы от независимого блока питания постоянного напряжения 13−20 вольт. Ток, проходя через индикаторный светодиод HL1 и транзистор VT1, поступает на стабилизатор LM317. С его выхода непосредственно на АКБ через X3, X4. Делителем, собранным на R3 и R4, устанавливается необходимое значение напряжения для открывания VT1. Переменным резистором R4 задаётся ограничение тока подзарядки, а R5 уровень выходного сигнала. Выходное напряжение устанавливается от 13,6 до 14 вольт.
Схему можно максимально упростить, но её надёжность уменьшится.
В ней резистором R2 подбирают ток. В качестве резистора используется мощный проволочный элемент из нихрома. Когда АКБ разряжен, ток заряда максимальный, светодиод VD2 горит ярко, по мере заряда ток начинает спадать и светодиод тускнеет.
Зарядное из источника бесперебойного питания
Сконструировать зарядник можно из обычного бесперебойника даже с неисправностью узла электроники. Для этого удаляется из блока вся электроника, кроме трансформатора. К высоковольтной обмотке трансформатора на 220 В добавляется схема выпрямителя, стабилизации тока и ограничения напряжения.
Выпрямитель собирается на любых мощных диодах, например, отечественных Д-242 и сетевом конденсаторе 2200 мкФ на 35−50 вольт. На выходе получится сигнал с напряжением 18−19 вольт. В качестве стабилизатора напряжения используется микросхема LT1083 или LM317 с обязательной установкой на радиатор.
Подключив аккумуляторную батарею, выставляется напряжение, равное 14,2 вольта. Контролировать уровень сигнала удобно с помощью вольтметра и амперметра. Вольтметр подключается параллельно клеммам батареи, а амперметр последовательно. По мере заряда АКБ его сопротивление будет возрастать, а ток падать. Ещё проще выполнить регулятор с помощью симистора, подключённого к первичной обмотке трансформатора наподобие диммера.
При самостоятельном изготовлении устройства следует помнить про электробезопасность при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный прибор зарядки из исправных деталей начинает работать сразу, требуется лишь только выставить тока заряда.
