Пристрій підтримки заряду акб. Пристрій для заряджання автомобільних акумуляторів. Що і де відчували
Крапельна зарядка
Незважаючи на існуючу думку, крапельна зарядка ніяк не сприяє тривалій роботі акумуляторів. При цьому способі заряджання струм не відключається навіть після повної зарядки акумулятора. Тому струм і вибирається малим. Навіть якщо вся енергія, що передається акумулятору, перетворюється на тепло, при малому струмі акумулятор не зможе нагрітися. Для Ni-MH акумуляторів, які негативніше реагують на перезарядку, ніж Ni-Cd, струм заряду рекомендується встановлювати максимум 0,05 °C. Для заряджання акумулятора більшої ємності струму крапельної зарядки слід встановити більше. Звідси випливає, що акумулятори малої ємності не можна заряджати у пристроях, призначених для заряду акумуляторів великої ємності через небезпеку сильного нагрівання та скорочення терміну служби акумулятора. Якщо акумулятор великої ємності встановлювати зарядний пристрій для акумуляторів малої ємності, він може не зарядитися повністю. Перебуваючи за таких умов довго, акумулятори починають втрачати ємність.
На жаль, надійно визначити кінець крапельної зарядки неможливо. При низьких струмах зарядки профіль напруги є плоским і характерний максимум наприкінці зарядки практично не досягається. p align="justify"> Температура плавно зростає і єдиним методом є обмеження часу процесу зарядки. Але для застосування даного методу необхідно, крім точної ємності акумулятора, знати величину його початкового заряду. Вплив початкового заряду можна виключити єдиним способом – повним розрядженням акумулятора безпосередньо перед його зарядженням. І це збільшує тривалість процесу зарядки і вкорочує час роботи акумулятора, що залежить кількості циклів заряд-разряда. Наступною проблемою при обчисленні часу крапельної зарядки є досить низький ККД цього процесу. ККД крапельної зарядки не перевищує 75% і залежить від великої кількості факторів (температури акумулятора, його стану тощо). Єдина перевага крапельної зарядки – простота реалізації процесу (без контролю кінця зарядки). Тільки останнім часом виробники акумуляторів зазначають, що крапельна зарядка перестала вести до зменшення ємності сучасних акумуляторів Ni-MH.
Швидка зарядка
Більшість виробників Ni-MH акумуляторів вказують характеристики своїх акумуляторів у разі швидкої зарядки струмом 1С. Існують рекомендації не перевищувати 0.75 °C. «Розумний» зарядний пристрій повинен оцінювати умови і при необхідності переходити до швидкого заряду. Швидкий заряд використовується лише при температурі від 0 до +40°C та з напругою від 0,8 до 1,8В. ККД швидкого заряджання становить близько 90%, тому акумулятор практично не нагрівається. Але в кінці зарядки ККД різко зменшується і практично вся енергія, що підводиться до акумулятора, перетворюється на тепло. Таким чином, відбувається різке зростання температури акумулятора та внутрішнього тиску. Це викликає відкриття вентиляційних отворів та втрату частини вмісту акумулятора. З іншого боку, під впливом високої температури змінюється внутрішня структура електродів. Тому швидке заряджання акумулятора важливо припиняти вчасно. На щастя, є досить надійні ознаки, перевіряючи які зарядний пристрій здатний це робити.
Робота швидкого зарядного пристрою складається з наступних фаз:
- Визначення наявності акумулятора.
- Кваліфікація акумулятора (qualification).
- Перед-заряджання (pre-charge).
- Перехід до швидкого заряджання (ramp).
- Швидка зарядка (fast charge).
- Дозаряджання (top-off charge).
- Підтримуюча зарядка (maintenance charge).
Фаза визначення акумулятора
На цьому етапі зазвичай перевіряється напруга на виводах акумулятора. Якщо напруга перевищує 1.8В, це означає, що акумулятор не підключено до зарядного пристрою або пошкоджено. Якщо виявляється менша напруга, акумулятор підключений, і можна переходити до зарядки.
У всіх фазах поряд із основними діями проводиться перевірка наявності акумулятора.
Це пов'язано з тим, що акумулятор може бути відсутнім у зарядному пристрої.
Якщо це сталося, зарядний пристрій з будь-якої фази повинен перейти до перевірки наявності акумулятора.
Фаза кваліфікації акумулятора
Призначена для початкової зарядки акумуляторів, що серйозно розряджені. Значення струму попереднього заряджання необхідно вибирати від 0,1С до 0,3C. Перед-зарядка обов'язково має бути обмежена за часом. Тривала фаза передзарядки не потрібна, так як у робочого акумулятора напруга повинна досить швидко досягати значення 0.8В. Якщо напруга не зростає, це означає, що акумулятор пошкоджений і необхідно переривати процес заряджання.
У тривалих фазах заряджання необхідно стежити за температурою акумулятора та припиняти заряджання, коли температура досягає критичного значення. Для Ni-MH акумуляторів допустима температура становить 50°C. Також, як і інших фазах, слід перевіряти наявність акумулятора.
Фаза переходу до швидкого заряджання
Коли напруга на акумуляторі досягає позначки 0,8В, можна переходити до швидкого заряджання. Не рекомендується одночасно використовувати великий зарядний струм. Вмикати великий струм на початку заряджання не рекомендується. Необхідно плавне збільшення сили струму протягом 2-4 хвилин до досягнення заданого значення струму швидкої зарядки.
Фаза швидкої зарядки
Зарядний струм встановлюється від 0,5 до 1,0С. У цій фазі важливим є точне визначення моменту її закінчення. Якщо фаза швидкого заряджання не буде вчасно припинена, акумулятор зруйнується. Тому визначення точного часу закінчення швидкої зарядки необхідно використовувати кілька незалежних критеріїв.
Для Ni-Cd акумуляторів зазвичай застосовується dV метод. Під час заряджання напруга зростає, в кінці зарядки починається зменшення. Для Ni-Cd акумуляторів ознакою закінчення зарядки є зменшення напруги приблизно 30мВ (кожного акумулятора). Метод –dV є найшвидшим та чудово працює навіть для не повністю заряджених акумуляторів. Якщо за допомогою цього методу почати заряджання повністю зарядженого акумулятора, то напруга на ньому швидко зростатиме, а потім різко зменшуватиметься, що й викличе закінчення процесу заряджання.
Для Ni-MH акумуляторів метод працює менш успішно, оскільки зменшення напруги їм виявляється менш помітно. При зарядних струмах менше 0,5C максимум напруги, як правило, не досягається, тому зарядний пристрій для акумуляторів малої ємності часто не може правильно визначати закінчення зарядки акумуляторів великої ємності.
Через незначне зниження напруги в кінці зарядки необхідно підвищувати чутливість, що може призводити до дострокового припинення швидкої зарядки через перешкоди, що генеруються зарядним пристроєм, а також проникають з мережі живлення. Саме тому не слід проводити зарядку акумуляторів в автомобілі, тому що бортова мережа, як правило, має надто високий рівень перешкод. Акумулятор також є джерелом шумів. Тому при вимірюванні напруги слід застосовувати фільтрацію.
Тому в процесі вимірювання напруги потрібно використовувати фільтрацію.
При заряді батарей послідовно з'єднаних акумуляторів, коли окремі акумулятори розрізняються за рівнем заряду, надійність методу dV помітно зменшується. У цьому випадку пік напруги різних акумуляторів досягається у різні моменти часу, у своїй профіль напруги змащується.
Для Ni-MH акумуляторів використовують метод dV=0, при якому замість зниження напруги детектують плато на профілі напруги. У цьому випадку про кінець заряджання свідчить постійна напруга на акумуляторі протягом декількох хвилин.
Незважаючи на всі труднощі щодо кінця зарядки акумулятора методом –dV, більшістю виробників Ni-MH акумуляторів цей метод визначається як основний для швидкої зарядки. Наприкінці зарядки струмом 1С напруга повинна змінюватися від - 12мВ до -2,5 мВ.
Відразу після підключення великого зарядного струму напруга може відчувати флуктуації, які можуть бути визначені зменшення напруги в кінці зарядки. Для запобігання помилковому припиненню процесу швидкої зарядки спочатку (зазвичай 3-10 хвилин) після підключення зарядного струму контроль –dV необхідно відключати.
Обидва розглянуті методи викликають незначний перезаряд акумулятора, що призводить до зниження терміну його служби. Для забезпечення повного заряду акумулятора, завершення процесу заряджання слід проводити за допомогою малого струму та за низької температури акумулятора (при підвищених температурах здатність акумуляторів приймати заряд серйозно зменшується). Тому фазу швидкої зарядки радять завершувати трохи раніше.
Існує так званий метод inflexion для визначення часу закінчення швидкої зарядки. Суть методу у тому, що аналізується максимум похідної напруги за часом. Швидка зарядка припиняється в той момент, коли швидкість зростання напруги досягає максимального значення. Цей спосіб дає можливість завершити етап швидкого заряджання раніше, ніж температура встигає значно піднятися. Цей метод вимагає вимірювання напруги з високою точністю та математичних обчислень.
Деякі зарядні пристрої використовують імпульсний зарядний струм. Імпульси струму мають тривалість порядку 1с, а проміжок між імпульсами – близько 20-30 мс. Серед переваг цього методу можна відзначити найкраще вирівнювання концентрації активних речовин по всьому об'єму та меншу ймовірність появи кристалічних утворень на електродах. Точних відомостей про ефективність такого методу немає, але відомо, що шкоди він не приносить.
У процесі визначення закінчення швидкого заряду акумулятора необхідно точно виміряти напругу. Якщо ці вимірювання проводити під струмом, то через опір контактів з'являтиметься додаткова похибка. Тому на час вимірювання зарядний струм відключають. Після вимкнення струму слід робити паузу 5-10 мс, доки встановлюється напруга на акумуляторі. Далі проводиться вимір.
Для якісної фільтрації перешкод мережної частоти зазвичай проводиться ряд послідовних вибірок на інтервалі, величиною в один період мережної частоти (20 мс), а потім проводиться цифрова фільтрація.
З переваг методу слід згадати нижчу температуру акумулятора в процесі зарядки та здатність усувати кристалічні утворення великого розміру на електродах. Корпорацією General Electric були проведені незалежні дослідження цього методу, які говорять про те, що метод не дає ні користі, ні шкоди.
Так як правильне визначення закінчення швидкого заряду є надзвичайно важливим, зарядний пристрій повинен використовувати кілька методів визначення заряджання відразу. Також необхідно проводити перевірки деяких додаткових умов аварійного припинення швидкої зарядки. Під час швидкого заряджання слід контролювати температуру акумулятора та переривати процес у разі досягнення критичного значення. Для швидкого заряджання обмеження за температурою є жорсткішим, ніж для всього процесу заряджання. Тому, коли температура досягає +45°C, необхідно аварійно припиняти швидку зарядку і переходити до фази дозарядки меншим зарядним струмом. Перед продовженням заряджання температура акумулятора повинна зменшитись, оскільки при підвищеній температурі здатність акумулятора до прийняття заряду суттєво знижується.
Ще одна додаткова умова – обмеження швидкого заряджання за часом. Знаючи зарядний струм, ємність акумулятора та ККД зарядки можна обчислити час, необхідний повної зарядки. Таймер швидкої зарядки потрібно встановлювати на час, що перевищує розрахункове на 5-10%. Якщо цей час зарядки закінчився, але жоден із способів визначення закінчення швидкої зарядки не спрацював, процес аварійно припиняється. Подібна ситуація з великою часткою ймовірності свідчить про несправність каналів вимірювання напруги та температури.
Фаза дозарядки
Зарядний струм встановлюється не більше 0,1-0,3C. При струмі дозарядки 0,1C виробники рекомендують дозаряджатися протягом 30хв. Проведення тривалішої дозарядки призводить до перезарядження акумулятора; ємність акумулятора збільшується на 5-6%, але кількість циклів заряд-розряду скорочується на 10-20%. Позитивним ефектом процесу заряджання є вирівнювання заряду акумуляторів батареї. Ті з них, які заряджені повністю, розсіюють енергію, що підводиться у вигляді тепла одночасно із зарядкою інших акумуляторів. Якщо фаза дозаряджання слід одразу після фази швидкої зарядки, протягом декількох хвилин необхідно дати акумуляторам охолонути. З підвищенням температури акумулятора його здатність приймати заряд суттєво падає. При температурі 45°C акумулятор може приймати лише 75% заряду. Тому процес дозарядки, що проводиться при кімнатній температурі, дає можливість провести найповнішу зарядку акумулятора.
Фаза підтримуючої зарядки
Зарядні пристрої для Ni-Cd акумуляторів після процесу заряджання зазвичай переходять у режим крапельного заряду з метою підтримки акумулятора в стані повного заряду. Таким чином, температура акумулятора залишається підвищеною, а це суттєво зменшує термін служби акумулятора. Ni-MH акумулятори погано переносять перезаряд, і тому їм небажано перебувати у стані крапельної зарядки. Необхідно використовувати дуже низький струм підтримуючої зарядки, щоб тільки компенсувати самозаряд.
Для Ni-MH акумуляторів саморозряд у перші 24 години може становити до 15% ємності акумулятора, а потім зменшується саморозряд і становить 10-15% ємності акумулятора на місяць. Для компенсації саморозряду достатньо середнього струму менше ніж 0,005C. Деякі пристрої включають зарядний струм один раз на кілька годин, а в інший час акумулятор відключений від пристрою. Величина саморозряду серйозно залежить від температури, тому найкращий варіант – зробити заряд, що підтримує адаптивним – щоб невеликий зарядний струм підключався тільки тоді, коли виявлялося задане зменшення напруги.
Фазу підтримуючої зарядки можна не проводити, але якщо між зарядкою та використанням акумулятора проходить тривалий час, то перед використанням акумулятор необхідно заряджати, щоб компенсувати саморозряд. Найкращим варіантом є той, коли зарядний пристрій підтримує повний заряд акумуляторів.
Надшвидкий заряд
При заряді до 70% ємності акумулятора ККД процес заряджання близький до 100%. Цей показник є передумовою створення надшвидких зарядних пристроїв.
Звичайно, збільшувати струм заряду до нескінченності не можна. Існує межа, зумовлена швидкістю, з якою протікають хімічні реакції. На практиці можна використовувати зарядні струми до 10 °C. Щоб акумулятор не перегрівався, після досягнення рівня 70% заряду струм необхідно знижувати до рівня стандартної швидкої зарядки проводити контроль закінчення заряджання стандартним способом.
Необхідно точно контролювати досягнення 70% відмітки заряду. Поки що надійних методів для вирішення цього завдання немає. Проблема полягає у визначенні ступеня заряду батареї, в якій акумулятори можуть бути по-різному розрядженими.
Також проблематично підводити до акумуляторів зарядний струм. При таких високих зарядних струмах слабкий контакт може спричинити додаткове нагрівання акумулятора до його руйнування. У разі помилок зарядного пристрою можливий вибух акумулятора.
Як правило розряд акумулятора в системах безперебійного живлення в процесі експлуатації відбувається дуже рідко і на кілька хвилин, достатнього для виведення системи зберігання даних з режиму роботи, для усунення збою. У вінчестерах комп'ютерів за цей час головка, що зчитує, повернеться у вихідний стан, в іншому випадку можуть бути зіпсовані завантажувальні сектори і робоча інформація. Надалі втрачену інформацію можна частково відновити, а повне використання жорсткого диска буде неможливим.
Відсутність розрядної характеристики в роботі акумулятора призводить до передчасного виходу з ладу.
Акумулятори в безперебійних системах діагностуються внутрішньою схемою на відповідність напруги на акумуляторі заданим параметрам, за наявності напруги мережі пристрій безперебійного живлення автоматично переводить живлення навантаження від мережі. При втраті живлення мережі пристрій повинен перейти в режим перетворення енергії акумулятора в напругу, близьку до параметрів мережного живлення.
Зовнішня діагностика акумулятора безперебійного живлення після експлуатації підтверджує наявність високого внутрішнього опору - через високу кристалізацію, високий саморозряд при внутрішньому замиканні пластин, викликаний сульфатацією. Висока напруга на електродах діагностується внутрішньою схемою як повний заряд та акумулятор далі не заряджається. Підвищення напруги заряду призводить до збільшення виділення тепла. Зниження ємності акумулятора викликане неробочою сульфатацією поверхні пластин, струм навантаження не може вийти з внутрішніх шарів пористої структури пластин акумулятора і напруга на виході при навантаженні неприпустимо падає, призводячи до збою в роботі джерела безперебійного живлення.
Невелика витрата енергії на виведенні систем зберігання інформації з робочого стану не потребує встановлення потужних автомобільних акумуляторів, а для заповнення використаної енергії акумулятора потужних зарядних пристроїв.
Для заряджання акумулятора та підтримки його в робочому стані слід застосувати зарядний пристрій з використанням двох методів заряджання: швидкого заряду та струменевого (компенсаційного) заряду.
Метод повільного заряду застосовуваний при зарядці акумуляторів стільникових телефонів у цій ситуації неприйнятний, як і на стільникових телефонах, він призводить до кристалізації пластин і виходу акумулятора в несподіваний момент.
Батарея акумулятора при цьому методі не заряджається до кінця або перегрівається з тепловим руйнуванням пластин. Системи зберігання даних експлуатуються більше доби і акумулятори в пристроях підтримки напруги повинні перебувати в режимі чергового підзаряду також тривалий час.
Однією з причин виходу з ладу акумулятора є заряд постійним струмом за відсутності невеликого розрядного струму та відсутності циклічності в режимі заряду. При розрядному струмі іони свинцю встигають відновитися до стану аморфного з осадженням на поверхню пластин. У перервах імпульсів зарядного струму знижується температура акумулятора.
Заряд акумуляторів закритого типу з гелієвим наповнювачем повинен відповідати наступним параметрам: обмеження напруги заряду з метою зняття перезаряду та нагріву, автоматичне обмеження зарядного струму в початковий період швидкого заряду – це захистить регулятор струму від перевантаження та перегріву, а елементи акумулятора від неприпустимої величини заряду реалізація струминного підзаряду імпульсним струмом коротким за часом і амплітудою не нижче рекомендованого виробником струму заряду. Середнє значення зарядного струму вбирається у 0,05 З, де З - ємність акумулятора.
Використання циклічності струму для регенерації пластин дозволить підтримувати акумулятор у робочому стані скільки завгодно довго. За короткий час знижується в десятки разів внутрішній опір акумулятора, відновлюється ємність та робоча напруга.
Режим швидкого заряду характеризується такими параметрами:
Час заряду 1-2 години, це достатньо для відновлення ємності акумулятора, після аварійного включення безперебійного живлення, струм заряду 0,2-0,3 С, ступінь заряду батареї 100%. у буферний режим струминного підзаряду. Кінцева напруга акумулятора вказана в паспорті або на корпусі, наприклад для акумулятора Champion 12 Вольт 7 А/год, встановлений пристрій безперебійного живлення типу «АРС», становить 13,3 -13,8 В при 20 градусах температури корпусу. Характеристика зарядного струму крутопадаюча - з підвищенням напруги на акумуляторі струм заряду падає наближаючись до мінімального значення 0,03 -0,05 С - режиму струменевого підзаряду. За відсутності відключень електромережі акумулятор у зарядженому стані може перебувати скільки завгодно тривалий час у режимі очікування. При технології струменевої підзарядки компенсується витрата ємності акумулятора для підтримки роботи схеми в черговому режимі і саморозряд. Стабілізація напруги заряду негативним зворотним зв'язком з акумулятора на генератор імпульсів зарядного струму дозволяє підтримувати режим заряду в автоматичному режимі.
Характеристики зарядного пристрою:
Напруга мережі 220 Вольт.
Максимальний струм заряду 650 мА.
Напруга заряду 13,8 Вольт.
Акумулятор 12 Вольт 1-7а/год.
Струм швидкого заряду 350-450 мА.
Струм струминного підзаряду 30-40 мА.
Розрядний струм 22 мА.
Час заряду 1-2 години.
Час підзаряду безперервний.
Час аварійного режиму – 10-30 хвилин.
Потужність навантаження 50 Вт.
У схему джерела безперебійного живлення входить зарядний імпульсний пристрій, в якому постійний зарядний струм перетворюється за допомогою генератора на таймері в послідовність імпульсів, а паузи між імпульсами позитивної полярності заповнені постійним розрядним струмом негативної полярності. Акумулятор навантажений розрядним струмом та під час заряджання, який використовується для індикації підключення акумулятора до схеми.
Перетворювач струму виконаний на ключах польових транзисторів з керуванням від генератора частоти. За відсутності напруги виробленого перетворювачем напруга мережної частоти і рівня надходить через реле на навантаження, за наявності мережевої напруги воно через контакти включеного в мережу реле надходить на навантаження без перетворень.
У пристрої є світлова індикація включення, полярності підключення акумулятора, індикатор високої напруги та заряджання. Звуковий датчик вказує на відсутність напруги мережі і попереджає про вжиття заходів щодо виведення системи зберігання інформації з робочого режиму за короткий час за програмою.
Аналоговий таймер DA1 (Рис.1) виробляє імпульси стабільної частоти як автогенератора. Процес заряд - розряду часзадающего конденсатора С1 проходитиме циклічно, час заряду залежить від значення резистора R2 - Т1 =0.69 С1R2, час розряду більш тривало T2 = 0.69C1 (R3+R4).
Повний період імпульсу дорівнює Т=Т1+Т2. Частота автогенератора залежить від значення елементів R2, R3, R4, C1 – F=1/T. Добре залежить від робочого періоду імпульсу D=T1/T. При зниженні часу розряду зменшенням значення резистора R2 збільшується шпаруватість.
Діод VD1 формує короткий імпульс зарядного струму.
Резистор R3 дозволяє встановити струм заряду відповідно до паспортних даних акумулятора.
Живлення таймера виконано від аналогового стабілізатора DA2, діод VD2 дозволяє захистити таймер та стабілізатор від неправильної полярності акумулятора.
Напруга таймера вибрано виходячи з напруги живлення мікросхеми DD1 -генератора перетворювача напруги батареї живлення.
Конденсатори С2, С3, С4, С5 знижують рівень перешкод по ланцюгах живлення.
Після подачі живлення на таймер DA1 та зовнішні ланцюги конденсатор С1 почне заряджатися по експоненті до напруги 2/3 Un за час Т1, після чого внутрішній компаратор таймера по входу 6 DA1 переключить внутрішній тригер у протилежний стан, відкриється внутрішній розрядний транзистор конденсатор С1 почне розряджатися рівня 1/3 Un під час Т2.
Заряджання акумулятора відбудеться за таким же сценарієм.
Виведення 5 в мікросхемі таймера DA1 дозволяє отримати прямий доступ до точки дільника з рівнем 2/3 напруги живлення, що є опорною для роботи верхнього компаратора. Використання цього висновку дозволяє змінювати цей рівень для отримання модифікацій схеми, в даному випадку для встановлення вихідної напруги заряду на акумуляторі GB1. Як ключовий перемикач струму в схему введений польовий транзистор N - типу, імпульси з виходу 3 таймера через резистор R5 надходять на затвор транзистора VT1, транзистор відкривається і струм заряду з випрямляча живлення VD3 через обмежувальний резистор R10 і запобіжник Індикатор HL3 вказує короткими світловими імпульсами про процес заряду акумулятора, відсутність свічення попереджає про обрив у ланцюзі заряду акумулятора або несправний транзистор VT1.
Наявність живлення таймера DA1 відображається світлодіодом HL1 жовтого свічення.
Світлодіод HL2 у паралельному з'єднанні з акумулятором виконує три обов'язки, індикує зеленим світлом правильну полярність підключення акумулятора GB1 і є ланцюгом розряду акумулятора зі струмом до 20 мА. При червоному світінні світлодіод вказує на аварійний стан або неправильну полярність підключення акумулятора до схеми.
Напруга негативного зворотного зв'язку з позитивної шини акумулятора через обмежувальний резистор R7 і настановний резистор R8 подається на керуючий електрод регульованого паралельного стабілізатора напруги DA3 - інтегральний аналог стабілітрона, здатного формувати регульоване зразкове
напруга на виведенні 5 таймера DA1.При підвищенні напруги на акумуляторі керований стабілітрон відкривається і змінюється напруга стабілізації.
Зниження напруги на катоді (висновок 3 DA3) призводить до зниження напруги в точці 5 DA1 прямого доступу дільника з рівнем 2/3 Un, що призведе до підвищення частоти генератора на таймері DA1 і зниження напруги та зарядного струму акумулятора GB1.
Пропадання напруги мережі викликає відключення реле К1 з перемиканням контактів К1.1 і К1.2. Перші дозволяють роботу генератора на мікросхемі DD1 подаючи на вхід R (висновок 5 DD1) низького рівня, після запуску генератора на виходах T1 і Т2 сформуються прямокутні імпульси частотою 50 Герц. Імпульси зрушені фазою на чверть періоду. Для перетворення імпульсів прямокутної форми близькі до форми синусоїди на виході трансформатора Т2 встановлений конденсатор С7. Газорозрядний індикатор HL3 вказує на наявність високої напруги.
Застосування польових транзисторів не потребує встановлення потужних радіаторів.
Більшість радіодеталей схеми встановлені на друкованій платі, інші закріплені в корпусі, використаному від блока живлення комп'ютера. Бюджетний вентилятор В1 використовується за прямим призначенням.
Радіодеталі схеми відповідають таблиці1.
| Позначення |
Номінал |
Заміна |
Примітка |
|
|
дротяний |
||||
|
Інші резистори |
||||
|
Мікросхема DA1 |
||||
|
IRF3701, IRF3808. |
||||
|
ТП 114-7 16В 1А |
||||
|
ТТП-40, ТН-6О |
||||
|
РП-21-003УХЛ |
Налагодження схеми пристрою слід розпочати з перевірки джерела живлення +16 вольт та напруги на виході аналогового стабілізатора DA2. При відсутності акумулятора GB1 в схемі світлодіод індикації струму заряду іт
червоним світінням. Для встановлення зарядного струму в розрив ланцюга акумулятора підключити амперметр на струм до одного ампера, резистором R3 встановити струм заряду в межах 0,2С, а резистором R8 напруга на акумуляторі 13,3 вольта. Після 1-2 годин заряду напруга на акумуляторі збільшиться до 13,8 вольта і струм впаде до 0,1С, далі в режимі струминного підзаряду струм знизиться до 0,03С.
Звуковий капсуль НА1 має внутрішній генератор низької частоти.
Відключивши напругу мережі встановлюють резистором R14 частоту 50 Гц на конденсаторі С7.
На польові транзистори VT1-VT3 встановити невеликі радіатори розмірами 10*50*10 мм.
Світлодіоди індикації встановити на корпусі протилежної вентилятору В1.
Література:
1) В.Коновалов «Вимірювання R-вн АБ» «Радіосвіт» №8 2004 р стор.14
2) В.Коновалов, А.Разгільдєєв.»Відновлення акумуляторів» «Радіомір» №3 2005р. стор.7
3) В.Коновалов "Ефект пам'яті знімає вольтдобавка". «Радіосвіт» №10 2005 р. стор.13.
4) В.Коновалов «Зарядний пристрій для Ni-Ca акумуляторів» «Радіо» №3 2006 р. стор.53.
5) Д.А.Хрусталев «Акумулятори» Москва 2003р.
6) І.П.Шелестов «Радіоаматорам корисні схеми» книга 5.Москва 2003
7) В.Коновалов «Ключовий зарядний пристрій» «Радіосвіт» №9.2007р. стр13.
8) Мікросхема КР142ЕН19. «Радіо» №4.1994р.
9) Імпульсний зарядний пристрій «Радіо» № 8.1995г. стор.61
10) Обслуговування «акумуляторів, що не обслуговуються», «Радіомір» №11.2001 р. стор.13.
11) М.Озолін «Просте джерело безперебійного живлення». «Радіо» №8.2005 стор.32.
12) С.Бірюков «Первинний кварцовий годинник». «Радіо» №6 2000р. стр34.
13) В.Коновалов «Регенератор акумуляторних батарей». «Радіомір» №6.2008 стор.14.
14) В.Коновалов «Імпульсна діагностика акумуляторів». «Радіомір» №8 2008р. стор.15.
Легковий та комерційний транспорт використовуються регулярно, а ось спеціальна техніка: екскаватори, катки, дизель-генератори та бензо-генератори аварійного живлення використовуються періодично.
Найслабше місце при зберіганні такої техніки – акумулятори. Свинцеві батареї, як відомо, схильні до саморозряду, що прискорюється з віком та на тлі умов зберігання. Також значно (до 50%) зростає швидкість саморозряду після кипіння, коли щільність електроліту перевищує 1,32 г/см3.
Саморозряд
Цей процес є недоліком хімічної будови автомобільного акумулятора. Причин саморозряду безліч, наприклад, низька якість матеріалів АКБ. Сторонні домішки, метали, солі призводять до перенесення заряду з одного електрода на інший навіть у неодруженому стані.
Також самі електроди можуть бути причиною цього явища: різний склад решітки та активної маси може створювати невеликий «акумулятор усередині акумулятора», витрачаючи ємність у холосту. Найменше саморозрядом страждають акумулятори, що не обслуговуються, де в якості основної добавки в електрод використовується кальцій, а не сурма. Кальцієві АКБ у порівнянні з сурм'яними мають у 8 разів меншу швидкість втрати енергії.
Важливо! Нові АКБ мають найнижчу швидкість саморозряду. При температурі нижче 0 це явище практично не відбувається.
Підтримка заряду
Саморозряд підступний глибокої сульфатацією. Повний саморозряд призводить до непридатності акумулятора, а саморозряд плюс низька температура може призвести ще й до «розмерзання» пластикового корпусу батареї. Тому при зберіганні техніки дизельгенераторів заряд батарей потрібно підтримувати.
У військовій та авіаційній техніці проблема саморозряду вирішується осушенням батарей: АКБ заряджається, після чого з нього зливається кислота АКБ залишається сухим у зарядженому стані.
В автомобільній та спеціальній техніці, якщо немає можливості зливати кислоту, потрібно підтримувати заряд. Деякі пристрої можуть підтримувати заряд буферного режиму: тобто. заряджати акумулятор, а після повної зарядки брати на себе навантаження споживачів (сигналізації, системи аварійного введення резерву). Наприклад, CTEK MXS 5.0 має і буферний режим, і режим імпульсної підтримки заряду - АКБ заряджається тільки тоді, коли напруга на клемах знижується нижче за певний поріг. Ще одним плюс зарядки CTEK MXS 5.0 - можливість зарядки та підтримки заряду через прикурювач або окремо змонтований «швидкий роз'єм». Так акумулятор не обов'язково знімати перед зберіганням техніки.
За підтримки заряду техніки краще обходитися без «самопалу». Пристрої, не призначені для підтримки заряду, поступово «закип'ятять» електроліт, перетворивши його на чисту кислоту. Такий акумулятор більше не зможе працювати.
Схема зарядного пристрою
Автоматичний пристрій, що пропонується, призначений для зарядки автомобільних акумуляторних батарей ємністю від 32 до 60 А*год і підтримки їх у зарядженому стані.
Фірми-виробники рекомендують здійснювати підзарядку батарей струмом, що дорівнює 0,04...0,06 від ємності акумуляторної батареї в ампер-годинниках. За даними фірм, час заряджання батареї багато в чому залежить від зарядного струму - як під час заряджання в автомобілі, так і заряджання від зарядного пристрою.
У процесі зарядки напруга на полюсах акумуляторної батареї змінюється, і коли воно стає рівним 2,3...2,35 на комірку (від 13,8 до 14,1 для батареї 12 В), батарея заряджена на 100%.
Ненавантажений акумулятор саморозряджається за добу приблизно на 1...2% своєї ємності. Якщо поверхня акумулятора сильно забруднена бризками електроліту, ця величина значно зростає.
Електрична схема зарядного пристрою зроблена так, що при 100% зарядці акумуляторної батареї вона перемикається в режим збереження заряду, подаючи слабкий струм, що заряджає (100 ... 250 мА). Цей невеликий струм запобігає саморозряду та сульфатації.
Зарядний пристрій живиться від мережі з напругою 220 В +10% та -15%. Випрямний блок складається з мережевого трансформатора (Т1) потужністю 100 Вт, випрямного моста В2М1 -5 і конденсатора фільтруючого С1.
Опір резистора R1 залежить від ємності акумулятора. Для акумуляторної батареї ємністю 45 А * год потрібно струм 1 = 0,05-45 = 2,25 А.
Тоді резистор R1 повинен мати опір приблизно 1,8 Ом. Для акумулятора ємністю 60 А * год зарядний струм становить 3 А, а опір резистора R1 - 1,33 Ом. Резистор R1 намотується на керамічному корпусі дротом діаметром 1...1,2 мм. Точна величина опору R1 визначається тим, яка акумуляторна батарея приєднана до пристрою. Пристрій буде універсальним, якщо замінити резистор R1 регульованим опором (реостатом).
Блок відстеження ступеня зарядки складається зі стабілізатора напруги DA1, керуючого реле К1, транзистора VT1 (2Т9135) та тригера Шмітта (VT2, VT3), що утворює порогове пристрій, що відстежує
ступінь заряджання батареї. При досягненні напруги 13,9...14,1 пристрій перемикається в режим підтримки заряду.
За даними фірм-виробників акумуляторів, такий режим допустимий всім поширених типів свинцевих акумуляторів.
Його переваги:
- акумулятор може бути підключений до зарядного пристрою як завгодно довго, і завжди знаходиться в повністю зарядженому стані;
- внаслідок малості струму, що заряджає, зарядний пристрій не перевантажується, а споживання струму від електромережі мінімально;
- немає необхідності стежити за процесом зарядки.
Для вказівки режиму роботи зарядного пристрою використано два світлодіодні індикатори. У процесі заряджання світиться діод HL2 (зелений), а в режимі збереження заряду діод HL1 (синій або жовтий).
Регулювання пристрою на рівень зарядки 100% здійснюється наступним чином. До полюсів акумуляторної батареї підключається вольтметр із максимальним відхиленням стрілки 20...30 В; при досягненні напруги 13,9... 14,1 багатооборотний потенціометр R13 встановлюється так, щоб пристрій перейшов з режиму зарядки в режим збереження заряду. Цю операцію бажано
повторити кілька разів. На цьому все налаштування завершується.
Випрямний елемент В2М1-5 встановлюється на ребристому радіаторі. Блок контролю, що з інтегральної схеми DA1, реле К1 (типу R15-12В, польського виробництва) та інших елементів, монтується на друкованій платі. На транзистор VT1 кріпиться гвинтом М3 пластинчастий радіатор розміром 30x12x1 мм.
Весь пристрій монтується у металевому корпусі з отворами для вентиляції. Площа отворів повинна дорівнювати 0,5 площі корпусу.
Радіо, телевізія, електроніка №9/98. Переклад А. Бєльського.
"Радіоаматор", №7/1999, с. 18.
Завантажити: Пристрій для заряджання автомобільних акумуляторів
У разі виявлення "битих" посилань - Ви можете залишити коментар і посилання будуть відновлені найближчим часом.
В даний час існує багато методів заряду акумуляторів. Є більш сучасні, що вимагають спеціальних зарядних пристроїв, а є і прості, класичні методи заряду, відомі ще з моменту створення акумуляторних батарей і популярні до сьогодні.
Сьогодні розглянемо два класичні методи заряду акумуляторної батареї.
1. Заряд акумулятора за постійного зарядного струму. I = const.
2. Заряд акумулятора при постійному зарядному напруженні. U = const.
Сьогодні нам потрібні такі прилади:
1. Рівномірна трубка (якщо є)
2. Ареометр.
3. Вольтметр (мультиметр або вбудований пристрій зарядного пристрою).
4. Зарядний пристрій.
Перед початком заряджання акумулятора потрібно переконатися в необхідності цього, тобто перевірити акумулятор і підготувати його до зарядки, для цього нам необхідно:
1. Очистити корпус батареї, клеми від оксидів, вивернути заливні пробки
2. Перевірити рівень електроліту за допомогою рівнемірної трубки і якщо спостерігається знижений рівень (менше 10-12 мм) необхідно долити дистильовану воду.
3. Виміряти щільність електроліту за допомогою ареометра
4. Виміряти напругу акумулятора за допомогою вольтметра або мультиметра. 
І бажано записати або запам'ятати ці значення вони знадобляться для контролю кінця заряду акумулятора.
За виміряними значеннями щільності та напруги акумулятора оцінити чи потребує він все-таки зарядки чи ні.
Щільність електроліту повністю зарядженої батареї виміряна при температурі +25°С залежно від кліматичної зони повинна відповідати значенням зазначеним у таблиці.
Напруга на повністю зарядженій батареї має бути не меншою 12,6 вольта.
Не заряджайте акумулятор, якщо це не потрібно, оскільки це призведе до скорочення його терміну служби внаслідок перезарядження батареї .
Принцип заряду акумулятора полягає в тому, що до акумулятора підключається напруга із зарядного пристрою, причому для виникнення зарядного струму, тобто початку процесу заряду акумулятора, зарядна напруга повинна бути завжди більшенапруги на акумуляторній батареї
Якщо зарядна напруга буде меншою за напругу на акумуляторі, то напрям струму в ланцюгу зміниться і батарея почне віддавати свою енергію зарядному пристрою, тобто розряджатися на нього.
Розглянемо перший метод заряду акумуляторної батареї.
Заряд акумулятора за постійного зарядного струму.
Заряд акумулятора постійним значенням зарядного струму є основним універсальним методом заряджання. Необхідно знати, що при використанні цього методу, на відміну від інших, акумуляторна батарея заряджається до 100% своєї ємності.
При цьому способі величина зарядного струму протягом усього заряду підтримується постійною.
Це досягається або застосуванням спеціальних зарядних пристроїв з функцією встановлення заданого значення зарядного струму, або включенням в ланцюг заряду реостата, проте в останньому випадку змінювати значення опору реостата для досягнення сталості зарядного струму в процесі заряду необхідно самостійно.
Сенс у тому, що в процесі заряду опір акумулятора та напруга на ньому змінюються, що призводить до зменшення зарядного струму. Для підтримки зарядного струму постійному рівні необхідно збільшувати значення зарядного напруги з допомогою вищезгаданого реостата.
Вкотре скажу, що у сучасних зарядних пристроях значення зарядного струму може підтримується автоматично.
Сила зарядного струму зазвичай вибирається рівною 10% від ємності акумулятора, що вказана на корпусі батарей. У літературі ця ємність позначається як С20, що є ємністю при 20 годин режимі розряду. Просто запам'ятайте це.
Час заряду акумулятора залежить від ступеня його розрядженості перед початком заряду. Якщо акумулятор був повністю розряджений але не нижче 10 вольт, то орієнтовний час його заряду буде в межах 10 годин.
Якщо вас не лімітує час заряду, краще заряджати акумулятор струмом 5% від ємності АКБ, при цьому процес заряду відбувається більш якісно і батарея заряджається на 100% від своєї ємності, при цьому збільшується час заряду.
Заряд акумуляторної батареї проводиться до досягнення рясного газовиділення, сталості напруги та щільності електроліту протягом 2 годин.
Напруга зарядного пристрою, підключеного до акумуляторної батареї, зазвичай наприкінці заряду досягає величини 16-16,2 вольта.
Слід сказати, що в кінці заряду акумулятора шляхом сталості зарядного струму відбувається значне збільшення температури електроліту в ньому. Тому при досягненні температури 45 градусів слід зменшити зарядний струм у 2 рази, або взагалі перервати заряд для зниження температури до 30-35 градусів.
Отже, беремо зарядний пристрій, підключаємо плюсовий та мінусовий затискач до клем акумулятора, ручку установки зарядного струму ставимо на мінімум, тобто в крайнє ліве положення, підключаємо зарядний пристрій до мережі.
Далі встановлюємо зарядний струм, що дорівнює 10% від ємності акумулятора і через кожні 2 години контролюємо щільність електроліту, напруга на акумуляторі, які в процесі заряду акумулятора будуть збільшуватися і якщо є можливість температуру електроліту, або хоча б побічно, торкнутися.
Якщо зарядний пристрій не має функцію підтримки сталості зарядного струму, то підтримуємо його в ручну, змінюючи зарядну напругу і контролюючи зарядний струм через кожні півгодини амперметра зарядного пристрою, або амперметра, включеному послідовно в зарядний ланцюг.
При досягненні напруги приблизно 14 вольт, проводимо контроль густини та напруги через кожну годину.
При спостереженні ознак заряду (кипіння, сталість щільності та напруги) відключаємо зарядний пристрій від мережі, відключаємо затискачі від акумулятора.
Наш акумулятор заряджений.
Недоліки методу заряду:
1. Тривалий час заряду акумулятора (при заряді струмом 10% від ємності близько 10 годин, зарядом струмом 5% від ємності – близько 20 годин, за умови, що акумулятор був повністю розряджений).
2. Необхідність частого контролю процесу заряду (зарядного струму, напруги, щільності та температури електроліту).
3. Існує можливість перезарядження акумулятора.
Заряд акумулятора за постійної зарядної напруги.
Заряд акумулятора при підтримці постійного значення напруги на ньому є прискореним і простим методом введення батареї в дію.
Суть цього заряду полягає в наступному.
Зарядний пристрій безпосередньо підключається до акумуляторної батареї і під час заряджання підтримується постійне значення зарядної напруги. При цьому напруга встановлюється в межах 14,4-15 вольт (для 12-вольтового акумулятора).
При такому методі заряду величина зарядного струму встановлюється, можна сказати, автоматично, залежно від ступеня розряду, густини електроліту, температури та інших факторів.
На початку заряду акумулятора зарядний струм може досягати великих значень, навіть 100% від ємності акумулятора, так як ЕРС батарей має найменше значення, а різниця між цією ЕРС і напругою заряду найбільше. Однак у процесі заряду ЕРС акумулятора збільшується, різниця між ЕРС акумулятора та зарядною напругою зменшується, тим самим зменшується зарядний струм, який через 2-4 години може досягти 5-10% від ємності АКБ. Знову ж таки все залежить від ступеня розрядженості батареї.
Такі великі струми заряду і є причиною швидше заряду акумуляторних батарей.
Наприкінці процесу заряду акумулятора зарядний струм зменшується майже нуля, тому вважається, що з заряді методом підтримки постійного значення зарядного напруги акумулятор зарядиться лише до 90-95% від своєї ємності.
Таким чином, при значенні зарядного струму близького до нуля заряд можна припинити, батарею привести у вихідний стан і встановити на автомобіль.
До речі, заряд акумулятора при постійній величині зарядної напруги реалізований в автомобілі.
Якщо напруга на акумуляторі менше 12,6-12,7 вольт (залежно від марки автомобіля), то реле регулятор підключає генератор до акумулятора для його підзарядки. Причому напруга з генератора відповідає величині 13,8-14,4 вольта (стандартне значення, в іномарках зустрічається напруга генератора трохи більше за вказане значення).
1. Підключаємо зарядний пристрій до акумулятора,
2. Встановлюємо зарядну напругу в межах 14,4-15 вольт,
3. Контролюємо зарядний струм акумулятора
4. Знімаємо акумулятор із зарядки за значення струм близького до нуля.
Недоліки методу:
1. Заряд акумуляторної батареї провадиться не до повної її ємності, а в середньому до 90-95% від її значення.
2. Велике перевантаження джерела зарядної напруги на початку заряду, внаслідок великого зарядного струму (актуально при заряді акумулятора від генератора автомобіля).
Після завершення заряду акумуляторної батареї будь-яким із методів необхідно:
1. Переконатися, що напруга на ньому має значення не менше 12,6 вольта,
2. Щільність електроліту не більше 1.27 г/см3
3. Рівень електроліту 10-12 мм над пластинами
4. Усунути можливі потоки електроліту та встановити акумулятор на автомобіль.
А зараз питання. У деяких відео на ютуб і в статтях на сайтах я зустрічав таку пораду щодо підключення зарядного пристрою до акумулятора: спочатку підключаємо плюс, потім мінус. Так ось я хотів би дізнатися вашу думку, чи правильно це твердження або послідовність підключення проводів зарядного пристрою не має значення?
Пишіть свої думки у коментарях.
Пропоную подивитись докладне відео в якому я пояснюю як зарядити акумулятор використовуючи два класичні методи заряду:
