Многие владельцы автомобилей полагают, что "жизнь" аккумулятора зависит только от качества его изготовления, поэтому покупают импортные аккумуляторы. В некоторых автомобильных журналах даже высказывается мнение о том, что срок службы аккумулятора должен быть не более грда. Это, конечно, очень выгодно ком паниям - производителям.
Практика показывает, что если следить за уровнем электролита и раз в 3 месяца производить тренировочный цикл (полный разряд с последующим полным зарядом), то срок службы аккумулятора можно увеличить до 9 лет при сохранении достаточно высоких параметров (емкости и максимального разрядного тока). Проведение тренировочных циклов не только продлевает срок эксплуатации аккумулятора, но и увеличивает максимальный разрядный ток (уменьшает внутреннее сопротивление).
Но тренировочные циклы (тем более, устранение сульфатации) отнимают много времени. Поэтому в радиолюбительской литературе опубликовано много описаний автоматических зарядных устройств , каждое из которых имеет как достоинства, так и недостатки.
Предлагаю еще одно устройство, которое при простой схеме обладает широкими функциональными возможностями.
Схема состо ит из стабилизатора напряжения (микросхема DA 1), триггера Шмитта (элементы DD 1.1, DD 1.2), счетчика циклов разряда-заряда (микросхема DD 2) с узлом индикации состояния этого счетчика (R 8. . .. R 1 3, VT 1 . ... VT 6, VD 4.... VD 9), двух ключей (VT 7, VD 2, К1 и VT 8, VD 3, К2), инвертора DD 1.3, силового выпрямителя (HL 2, Т1, VD 10.... VD 1 3) и нагрузочного сопротивления, роль которого выполняет лампа HL 1 .
Стабилизатор напряжения на микросхеме DA 1 служит для питания микросхем DD 1, DD 2, а также источником опорного напряжения при контроле напряжения на аккумуляторе. Триггер Шмитта управляет ключом VT 7, VD 2, К1. Счетчик на микросхеме DD 2 подсчитывает количество разрядно- зарядных циклов и управляет ключом VT 8, VD 3, К2, который отключает нагрузку HL 1 от аккумулятора.
Работает прибор следующим образом. Сначала нужно подключить к устройству аккумулятор GB 1. При этом на выходе стабилизатора DA 1 появляется напряжение +5 В, а на резисторе R 15 образуется короткий положительный импульс напряжения, устанавливающий счетчик DD 2 в нулевое состояние. При этом на его выходе 0 высокий уровень, который открывает транзистор VT 1. Загорается светодиод VD 4. Если напряжение подключенного аккумулятора меньше 15 В, то на выходе триггера (выводе 3 DD 1.1) - "1", транзистор VT 7 открыт, а реле К1 включено. Реле К2 также включено, поскольку на выводе 5 DD 2 - "О", соответственно, на выходе (выводе 10) DD 1.3 - "1", и VT 8 открыт.
Устройство подключается к сети 220 В. При этом начинается зарядка аккумулятора GB 1. Зарядный ток протекает по цепи: диоды VD 10....VD 13, замкнутые контакты К1.1, аккумулятор GB 1. Величина зарядного тока ограничивается сопротивлением лампы накаливания HL 2, включенной в разрыв первичной обмотки трансформатора Т1. По мере зарядки аккумулятора напряжение на нем и на резисторе R 2 увеличивается. Когда напряжение на GB 1 достигает 15 В, триггер Шмитта переключается, на выводе 3 DD 1.1 - "0", и транзистор VT 7 закрывается. Реле К1 отпускает, и его контакты К1.1 переключают аккумулятор на разрядку (подключают нагрузку - лампу HL 1). Ток разрядки аккумулятора определяется сопротивлением лампы HL1.
При этом перепад напряжения с выхода триггера (вывода 4 DD 1.2) поступает на вывод 14 счетчика DD 2 и переключает его в следующее состояние, т.е. "1" на выходе 1. Тогда открывается транзистор VT 2, и загорается светодиод VD 5.
По мере разрядки аккумулятора напряжение на нем (и на резисторе R 2) уменьшается. Когда напряжение GB 1 уменьшается до 10,7 В, триггер опять переключается, транзистор VT 7 открывается. Срабатывает реле К1 и переключает аккумулятор на зарядку. Через несколько циклов заряда - разряда при очередном срабатывании счетчика DD 2 на его выводе 5 появляется "1", соответственно, на выходе DD 1.3 - "0". Транзистор VT 8 закрывается, реле К2 отпускает, и лампа HL 1 отключается от аккумулятора. На этом тренировка аккумулятора заканчивается. Дальше оба реле выключены, а аккумулятор разряжается небольшим током, равным общему току потребления микросхем DDI , DD 2, DA 1 (всего около 4 мА).
Количество циклов тренировки аккумулятора можно изменять, подключая входы (выводы 8 и 9) элемента DD 1.3 к разным выходам микросхемы DD 2. Зарядный и разрядный ток аккумулятора регулируется подбором ламп HL 1 и HL 2 (HL 1 должна быть рассчитана на напряжение 12 В, a HL 2 - на 220 В). При помощи резисторов R 2 и R 3 можно в широких пределах регулировать пороги напряжения на аккумуляторе, при которых происходят переключения триггера. При этом R 3 регулирует ширину гистерезиса характеристики триггера, a R 2 одновременно и пропорционально изменяет оба пороговых напряжения срабатывания.
Описанный способ тренировки аккумулятора, когда он полностью разряжается (до напряжения 10,7 В), а затем полностью заряжается (до 15 В), является "классическим". В специальной литературе рекомендуются и другие способы тренировки, например, такой режим. Аккумулятор полностью заряжают до напряжения 15 В и отключают от зарядного устройства. При снижении напряжения на нем до 12,8 В аккумулятор опять подключают к зарядному устройству и доводят его напряжение до 15 В. Процесс повторяют несколько раз. Предлагаемый прибор позволяет реализовать и этот режим. Для этого лампа HL 1 из схемы исключается, а HL 2 подбирается такой мощности, чтобы зарядный ток аккумулятора был около 0,05 от его номинальной емкости. В перерывах между зарядами аккумулятор будет разряжаться током примерно 4 мА.
Конденсатор С1 подавляет пульсации напряжения на входе триггера, что повышает четкость его работы. Диод VD 1 ограничивает напряжение на С1 в пределах 0...5 В (в принципе, VD 1 можно исключить). Напряжения, при которых срабатывает триггер, достаточно стабильны, т.к. микросхема DD 1 питается стабилизированным напряжением.
Замена деталей должна производиться в соответствии с их электрическими характеристиками. Микросхемы серии К561 желательно заменить на микросхемы серии 564, т.к. последние имеют более широкий температурный диапазон. В качестве К1 и К2 использованы реле включения фар (90.3747-01) от автомобиля "УАЗ". Мощность трансформатора Т1 должна быть не менее 150 Вт (для зарядки током 6 А 12-вольтового аккумулятора). Для того, чтобы лампа HL 2 эффективно ограничивала и стабилизировала зарядный ток, на ней должна выделяться достаточная мощность, поэтому напряжение холостого хода трансформатора должно быть в пределах 19....30 В. Пампу HL 2 можно заменить конденсатором большой емкости, но практически это неудобно, т.к. трудно подобрать нужный конденсатор, и не будет стабилизироваться ток зарядки.
Для удобства пользования в схему можно добавить переключатель, изменяющий количество циклов заряда-разряда. Он должен поочередно подключать входы DD 1.3 к выходам DD 2. Для повышения экономичности прибора в отключенном состоянии можно установить тумблеры, отключающие светодиоды (VD 6....VD 9).
Например, если подключить входы DD 1.3 к выводу 7 DD 2, то светодиод VD 7 нужно отключить, иначе ток потребления увеличится с 4 до 15 мА. Для уменьшения потребляемого тока можно также увеличить сопротивление R 7 до 3 кОм, но при этом уменьшится яркость свечения светодиодов. Исходное (нулевое) положение стрелки амперметра РА1 должно быть в середине шкалы, а диапазон измерения тока - 1.0...10 А.
Устройство размещено в двух металлических корпусах. В одном находится узел питания (VD 10 ...VD 13, Т1, FU 1), в другом - все остальные элементы (кроме лампы HL 1). Соединение элементов, а также подключение лампы HL 1 и аккумулятора осуществляется при помощи стандартных вилок и розеток (220-воль- товых), закрепленных на корпусах.
Налаживание правильно собранного устройства заключается, в основном, в установке пороговых напряжений срабатывания триггера. Для этого прибор отключается от сети, отсоединяется лампа HL 1, а вместо аккумулятора к прибору подключается регулируемый источник постоянного напряжения. Изменяя сопротивления R 2 и R 3, устанавливаются нужные напряжения срабатывания (моменты срабатывания определяются по щелчкам реле К1).
1. К.Казьмин. Автоматическое зарядное устройство. В помощь радиолюбителю. Вып. 87. - M .: ДОСААФ, 1978.
2. В.Сосницкий. Зарядное устройство-автомат. В помощь радиолюбителю. Вып. 92. - M .: ДОСААФ, 1986.
3. А.Коробков. Прибор для автоматической тренировки аккумуляторов. В помощь радиолюбителю. Вып. 96. - M .: ДОСААФ.1987.
4. А.Коробков. Приставка-автомат к зарядному устройству. В помощь радиолюбителю. Вып. 100. - M .: ДОСААФ, 1988.
5. Н.Дробница. Автоматическое зарядное устройство. В помощь радиолюбителю. Вып. 77. - M .: ДОСААФ, 1982.
Раздел:
[Зарядные устройства (для авто)]
Сохрани статью в:
В результате неправильной эксплуатации автомобильных аккумуляторов пластины их могут сульфатироваться, и он выходит из строя.
Известен способ восстановления таких батарей при заряде их "асимметричным" током. При этом соотношение зарядного и разрядного тока выбрано 10:1 (оптимальный режим). Этот режим позволяет не только восстанавливать засульфатированные батареи аккумуляторов, но и проводить профилактическую обработку исправных.
На рис. 1 приведено простое , рассчитанное на использование вышеописанного способа. Схема обеспечивает импульсный зарядный ток до 10 А (используется для ускоренного заряда). Для восстановления и тренировки аккумуляторов лучше устанавливать импульсный зарядный ток 5 А. При этом ток разряда будет 0,5 А. Разрядный ток определяется величиной номинала резистора R4.
Рис. 1 Электрическая схема зарядного устройства.
Схема выполнена так, что заряд аккумулятора производится импульсами тока в течение одной половины периода сетевого напряжения, когда напряжение на выходе схемы превысит напряжение на аккумуляторе. В течение второго полупериода диоды VD1, VD2 закрыты и аккумулятор разряжается через нагрузочное сопротивление R4.
Значение зарядного тока устанавливается регулятором R2 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает и через резистор R4 (10%), то показания амперметра РА1 должны соответствовать 1,8 А (для импульсного зарядного тока 5 А), так как амперметр показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.
В схеме предусмотрена защита аккумулятора от неконтролируемого разряда в случае случайного исчезновения сетевого напряжения. В этом случае реле К1 своими контактами разомкнет цепь подключения аккумулятора. Реле К1 применено типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки 24 В или на меньшее напряжение, но при этом последовательно с обмоткой включается ограничительный резистор.
Для устройства можно использовать трансформатор мощностью не менее 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке 22...25 В.
Измерительный прибор РА1 подойдет со шкалой 0...5 А (0...3 А), например М42100. Транзистор VT1 устанавливаются на радиатор площадью не менее 200 кв. см, в качестве которого удобно использовать металлический корпус конструкции зарядного устройства.
В схеме применяется транзистор с большим коэффициентом усиления (1000...18000), который можно заменить на КТ825 при изменении полярности включения диодов и стабилитрона, так как он другой проводимости. Последняя буква в обозначении транзистора может быть любой.
Рис. 2 Электрическая схема пускового устройства.
Для защиты схемы от случайного короткого замыкания на выходе установлен предохранитель FU2.
Резисторы применены такие R1 типа С2-23, R2 - ППБЕ-15, R3 - С5-16MB, R4 - ПЭВ-15, номинал R2 может быть от 3,3 до 15 кОм. Стабилитрон VD3 подойдет любой, с напряжением стабилизации от 7,5 до 12 В.
Приведенные схемы пускового (рис.2) и зарядного устройств (рис. 1) можно легко объединить (при этом не потребуется изолировать корпус транзистора VT1 от корпуса конструкции), для чего на пусковом трансформаторе достаточно намотать еще одну обмотку примерно 25...30 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 1,8...2,0 мм.
Метод базируется на восстановлении аккумуляторов "ассимметричным" током. При этом соотношение тока заряда и разряда выбрано 10:1 (оптимальный вариант). Этот режим позволяет с легкостью восстановить засульфатированные аккумуляторные батареи, но и осуществить профилактическую процедуру исправным АКБ.
Для восстановления и тренировки аккумуляторных батарей лучше всего задавать импульсный ток заряда на уровне 5 А. При этом разрядный ток составит около 0,5 А. Он в первую очередь определен номиналом сопротивления резистора R4. Схема построена так, что заряд АКБ происходит токовыми импульсами в течение одной половины периода сетевого напряжения, в тот момент, когда напряжение на выходе устройства превысит уровень потенциала на аккумуляторе. В течение другого полупериода диоды VD1, VD2 заперты и батарея разряжается через сопротивление нагрузки R4.
Значение тока заряда настраивается переменным резистором R2 по аналоговому амперметру. Учитывая, что во время заряда часть тока идет и через сопротивление R4 (10%), то показания амперметра должны быть 1,8 А (для импульсного зарядного тока в районе 5 А), так как аналоговый амперметр показывает среднее значение тока за период времени, а заряд происходит в течение половины периода.
В схеме имеется защита батареи от неконтролируемого разряда в случае случайного пропадания сетевого напряжения. В этом варианте развития события, реле К1 своими контактами разорвет цепь подсоединения аккумуляторной батареи.
Реле К1 взял старое советское типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки на 24 В, последовательно с обмоткой включил ограничительное сопротивление. Для этой схемы подойдет практически любой трансформатор мощностью не ниже 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке примерно 22-25 В.
Технология восстановления автомобильных аккумуляторов переменным током позволяет достаточно быстро снизить внутреннее сопротивление практически до заводского уровня, при минимальном нагреве электролита. Положительный полупериод тока задействован полностью при зарядке автомобильных батарей с минимальной рабочей сульфатацией, когда мощности импульсного тока заряда хватает для восстановления пластин АКБ.
При восстановлении АКБ с длительным сроком эксплуатации рекомендуется использовать оба полупериода переменного тока в соизмеримых величинах: при зарядном токе величиной в 0,05С (С - емкость), ток разряда выбирается в диапазоне 1/10-1/20 оттока заряда. Интервал времени тока заряда не должен быть более 5 мс, т. о процесс восстановление должен происходить на максимальном уровне напряжения положительной части синусоиды, при которой энергии импульса хватает для химического перехода сульфата свинца в аморфное состояние. Освободившийся остаток SO4 повышает плотность электролита до тех пор, пока все кристаллы сульфата свинца не восстановятся, при этом из-за происходящего электролиза напряжение на аккумуляторной батареи возрастет.
При зарядно-восстановительных процедурах требуется использовать максимальную токовую амплитуду при минимуме времени его действия. Крутой передний фронт токового импульса расплавляет кристаллы сульфата, когда другие методы не приносят ощутимых результатов. Время между зарядом и разрядом требуется также для охлаждения пластин и рекомбинацию электронов в кислотном электролите. Плавное падение тока во второй полуволне синусоиды создает необходимые условия для торможения электронов при переходе тока в отрицательную полуволну синусоиды через точку нуля. Для создания необходимых условий восстановления используется тиристорно-диодная схема регулирования тока. Тиристор во время своего переключения вырабатывает достаточно крутой передний токовый фронт и практически не подвержен нагреву во время работы, в отличии от возможного транзисторного исполнения. Синхронизация импульса тока заряда с питающим напряжением снижает вероятный уровень помех.
Момент роста уровня напряжения на батареи контролируется добавлением в схему отрицательной обратной связи по напряжению, с батареи на ждущий мультивибратор на микросхеме таймере DA1. Также в конструкции используется температурный датчик для защиты от перегрева основных силовых компонентов. Токовый регулятор заряда позволяет задать начальный уровень тока восстановления, исходя от параметров емкости аккумулятора. Контроль среднего тока заряда осуществляется по аналоговому амперметру с линейной шкалой и внутренним шунтом. В его оказаниях токи суммируются, поэтому показания среднего зарядного тока будут занижены.
Не следует долгое время подавать на батарею только отрицательную токовую полуволну - это приводит к разряду батареи с переполюсовкой пластин. В заряженной батареи всегда идет саморазряд из-за разного уровня плотности верхнего и нижнего уровня электролита в банке и других факторов.
В состав принципиальной схемы входит ждущий мультивибратор - генератор синхронизированных импульсов на широко распространенном таймере КР1006ВИ1, усилитель амплитуды токового импульса выполнен на биполярном транзисторе VT1, температурный датчик и усилитель напряжения отрицательной обратной связи на VT2 Напряжение синхронизации идет с двухполупериодного выпрямителя на диодах VD3, VD4 и поступает через резисторный делитель напряжения R13, R14 на второй вход нижнего компаратора микросборки DA1.
Частота импульсов ждущего мультивибратора определяется параметрами резисторов R1, R2 и емкости С1. В начальный момент на третьем выходе DA1 имеется высокий уровень напряжения при отсутствии на втором входе DA1 напряжения выше 1/3 U п, после его появления микросборка срабатывает с порогом, заданным резистором R14, на выходе генерируется импульс с периодом 10 мс и длительностью, зависящей от положения регулятора переменного сопротивления R2, - времени заряда емкости конденсатора С1. Сопротивление R1 задает минимальную длительность импульсов на выходе. Пятый вывод микросборки имеет прямой доступ к точке 2/3 U n внутреннего делителя напряжения. С ростом напряжения на батареи в конце заряда отпирается биполярный транзистор VT2 цепи отрицательной обратной связи и падает напряжение на пятом выводе DA1, с длительность импульса сокращается, время работы открытого тиристора падает. Импульс с третьего пина таймера через резистор R5 следует на вход усилителя на VT1.
Усиленный импульс через оптопару поступает на управляющий электрод тиристора, тиристор открывается и подает в цепь восстановления автомобильного аккумулятора импульс двухполупериодного тока заряда с продолжительностью, зависящей от положения движка переменного сопротивления R2. Резисторы R9, R10 защищают оптопару от возможных перегрузок. Температура силовых компонентов контролируется терморезистором R11, установленного в делителе цепи отрицательной ОС. С ростом температуры сопротивления терморезистора падает и шунтирование транзистором VT2 пятого вывода микросхемы, длительность импульса падает - ток тоже.
Питание таймера в схеме стабилизировано стабилитроном VD1. Электронная конструкция питается от вторичной обмотки трансформатора через VD2-VD4, пульсации сглаживаются емкостью С3. Тиристор питается от двухполупериодного пульсирующего напряжением и выполняет функцию ключа с регулируемым временем включения положительных токовых импульсов, отрицательный импульс следует в автомобильный аккумулятор с однополупериодного выпрямителя VD5.
В гелевых аккумуляторах нет газа – гелия, в них электролит просто находится в состоянии геля. Поэтому, не стоит опасаться за разгерметизацию, данный тип необслуживаемых аккумуляторов вполне можно открыть, при условии, что его не получается зарядить, и напряжение на нём просело ниже уровня в 10 В.
В гелевых аккумуляторах обязательно имеется электролит на основе воды, которая является типовым расходным материалом АКБ, так как она, при восстановлении с помощью электролиза разрушается на гидроксильную группу и водород. А утечку самого легкого элемента в окружающий воздух, прекратить практически невозможно, т.к водород просачивается через резиновые колпачки-клапаны, находящиеся под внешней пластмассовой крышкой.
Для восстановления гелевого аккумулятора необхожимо сорвать приклеенную верхнюю крышку, и вытащить все колпачки-клапаны. Воды надо долить совсем немного – залитая жидкость будет впитываться в фильтровальную бумагу, поэтому через полчаса проверьте – сколько дистиллированной воды осталось в каждой секции батареи. Ее уровень должен слегка покрывать поверхность пластин, поэтому лишнюю воду рекомендуется откачать с помощью резиновой груши.
Для этого закрываем все отсеки АКБ на колпачки-клапаны. А также не забываем накрыть их внешней крышкой, и придавливаем ее грузом (приклеим чуть позже). Во время заряда через колпачки будет скидываться избыточное давление, из-за образования водорода, а крышка будет служить для них препятствием.
Потерявшая ёмкость батарея из-за высыхания электролита, н начальный момент заряда не будет потреблять ток от ЗУ, поэтому напряжение следует выбрать в районе 15 В.
Заряжать придётся довольно долго – пока батарея не начнёт потреблять ток. Но если через 15 часов она не "кушает Амперы", то не ждите от моря погоды, а повышайте напряжение зарядного устройства до 20 В и не оставляйте аккумулятор без присмотра, до момента начала потребления тока.
Хорошо «раскачивает» нежелающий заряжаться аккумулятор метод, при котором сначала дают АКБ зарядиться, а потом разряжают её – и так поочерёдно, небольшими временными интервалами. Первые циклы, должны осуществляться под высоким напряжением – в районе 30 В, а в последующих напряжение зарядки нужно плавно снижать до 14 В.
Разряжать подзарядившейся аккумулятор нужно совсем маленькой нагрузкой например лампочкой или резистором на 5 или 10 Вт при этом следите за напряжением на АКБ, чтобы оно не стало ниже 10,5 В.
После того как вам удалось заставить «проблемный» аккумулятор потреблять ток, продолжайте восстанавливать его до полного заряда длительным заряжанием малым током где-то на уровне 0,05 от ёмкости.
Многие владельцы автомобилей полагают, что "жизнь" аккумулятора зависит только от качества его изготовления, поэтому покупают импортные аккумуляторы. В некоторых автомобильных журналах даже высказывается мнение о том, что срок службы аккумулятора должен быть не более грда. Это, конечно, очень выгодно ком паниям - производителям.
Практика показывает, что если следить за уровнем электролита и раз в 3 месяца производить тренировочный цикл (полный разряд с последующим полным зарядом), то срок службы аккумулятора можно увеличить до 9 лет при сохранении достаточно высоких параметров (емкости и максимального разрядного тока). Проведение тренировочных циклов не только продлевает срок эксплуатации аккумулятора, но и увеличивает максимальный разрядный ток (уменьшает внутреннее сопротивление).
Но тренировочные циклы (тем более, устранение сульфатации) отнимают много времени. Поэтому в радиолюбительской литературе опубликовано много описаний автоматических зарядных устройств , каждое из которых имеет как достоинства, так и недостатки.
Предлагаю еще одно устройство, которое при простой схеме обладает широкими функциональными возможностями.
Схема состо ит из стабилизатора напряжения (микросхема DA 1), триггера Шмитта (элементы DD 1.1, DD 1.2), счетчика циклов разряда-заряда (микросхема DD 2) с узлом индикации состояния этого счетчика (R 8. . .. R 1 3, VT 1 . ... VT 6, VD 4.... VD 9), двух ключей (VT 7, VD 2, К1 и VT 8, VD 3, К2), инвертора DD 1.3, силового выпрямителя (HL 2, Т1, VD 10.... VD 1 3) и нагрузочного сопротивления, роль которого выполняет лампа HL 1 .
Стабилизатор напряжения на микросхеме DA 1 служит для питания микросхем DD 1, DD 2, а также источником опорного напряжения при контроле напряжения на аккумуляторе. Триггер Шмитта управляет ключом VT 7, VD 2, К1. Счетчик на микросхеме DD 2 подсчитывает количество разрядно- зарядных циклов и управляет ключом VT 8, VD 3, К2, который отключает нагрузку HL 1 от аккумулятора.
Работает прибор следующим образом. Сначала нужно подключить к устройству аккумулятор GB 1. При этом на выходе стабилизатора DA 1 появляется напряжение +5 В, а на резисторе R 15 образуется короткий положительный импульс напряжения, устанавливающий счетчик DD 2 в нулевое состояние. При этом на его выходе 0 высокий уровень, который открывает транзистор VT 1. Загорается светодиод VD 4. Если напряжение подключенного аккумулятора меньше 15 В, то на выходе триггера (выводе 3 DD 1.1) - "1", транзистор VT 7 открыт, а реле К1 включено. Реле К2 также включено, поскольку на выводе 5 DD 2 - "О", соответственно, на выходе (выводе 10) DD 1.3 - "1", и VT 8 открыт.
Устройство подключается к сети 220 В. При этом начинается зарядка аккумулятора GB 1. Зарядный ток протекает по цепи: диоды VD 10....VD 13, замкнутые контакты К1.1, аккумулятор GB 1. Величина зарядного тока ограничивается сопротивлением лампы накаливания HL 2, включенной в разрыв первичной обмотки трансформатора Т1. По мере зарядки аккумулятора напряжение на нем и на резисторе R 2 увеличивается. Когда напряжение на GB 1 достигает 15 В, триггер Шмитта переключается, на выводе 3 DD 1.1 - "0", и транзистор VT 7 закрывается. Реле К1 отпускает, и его контакты К1.1 переключают аккумулятор на разрядку (подключают нагрузку - лампу HL 1). Ток разрядки аккумулятора определяется сопротивлением лампы HL1.
При этом перепад напряжения с выхода триггера (вывода 4 DD 1.2) поступает на вывод 14 счетчика DD 2 и переключает его в следующее состояние, т.е. "1" на выходе 1. Тогда открывается транзистор VT 2, и загорается светодиод VD 5.
По мере разрядки аккумулятора напряжение на нем (и на резисторе R 2) уменьшается. Когда напряжение GB 1 уменьшается до 10,7 В, триггер опять переключается, транзистор VT 7 открывается. Срабатывает реле К1 и переключает аккумулятор на зарядку. Через несколько циклов заряда - разряда при очередном срабатывании счетчика DD 2 на его выводе 5 появляется "1", соответственно, на выходе DD 1.3 - "0". Транзистор VT 8 закрывается, реле К2 отпускает, и лампа HL 1 отключается от аккумулятора. На этом тренировка аккумулятора заканчивается. Дальше оба реле выключены, а аккумулятор разряжается небольшим током, равным общему току потребления микросхем DDI , DD 2, DA 1 (всего около 4 мА).
Количество циклов тренировки аккумулятора можно изменять, подключая входы (выводы 8 и 9) элемента DD 1.3 к разным выходам микросхемы DD 2. Зарядный и разрядный ток аккумулятора регулируется подбором ламп HL 1 и HL 2 (HL 1 должна быть рассчитана на напряжение 12 В, a HL 2 - на 220 В). При помощи резисторов R 2 и R 3 можно в широких пределах регулировать пороги напряжения на аккумуляторе, при которых происходят переключения триггера. При этом R 3 регулирует ширину гистерезиса характеристики триггера, a R 2 одновременно и пропорционально изменяет оба пороговых напряжения срабатывания.
Описанный способ тренировки аккумулятора, когда он полностью разряжается (до напряжения 10,7 В), а затем полностью заряжается (до 15 В), является "классическим". В специальной литературе рекомендуются и другие способы тренировки, например, такой режим. Аккумулятор полностью заряжают до напряжения 15 В и отключают от зарядного устройства. При снижении напряжения на нем до 12,8 В аккумулятор опять подключают к зарядному устройству и доводят его напряжение до 15 В. Процесс повторяют несколько раз. Предлагаемый прибор позволяет реализовать и этот режим. Для этого лампа HL 1 из схемы исключается, а HL 2 подбирается такой мощности, чтобы зарядный ток аккумулятора был около 0,05 от его номинальной емкости. В перерывах между зарядами аккумулятор будет разряжаться током примерно 4 мА.
Конденсатор С1 подавляет пульсации напряжения на входе триггера, что повышает четкость его работы. Диод VD 1 ограничивает напряжение на С1 в пределах 0...5 В (в принципе, VD 1 можно исключить). Напряжения, при которых срабатывает триггер, достаточно стабильны, т.к. микросхема DD 1 питается стабилизированным напряжением.
Замена деталей должна производиться в соответствии с их электрическими характеристиками. Микросхемы серии К561 желательно заменить на микросхемы серии 564, т.к. последние имеют более широкий температурный диапазон. В качестве К1 и К2 использованы реле включения фар (90.3747-01) от автомобиля "УАЗ". Мощность трансформатора Т1 должна быть не менее 150 Вт (для зарядки током 6 А 12-вольтового аккумулятора). Для того, чтобы лампа HL 2 эффективно ограничивала и стабилизировала зарядный ток, на ней должна выделяться достаточная мощность, поэтому напряжение холостого хода трансформатора должно быть в пределах 19....30 В. Пампу HL 2 можно заменить конденсатором большой емкости, но практически это неудобно, т.к. трудно подобрать нужный конденсатор, и не будет стабилизироваться ток зарядки.
Для удобства пользования в схему можно добавить переключатель, изменяющий количество циклов заряда-разряда. Он должен поочередно подключать входы DD 1.3 к выходам DD 2. Для повышения экономичности прибора в отключенном состоянии можно установить тумблеры, отключающие светодиоды (VD 6....VD 9).
Например, если подключить входы DD 1.3 к выводу 7 DD 2, то светодиод VD 7 нужно отключить, иначе ток потребления увеличится с 4 до 15 мА. Для уменьшения потребляемого тока можно также увеличить сопротивление R 7 до 3 кОм, но при этом уменьшится яркость свечения светодиодов. Исходное (нулевое) положение стрелки амперметра РА1 должно быть в середине шкалы, а диапазон измерения тока - 1.0...10 А.
Устройство размещено в двух металлических корпусах. В одном находится узел питания (VD 10 ...VD 13, Т1, FU 1), в другом - все остальные элементы (кроме лампы HL 1). Соединение элементов, а также подключение лампы HL 1 и аккумулятора осуществляется при помощи стандартных вилок и розеток (220-воль- товых), закрепленных на корпусах.
Налаживание правильно собранного устройства заключается, в основном, в установке пороговых напряжений срабатывания триггера. Для этого прибор отключается от сети, отсоединяется лампа HL 1, а вместо аккумулятора к прибору подключается регулируемый источник постоянного напряжения. Изменяя сопротивления R 2 и R 3, устанавливаются нужные напряжения срабатывания (моменты срабатывания определяются по щелчкам реле К1).
1. К.Казьмин. Автоматическое зарядное устройство. В помощь радиолюбителю. Вып. 87. - M .: ДОСААФ, 1978.
2. В.Сосницкий. Зарядное устройство-автомат. В помощь радиолюбителю. Вып. 92. - M .: ДОСААФ, 1986.
3. А.Коробков. Прибор для автоматической тренировки аккумуляторов. В помощь радиолюбителю. Вып. 96. - M .: ДОСААФ.1987.
4. А.Коробков. Приставка-автомат к зарядному устройству. В помощь радиолюбителю. Вып. 100. - M .: ДОСААФ, 1988.
5. Н.Дробница. Автоматическое зарядное устройство. В помощь радиолюбителю. Вып. 77. - M .: ДОСААФ, 1982.
Введение
В настоящее время наряду с литий-ионными аккумуляторами все еще широко используются никель-кадмиевые. Данные аккумуляторы дешевле литий-ионных и сохраняют свою работоспособность в любых погодных условиях, в то время как литий-ионные аккумуляторы некоторых производителей теряют свою работоспособность при отрицательной температуре.
Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются на электрокарах (как тяговые), трамваях и троллейбусах (для питания цепей управления), речных и морских судах. Широко применяются в авиации в качестве бортовых аккумуляторных батарей самолетов и вертолетов. Используются как источники питания для автономных шуруповёртов, винтовёртов и дрелей.
Минусом никель-кадмиевых аккумуляторов является так называемый «эффект памяти», который возникает при заряде аккумулятора без предварительного его полного разряда. Вследствие этого со временем понижается максимальная емкость аккумулятора, и время его работы сокращается.
В данном дипломном проекте будет разработано устройство для автоматизированной тренировки аккумуляторных батарей. Тренировка аккумулятора необходима для поддержания батареи в работоспособном состоянии и правильного отображения реального заряда аккумулятора. Заключается этот процесс в проведении цикла разряд - заряд.
Аккумулятор подключается через резистор к земле и полностью разряжается. Затем аккумулятор подключается к цепи питания и заряжается до тех пор, пока на нем не установится значение напряжения, не меняющееся в течение длительного времени за один цикл заряда. Если максимальное значение напряжения недостаточно высоко, проводится повторение цикла разряд - заряд.
Устройство, разрабатываемое в рамках данного дипломного проекта, может применяться сервисными службами, занимающимися обслуживанием аккумуляторов, строительными компаниями, располагающими большим количеством автономных шуруповертов и дрелей, больницами, в которых используются приборы для фиксирования жизненных показателей больного, постоянно носимые пациентом.
Обзор аналогов и их анализ
Современные производители электроники выпускают подобные устройства, но они, как правило, построены исключительно на аналоговых элементах и не обладают той гибкостью, какой обладает устройство, построенное на микроконтроллере.
а) Любительская схема аналогового устройства ручной тренировки аккумулятора .
Схема представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Любительская схема аналогового устройства ручной тренировки аккумулятора
Принцип работы данного устройства - ручное переключение аккумулятора в режим разряда и заряда.
Достоинством этой схемы является несомненная простота и дешевизна. Недостатком - ручное управление и отсутствие защиты от переразряда аккумулятора. Пользователь должен сам отслеживать значение напряжения на аккумуляторе и вовремя переключать его с разряда на заряд. Такое устройство имеет смысл изготавливать для тренировки одного-двух аккумуляторов, так как процесс тренировки занимает весьма длительное время и требует постоянного контроля.
б) Устройство автоматической тренировки аккумулятора .
Схема этого устройства представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Электрическая принципиальная схема устройства автоматической тренировки аккумулятора
Это устройство позволяет тренировать аккумуляторы только в автоматическом режиме.
Пользователь вручную задает минимальное напряжение заряда и напряжение разряда аккумулятора. Для этого к гнёздам XS1 подключают вольтметр и переменным резистором R10 устанавливают минимальное значение напряжения разряда. Затем вольтметр подключают к гнёздам XS2 и переменным резистором R8 устанавливают минимальное значение напряжения заряда.
К достоинствам этой схемы можно отнести некоторую гибкость в сравнении с предыдущей схемой, к недостаткам - отсутствие какого-либо дисплея, отображающего текущее значение напряжения на аккумуляторе, и необходимость наличия у пользователя отдельного вольтметра для программирования устройства.
в) Turnigy Fatboy 8 1300W Workststion Charger
Особняком от любительских схем стоит этот прибор, изготавливаемый сингапурской компанией LEO Energy Pte Ltd., Revolectrix. Разработчик не публикует схему внутреннего устройства прибора и не объясняет принцип его работы.
Внешний вид данного прибора изображен на рисунке 3.
Рисунок 3 - Внешний вид Turnigy Fatboy 8 1300W Workststion Charger
Данный прибор способен заряжать и разряжать множество типов аккумуляторов: никель-кадмиевые, литий-ионные, литий-полимерные, литий-марганцевые, свинцовые с напряжением 6, 12 и 24В. Также в нем есть функция произведения нескольких циклов заряда - разряда аккумулятора, которая, однако, служит лишь подобием тренировки аккумулятора: устройство производит лишь столько циклов, сколько назначит пользователь, оно не отслеживает, восстановил ли аккумулятор свою ёмкость или нет.
Достоинства этого прибора таковы: широкий спектр видов аккумуляторов, удобство использования, возможность назначить несколько циклов разряда - заряда и наличие гарантийного обслуживания.
Но помимо достоинств данный прибор обладает также и рядом недостатков, среди которых такие как:
Невысокая надежность. Несмотря на то, что производитель заверяет покупателей в обратном, в отзывах пользователи жалуются на выход прибора из строя после непродолжительного использования;
Отсутствие полностью автоматического режима тренировки аккумулятора. Как уже было сказано выше, пользователь лишь может назначить число циклов заряда - разряда, нет функции «производить циклы разряда - заряда до восстановления ёмкости аккумулятора»;
Высокое энергопотребление;
Достаточно высокая цена прибора, составляющая $199,95 без учета цены платы с балансировочными разъемами, приобретающейся отдельно, и доставки из-за рубежа, стоимость которой тоже немаленькая из-за веса прибора около двух килограмм.
Использовать такое устройство только для тренировки никель-
кадмиевых аккумуляторов экономически нецелесообразно.
Ниже представлена сводная таблица разрабатываемого устройства и рассмотренных аналогов, в которой отображены преимущества и недостатки всех рассмотренных устройств.
Таблица 1 - Сводная таблица разрабатываемого устройства и рассмотренных аналогов
Устройство |
Вариант исполнения |
Наличие автоматического режима |
Наличие ручного режима |
Сложность изготовления |
Стоимость |
Только аналоговые элементы |
Очень просто |
||||
Устройство автоматической тренировки аккумулятора |
|||||
Turnigy Fatboy 8 1300W Workststion Charger |
Разработчик не предоставил информацию |
Нет, только возможность задания нескольких циклов |
Поставляется изготовленным |
Очень высокая |
|
Разрабатываемое устройство |
Аналоговые и цифровые элементы |