Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Схемы простых мощных зарядных устройств для аккумуляторов.». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
В розничной продаже представлено много ЗУ для аккумуляторов от различных фирм производителей соответствующего оборудования. Неподготовленному покупателю достаточно сложно самому разобраться и выбрать оптимальный по всем основным параметрам образец.
Обзор автомобильных зарядных устройств
Подавляющее большинство имеющихся в продаже видов автомобильных зарядных устройств, легко справляется с задачей доведения емкости батареи до нормы, для чего требуется менее полу-суток. Данные устройства способны восстановить первоначальные характеристики полностью разряженного АКБ.
Ассортимент существующих в настоящее время экземпляров впечатляет. Пользователям представлены:
- отечественные образцы различных производителей;
- китайские изделия, где наряду с профессиональными моделями очень много контрафактной продукции, «зарядок», не отвечающих никаким нормам и требованиям качества;
- импортные европейские, американские, корейские или японские модели.
Принцип работы и основные компоненты
Свинцово-кислотные аккумуляторы заряжают постоянным (выпрямленным) напряжением, стабильным по уровню. Чтобы получить ток, втекающий в батарею, зарядное напряжение должно быть выше напряжения АКБ. Ток заряда в таком режиме зависит от разницы напряжений источника и батареи.
Полностью разряженная АКБ автомобиля выдает напряжение 10,5 вольт (ниже разряжать нельзя), полностью заряженная — 12,6 вольт. В процессе уровень на выходе ЗУ остается постоянным, на клеммах батареи плавно повышается. Поэтому в начале зарядки ток будет максимальным, по окончании – минимальным. Снижение уровня тока служит признаком окончания процесса. Также для автоматического завершения зарядки можно использовать достижение напряжения на АКБ значения 12,5..12,6 вольт.
Большинство электронных компонентов лучше собрать на печатной плате. В домашних условиях плату можно изготовить методом ЛУТ или фотоспособом. Разработать рисунок можно в бесплатных программах, например LayOut или условно-бесплатной Eagle. А можно нарисовать дедовским способом на бумаге и нанести рисунок лаком на поверхность фольги. Плата травится в растворе хлорного железа или в следующем составе:
- 100 мл аптечной перекиси водорода.
- 30 г лимонной кислоты.
- Две чайные ложки поваренной соли.
Силовые элементы монтируются на радиаторы достаточной площади. Устанавливать их надо на теплопроводящую пасту. Если теплоотводящая поверхность элемента не соединена с общим выводом, на теплоотвод деталь крепят через изолирующую прокладку – слюдяную или из упругого материала. Радиатором может служить металлическая стенка корпуса. Также можно сделать теплоотвод частью конструкции. Можно организовать обдув радиаторов – тогда их площадь можно значительно уменьшить. Для этого понадобится вентилятор на 12 вольт, который можно подключить к выходу диодного моста.
Корпус подбирается готовым или изготавливается самостоятельно. На передней панели крепятся:
- измерительные приборы;
- органы регулирования напряжения и тока;
- индикаторы включенного состояния.
Для подключения проводов, отходящих к аккумулятору, клеммы и разъемы лучше не использовать. Токи через них идут большие, поэтому потенциальный источник дополнительного переходного сопротивления нежелателен. Провода лучше подпаять к плате и вывести через отверстия в передней панели. Сечение проводников должно достаточным – не менее 2 кв.мм, а лучше 4 кв.мм. С другой стороны проводов надо припаять зажимы «крокодил».
Рекомендации по применению самодельного зарядника
Простота конструкции требует определенных правил во время эксплуатации, чтобы не оказывать негативного влияния на функциональные качества самой батареи. Так, например, амперметр и вольтметр нужны для контроля процесса зарядки — автоматического выключения по окончании зарядки происходить не будет. Следует соблюдать и некоторые другие правила.
- Отсутствие защиты от переполюсовки требует при подключении строго соблюдать полярность. Неправильно подсоединенные клеммы могут вывести АКБ из строя. Важно: плюс зарядника всегда соединять с плюсовым контактом батареи, минус — с отрицательным контактом.
- Категорически запрещается проверять величину зарядки коротким замыканием плюсовой клеммы на минусовую, или как принято говорить в обиходе «на искру». Вывести из строя диодный мостик зарядного устройства таким способом достаточно легко.
- Строго соблюдать правила электробезопасности при подключении зарядника к клеммам батареек: он не должен быть включен в сеть 220 В. Соответственно во время отсоединения зарядника от аккумулятора его предварительно следует отключить.
- Самодельное зарядное устройство для АКБ не оборудовано устройствами защиты. Поэтому следует во время работы следить за ним, возможно возникновение самых неожиданных ситуаций. Правила выполнения процесса зарядки АКБ в вентилируемом помещении, вдали от горючих материалов должны неукоснительно соблюдаться. Пробки на аккумуляторе обязательно выкрутить, для предотвращения его взрыва от закипающего электролита.
- Собирая зарядник следует помнить о наличии на входе 220 В и тщательно соблюдать схему сборки. Это сохранит здоровье и при включении не выведет из строя аккумуляторную батарею на вашем автомобиле.
Сколько времени необходимо заряжать аккумулятор
Строго определенного времени сколько надо заряжать аккумулятор нет.
Время на зарядку разное и зависит от:
- емкости батареи и степени ее разряда;
- температуры окружающей среды;
- возраста и степени сульфатации пластин.
Кроме тока, который регулируют при зарядке важно выставить напряжение:
- При выходном напряжении ЗУ — 14,4 В — в течении суток батарея зарядится на 80%.
- При выходном напряжении ЗУ — 15,0 В — в течении суток батарея зарядится на 90%.
- При выходном напряжении ЗУ — 16,0 В — в течении суток батарея зарядится на 100%. Важен и ток зарядки. В современных устройствах он регулируется автоматически.
Разновидности и технические характеристики тиристорного регулятора
Из-за того, что тиристор пропускает через себя напряжение только одной полярности, его нелзя использовать для управления трансформатором без дополнительных элементов:
- Включить тиристор в диодный мост из 4 диодов на вывода “+” и “-“. Вывода “~” подключаются в разрыв цепи вместо выключателя или последовательно с ним. Диодный мост выпрямляет напряжение и на тиристор подается питание только одной полярности.
- Использовать два тиристора, включенные встречно-параллельно и для управления через переменный резистор соединяются управляющие вывода. Каждый из элементов открывается при своей полярности, а оба вместе управляют напряжением на нагрузке.
Особенности регуляторов для первички трансформаторов
Ток зарядки батареи составляет 10% ее емкости. Это значит, что аккумулятор с емкостью 60Ач заряжается током не более 6А. Напряжение заряда при работе автомобиля 14,5В. Учитывая необходимый запас, зарядное устройства должно быть способно выдать 10А при напряжении 16В.
Запас напряжения необходим для регулировки и ограничения зарядного тока.
В разных моделях аппаратов она производится разными способами:
- Добавочными сопротивлениями. Включаются после диодного моста. Самая простая конструкция, но имеющая самые большие размеры.
- Транзисторами. Высокая точность регулировки, но самая сложная схема, требующая хорошего охлаждения силовых транзисторов.
- Тиристорное управление. Простые схемы. Регулировка осуществляется тиристорным ключем в цепи первичной обмотки или тиристорами, установленными вместо диодов в выпрямительный мост.
Немного полезной информации
Аккумулятором называется накопитель электрического заряда. Во время подачи на него электрического напряжения, происходит накопление энергии, что объясняется химическими изменениями внутри батареи. При подключении источника потребления можно наблюдать обратный процесс, который обусловлен обратным химическим изменением, создающим напряжение в области клеммов устройства. Через нагрузку происходит прохождение тока. То есть, чтобы получить напряжение от аккумуляторной батареи, следует сначала ее зарядить.
Сам процесс заряда батареи происходит по определенным правилам и зависит от вида аккумулятора. Из-за нарушения данных правил возможно уменьшение срока эксплуатации батареи, а также ее емкости.
Это возможно в случае со сложными зарядными устройствами, имеющими регулируемые параметры, а также приобретая отдельное ЗУ специально под определенную батарею. Но есть более универсальный и практичный вариант – сделать зарядное устройство своими руками.
Как выбрать подходящий вариант?
- Определить вид необходимого устройства. Есть зарядные и пуско-зарядные устройства. Первые могут зарядить севший аккумулятор, а вторые не только зарядить, но и запустить двигатель за счет подачи максимального тока в короткое время.
- Определить тип устройства. Бывают импульсные и трансформаторные модели. Трансформаторные – немного устаревшие, отличаются большим размером и весом, но вместе с тем надежностью. Импульсные – компактные современные. Импульсные «зарядники» китайского происхождения могут оказаться плохого качества. Выбирайте проверенного производителя.
- Определить тип аккумулятора. Посмотрите в паспорт АКБ вашего автомобиля. Есть три основных типа – WET, AGM, GEL. Для WET подойдет любое зарядное устройство, а вот совместимость с AGM, GEL нужно обязательно уточнять при покупке.
- Определить напряжение АКБ. Это может быть 6, 12 и 24 вольт. Этот параметр указан в паспорте. Напряжение, которые выдает зарядное устройство должно соответствовать напряжению АКБ.
- Определяем ток заряда. В характеристиках вы найдете показатели максимального и минимального тока заряда. Производители аккумуляторов рекомендуют заряжать их током, составляющим 1/10 емкости батареи. То есть, если емкость аккумулятора 55 Ампер*час, то заряд должен быть 5,5 Ампер*час. Если АКБ необслуживаемый, то показатель равен 1/20 емкости из-за повышенного риска образования газов.
- Режим десульфации. При неблагоприятных условиях (например, в жару) на пластинах аккумулятора образуются сульфаты серной кислоты, из-за которых емкость батареи значительно падает. Если зарядное устройство работает в режиме десульфации, то за несколько дней оно способно полностью восстановить батарею.
Нужные параметры при зарядке постоянным током
Уже доказано, что производить заряд автомобильных свинцовых кислотных аккумуляторных батарей (в основном в автомобилях присутствуют именно такие) необходимо при помощи тока, не превышающего показателя в 10% от емкости всей батареи.
Так, в случае емкости АБ в 55 A/ч, максимальная подача тока заряда должна быть 5,5 А. По такому принципу высчитывается максимальный ток для любой батареи. Можно даже немного снизить подачу тока, но в таком случае процесс заряда будет идти немного медленнее. Накопление заряда будет происходить даже в случае, если ток заряда будет ближе к отметке 0,1 А. Но в таком случае для восстановления емкости необходимо будет очень много времени.
Минимальное время заряда АБ при уровне тока в 10% от заряда составляет 10 часов, но это в случае полного разряда батареи, которого допускать недопустимо. Поэтому на фактическое время до полного заряда влияет глубина разряда.
Многие уже могли видеть советское зарядное устройство. Оно похоже на небольшую коробку из металла, и может показаться совсем ненадежной. Но это вовсе не так. Главное отличие советского образца от современных моделей — надежность. Оборудование обладает конструктивной мощностью. В том случае, если к старому устройству подсоединить электронный контроллер, то зарядник получится оживить. Но если под рукой такого уже нет, но есть желание его собрать, необходимо изучить схему.
К особенностям их оборудования относят мощный трансформатор и выпрямитель, с помощью которых получается быстро зарядить даже сильно разряженную батарею. Многие современные аппараты не смогут повторить этот эффект.
Классификация зарядных устройств по принципу работы
Мы начнем знакомство именно с них, ибо трансформатор – понятие известное и понятное. Оно хорошо знакомо даже новичкам в автомобильном деле, поскольку физику в школе учили все, а сущность трансформаторной технологии не меняется уже десятилетиями. А зачем менять, если она проверена, испытана и очень надежна? А еще — довольно недорогая и вполне эффективная.
Принцип действия основа на работе трансформатора. Как помним со школы, он представляет собой магнитный стержень, на который плотно намотана обмотка. Характеристики и качество работы трансформатора зависит от количества обмоток и материала проводников. Суть состоит в том, что этот прибор работает на основе явления электромагнитной индукции. Его основная задача – преобразовывать переменный ток в постоянный.
То есть, переменный ток из стандартной сети становится постоянным, и в этом своем состоянии и заряжает автомобильный аккумулятор. К трансформатору подключен выпрямитель, он изменяет показатели напряжения. Если в розетке 220 Вольт, то трансформаторное зарядное устройство выдает на выходе не более 14-15 Вольт, что приемлемо для каждой АКБ.
Приступая к зарядке с трансформаторным ЗУ, необходимо установить показатель зарядного тока в размере 10% от емкости батареи (к примеру, емкость 50 Ампер-часов, ток зарядки 5 Ампер и т.д.). При этом напряжение будет меняться, его динамика зависит от того, насколько разряжен аккумулятор.
Итак, основные характеристики трансформаторных ЗУ:
- Постоянный ток;
- Динамичное напряжение.
Импульсные:
Импульс – технология современная, а поэтому более продвинутая и эргономичная. Основной ее принцип – воздействие на аккумуляторную батарею автомобиля высокочастотным током. Таким образом, подзарядка происходит путем подачи малых импульсов. Для выполнения процесса зарядки не нужен ни магнитный стержень, ни медная или алюминиевая обмотка, поэтому импульсные зарядные устройства маленькие и легкие.
По поводу показателей тока и напряжения, то конструкция этих приборов такова, что «железной и нерушимой» константы, как у трансформаторов, не существует.
- Заряжать АКБ постоянным током и динамичное напряжение;
- Выдавать постоянное напряжение и переменный ток;
- Или же производить комбинированную (смешанную) зарядку.
Последний принцип работы считается наиболее удачным и эффективным для батарей разного типа, как на легковых автомобилях, так и на мотоциклах или грузовых. В начале этого процесса подается постоянный вольтаж, показатель которого регулируется автоматически. Затем включается постоянный ток, величина которого контролируется автоматикой. Но такой способ возможен только на тех ЗУ, где есть автоматическая система контроля работы.
По поводу первого пункта, то именно так работает и трансформаторная зарядка. Второй способ (постоянный вольтаж) хорош тем, что сеть как бы контактирует непосредственно с батареей, поэтому можно заряжать ее частично, когда требуется лишь небольшая подзарядка. Здесь очень важен контроль происходящих этапов, а батарею желательно изъять из машины, заботясь о ее защите и своей безопасности.
Перечисленные выше марки – это небольшая часть имеющихся в продаже. На рынке моделей достаточно много. Неискушенному человеку очень трудно подобрать подходящую модель лучший зарядки для аккумуляторов. Для сравнения нескольких зарядных устройств ниже приведена таблица.
| Название зарядного устройства | Емкость батареи | Номинальный выход напряжения | Подзаряд при хранении | Масса |
| Беркут смарт | 6-160 | 14,4-17 | + | 0,9 |
| Bosch C3 | 1,2-120 | 14,4-14,7 | + | 0,85 |
| Орион PV 150 | 15-90 | 6,0-15 | + | 0,75 |
| DHC SC5Е | 10-200 | 14,8 | – | 2,7 |
| CTE MXS5 | 0,2-100 | 14,8 | + | 0,70 |
| Keepower batter | 3-80 | 14,4 | + | 0,85 |
Если потребность в хорошем зарядном устройстве возникает периодически (холодное время года, долго не использовалось авто) то нужно покупать недорогие модели. Следует остановится на простом варианте без регулировок и разных переключателей.
Более опытные автолюбители для контроля зарядки могут купить Функулон – зарядное устройство для автомобильного аккумулятора с функцией регулировки зарядного тока, встроенным амперметром. При встроенных батареях AGM и GEL нужно убедиться перед покупкой, имеет ли зарядное функцию для АКБ.
Схема зарядного автомата для 12В АКБ
Принципиальная схема автоматического автомобильного ЗУ
Рисунок платы автоматического автомобильного ЗУ
Основа схемы — микроконтроллер AtMega16. Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево», «вправо», «выбор». Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню. Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти.
Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор», выбрать «установки», «параметры профиля», профиль П1 или П2. Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор». Стрелки «влево» или «вправо» сменятся на стрелки «вверх» или «вниз», что означает готовность параметра к изменению. Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM. Более подробно о настройке читайте на форуме.
Управление основными процессами возложено на микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа, в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4, C9, R7, C11. Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера — встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10 R11.