Автоматическое зарядное устройство для зарядки свинцово кислотных аккумуляторов
Автоматическое зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
Автор: Павел Нестеров
Опубликовано 24.08.2009
Необходимость зарядного устройства для свинцово -кислотных аккумуляторных батарей возникла давно. Первое зарядное было сделано еще для автомобильного аккумулятора на 55А.Ч. Со временем в хозяйстве появились необслуживаемые гелиевые батареи различных номиналов, тоже нуждающиеся в зарядке. Городить для каждой батареи отдельное зарядное устройство, по крайней мере, неразумно. Поэтому пришлось взять в руки карандаш, проштудировать доступную литературу, в основном журнал «Радио», и совместно с товарищами родить концепцию универсального автоматического зарядного устройства (УАЗУ) для 12-ти вольтовых аккумуляторов от 7АЧ до 60АЧ. Получившуюся конструкцию выношу на ваш суд. Сделано в железе более 10 шт. с различными вариациями. Все устройства работают без нареканий. Схема легко повторяется с минимальными настройками.
За основу сразу был взят блок питания от старого ПК формата АТ, поскольку обладает целым комплексом положительных качеств: малые размеры и вес, хорошая стабилизация, мощность с большим запасом, ну и самое главное уже готовая силовая часть, к которой осталось прикрутить блок управления. Идею БУ подсказал С. Голов в своей статье «Автоматическое зарядное устройство для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи», журнал «Радио» №12 2004г., спасибо ему отдельное.
Коротко повторю алгоритм зарядки батареи. Весь процесс состоит из трех этапов. На первом этапе, когда батарея полностью или частично разряжена, допустимо проводить зарядку большим током, достигающим 0,1:.0,2С, где С — емкость аккумулятора в ампер-часах. Зарядный ток должен быть ограничен сверху указанным значением или стабилизирован. По мере накопления заряда растет напряжение на клеммах батареи. Это напряжение контролируем. По достижению уровня 14,4 — 14,6 вольта первый этап завершен. На втором этапе необходимо поддерживать постоянным достигнутое напряжение и контролировать зарядный ток, который будет снижаться. Когда ток заряда упадет до 0,02С, батарея наберет заряд не менее 80%, переходим к третьему этапу заключительному. Уменьшаем напряжение заряда до 13,8 в. и поддерживаем его на этом уровне. Ток заряда постепенно снизится до 0,002:.0,001С и стабилизируется на этом значении. Такой ток для батареи не опасен, в этом режиме батарея может находиться долго, без вреда для себя и всегда готова к применению.
Теперь собственно поговорим о том как это все сделано. БП от компьютера был выбран из соображения наибольшего распространения схемного решения, т.е. узел управления выполнен на микросхеме TL494 и ее аналогах (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4) и слегка переделан:
Демонтированы схемы выходных напряжений 5в, -5в, -12в, отпаяны резисторы обратной связи по 5 и 12в, отключена схема защиты от перенапряжения. На фрагменте схемы отмечено крестиком места разрыва цепей. Оставлена только выходная часть 12в, можно еще заменить диодную сборку в цепи 12в на сборку снятую с 5-ти вольтовой цепи, она помощней, хотя не обязательно. Убраны все лишние провода, оставили только по 4 провода черного и желтого цвета длинной сантиметров по10, выход силовой части. К 1-й ноге микросхемы припаиваем проводок длинной 10 см это будет управление. На этом доработка закончена.
В блоке управления дополнительно, по просьбам многочисленных желающих иметь такую штуку, реализован режим тренировки и схема защиты от переполюсовки батареи для особо невнимательных. И так БУ:
Основные узлы: параметрический стабилизатор опорного напряжения 14,6в VD6-VD11, R21
Блок компараторов и индикаторов, реализующих три этапа зарядки батареи DA1.2, VD2 первый этап, DA1.3, VD5 второй, DA1.4, VD3 третий.
Стабилизатор VD1, R1, C1 и делители R4, R8, R5, R9, R6, R7 формирующие опорное напряжение компараторов. Переключатель SA1 и резисторы обеспечивают изменение режима зарядки для различных аккумуляторов.
Блок тренировки DD К561ЛЕ5, VT3, VT4, VT5, VT1, DA1.1.
Защита VS1, DA5, VD13.
Как это работает. Предположим что мы заряжаем автомобильный аккумулятор 55АЧ. Компараторы отслеживают падение напряжения на резисторе R31. На первом этапе схема работает как стабилизатор тока, при включении ток заряда будет около 5А, горят все 3 светодиода. DA1.2 будет держать ток заряда пока напряжение на батарее не достигнет 14,6в., DA1.2 закроется, погаснет VD2 красный. Начался второй этап.
На этом этапе напряжение 14,6в на батарее поддерживается стабилизаторомVD6-VD11, R21, т.е. ЗУ работает в режиме стабилизации напряжения. По мере увеличения заряда батареи, ток падает и как только он опустится до 0,02С, сработает DA1.3. Погаснет желтый VD5 и откроется транзистор VT2. Шунтируются VD6, VD7, напряжение стабилизации скачком снижается до 13,8 в. Перешли к третьему этапу.
Дальше идет дозаряд батареи очень маленьким током. Поскольку к этому моменту батарея набрала примерно 95-97% заряда, ток снижается постепенно до 0,002С и стабилизируется. На хороших батареях может снизится до 0,001С. На этот порог и настроен DA1.4. Светодиод VD3 может погаснуть, хотя на практике он продолжает слабо светить. На этом процесс можно считать завершенным и использовать аккумулятор по назначению.
Режим тренировка. При длительном хранении аккумулятора, его периодически рекомендуется тренировать, так как это может продлить жизнь старых батарей. Поскольку аккумулятор штука весьма инерционная, заряд-разряд должны длиться по несколько секунд. В литературе встречаются устройства которые тренируют батареи с частотой 50ГЦ, что печально сказывается на ее здоровье. Ток разряда составляет примерно десятую часть тока заряда. На схеме переключатель SA2 показан в положении тренировка, SA2.1 разомкнут SA2.2 замкнут. Включена схема разряда VT3, VT4, VT5, R24, SA2.2, R31 и взведен триггер DA1.1, VT1. На элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы К561ЛЕ5 собран мультивибратор. Он выдает меандр с периодом 10-12 секунд. Триггер взведен, элемент DD1.3 открыт, импульсы с мультивибратора открывают и закрывают транзисторы VT4 и VT3. Транзистор VT3 в открытом состоянии шунтирует диоды VD6-VD8 блокируя зарядку. Ток разряда батареи идет через R24, VT4, SA2.2, R31. Батарея 5-6 секунд получает заряд и такое же время разряжается малым током. Этот процесс длится первый и второй этап зарядки, затем срабатывает триггер, закрывается DD1.3, закрываются VT4 и VT3. Третий этап проходит в обычном режиме. В дополнительной индикации режима тренировки нет необходимости, поскольку мигают светодиоды VD2, VD3 и VD5. После первого этапа мигают VD3 и VD5. На третьем этапе VD5 светит не мигая. В режиме тренировки заряд батареи длится почти в 2 раза дольше.
Защита. В первых конструкциях вместо тиристора стоял диод, который защищал ЗУ от обратного тока. Работает очень просто, при правильном включении оптрон открывает тиристор, можно включать зарядку. При неправильном, загорается светодиод VD13, меняй местами клеммы. Между анодом и катодом тиристора нужно припаять неполярный конденсатор 50 мкф 50 вольт или 2 встречно спаянных электролита 100мкф 50в.
Конструкция и детали. ЗУ собрано в корпусе БП от компьютера. БУ изготовлен по лазерно-утюжной технологии. Рисунок печатной платы прилагается в архивном файле, выполнен в SL4. Резисторы МЛТ-025, резистор R31 — кусок медного провода. Измерительную головку РА1 можно и не ставить. Просто валялась и ее приспособили. Поэтому значения R30 и R33 зависят от миллиамперметра. Тиристор КУ202 в пластмассовом исполнении. Собственно исполнение видно на прилагаемых фото. Разъем и кабель для подключения питания монитора использовали для включения батареи. Переключатель выбора тока зарядки малогабаритный на 11 положений, резисторы припаяны к нему. Если ЗУ будет заряжать только автомобильные аккумуляторы переключатель можно не ставить, впаяв просто перемычку. DA1 — LM339. Диоды КД521 или аналогичные. Оптрон PC817 можно поставить другой с транзисторной исполнительной частью. Платка БУ прикручена к алюминиевой пластине толщиной 4 мм. Она служит радиатором для тиристора и КТ829, на ней же в отверстия вставлены светодиоды. Получившийся блок прикручен к передней стенке БП. ЗУ не греется, поэтому вентилятор подключен к БП через стабилизатор КР140ен8б, напряжение ограничено до 9в. Вентилятор вращается помедленней и практически его не слышно.
Регулировка. Первоначально устанавливаем вместо тиристора VS1 мощный диод , не впаивая VD4 и R20, подбираем стабилитроны VD8-VD10 так чтобы напряжение на выходе, без нагрузки, было 14,6вольта. Далее запаиваем VD4 и R20 и подбором R8, R9, R6 выставить пороги срабатывания компараторов. Вместо батареи подключаем проволочный переменный резистор 10 Ом, устанавливаем ток 5 ампер, впаиваем переменный резистор вместо R8, крутим его при напряжении 14,6в должен погаснуть светодиод VD2, мереям введенную часть переменного резистора и впаиваем постоянный. Впаиваем переменный резистор вместо R9, выставив примерно 150 Ом. Включаем ЗУ, увеличиваем ток нагрузки пока не сработает DA1.2, затем начинаем уменьшать ток до значения 0,1 ампера. Затем уменьшаем R9 пока не сработает компаратор DA1,3. Напряжение на нагрузке должно упасть до 13,8в и погаснет желтый светодиод VD5. Снижаем ток до 0,05 ампера, подбором R6 гасим VD3. Но лучше всего наладку проводить на хорошем разряженном аккумуляторе. Впаиваем переменные резисторы, выставляем их чуть больше указанных на схеме, подключаем амперметр и вольтметр к клеммам аккумулятора и делаем это за один раз. Батарею не сильно разряженную используем, тогда будет быстрее и точнее. Практика показала, что регулировка практически не требуется, если точно подобрать R31. Добавочные резисторы подбираются тоже легко: при соответствующем токе нагрузки, падение напряжения на R31 должно составлять 0,5в, 0,4в, 0,3в, 0,2в, 0,15в, 0,1в и 0,07в.
Вот, собственно и все. Да, еще, если дополнительным двухполюсным тумблером, одной половиной закоротить диод VD6, а другой стабилитрон VD9, то получится ЗУ для 6-ти вольтовых гелиевых батарей. Ток заряда надо выбрать наименьший переключателем SA1. На одном из собранных эта операция была успешно осуществлена.
Источник
Зарядные устройства для свинцовых аккумуляторов 292
В данной категории представлено более двадцати зарядных устройств для всех видов свинцовых аккумуляторов. Выбирать их необходимо с учетом технических рекомендаций и необходимых параметров заряда, поэтому перед покупкой внимательно читайте инструкцию. Зарядные устройства для свинцовых аккумуляторов различаются показателями входного и выходного напряжения, режимом стабилизации, коэффициентом коррекции мощности, емкостью и типом батареи, напряжением изоляции входа и выхода, размерами, рабочей температурой, наличием дополнительных функций и т.д.
Посмотреть и купить товар вы можете в наших магазинах в городах: Москва, Санкт-Петербург, Архангельск, Барнаул, Белгород, Владимир, Волгоград, Вологда, Воронеж, Гомель, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Казань, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курган, Курск, Липецк, Минск, Набережные Челны, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Орёл, Пермь, Псков, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Саранск, Саратов, Смоленск, Ставрополь, Тверь, Томск, Тула, Тюмень, Уфа, Чебоксары, Челябинск, Ярославль. Доставка заказа почтой, через систему доставки Pickpoint или через салоны «Связной» в следующие города: Тольятти, Барнаул, Ульяновск, Иркутск, Хабаровск, Владивосток, Махачкала, Томск, Оренбург, Новокузнецк, Астрахань, Пенза, Чебоксары, Калининград, Улан-Удэ, Сочи, Иваново, Брянск, Сургут, Нижний Тагил, Архангельск, Чита, Курган, Владикавказ, Грозный, Мурманск, Тамбов, Петрозаводск, Кострома, Нижневартовск, Новороссийск, Йошкар-Ола и еще в более чем 1000 городов и населенных пунктов по всей России.
Товары из группы «Зарядные устройства для свинцовых аккумуляторов» вы можете купить оптом и в розницу.
Источник
Автоматическое ЗУ для Герметичной Кислотно-Свинцовой АКБ
Статья посвящена самостоятельному изготовлению полностью автоматического зарядного устройства для зарядки 12 -вольтной свинцово-кислотной необслуживаемой батареи с гелиевым электролитом. Оно может быть также использовано и для зарядки негерметичных, в том числе автомобильных аккумуляторных батарей. Причём зарядка производится по алгоритму, рекомендованному фирмами-изготовителями и состоит из трёх этапов.
На первом этапе, когда батарея частично или полностью разряжена, допустимо проводить зарядку относительно большим током, достигающим 0,1…0,2С , где С — численное значение емкости аккумулятора в ампер-часах. Однако зарядный ток должен быть ограничен сверху указанным значением или стабилизирован. По мере накопления заряда возрастает напряжение на клеммах батареи. Это напряжение должно быть под контролем. В момент достижения уровня 14,4. 14,6 В первый этап завершен.
На втором этапе необходимо поддерживать постоянным достигнутое напряжение и контролировать зарядный ток, который будет снижаться. В момент, когда батарея наберет не менее 80 % заряда и зарядный ток упадет до 0,02С , необходимо перейти к третьему, заключительному этапу: уменьшить напряжение и поддерживать его на уровне не выше 13,8 В . Зарядный ток, снижаясь достигает значения 0,002-0,001 С и стабилизируется на этом уровне. Такой ток для батареи не опасен, считают, что он компенсирует саморазрядку, а поддерживаемый уровень напряжения не допустит перезарядки. В таком режиме батарея может находиться неограниченное время без вреда для себя и всегда готова к применению. Все указанные уровни напряжения соответствуют температуре батареи 20 °С . Во время зарядки батареи по этому алгоритму к ней не должна быть подключена нагрузка.
Принцип работы схемы
Схема ЗУ показана на рисунке выше. По существу, устройство представляет собой комбинированный стабилизатор тока и напряжения. Батарею заряжает выходной ток микросхемы DA1 — стабилизатора напряжения. Для изменения выходного напряжения стабилизатора между выводом 2 DA1 и общим проводом устройства включена цепь диодов VD7-VD18 и подстроечный резистор R13 . Резисторы R11, R6 и R2 — датчики тока для первого, второго и третьего этапов зарядки соответственно. На первом этапе большой зарядный ток протекая по датчикам тока вызывает падение напряжения на них, достаточное для открывания транзисторов VT1, VT2 и VT5. Транзисторы VT3 и VT6 также открыты. Только транзистор VT4 закрыт. Все светодиоды VD1 , VD3 и VD5 включены. Транзисторы VT5 , VT6 и микросхема DA1 стабилизируют зарядный ток на уровне 0,6 B/R11 . По мере зарядки батареи напряжение на ней возрастает, а ток через транзистор VT6 уменьшается. Когда транзистор VT6 будет закрыт устройство выйдет из режима стабилизации тока. С этого момента зарядный ток начнет уменьшаться, транзистор VT5 закроется, светодиод VD5 погаснет, сигнализируя о завершении первого и начале второго этапов зарядки.
В начале второго этапа зарядки транзисторы VT1-VT3 открыты, a VT4-VT6 закрыты. Зарядка батареи осуществляется при постоянном напряжении, равном сумме напряжения стабилизации микросхемы DA1 , падения напряжения на диодной цепи VD7-VD18 и резисторе R13 . Это суммарное напряжение должно быть в пределах 14,4. 14,6 В . Ток зарядки плавно уменьшается. Когда его значение становится недостаточным для того чтобы падение напряжения на датчике тока — резисторе R6 поддерживало транзистор VT2 в открытом состоянии, этот транзистор закрывается, транзистор VT3 также закрывается, а транзистор VT4 открывается и входит в насыщение. Светодиод VD3 гаснет, сигнализируя о завершении второго этапа зарядки.
На третьем этапе зарядки открытый транзистор VT4 шунтирует диод VD7 , поэтому напряжение скачком уменьшается до суммы напряжении стабилизации микросхемы DA1 , падения напряжения на диодах VD8-VD18 и резисторе R13 , которая не должна превышать 13,8 В . Зарядный ток также скачком уменьшается и продолжает уменьшаться далее. Когда ток зарядки становится недостаточным для того, чтобы падение напряжения на датчике тока — резисторе R2 поддерживало транзистор VT1 в открытом состоянии, этот транзистор закрывается, светодиод VD1 гаснет, сигнализируя о завершении третьего этапа и процесса зарядки в целом. Батарея может и далее безопасно находиться во включенном зарядном устройстве неограниченное время.
Аккумулятор имеет отрицательный температурный коэффициент напряжения, равный — 4 мВ/°С . ТКН прямосмещенного диода также отрицательный -2 мВ/°С . Поэтому цепь из диодов автоматически обеспечивает температурную компенсацию батареи.
Диоды VD2 и VD4 ограничивают падение напряжения на датчиках R2 и R6 во время протекания большого тока. Продолжительность этапов и всего процесса зависит от уровней тока, которые определяются сопротивлениями датчиков.
Источник питания может быть любым, обеспечивающим при максимальном токе зарядки напряжение 22…25 В , которое может быть нестабилизированным.
Конструкция, детали, наладка
Печатная плата для схемы показана на рисунке выше. В устройстве диоды VD1 и VD4 — мощные кремниевые выпрямительные рассчитанные на максимальный ток за рядки. Диоды VD7-VD18 — любые кремниевые, например, можно применить Д220, Д223, КД102, КД103, КД522 . Датчики тока — резисторы R6, R11, R2 — могут быть самодельными из отрезка нихромовой проволоки диаметром 1 мм , длину которой подбирают в процессе налаживания. Диоды VD7-VD18 необходимо разместить дальше от источников тепла. Микросхема DA1 установлена на теплоотводе площадью 150 см2 (из расчета 20 см2 на ватт рассеиваемой мощности).
Для наладки ЗУ к входу подключают блок питания, а вместо аккумуляторной батареи к выходу ЗУ через амперметр подключают реостат или иную нагрузку, сопротивление которой можно плавно регулировать. Вначале нужно подобрать сопротивление датчиков тока. При плавном уменьшении сопротивления нагрузки должны последовательно загораться светодиоды VD1, VD3, VD5 . Когда включены все светодиоды ток через нагрузку должен быть стабилизирован. Сопротивление резистора R11 подбирают так, чтобы ток стабилизации был равен максимальному току зарядки ( 0,1C ). Подбору резистора R6 препятствует скачок тока, затрудняющий точное измерение тока. Поэтому нужно временно устранить этот скачок установив замыкающую перемычку между базой и эмиттером транзистора VT4 . Далее подбирают сопротивление резистора R6 так, чтобы светодиод VD3 загорался при токе нагрузки 0,02С . После этого снимают перемычку между базой и эмиттером транзистора VT4 . В последнюю очередь подбирают сопротивление резистора R2 так чтобы светодиод VD1 включался при токе нагрузки 0,004С . Если изготовляемое ЗУ предназначено для использования с АКБ емкостью 7,5 Ач и проверкой установлено соответствие сопротивлении датчиков R2, R6, R11 значениям, указанным на схеме, этот этап налаживания можно опустить.
Затем устанавливают требуемые уровни напряжения стабилизации третьего и второго этапов зарядки. К выходу ЗУ подключают вольтметр и нагрузочный резистор сопротивлением 180-200 Ом и мощностью 2 Вт (обеспечивающий ток около 0,01 С ). Должен гореть один светодиод VD1 . Напряжение на нагрузке (третьего этапа) устанавливают движком подстроечного резистора R13 в пределах 13,7…13,8 В .
Точность напряжения второго этапа не так критична, она обычно обеспечивается автоматически включением в работу диода VD7 . Надо лишь убедиться, что напряжение находится в пределах 14,4. 14,6 В , подключив к выходу ЗУ резистор сопротивлением 30-50 Ом и мощностью 10 Вт (ток — около 0,05С светятся VD1 и VD3 ) и проверив напряжение на нем.
Максимальный выходной ток микросхемы DA1 (2 А) позволяет заряжать батареи емкостью до 20 Ач . Если необходимо заряжать батареи большей емкости следует « умощнить » микросхему DA1 внешним рnр транзистором. При использовании внешнего транзистора КТ818АМ выходной ток может достигать 15 А , что позволяет заряжать батареи емкостью до 150 Ач .
Поскольку электрохимический процесс во всех свинцово кислотных аккумуляторах один и тот же, описанное устройство можно использовать и для зарядки негерметичных аккумуляторных батареи, в том числе автомобильных.
Источник