КрасСтройка

Зарядное устройство для аккумулятора автомобиля как сделать своими руками, варианты, схемы, правила

26.01.2018Сантехника

• АКБ – аккумуляторная батарея.
• ПИ – первичный источник питания.
• ИП – любой иной источник питания.
• УЗ – приспособление защиты.
• ТЗ – защита по току.
• ЗН – защита от перенапряжения.

Для чего необходима зарядка

Свинцово-кислотные аккумуляторы выделяются «дубовостью», эксплуатационной выносливостью, отчего и держатся нерушимо в автомобильном транспорте. Причина – простота электрохимических процессов в свинцово-кислотной АКБ. Для контроля за ее текущим состоянием во многих случаях довольно знать величину напряжения всей батареи без разбивки по банкам. Но перезаряд свинцово-кислотной АКБ может вызвать вскипание электролита в ней. На ходу автомобиля это слишком опасно, благодаря этому в бортсети АКБ хронически недозаряжается. Постоянный недозаряд ведет к досрочной сульфатации пластин и уменьшению ресурса АКБ. Ситуация становится хуже когда на улице холодно, даже в том случае, если автогараж или место стоянки отапливается, т.к. до домашней температуры их не греют. Если же в перерывах между поездками дозаряжать АКБ по максимуму, сколько она может принять энергии при этой наружной температуре, то «акумыч» проживет прекрасно и долго даже в жёстких условиях. Дозаряд АКБ как раз и обеспечивает зарядное приспособление для аккумулятора, однако это еще не все. Правильно выстроенное зарядное приспособление даёт также десульфатирующий эффект. Если в зимний период ежесуточно на ночь снимать АКБ и устанавливать на дозаряд, она выдержит кол-во циклов заряд-разряд в 1,5-2 раза против прописанного в ТУ в расчете на стандартной режим эксплуатации. Также зарядка с десульфатацией порой способна спасти АКБ, «убитую», напр., при попытках завести машину на холоде. И, напоследок, емкость неиспользуемой АКБ за месяц падает на 15-30% вследствие саморазряда. Если же на данное время поставить АКБ на содержание под током от зарядки (см. дальше), то аккумулятор будет всегда свежим. И, кстати, постановка неиспользуемой АКБ на содержание также делает меньше сульфатацию пластин.

Как работает АКБ

Свинцовые АКБ заряжают током, равным току их 10-часового разряда: 6 А для АКБ на 60 А/ч, 9 А для 90 А/ч, 12 А для 120 А/ч. Больший ток вызовет перегрев и, может быть, вскипание электролита, отчего ресурс батареи быстро снижается аж до полной негодности. Меньший зарядный ток ресурс АКБ почти не повышает, но удлиняет время заряда.

Зарядный ток в АКБ протекает обратно рабочему. Очень важное требование при этом – напряжение на АКБ не должно превысить 2,7 В на банку (8,1 В для 6 В АКБ, 16,2 В для 12 В АКБ, 27 В для 24 В АКБ), иначе начнется химическое разложение электролита, пластин, и АКБ закипит даже при небольшом зарядном токе. Чтобы убрать целиком закипание, допустимое напряжение заряда ограничивают 2,6 В на банку (7,8 В, 15,6 В, 26 В соотв.); при этом недозаряд по энергии будет составлять менее 5% и усиления сульфатации не будет.

Если выключить полноценно заряженную АКБ от ЗУ, дать ей остынуть и примерить напряжение без нагрузки, увидим 2,4 В на банку (6,8 В, 14,4 В, 24 В). В работе при разряде напряжение АКБ плавно падает до 1,8 В на банку (5,4 В, 10,8 В, 21,6 В), после этого батарея считается полноценно разряженной. В действительности в ней остается ок. 25% «закачанной» при заряде энергии, и способы «высосать» ее в неотложной ситуации до последнего эрга есть, но АКБ после чего придется сдать на переработку. Выкидывать нельзя, там свинец.

Температурная зависимость напряжения полноценно заряженной АКБ существенна. Если дать заряд на АКБ, еще не остывшую от экстратока разряда (стартер в момент пуска берет до 600 А, а крутящий до 75 А), то напряжение на ней может резко спрыгнуть, т.к. отклик свинцового аккумулятора током употребления на скачок приложенного напряжения сильно, по размерам электроники, затянут, до десятков мс. Получаем саморазогрев и вскипание электролита на борту. Благодаря этому в бортсети машины напряжение на АКБ ограничивают 2,35 В на банку (7,05 В, 14,1 В, 23,5 В), что и вызывает хронический недозаряд.

При заряде от внешнего ЗУ напряжение на АКБ ограничивают величиной 2,4 В на банку (6,8 В, 14,4 В, 24 В), т.к. «наливать энергии по горлышко», до 2,6 В на банку, опасно – АКБ при заряде греется и может уйти в саморазогрев. Полноценно АКБ дозаряжают и предохраняют от саморазряда т. наз. током содержания, равным 0,5-1 тока 100-часового разряда (0,3-0,6 А, 0,45-0,9 Но и 0,6-1,2 А для АКБ на 60 А/ч, 90 А/ч и 120 А/ч соотв.); напряжение на батарее при этом не должно превысить 2,6 В на банку. Фактически для этого в ЗУ ставят защиту от перенапряжения на 15,6 В для 12 В АКБ, 7,8 В и 26 В для 6 В и 24 В АКБ. Если она сработала, АКБ приняла энергии, сколько может, и дальше ее заряжать нельзя.

Требования к зарядке

Исходя из эксплуатационных условий индивидуального автомобильного транспорта и перечисленных условий режима заряда АКБ, требования к ЗУ для автоаккумулятора вырисовываются такие:

• Рукодельное ЗУ для автоаккумулятора должно быть независимым, не требующим присмотра и контроля тока/напряжения заряда, т.к. АКБ будет ставиться на заряд в основном на ночь;
• ПИ ЗУ должен гарантировать постоянное напряжение 14,4 В, допускается, на случай, когда на УЗ есть падение напряжения, 15,6 В;
• УЗ должно гарантировать необратимое выключение АКБ от ЗУ как при превышении тока заряда, так и при повышении напряжения на АКБ более 15,6 В. Необратимое значит, что УЗ должно быть самоблокирующимся, т.е. для сброса его в исходное состояние надо будет выключить и опять включить ИП;
• Также УЗ должно гарантировать защиту от переполюсовки, т.е. неправильного, в обратной полярности, подсоединения АКБ. При воплощении условий по п. 3 защита от переполюсовки обеспечивается автоматично.

О переполюсовке

На случай переполюсовки АКБ возможны 2 случая: АКБ в рабочем состоянии недозаряжена либо глубоко разряжена и/или «прибыльная», истощенная, в большей мере выработавшая ресурс, либо же на заряд неверно подсоединяют полноценно заряженную батарею. В первом варианте (в рабочем состоянии недозаряжена) ток заряда становится больше сверх номинального. В другом перед этим ненадолго «прыгнет» напряжение АКБ сверх заданного ИП, а после сразу «шарахнет» экстраток и АКБ вскипит. В последней ситуации, дабы выручить АКБ от неисправимой порчи, ее необходимо успеть выключить по перенапряжению.

Как не надо!

Побеседуем вначале и типичных ошибках конструирования самодельных ЗУ для свинцовых АКБ. Первую иллюстрируют поз. вверху. Подключение конкретно к домашней электрической сети (слева) обсуждения не стоит. Это не ошибка, это грубейшее и небезопасное нарушение ПТБ. Ошибка – в сокращении тока заряда емкостным балластом. Дорогой, к слову, это метод по сегодняшним меркам: одна только батарея масляно-бумажных конденсаторов на 32 мкФ 350 В (на меньшее напряжение нельзя) стоит больше, чем хорошая брендовая зарядка.

Но основное – в сети появляется реактивная нагрузка. Если в вашем электросчетчике есть указатель реактивности (светоизлучающий диод «Возврат»), то при включении таких зарядок в сеть он вспыхнет. Управление сегодняшним электрохозяйством невозможно без компьютеров, а «обратка» сбивает электронику с толку даже до выключений по ложной аварии. Благодаря этому теперешние электрики к реактивке беспощадны. Ну, а ни с того ни с сего обнаружится, что ее источник безграмотный или излишне хитрый покупатель, то… не станем на ночь глядя.

Схема внизу, если на считать того же емкостного балласта, разработана профессионально, это ЗУ убережет АКБ, условно говоря, и от Тунгусского метеорита; (с детальным ее описанием можно ознакомиться тут: http://ydoma.info/avtomobil-zaryadnoe-ustrojstvo-dlya-avtomobilnogo-akkumulyatora.html). Однако, при всем уважении к несомненно знающему собственное дело автору, возводить так тяжело (и дорого) ЗУ для свинцовых АКБ все равно что назначать руководить взводом опытных закаленных солдат нянечку из детсадика. Свинцовому аккумулятору для нормальной жизни необходимо немногое. Чем мы дальше и займемся.

Защита

УЗ для АКБ что броня для танка, так что с него и начинаем. УЗ для самодельного ЗУ АКБ неплохо бы делать, конечно, намного проще. Дальше, УЗ также неплохо бы возводить независимым, чтобы через него можно было включать АКБ к любому ЗУ, схема которого вам приглянется, или которое у вас есть уже. И на последок, УЗ должно включаться как можно четче и быстрее, для возможности применения его в схемах заряда современных аккумуляторов с герметичными банками.

Самая простая защита от переполюсовки диодами Шоттки (слева на рис.) не спасет от экстратока перезаряда или при неправильном подсоединении исправной недозаряженной АКБ. Разве что путем сгорания дорогой диодной сборки. Если аккумулятор «новый, хороший», то, пока руки не дойдут до «нового, хорошего» ЗУ, может помочь соединенная защита по схеме с правой стороны; ее можно встроить в уже имеющийся рукодельный лабораторный ИП.

В этой схеме применяются медлительный отклик АКБ на скачок напряжения и гистерезис реле: их ток (и напряжение) отпускания в 2,5-4 раза меньше тока/напряжения срабатывания. Любое ЗУ АКБ включают лишь с подключенной АКБ. Реле – электрического тока на напряжение срабатывания 24 В и ток через контакты от 6 (9, 12) А. При включении ЗУ реле срабатывает, контакты его замыкаются, пошёл заряд. Напряжение на выходе преобразователя электрической энергии падает ниже 24 В, но на выходе ЗУ остается 14,4 В, выставленных заблаговременно под нагрузкой R3 в схеме стабилизации напряжения. Реле пока держит, но, ни с того ни с сего пошёл экстраток, первичное напряжение просядет больше, реле отпустит и цепь заряда разорвется.

Недостатки у этого ЗУ серьезные. Самое первое, отсутствует защита от скачка напряжения по выходу от переполюсовки истощенной АКБ. Второе, нет самоблокировки: от экстратока реле будет хлопать и хлопать, пока контакты не обгорят. Третье, нечеткое срабатывание: любое реле по недонапряжению на обмотке отпускает с дребезгом контактов. Благодаря этому пытаться ввести в эту схему регулировку тока срабатывания не имеет смысла. И, напоследок, реле и преобразователь электрической энергии Т1 должны быть выбраны друг к другу, т.е. повторяемость такого устройства близка к нулевой.

Схема УЗ, полноценно соответственная вышеуказанным требованиям, дана на рис.:

Ток заряда протекает через хорошо замкнутые контакты реле K1, что намного делает меньше вероятность их обгорания. Обмотка K1 подключена по логической схеме диодного «или» к модулю защиты от экстратока (R1, VT1, VD1), модулю защиты от перенапряжения (R2, R3, R4, VT2, VD2) и цепи самоблокировки K1.2, VD3; предел срабатывания K1 по перенапряжению ставится R3. Недостаток у этого УЗ только один, его необходимо налаживать с применением балластной нагрузки и мультиметра:

• Выпаивают (или пока не запаивают) K1, VD2 и VD3.
• Взамен обмотки K1 включают мультиметр, Поставленный на измерение напряжения 20 В.
• Взамен АКБ подсоединяют резистор не меньше чем на 25 Вт сопротивлением 2,4 Ом для тока заряда 6 А, 1,6 Ом на ток заряда 9 Но и 1,2 Ом на ток 12 А; его можно намотать из такой же проволки, что и R1.
• Подают на вход напряжение 15,6 В от ЗУ. Мультиметр покажет напряжение (токовая защита сработала), т.к. сопротивление R1 подобрано с меньшим избытком.
• Делают меньше немножко напряжение ЗУ, пока мультиметр не покажет 0. Записывают полученное значение анодного напряжения ЗУ. Замена – постоянное напряжение ЗУ и сложная подгонка R1.
• VT1 выпаивают, K1 и VD2 запаивают на место, движок R3 ставят в крайнее нижнее по схеме положение.
• Напряжение ЗУ делают больше, пока на нагрузке не окажется 15,6 В.
• Плавно вращают движок R3 до срабатывания K1.
• Делают меньше напряжение ЗУ до записанного раньше значения.
• Впаивают на место VT1 и VD3 – схема готова к окончательным испытаниям.
• Через амперметр подсоединяют исправную недозаряженную АКБ; к ней – мультиметр, Поставленный на напряжение.
• Проверочный заряд проводят с непрерывным контролем. Когда мультиметр покажет 14,4 В на АКБ, засекают ток содержания. Быстрее всего он будет в норме для этой АКБ (см. выше); неплохо бы, чтобы ближе к нижнему пределу.
• Если ток содержания великоват, еще немножко делают меньше напряжение ЗУ.

Примечание: чтобы не разрезать неоднократно нихром для R1 – его удельное сопротивление 1 Ом*м/кв. мм. Т.е., 1 м нихромовой проволки сечением 1 кв. мм имеет сопротивление 1 Ом.

ПИ или ИБП?

Сейчас компьютерный импульсный блок питания (ИБП) может быть дешевле преобразователя электрической энергии на железе; ни с того ни с сего он просто в хламе лежит. ИБП нередко переделывают в лабораторные БП, но, Вообще-то, это худший вариант. Анодное напряжение по каналу +12 В получается задрать максимум до 16-17 В, чего для конструкторско-исследовательских целей мало. А уровень импульсных помех на выходе тогда, говоря мягко, великоват. Как налаживать УМЗЧ со своими шумами в –66 дБ (что еще очень скромненько), если по питанию «шерсти прет» на –44 дБ или хуже того? Но вот зарядка для автомобильного аккумулятора на 60 А/ч из ИБП выходит прекрасная, и отдельную защиту городить не нужно, все есть уже. Переделывают ИБП в авто ЗУ в общем отпечаток. образом:

1. Убирают выходные провода помимо жёлтых (+12 В), черных (общий, масса, GND) и зеленого провода логического включения PC ON;
2. Провод PC ON закорачивают на массу (объединяют с любым из черных);
3. Ставят механический выключатель сети, если нет штатного сзади;
4. По схеме или руководствуясь своим опытом, ищут в обвязке стабилизатора +12 В резистор в цепи обратной связи Rcs;
5. Подменяют его потенциометром на 10 кОм Rн;
6. Вращая движок Rн, устанавливают в канале +12 В напряжение +14,4 В;
7. Вымеряют полученное значение Rн и заместо Rcs впаивают постоянный резистор близлежащего номинала из обычного ряда, допуск на разброс до 2%;
8. Если есть возможность встраивают в ИБП многоцелевой указатель напряжения и тока (см. дальше) для контроля заряда, питание его – от цепи заряда или +5 В (провод красного цвета);
9. Сводят жёлтые и черные провода в некоторые жгуты, надежно присоединяют к ним токовые шланги с зажимами для подсоединения к АКБ – зарядка готова!

Примечание: детально два вида переделки ИБП в ЗУ АКБ можете взглянуть на видео ниже.

Видео: варианты переделки компьютерных БП в ЗУ для АКБ