Устройство зарядное для свинцово кислотных аккумуляторов – азбука импульсного заряда / Habr

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

www.qrz.ru

Как сделать зарядное устройство для 12В свинцово-кислотных аккумуляторов из компьютерного БП ATX.

Как сделать зарядное устройство для 12В свинцово-кислотных аккумуляторов из компьютерного БП ATX.

Скопилось у меня много компьютерных БП, отремонтированных в качестве тренировки этого процесса, но для современных компьютеров уже слабоватых. Что с ними делать?

Решил несколько переделать в ЗУ для зарядки 12В автомобильных аккумуляторов.

Итак: начали.

Первым мне подвернулся под руку Linkworld LPT2-20. У этого зверька оказался ШИМ на м/с Linkworld LPG-899. Посмотрел даташит, схему БП и понял – элементарно!

Что оказалось просто шикарно – она питается от 5VSB, т.е наши переделки никак не повлияют на режим её работы. Ноги 1,2,3 используются для контроля выходных напряжений 3,3В, 5В и 12В соответственно в пределах допустимых отклонений. 4-я нога тоже является входом защиты и используется для защиты от отклонений -5В, -12В. Нам все эти защиты не просто не нужны, а даже мешают. Поэтому их надо отключить.

По пунктам:

1. Перерезать дорожку идущую от канала 5В к 2-й ноге м/с и её обвязке и соединить её с +5VSB.

2. выпаять всю обвязку 1-й и 3-й ноги м/с.
3. выпаять детали через которые 4-я нога была связана с -5В и -12В, остальные трогать НЕ НАДО.
4. выпаять детали делителя на 16-й ноге (все резисторы которые к ней подходят)
5. Если будете оставлять канал 5В (зачем может пригодиться скажу далее), замените нагрузочный резистор на выходе этого канала с 10Ом на 15Ом аналогичного размера (мощности). Ибо после переделки там будет уже 6В и ему станет слишком жарко J
6. Теперь можно демонтировать все детали каналов 3,3В -5В и -12В, а также и 5В если вы его решите не оставлять.
7. Также выпаять все провода выходящие из БП кроме 3-х черных и 3-х желтых.

Стадия разрушения на этом окончена, пора переходить к созиданию.

1. Согласно схеме на Рис.1 смонтировать делитель для 1-й и 3-й ноги м/с из резисторов R1, R3 и R2. Я это сделал в свободных дырках оставшихся от удаленных деталей. Теперь защита будет «довольна» и не будет нам мешать. Вот так это выглядело на этом этапе:

2. Замкнуть 9-ю ногу м/с на землю или сделать это через выключатель если сетевого нет или вам его недостаточно. Это действие обеспечивает запуск БП (а теперь, без 5 минут, зарядного), PS-ON — так сказать.

3. Далее (на схеме не обозначено), но очень рекомендую нагрузить канал 12В хотя бы на 0,5А. Чем угодно – лампочкой, резисторами или и тем и другим одновременно. Это нужно для адекватной работы БП на холостом ходу (хотя слабенькие БП, типа этого, могут обойтись штатным нагрузочным резистором).
4. Теперь восстанавливаем делитель на 16-й ноге (R4, R6 и R12 по схеме).
5. Включаем БП (лучше через лампочку на 60-100Вт вместо предохранителя) и меряем напряжение в бывшем 12В канале. Если необходимо подбираем резистор R12 до получения 14,35-14,4В (ну или ещё большего если вам покажется мало, хотя я считаю именно это значение наиболее правильным). Кроме того, можно установить регулятор. Делается это так: сначала подбором R6 добиваемся 13,5-14В на выходе, затем последовательно с ним ставим переменный резистор на 10кОм. Он обеспечит вам регулировку выходного напряжения от 13,5-14 до 14,9-15,4В. Этого диапазона должно хватить для аккумулятора в любом состоянии.

По большому счету ЗУ у нас уже готово, но в нем нет ограничения зарядного тока (хотя защита от КЗ работает). Для того чтобы ЗУ не давало на аккумулятор столько «сколько влезет» – добавляем цепь на VT1, R5, C1, R8, R9, R10. Как она работает? Очень просто. Пока падение напряжения на R8 подаваемое на базу VT1 через делитель R9, R10 не превышает порог открывания транзистора – он закрыт и не влияет на работу устройства. А вот когда он начинает открываться, то к делителю на R4, R6, R12 добавляется ветка из R5 и транзистора VT1, меняя тем самым его параметры. Это приводит к падению напряжения на выходе устройства и, как следствие, к падению зарядного тока. При указанных номиналах, ограничение начинает работать примерно с 5А, плавно понижая выходное напряжение с ростом тока нагрузки. Настоятельно рекомендую эту цепь не выбрасывать из схемы, иначе, при сильно разряженном аккумуляторе ток может быть настолько большим, что сработает штатная защита, или вылетят силовые транзисторы, или шоттки. И зарядить свой аккумулятор вы не сможете, хотя сообразительные автолюбители догадаются на первом этапе включить автомобильную лампу между ЗУ и аккумулятором чтобы ограничить зарядный ток.

VT2, R11, R7 и HL1 занимается «интуитивной» индикацией тока заряда. Чем ярче горит HL1 – тем больше ток. Можно не собирать, если нет желания. Транзистор VT2 – должен быть обязательно германиевый, потому что падение напряжения на переходе Б-Э у него значительно меньше, чем у кремниевого. А значит, и открываться он будет раньше чем VT1.

Цепь из F1 и VD1, VD2 обеспечивает простейшую защиту от переполюсовки. Очень рекомендую сделать её или собрать другую на реле или чём-нибудь ещё. Вариантов в сети можно найти много.

А теперь о том, зачем нужно оставить канал 5В. Для вентилятора 14,4В многовато, особенно с учетом того что при такой нагрузке БП не греется вообще, ну кроме сборки выпрямителя, она немного греется. Поэтому, мы подключаем его к бывшему каналу 5В (сейчас там — около 6В), и он тихо и нешумно выполняет свою работу. Естественно, с питанием вентилятора есть варианты: стабилизатор, резистор и т.п. В дальнейшем некоторые из них мы увидим.

Всю схему я свободно смонтировал на освобожденном от ненужных деталей месте, не делая никаких плат, с минимумом дополнительных соединений. Выглядело это всё после сборки так:

В итоге, что мы имеем?

Получилось ЗУ с ограничением максимального зарядного тока (достигается уменьшением подаваемого на аккумулятор напряжения при превышении порога в 5А) и стабилизированным максимальным напряжением на уровне 14,4В, что соответствует напряжению в бортовой сети автомобиля. Поэтому, его можно смело использовать, не отключая аккумулятор от бортовой электроники. Это зарядное устройство можно смело оставлять без присмотра на ночь, батарея никогда не перегреется. К тому же оно почти бесшумное и очень лёгкое.

Если вам максимального тока в 5-7А маловато (ваш аккумулятор бывает часто сильно разряжен), можно легко увеличить его до 7-10А, заменив резистор R8 на 0,1Ом 5Вт. Во втором БП с более мощной сборкой по 12В именно так я и сделал:

Следующим подопытным у нас будет БП Sparkman SM-250W реализованный на широко известном и горячо любимом ШИМ TL494 (КА7500).

Переделка такого БП ещё проще, чем на LPG-899, так как в ШИМ TL494 нет никаких встроенных защит по напряжениям каналов, зато есть второй компаратор ошибки, который зачастую свободен (как и в данном случае). Схема оказалась практически один к одному со схемой PowerMaster. Её я и взял за основу:

План действий:

1. Выпаиваем всё, что обведено или зачеркнуто на схеме Рис.3 розовым, и все провода. Должно получиться примерно так:

2. Резистор R42 (по схеме, у вас может оказаться другим номером, так что будьте внимательны) заменяем на 10-11кОм. Включаем БП (желательно через лампу на 60-100Вт, на всякий случай) и меряем напряжение на выходе. Обратите внимание: БП должен запуститься сам, замыкать 4-ю ногу ШИМ на землю НЕ НАДО. Если вы это сделаете, то отключите защиту по току и при КЗ на выходе сможете наблюдать вылет силовых транзисторов и других элементов блока питания. Если напряжение не 14,35-14,45В, то подбором резисторов R44, R45 добиваетесь чтоб оно было в указанном диапазоне. Если этого недостаточно можно не сильно изменить и R42.
   В принципе на этом можете и закончить. Нет? Ааа…, вам нужно ограничение максимального зарядного тока как в варианте 1? Тогда продолжим.
   Изображен только фрагмен изменений в обвязке ШИМ. Это не значит что всё остальное вокруг него надо выпаять.
3. В ШИМ TL494 имеется два встроенных усилителя ошибки, в данной схеме один из них не использовался, его мы и задействуем для ограничения максимального зарядного тока. Отключаем 15-ю ногу ШИМ от 13-й и 14-й, а16-ю ногу от земли. Можете дорожки перерезать, можете просто их отдельно выпаять, как вам нравится короче. Затем монтируем цепь из R5, C1, R7, R8, R9, R6 по схеме на Рис.4. При указанных номиналах БП больше 5А давать отказывается. При достижении порога, как и в первом случае, начинает падать выходное напряжение. Правда, есть и отличия, в данном варианте падение будет гораздо более резким. Фактически больше заданного тока, он не даст ни при каких обстоятельствах, напряжение упадет хоть до 0 (ну или почти). В то время, как в первом варианте, при достижении заданного порога напряжение снижается более плавно и не станет менее 2,5-3В даже если управляющий транзистор КТ361 откроется совсем. Но, вернемся к данной схеме. В режиме ограничения максимального тока возможно появление сверчков, убиваются подбором R5 и С1. Роль шунта (резистор R6 на схеме) на 0,005Ом у меня выполнял кусок медной проволоки длиной 2,5см, из телефонного кабеля. Изменение порога ограничения максимального тока достигается изменением номинала резистора R9 или R6. И предвосхищая вопрос: «зачем нужен R7?». Отвечу: «Не помню» J, очевидно что при разработке различных вариантов во время проектирования он был нужен в каком то из них. Но потом схема изменилась и теперь он, судя по всему, не играет никакой роли и вместо него можно ставить перемычку. Вот результат работы, испытание заряда реального аккумулятора от UPS, 12В 7А/ч.  
      Напряжение 14,4В ток 0,44А. Пусть вас цифры тока не удивляют, он разряжен был не сильно.
4. Вентилятор, как и в предыдущем случае, к бывшему каналу 5В. На провода крокодилы, землю платы заизолировать от корпуса. Защита от переполюсовки — аналогична. От КЗ щупов прекрасно защищает оставшаяся нетронутой штатная защита. Проверено неоднократно.

Это был, пожалуй, самый экономичный вариант. Выпаянных деталей у вас останется гораздо больше чем затраченных J. Особенно если учесть что сборка SBL1040CT была извлечена из канала 5В, а туда были впаяны диоды, в свою очередь добытые, с канала -5В. Все затраты состояли из крокодилов, светодиода и предохранителя. Ну, можно ещё ножки приделать для красоты и удобства.

Вот плата в полном сборе:

Если вас пугают манипуляции с 15 и 16-й ногами ШИМ, подбор шунта с сопротивлением в 0,005Ом, устранение возможных сверчков, можно переделать БП на TL494 и несколько другим способом.

Итак: наша следующая «жертва» — БП Sparkman SM-300W. Схема абсолютно аналогична варианту 2, но имеет на борту более мощную выпрямительную сборку по 12В каналу, более солидные радиаторы. Значит — с него мы возьмем больше, например 10А.

Этот вариант однозначен для тех схем, где ноги 15 и 16 ШИМ уже задействованы и вы не хотите разбираться – зачем и как это можно переделать. И вполне пригоден для остальных случаев.

Повторим в точности пункты 1 и 2 из второго варианта.

Канал 5В, в данном случае, я демонтировал полностью.

Далее собираем схему по Рис.5.

Чтобы не пугать вентилятор напряжением в 14,4В — собран узел на VT2, R9, VD3, HL1. Он не позволяет превышать напряжение на вентиляторе более чем 12-13В. Ток через VT2 небольшой, нагрев транзистора тоже, можно обойтись без радиатора.

С принципом действия защиты от переполюсовки и схемы ограничителя зарядного тока и вы уже знакомы, но вот место его подключения здесь — иное.

Управляющий сигнал с VT1 через R4 заведен на 4-ю ногу KA7500B (аналог TL494). На схеме не отображено, но там должен был остаться от оригинальной схемы резистор в 10кОм с 4-й ноги на землю, его трогать не надо.

Действует это ограничение так. При небольших токах нагрузки транзистор VT1 закрыт и на работу схемы никак не влияет. На 4-й ноге напряжение отсутствует, так как она посажена на землю через резистор. А вот когда ток нагрузки растет, падение напряжения на R6 и R7 соответственно тоже растет, транзистор VT1 начинает открываться и совместно с R4 и резистором на землю они образуют делитель напряжения. Напряжение на 4-й ноге возрастает, а так как потенциал на этой ноге, согласно описанию TL494, непосредственно влияет на максимальное время открытия силовых транзисторов, то ток в нагрузке уже не растет. При указанных номиналах порог ограничения составил 9,5-10А. Основное отличие от ограничения в варианте 1, несмотря на внешнюю похожесть, резкая характеристика ограничения, т.е. при достижении порога срабатывания, напряжение на выходе спадает быстро.

Вот этот вариант в готовом виде:

Кстати, эти зарядки можно использовать и в качестве источника питания для автомагнитолы, переноски на 12В и других автомобильных устройств. Напряжение стабилизировано, максимальный ток ограничен, спалить что-нибудь будет не так то просто.

Вот готовая продукция:

Переделка БП под зарядное по такой методике – дело одного вечера, но для себя любимого времени не жалко?

Тогда позвольте представить:

За основу взято БП Linkworld LW2-300W на ШИМ WT7514L (аналог уже знакомой нам по первому варианту LPG-899).

Ну что ж: демонтаж ненужных нам элементов осуществляем согласно варианту 1, с той лишь разницей, что канал 5В тоже демонтируем – он нам не пригодится.

Здесь схема будет более сложной, вариант с монтажом без изготовления печатной платы в данном случае – не вариант. Хотя и полностью от него мы отказываться не будем. Вот приготовленная частично плата управления и сама жертва эксперимента ещё не отремонтированная:

А вот она уже после ремонта и демонтажа лишних элементов, а на втором фото с новыми элементами и на третьем её обратная сторона с уже проклеенными прокладками изоляции платы от корпуса.

То, что обведено на схеме рис.6 зеленой линией – собрано на отдельной плате, остальное было собрано на освободившемся от лишних деталей месте.

Для начала попробую рассказать: чем это зарядное отличается от предыдущих устройств, а уж потом расскажу какие детали, за что отвечают.

• Включение зарядного происходит только при подключении к нему источника ЭДС (в данном случае аккумулятора), вилка при этом должна быть включена в сеть заблаговременно J.
• Если по каким-либо причинам напряжение на выходе превысит 17В или окажется менее 9В – ЗУ отключается.
• Максимальный ток заряда регулируется переменным резистором от 4 до 12А, что соответствует рекомендуемым токам заряда аккумуляторов от 35А/ч до 110А/ч.
• Напряжение заряда регулируется автоматически 14,6/13,9В, либо 15,2/13,9В в зависимости от выбранного пользователем режима.
• Напряжение питания вентилятора регулируется автоматически в зависимости от тока заряда в диапазоне 6-12В.
• При КЗ или переполюсовке срабатывает электронный самовосстанавливающийся предохранитель на 24А, схема которого, с незначительными изменениями, была заимствована из разработки почетного кота победителя конкурса 2010г Simurga. Скорость в микросекундах не мерил (нечем), но штатная защита БП дернуться не успевает – он гораздо быстрее, т.е. БП продолжает работать как ни в чём не бывало, только вспыхивает красный светодиод срабатывания предохранителя. Искр, при замыкании щупов практически не видно, даже при переполюсовке. Так что очень рекомендую, на мой взгляд эта защита лучшая, по крайней мере из тех что я видел (хотя и немного капризная на ложные срабатывания в частности, возможно придётся посидеть с подбором номиналов резисторов).

Теперь, кто за что отвечает:

• R1, C1, VD1 – источник опорного напряжения для компараторов 1, 2 и 3.
• R3, VT1 – цепь автозапуска БП при подключении аккумулятора.
• R2, R4, R5, R6, R7 – делитель опорных уровней для компараторов.
• R10, R9, R15 – цепь делителя защиты от перенапряжения на выходе о которой я упоминал.
• VT2 и VT4 с окружающими элементами – электронный предохранитель и токовый датчик.
• Компаратор OP4 и VT3 с резисторами обвязки – регулятор оборотов вентилятора, информация о токе в нагрузке, как видите, поступает от токового датчика R25, R26.
• И наконец, самое важное — компараторы с 1-го по 3-й обеспечивают автоматическое управление процессом заряда. Если аккумулятор достаточно сильно разряжен и хорошо «кушает» ток, ЗУ ведет заряд в режиме ограничения максимального тока установленного резистором R2 и равном 0,1С (за это отвечает компаратор ОР1). При этом, по мере заряда аккумулятора, напряжение на выходе зарядного будет расти и при достижении порога 14,6 (15,2), ток начнет уменьшаться. Вступает в работу компаратор ОР2. Когда ток заряда упадет до 0,02-0,03С (где С емкость аккумулятора а А/ч), ЗУ перейдет на режим дозаряда напряжением 13,9В. Компаратор OP3 используется исключительно для индикации, и никакого влияния на работу схемы регулировки не оказывает. Резистор R2 не просто меняет порог максимального тока заряда, но и меняет все уровни контроля режима заряда. На самом деле, с его помощью выбирается емкость заряжаемого аккумулятора от 35А/ч до 110А/ч, а ограничение тока это «побочный» эффект. Минимальное время заряда будет при правильном его положении, для 55А/ч примерно посередине. Вы спросите: «почему?», да потому что если, к примеру, при зарядке 55А/ч аккумулятора поставить регулятор в положение 110А/ч – это вызовет слишком ранний переход к стадии дозаряда пониженным напряжением. При токе 2-3А, вместо 1-1,5А, как задумывалось разработчиком, т.е. мной. А при выставлении 35А/ч будет мал начальный ток заряда, всего 3,5А вместо положенных 5,5-6А. Так что если вы не планируете постоянно ходить смотреть и крутить ручку регулировки, то выставляйте как положено, так будет не только правильнее, но и быстрее.
• Выключатель SA1 в замкнутом состоянии переводит ЗУ в режим «Турбо/Зима». Напряжение второй стадии заряда повышается до 15,2В, третья остается без существенных изменений. Рекомендуется для заряда при минусовых температурах аккумулятора, плохом его состоянии или при недостатке времени для стандартной процедуры заряда, частое использование летом при исправном аккумуляторе не рекомендуется, потому что может отрицательно сказаться на сроке его службы.
• Светодиоды, помогают ориентироваться, на какой стадии находится процесс заряда. HL1 – загорается при достижении максимально допустимого тока заряда. HL2 – основной режим заряда. HL3 – переход в режим дозаряда. HL4 – показывает что заряд фактически окончен и аккумулятор потребляет менее 0,01С (на старых или не очень качественных аккумуляторах до этого момента может и не дойти, поэтому ждать очень долго не стоит). Фактически аккумулятор уже хорошо заряжен после зажигания HL3. HL5 – загорается при срабатывании электронного предохранителя. Чтобы вернуть предохранитель в исходное состояние, достаточно кратковременно отключить нагрузку на щупах.

Что касается наладки. Не подключая плату управления или не запаивая в неё резистор R16 подбором R17 добиться напряжения 14,55-14,65В на выходе. Затем подобрать R16 таким, чтобы в режиме дозаряда (без нагрузки) напряжение падало до 13,8-13,9В.

Вот фото устройства в собранном виде без корпуса и в корпусе:

Вот собственно и всё. Зарядка была испытана на разных аккумуляторах, адекватно заряжает и автомобильный, и от UPS (хотя все мои зарядки заряжают любые на 12В нормально, потому что напряжение стабилизировано J). Но это побыстрее и ничего не боится, ни КЗ, ни переполюсовки. Правда, в отличие от предыдущих, в качестве БП использовать не получится (очень оно стремится управлять процессом и не хочет включаться при отсутствии напряжения на входе). Зато, его можно использовать в качестве зарядного для аккумуляторов резервного питания, вообще не отключая никогда. Заряжать будет в зависимости от степени разряда автоматически, а из-за малого напряжения в режиме дозаряда существенного вреда аккумулятору не принесет даже при постоянном включении. При работе, когда аккумулятор уже почти заряжен, возможен переход зарядного в импульсный режим заряда. Т.е. ток зарядки колеблется от 0 до 2А с интервалом от 1 до 6 секунд. Сначала, хотел было устранить это явление, но, почитав литературу – понял, что это даже хорошо. Электролит лучше перемешивается, и даже иногда способствует восстановлению потерянной емкости. Поэтому решил оставить так как есть.

Ну вот, попалось что-то новенькое. На этот раз LPK2-30 с ШИМ на SG6105. Такого «зверя» мне для переделки раньше мне ещё не попадалось. Но я вспомнил многочисленные вопросы на форуме и жалобы пользователей на проблемы по переделке блоков на этой м/с. И принял решение, хоть зарядка мне больше и не нужна, нужно победить эту м/с из спортивного интереса и на радость людям. А заодно и опробовать на практике, возникшую в моей голове идею оригинального способа индикации режима заряда.

Вот он, собственной персоной:

Начал, как обычно, с изучения описания. Обнаружил, что она похожа на LPG-899, но есть и некоторые отличия. Наличие 2-х встроенных TL431 на борту, вещь конечно интересная, но…  для нас — несущественная. А вот отличия в цепи контроля напряжения 12В, и появление входа для контроля отрицательных напряжений, несколько усложняет нашу задачу, но в разумных пределах.

В результате раздумий и непродолжительных плясок с бубном (куда уж без них) возник вот такой проект:

Вот фото этого блока уже переделанного на один канал 14,4В, пока без платы индикации и управления. На втором его обратная сторона:

А это внутренности блока в сборе и внешний вид:

Обратите внимание, что основная плата была развернута на 180 градусов, от своего первоначального расположения, для того чтобы радиаторы не мешали монтажу элементов передней панели.

В целом это немного упрощённый вариант 4. Разница заключается в следующем:

• В качестве источника для формирования «обманных» напряжений на входах контроля было взято 15В с питания транзисторов раскачки. Оно в комплекте с R2-R4 делает всё необходимое. И R26 для входа контроля отрицательных напряжений.
• Источником опорного напряжения для уровней компаратора было взято напряжение дежурки, оно же питание SG6105. Ибо, большая точность, в данном случае, нам не нужна.
• Регулировка оборотов вентилятора тоже была упрощена.

А вот индикация была немного модернизирована (для разнообразия и оригинальности). Решил сделать по принципу мобильного телефона: банка наполняющаяся содержимым. Для этого я взял двухсегментный светодиодный индикатор с общим анодом (схеме верить не надо – не нашёл в библиотеке подходящего элемента, а рисовать было лень L), и подключил как показано на схеме. Получилось немного не так как задумывал, вместо того чтобы средние полоски «g» при режиме ограничения тока заряда гасли, вышло, что они — мерцают. В остальном — всё нормально.

Индикация выглядит так:

На первом фото режим заряда стабильным напряжением 14,7В, на втором – блок в режиме ограничения тока. Когда ток станет достаточно низким, у индикатора загорятся верхние сегменты, и напряжение на выходе зарядного упадёт до 13,9В. Это можно увидеть на фото приведённом немного выше.

Так как напряжение на последней стадии всего 13,9В можно спокойно дозаряжать аккумулятор сколь угодно долго, вреда ему это не принесёт, потому что генератор автомобиля обычно даёт большее напряжение.

Естественно, в этом варианте можно использовать и плату управления из варианта 4. Обвязку GS6105 только нужно сделать так, как здесь.

Да, чуть не забыл. Резистор R30 устанавливать именно так — совсем не обязательно. Просто, у меня никак не выходило подобрать номинал впараллель к R5 или R22 чтобы получить на выходе нужное напряжение. Вот и вывернулся таким… нетрадиционным образом. Можно просто подобрать номиналы R5 или R22, как я делал в других вариантах.

Как видите, при правильном подходе, почти любой БП АТХ можно переделать в то, что вам нужно. Если будут новые модели БП и нужда в зарядках, то возможно будет и продолжение.

Кота от всего сердца поздравляю с юбиелеем! В его честь, кроме статьи, ещё был заведён новый жилец — очаровательная серая киска Маркиза.

www.radiokot.ru

Зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов. Схема и описание

Как известно, герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы могут быть постоянно подключенными к зарядному устройству, то есть быть в режиме подзарядки. Чтобы знать, когда аккумулятор полностью заряжен, зарядное устройство должно быть оснащено каким-либо индикатором. Ниже описывается один из вариантов зарядного устройства снабженного индикатором заряда.

Описание зарядного устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов

Напряжение на схему зарядного устройства подается на клеммы Х1 и Х2 от внешнего источника постоянного напряжения (12…20 вольт). Зарядный ток поступает на индикатор включения зарядного тока (светодиод HL1), транзистор VТ1 и линейный стабилизатор напряжения зарядки LM317. Стабилизированное зарядное напряжение подключается к клеммам Х3 и Х4, которые подключаются к свинцово-кислотному аккумулятору.

Индикатор тока зарядки включает в себя датчик тока (резистора R1), ток зарядки протекающий через него создает падение напряжения на нем. Из-за падения напряжения открывается транзистор VТ1, в коллектор которого подключен индикатор – светодиод HL1.

Величина падения напряжения, при котором открывается транзистор VT1, устанавливается резистивным делителем на сопротивлениях R3 и R4. Если ток зарядки меньше установленного уровня тока (ограничение тока устанавливается подстроечным резистором R4), светодиод HL1 не светится. С увеличением зарядного тока, свечение светодиода также плавно увеличивается.

В качестве стабилизатора напряжения зарядки используется стабилизатор регулируемым выходным напряжением LM317. В соответствии с используемым уровнем напряжения и зарядного тока стабилизатор LM317должн быть установлен на хороший теплоотвод.

Подстроечный резистор R5 регулирует выходное напряжение на клеммах Х3 и Х4. Для батарей с номинальным напряжением 6 В выходное напряжение заряда должно составлять 6,8…6,9 В, для аккумуляторов с номинальным напряжением 12 В это выходное напряжение будет уже 13,6…13,8 В.

Необходимо отметить, что входное напряжение от внешнего источника постоянного напряжения должно быть больше напряжения на выходе зарядника примерно на 5 вольт (падение напряжения на R6 и LM317).

Смотрите так же: «Зарядно-пусковое устройство«

www.joyta.ru

Свинцово кислотный аккумулятор — принцип работы, как правильно заряжать

Свинцово-кислотный аккумулятор – один из самых надёжных АКБ, разработанный ещё в XIX веке, но до сих пор используемый во многих областях. В его основе лежит химическая реакция с переносом электронов от анода к катоду. Аккумулятор со временем портится при разрядке-подзарядке, так что данный процесс должен выполняться по всем правилам, чтобы продлить жизнь батареи.

Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Данный тип стационарного АКБ довольно тяжёлый, так как состоит из плотно параллельно упакованных плёнок свинца и оксида свинца. И те и другие в аккумуляторе расположены очень густо. Свинцовые пластины тёмно-серого цвета с синим оттенком, оксидно-свинцовые – тёмно-коричневые с рыжим оттенком.

Обе пластины находятся в серной кислоте, из-за чего в названии АКБ есть соответствующее слово. При включении аккумулятора ток протекает от оксидно-свинцового катода к свинцовому аноду. При этом свинец выделяет электроны, которые оксид свинца принимает.

В результате изменения заряда двух пластин они вступают в реакцию с серной кислотой вокруг и превращаются в сульфаты свинца.

Pb + HSO4– => PbSO4 + H+ + 2e–

PbO2 + HSO4– + 3H+ + 2e– => PbSO4 + 2h3O

Пара пластин производит 2 вольта, поэтому, чтобы увеличить количество вольт, которое может дать аккумулятор, пластины соединяют параллельно во множество пар слоёв. Они упаковываются плотно в банку, чтобы уменьшить объём батареи. Но так как электроны должны передаваться через терминалы, то пары пластин разъединяются специальными изоляционными плёнками.

При этом аккумулятор может иметь либо высокую плотность энергии, либо мощности. То есть аккумулятор или сохраняет большое количество энергии и отдаёт её в течение длительного времени, или он отдаёт огромный заряд очень быстро. В автомобилях используется второй вариант, так как надо отдать более 400 ампер, чтобы завести двигатель.

При глубокой разрядке батареи на пластинах образуется налёт сульфата свинца. Именно из-за этого если посадить аккумулятор до нулевого заряда несколько раз, то можно просто уничтожить его. Сульфат свинца полностью покрывает поверхность пластин, после чего его уже невозможно будет зарядить.

Типы и особенности свинцово-кислотных АКБ

Идеальных аккумуляторов не существует, в инженерных конструкциях часто приходится жертвовать желаемыми характеристиками, чтобы получить необходимые параметры. Для каждой цели создан свой тип устройства.

В первую очередь АКБ делят на герметичные и негерметичные батареи. Вторые требуют постоянного контроля над уровнем электролита и состоянием катодов и анодов, могут работать лишь в определённых положениях. Аккумулятор герметичный свинцово-кислотный используется чаще, так как не нуждается в особом уходе.

Кроме того, все батареи можно разделить на следующие группы:

• Стартерные. Выдают большое количество энергии за одно мгновение, из-за чего обладают большим саморазрядом. Отлично подходят для того, чтобы заводить автомобили. Требуют определённого обслуживания и вентиляции.

• Буферные батареи. Предназначены для краткосрочного хранения небольшого количества энергии, работают в постоянном режиме подзарядки.

• Аккумуляторы для бесперебойной аппаратуры. Устанавливаются в офисах для аварийного завершения работ.

• Аккумуляторы длительного электроснабжения. Большие тяжёлые батареи, которые выдают достаточно много энергии длительное время. Используются в реанимационных отделениях на случай отключения электричества.

• Гелевые аккумуляторы. Хорошо переносят циклы заряжения-разряжения. Благодаря этому могут использоваться в сильных морозах. Среди них отдельно можно выделить солнечные батареи, которые рассчитаны на многократные циклы.

Как достигается такая вариация характеристик свинцово-кислотных аккумуляторных батарей? Если требуется выдавать огромное количество энергии за короткое время, то пластины делаются тонкими, но высокими и широкими (больше по площади поверхности), а расстояние между ними уменьшается. Благодаря этому увеличивается соотношение поверхности и массы, в результате энергия отдаётся быстрее.

Если требуется дольше сохранять энергию, но можно уменьшить мощность, то пластины делаются толще, но короче и уже (меньше по площади поверхности), а расстояние между ними увеличивается. Из-за чего уменьшается соотношение поверхности и массы, в итоге электроэнергия отдаётся медленнее.

Кроме того, на свойства аккумулятора влияют характеристики электролита и другие параметры. Гелевые электролиты хуже реагируют со свинцовыми и оксидно-свинцовыми плитами, а также делают конструкцию защищённой от вытекания. Повышает срок эксплуатации использование свинцово-кальциевых сплавов.

Области применения свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы используются повсеместно, так как свинец и его оксид отвечают наиболее важным требованиям:

• элементы часто встречаются в природе и довольно легко добываются;
• они в паре способны накапливать и отдавать энергию лучше, чем все другие элементы;
• аккумуляторы из них просты и дешевы в производстве;
• долгий срок службы, возможность многократной перезарядки;
• простое обслуживание, что особенно характерно для герметичных конструкций.

Из-за этого батареи применяются в следующих областях:

• сигнализационные системы;
• стартёры в автомобилях;
• системы пожарной безопасности;
• системы аварийной подачи электроэнергии на телевидении, в реанимационных отделениях;
• электрические весы и кассовые аппараты;
• системы бесперебойного электроснабжения или аварийного отключения в компьютерной технике или их сетях;
• детские игрушки;
• в лёгких самолётах.

Тем не менее, имеются некоторые минусы:

• аккумуляторы чувствительны с холоду;
• отходы из них опасны для экологии;
• количество циклов довольно ограничено;
• есть лимиты у выдаваемой мощности.

Как правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Принцип зарядки состоит в том, что нужно изменить направление тока. Из-за этого электролит и материя двух пластин восстанавливает свой прежний химический состав. Данный процесс именуется циклом, и он может быть многократным. Но чтобы не повредить и продлить срок службы батареи, надо знать, как правильно заряжать свинцово-кислотный аккумулятор.

Важно! Для процедуры потребуется источник тока и устройство, которым можно регулировать силу тока и напряжение.

Прежде всего, нужно знать параметры аккумулятора, которые можно посмотреть на самой коробке устройства. Производители часто указывают информацию на английском языке. Обозначается всё это следующим образом:

На английском	На русском
12V	12 вольт
7.2Ah	7.2 ампер-часов

Также производитель может указывать напрямую, каким током можно заряжать аккумулятор:

На английском	На русском
Standby use – 13.5-13,8V	Если вы используете батарею, как резервный источник электричества – 13,5-13,8 вольт
Cycle use – 14.4V	Если вы его применяете в качестве стартёра, то есть циклическое использование – 14.4 вольт
2.16A MAX	При любой зарядке ток не должен превышать 2.16 ампера

А что если производитель не указал, каким током заряжать аккумулятор? В этом случае можно пользоваться простым правилом – напряжение не должно превышать 10% от его номинальной ёмкости. То есть если у батареи указан параметр 7.2Ah, то заряжать надо при 0.72A.

После того как разобрались с основными параметрами, нужно сделать прибор, которым можно зарядить аккумулятор. Для этого потребуется крепкая коробка (лучше пластиковая) с отверстиями для вентиляции, блок питания от ноутбука, плата для регулировки тока и напряжения.

Дополнительно можно встроить многооборотистые переменные резисторы для более тонкой настройки, а также вольтамперметр. Для зарядки автомобильных аккумуляторов потребуется понижающий преобразователь напряжения и более мощный блок питания.

Собрав конструкцию, можно переходить непосредственно к главной процедуре. Для начала на неподключенном к аккумулятору устройстве нужно выставить напряжение, которым надо заряжать АКБ. Далее необходимо убавить силу тока до минимума, в результате чего сразу же упадёт напряжение. После этого подключаем устройство к аккумулятору (плюс к плюсу, минус к минусу).

В этот момент вольтамперметр будет показывать напряжение, которое есть на батарее. Включаем устройство в розетку и поднимаем силу тока до необходимой величины (метод её расчёта описан выше). В этот момент возможно незначительное снижение напряжения, говорящее о том, что ток уходит на прогрев электролита и преодоление сопротивления аккумулятора. Это нормально.

К концу зарядки аккумулятора сила тока на вольтамперметре будет практически равна нулю.

3batareiki.ru

No related posts.