Як зробити зарядний пристрій для акумулятора своїми руками: схеми простих та потужних пристроїв

Як зробити зарядний пристрій для акумулятора – проектування та створення пристрою своїми руками

Стартерні автомобільні акумулятори належать до електрохімічних джерел струму, які заряджають акумулюють електричну енергію, а при розряді повертають її в навантаження.

Пристрій, принцип дії

Акумулятор складається з двох свинцевих пластин, занурених у розчин сірчаної кислоти. Одна є анодом, інша – катодом. Внаслідок взаємодії свинцю із сірчаною кислотою на поверхні пластин утворюється сульфат свинцю PbSO4.

Для заряду акумулятора потрібно прикласти до анода позитивну напругу, а до катода – негативне, після чого на аноді почне утворюватися двоокис свинцю PbO2, а на катоді – губчастий свинець Pb.

При розряді відбувається зворотне відновлення до сульфату свинцю.
Напруга повністю зарядженого акумулятора становить близько 2,12 В.
Стартерна акумуляторна батарея з номінальною напругою 12 В містить шість акумуляторів, з’єднаних послідовно.
Отже, те, що у просторіччі часто називають «акумулятором», насправді є акумуляторною батареєю.

Заряджають АКБ за допомогою спеціальних зарядних пристроїв ЗУ («зарядок»), які можна придбати в автомагазині, але можна виготовити самостійно.

Основні параметри

АКБ характеризується різними параметрами, головними з яких є:

Номінальний розрядний струм Iн – це струм, який АКБ може протягом 20 годин віддавати у навантаження, і при цьому напруга на її висновках не опускається нижче 10,5 В;
Номінальна ємність С20, вимірюється Ач. Це кількість енергії, яку може віддати АКБ за 20 годин при розряді номінальним струмом. Величина Iн визначається як результат розподілу С20 на 20. Наприклад, для ємності 60 Ач він дорівнює 3 А;
Фактична ємність Сф – використовується для оцінки батареї – чим Сф більше, тим батарея краща;

Методи заряджання

АКБ вважається повністю зарядженим, якщо його напруга при розімкнутому ланцюгу навантаження (НРЦ) більша або дорівнює 12,7 В, при цьому щільність електроліту при температурі 25°С повинна дорівнювати 1,28 г/см³. При зарядженості на 75% ці значення становлять 12,35 та 1,22, а при повністю розряджених акумуляторах – 11,7 та 1,1 відповідно.

При залишковій ємності менше 75% батарею рекомендується дозарядити.

Примітка: НРЦ вимірюється не раніше, ніж через годину після закінчення заряджання. За цей час має зникнути е.д.з поляризації, що виникає внаслідок утворення іонів біля анода та катода.

Існує кілька методів заряджання, як правило, вони викладені в посібнику з експлуатації. Якщо керівництво відсутнє, слід використовувати способи по ГОСТ Р 53165 або комбінований.

Заряджання відкритих батарей (з загальною кришкою):

Стабілізованим струмом 2 Iн до стабілізації напруги, виміряної три рази з інтервалом 15 хвилин;
Постійною напругою до 16 В з обмеженням струму до 5 Ін протягом 20 годин, потім чотиригодинна зарядка стабілізованим струмом Iн.

Заряджання закритих батарей (із запобіжним клапаном, із загущеним електролітом):

Стабілізованим струмом 2 Iн до 14,4 В, потім 4 години струмом Iн;
Постійною напругою до 14,4 В з обмеженням струму до 5 Iн протягом 20 годин, потім чотиригодинна зарядка стабілізованим струмом 0,5 Iн.

Заряджання комбінованим способом проводиться струмом 2 Iн до 14,4 В, потім при стабілізованій напрузі 14,4 В до зменшення зарядного струму до 0,1 Iн.

Позитивні якості та недоліки різних способів

1а та 2а забезпечують 100% заряд за мінімальний час.
1б і 2б рекомендується проводити за відсутності даних про батарею, але це найтриваліший спосіб.
алгоритм третього способу закладено у більшість автоматизованих «зарядок» і також забезпечує 100% заряд за короткий час.

Загальні недоліки – якщо ЗУ не має можливості автоматично контролювати задані параметри, то для запобігання перезаряду потрібен постійний контроль оператора.

Потрібно враховувати, що при перевищенні тривалості заряду починається електроліз води з утворенням газоподібного водню та кисню. При цьому кількість води в електроліті зменшується безповоротно, і згодом її доведеться доливати.

Наявність водню в повітрі при виникненні випадкової іскри може призвести до вибуху, що супроводжується руйнуванням акумулятора та викидом електроліту в навколишнє середовище. Попадання кислоти на поверхневі тканини людини може призвести до хімічних опіків.

Самостійне виготовлення зарядного пристрою

Якщо ЗУ відсутня, то перед автолюбителем виникає дилема: зробити зарядку для акумулятора своїми руками або придбати готову.

Зазвичай самостійно виготовляють люди, які мають певні знання та досвід роботи з пристроями електронної техніки, що мають різні електротехнічні елементи та радіодеталі.

Починати виготовлення потрібно з опрацювання схеми пристрою. Схему для зарядки можна розробити самостійно або запозичити з журналів, книг, інтернету і т.д. Найрізноманітніших варіантів, як зробити зарядку, існує безліч, тому орієнтуватися в першу чергу потрібно на свої можливості.

Нижче наведено приклади найпоширеніших варіантів ЗП.

Нерегульовані ЗУ, що гальванічно пов’язані з мережею

Величина зарядного струму визначається опором лампи, яка виконує роль баластного опору.

Вихідний зарядний струм можна приблизно розрахувати, як результат розподілу величини потужності лампи на напругу мережі, що дорівнює 220 В.

Наприклад, для лампи 100 Вт: Iз = 100/220 = 0,45 А. При паралельному з’єднанні двох і більше ламп Iз збільшитися до 0,9 А, 1,35 А тощо.

Схема з однополуперіодним випрямлячем, зображена праворуч, має вдвічі менший струм. Час заряду теж збільшується, тому що середня величина струму вдвічі менша.

Відсутність гальванічної розв’язки підвищує небезпеку ураження струмом, що є дуже великим недоліком, незважаючи на простоту та дешевизну пристрою.

Примітка:

Заряджання струмами, більшими за рекомендовані, вимагає контролю температури електроліту: при зростанні її до 45°С потрібно вимкнути ЗУ і дочекатися зниження до 30 – 35°С.
Пульсації та форма зарядного струму не мають значення, важлива лише його середня величина.

ЗУ з понижувальним трансформатором

Нерегульовані пристрої:

Захист первинних та вторинних ланцюгів здійснюється запобіжниками, для вимірювання зарядного струму та напруги служать амперметр А та вольтметр V.
Напруга вторинної обмотки трансформатора 14 – 16 В, номінальний струм запобіжника вторинної обмотки 10 – 30 А, залежно від ємності АКБ, струм запобіжника мережного 3 – 5 А.

Гідність схем – невелика кількість елементів. Істотним недоліком є залежність величини зарядного струму від напруги мережі: при його збільшенні на 10% струм може збільшитися в кілька разів. Тому для обмеження струму бажано до зарядного ланцюга включити реостат.

Пристрої з ручним регулюванням

Регулювання проводиться подачею на базу емітерного повторювача VT2,VT1 керуючого напруги, що знімається з двигуна потенціометра R1.

Схема надійно працює, проста у виготовленні. б) на Мал. 5 зображено схему дуже поширеного пристрою, що дозволяє потенціометром R5 плавно регулювати вихідний струм або напругу від нуля до максимуму.
У міру спадання струму під час заряджання оператор може вручну коригувати його значення в бажаних межах.

Виготовлення таких пристроїв не потребує високої кваліфікації, вони надійно працюють, рекомендуються для широкого кола автовласників.

Докладний опис цих схем міститься у книзі Т. Ходасевича «Зарядні та пуско-зарядні пристрої».

ЗУ з дискретним регулюванням

Регулювання струму та напруги здійснюється за допомогою набору баластних конденсаторів С1 – С4 та тумблерів S1 – S4.
- Увімкненням тумблерів S1 – S4 у різних поєднаннях, можна ступінчасто регулювати струм з дискретністю приблизно в 1 А.
- Усього існує 16 комбінацій положень тумблерів, тобто схема реалізує 16 значення зарядного струму та напруги, що цілком достатньо для якісної зарядки.
- Схема надійна, добре зарекомендувала себе, але вимагає ретельного узгодження величини ємностей С1 – С4 з напругою вторинної обмотки.
- Після збирання необхідно провести попередню перевірку та налаштування на активному навантаженні, наприклад, на автомобільних лампах.
У цьому пристрої на виводи батареї подаються прямокутні імпульси випрямленої напруги з регульованою шпаруватістю (співвідношення тривалості імпульсів та пауз між ними). Від неї залежить величина середнього зарядного струму.

Регулювання проводиться потенціометром Р5, що задає шпаруватість генератора, зібраного на мікросхемі DD. Докладніша інформація про цю схему міститься в №11 журналу «Радіо» за 2011 р.

Вимоги до конструкції

Зарядний пристрій має бути змонтований у закритому корпусі.
1. Якщо корпус металевий, то має бути передбачена можливість його заземлення.
2. Всі струмопровідні частини напругою 220 або 380В повинні бути недоступні дотику.
3. Має бути передбачено захист від коротких замикань та надструмів запобіжниками або автоматичними вимикачами з електромагнітними розчіплювачами.
4. Підключення ЗУ до виводів акумулятора повинно проводитися гнучкими мідними проводами із затискачами типу «крокодил» або іншими, що забезпечують надійний електричний контакт.
5. Рукітки затискачів повинні бути ізольовані трубками ПВХ або ізоляційною стрічкою. Колір ізоляції позитивного дроту червоний, негативний – синій або чорний.
6. Переріз проводів не нижче 2,5 мм².
Зразком такого пристрою може бути ЗУ, виготовлене на базі комп’ютерного блоку живлення, зображене на фото 1. Елементи пристрою повинні бути надійно з’єднані між собою пайкою, скруткою або болтовим з’єднанням.

Для зниження робочої температури випрямних діодів, тиристорів та силових транзисторів їх корпуси встановлюються на радіатори, як показано на Фото 2.

Якщо схема містить велику кількість радіоелементів, рекомендується об’єднувати їх на друкованих або макетних платах за допомогою об’ємного монтажу. Фото 3 ілюструє вигляд такої плати.

Для зниження витрат на виготовлення зарядних пристроїв рекомендується не купувати в радіомагазинах комплектуючі елементи, а використовувати їх від непотрібної апаратури, інакше саморобні ЗУ можуть виявитися дорожчими за нові імпортні китайські. Основна умова їх застосування – щоб вони були справними та зберігали свої характеристики.

Фото саморобного зарядного пристрою для акумулятора