Зарядное устройство - устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника; как правило, - от сети переменного тока напряжением 220 Вольт.
Зарядное устройство состоит из:
— преобразователя напряжения (трансформатор, импульсный блок питания);
— выпрямителя;
— стабилизатора напряжения;
— устройства контроля силы тока или процесса заряда;
— амперметр или светодиодные индикаторы.
Виды зарядных устройств:
— встроенные;
— внешние.
Типы зарядных устройств
для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей:
1. Зарядные устройства нормального (медленного) заряда
2. Зарядные устройства быстрого заряда
3. Зарядные устройства скоростного заряда
Зарядные устройства нормального (медленного) заряда .
Используют для зарядки только никель-кадмиевых батарей. Зарядные устройства этого типа, иногда называют ночными, они самые дешевые из всех видов батарей Ток нормального заряда составляет 0,1 с, время заряда – 14 — 16 ч., при таком малом токе и длительном времени заряда трудно определить время окончания заряда По этой причине индикатор готовности батареи в зарядных устройствах для нормального заряда обычно отсутствует.
Если зарядный ток установлен правильно, полностью заряженная батарея становится чуть теплой на ощупь, и нет необходимости немедленно отключать ее от зарядного устройства. В нем батарея может оставаться более чем на один день. Но лучше всего отключать зарядное устройство сразу после окончания заряда.
Не следует использовать зарядные устройства медленного заряда для зарядки батарей малой емкости, так как они рассчитаны на работу с более мощными батареями. В таком случае аккумуляторная батарея станет нагреваться уже по достижении 70% своей емкости.
А в случае, если для зарядки мощной аккумуляторной батареи используется недостаточно мощное зарядное устройство, батарея в процессе заряда будет оставаться холодной и никогда не будет заряжена до конца. Тогда она потеряет часть своей емкости.
Зарядные устройства быстрого заряда.
Используют для зарядки как никель-кадмиевых, так и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей. Они характеризуются как зарядные устройства среднего класса как по скорости заряда, так и по цене. Заряд аккумуляторов в них происходит в течение 3 — 6 часов током около 0,ЗС. В качестве необходимого элемента эти зарядные устройства имеют схему контроля достижения аккумуляторами определенного напряжения в конце заряда и их отключения в этот момент. Зарядные устройства быстрого заряда обеспечивают лучшее по сравнению с устройствами медленного заряда обслуживание аккумуляторов. В настоящее время они уступили свое место зарядным устройствам скоростного заряда.
Зарядные устройства скоростного заряда .
Используют для зарядки как никель-кадмиевых, так и никель-металлгидридных аккумуляторных батарей. Основное преимущество зарядных устройств скоростного заряда — меньшее время заряда. Хотя из-за большей мощности источника напряжения и необходимости использования специальных узлов контроля и управления такие зарядные устройства имеют наиболее высокие цены. Время заряда в зарядных устройствах такого типа зависит от тока заряда, степени разряда аккумуляторов, их емкости и типа. При токе заряда 1С разряженная никель-кадмиевая батарея заряжается в среднем менее чем за один час. Если же аккумуляторная батарея полностью заряжена, некоторые зарядные устройства переходят в режим подзарядки пониженным током заряда и с отключением по сигналу таймера.
Правила эксплуатации зарядных устройств
— перед включением зарядного устройства поставьте его на ровную поверхность;
— защитите зарядное устройство от воздействия пыли, грязи, продуктов питания, жидкости, перегрева и переохлаждения, а также от прямых солнечных лучей;
— при изменении условий хранения зарядного устройства, которые сопровождаются резким перепадом температуры и влажности, снаружи или внутри него может образоваться конденсат. Прежде чем начать работать с устройством, дайте влаге испариться. Это поможет избежать выхода зарядного устройства из строя.
— при переносе зарядного устройства из холодной среды в более теплую или из теплой в холодную не включайте питание, пока температура устройства не придет в соответствие с температурой среды;
— при отключении кабеля от сети беритесь за специальную петлю на вилке. Не тяните за кабель. Разъединяя разъемы, держите их прямо, чтобы не погнуть контакты. Аналогично, перед подключением кабеля убедитесь в правильной ориентации и соответствии частей разъемов.
Хранение зарядного устройства
Зарядное устройство в заводской упаковке должно храниться в проветриваемых помещениях при температуре воздуха от + 1° до +40° С, относительной влажности до 80%, при отсутствии в воздухе газов и щелочей, паров кислот, вызывающих коррозию.
Современный автомобиль оснащен множеством функций, делающих его эксплуатацию более комфортной. Системы кондиционирования, мини-бар, и навигатор – это уже давно не новшество, однако все они бессильны перед одним из важнейших приборов в авто – аккумулятором. Его задача не только подавать заряд в мотор, чтобы тот запустился, но и обеспечивать электричеством многие другие приборы (фары, вентилятор, прикуриватель), использование которых приходится на незаведенный автомобиль.
Даже самые мощные аккумуляторы требуют периодической подзарядки
.
Это объясняется невозможностью постоянного сохранения электричества, которое в авто расходуется довольно быстро. Какие способы зарядки АКБ существуют, а также в чем особенности и преимущества импульсной зарядки, разберем далее.
Задача зарядного устройства
Несложно догадаться, что если устройство зарядное, значит, его основная функция заряжать аккумулятор, чтобы последний мог работать в автономном режиме. Срок службы аккумуляторов невелик, максимум 5-6 лет, и приходиться его менять. Быстрый износ, а также продолжительность эксплуатации зависят от таких факторов, как:
- марка авто и его технические характеристики (особенно играет роль, какое количество дополнительных функций оно имеет);
- длительный простой машины с включенными фарами, магнитолой или другими приборами, работающими от электричества;
- преобладание сильных морозов, которые снижают проводимость электролита в аккумуляторе, делая его заряд доступным не более 30 минут.
Но самым важным, и, пожалуй, ключевым фактором специалисты выделяют именно особенности и частота зарядки.
Неправильный процесс снижает эффективность АКБ на 20-30% , поэтому проблема не долгосрочного использования аккумуляторов может перестать быть проблемой, зная особенности и типы зарядных устройств.Предлагаем посмотреть обзор на одно из импульсных зарядных устройств
Виды и типы
Выделяют три основных метода, благодаря которым, собственно и происходит зарядка аккумуляторов:
- Зарядка постоянным напряжением – производится при помощи непосредственного контакта АКБ и электросети. С помощью такого зарядного устройства можно не только полностью заряжать аккумулятор, но и частично его подзаряжать, когда требуется его максимальный запас энергии. Важно контролировать процесс, а также для обеспечения безопасности рекомендуется изъять аккумулятор из авто.
- Зарядка постоянным током – сила тока не должна превышать десятой части от емкости аккумулятора, иначе процесс может иметь массу нежелательных явлений, таких как кипение электролита, либо выделение обильных клубов пара. Чтобы этого не допустить, также важно знать уровень заряда самого аккумулятора. Главным недостатком метода является именно самостоятельный контроль за ходом всех процессов. Каждые 30-50 минут придется замерять силу тока и регулировать ее, относительно емкости заряжаемого аккумулятора.
- Комбинированный метод — его принцип крайне прост: вначале подается постоянное напряжение, сила которого регулируется автоматически. Спустя какое-то время завершение происходит при помощи воздействия постоянного тока. Это удобно, поскольку все процессы автоматизированы, и нет необходимости постоянно контролировать, на каком этапе находится процесс.
В зависимости от этого зарядные устройства принято делить на две группы:
- зарядные или зарядно-предпусковые – осуществляют подзарядку непосредственно от сети, при этом аккумулятор в это время может свободно использоваться
- зарядно-пусковые – зарядка происходит в автономном режиме, независимо от места нахождения автомобиля.
В первом случае аккумулятор удобно заряжать лишь тем, кто имеет в своем распоряжении большой просторный гараж, к которому подведено электричество. Если же аккумулятор подвел в заснеженной пробке, то второй вариант более удобен и практичен, позволяет отправиться в путь уже через 15-20 минут.
Читайте так же: Рассматриваем сварочные аппараты марки Аврора
Зарядно-пусковые зарядные устройства по принципу работы могут быть двух видов:
- Импульсные – воздействуют токами высоких частот, имеют небольшие габариты.
- Трансформаторные – громоздкие машины, 90% объема и веса которых занимает сам трансформатор. В автопрактике используются редко, поскольку неудобны в транспортировке.
Разберем, чем же так полюбились зарядники импульсного типа, оценив модельный ряд, среднюю стоимость и рейтинг наиболее удачных моделей.
Характеристики и преимущества
Импульсные ЗУ удобны и просты в эксплуатации. Имеют массу преимуществ, благодаря которым полюбились автовладельцам со всего мира. Чем же вызвана такая любовь и уважение? Попытаемся разобраться.
Особенности
По типу работы импульсные ЗУ подразделяются на следующие виды:
- ручные – требуют контроля, а также самостоятельного регулирования силы тока, напряжения, и продолжительности зарядки;
- автоматические – все процессы осуществляются путем программ, которые самостоятельно определяют все параметры аккумулятора, а также регулируют процесс;
- полуавтоматы – помимо некоторых автоматических процессов, придется самостоятельно следить за продолжительностью зарядки.
Зарядные устройства импульсного типа также могут работать в трех направлениях:
- заряжать аккумулятор при помощи постоянного тока;
- производить зарядку постоянным напряжением;
- использовать комбинированную систему зарядки.
Последний вариант наиболее удачный для зарядки авто и мототехники.
Хорошие отзывы и доступность делает комбинированный способ самым востребованным.Специальный режим
Как и множество других современных видов зарядных устройств, импульсные зарядники имеют специальный режим «BOOST
». Он позволяет заряжать аккумулятор в течении 5-10 минут. Этого вполне достаточно, чтоб завести двигатель, аккумулятор которого был полностью разряжен. Однако, не рекомендуется использовать этот режим для полноценной зарядки, поскольку его пагубное воздействие на электролит приведет батарею в негодность всего за пару месяцев.
Преимущества и недостатки
Самым главным преимуществом зарядников этого типа является мобильность и компактность .
Его легко можно положить в бардачок и забыть о его существовании, вплоть до того момента, как появится в нем необходимость. Это крайне удобно, особенно когда планируется загородный недельный отдых или длительная поездка (что уже говорить о морозах -30 и выше).
Не менее важными эксплуатационными преимуществами можно назвать:
- Автоматизация процессов – не нужно стоять «над душой» автомобиля и ждать, когда же свершиться чудо. Импульсные ЗУ в большинстве своих моделей имеют такое программное обеспечение, позволяющее минимизировать человеческий фактор.
- Усовершенствованная система защиты – зарядка оснащена множеством стабилизаторов и регуляторов напряжения (преобразователей), которые не допустят преждевременных поломок АКБ, а также сведут к минимуму возможные неполадки.
- Существенное увеличение продолжительности эксплуатации аккумулятора – достигается за счет полного контроля процесса зарядки, а также исключения перегрева батареи или разрядки.
- Доступная цена – из-за небольшого веса и компактности, а также принципа передачи заряда, устройство вполне по карману любому владельцу авто.
- «Умные подсказки» — если вы случайно подсоединили что-то не так, или ошиблись с выбором тока, прибор начнет сигнализировать об ошибке, предлагая несколько доступных вариантов решения. Это помогает облегчить пользование прибором, а также упрощает жизнь новичкам.
Среди преимуществ выделяют также один, но крайне важный недостаток. Конструкция прибора, особенно если брать во внимание наиболее новые модели, усложнена всевозможными датчиками контроля процессов. Поэтому, любая поломка зарядного устройства или отказ от работы отдельной его части приводит к тому, что ремонт существенно бьет по карману.
В 95% случаев всех поломок зарядников импульсного типа, автовладельцы предпочитают купить новый агрегат, нежели возиться с поломкой, что в большинстве случаев безрезультатно.Как правильно заряжать?
Зарядка импульсным ЗУ имеет свои особенности, которые рекомендуется соблюдать. Это не только обезопасит от нежелательных преждевременных поломок, но и увеличит срок эксплуатации аккумулятора на несколько лет.
- Извлечь аккумулятор с его места дислокации – даже если производитель гарантирует полную безопасность его использования в момент зарядки, лучше дополнительно перестраховаться.
- Подсоединить клеммы так, как указанно в схеме – не нужно пытаться соединить клеммы интуитивно, поскольку это может спровоцировать замыкание.
- Контролировать (хоть иногда) процесс зарядки – это важно, даже если система полностью автоматизирована.
- Следовать инструкции – использование зарядного устройства по собственному желанию и усмотрению может привести к порче аккумулятора.
Читайте так же: Обзор стабилизаторов напряжения Лидер
Что нужно знать владельцу такого зарядного устройства?
Если ваш выбор пал именно на этот тип автомобильных зарядных устройств, то нужно знать некоторые нюансы:
- Наберитесь терпения – зарядка не может происходить быстро, ведь автомобиль это же мобильный телефон. Средняя ее продолжительность составляет примерно 15-20 часов. Быстрая зарядка, которую так рекламируют и советуют в авто салонах, имеет свои подводные камни, среди которых быстрый износ аккумулятора и недолгий срок эксплуатации самого ЗУ.
- Не введитесь на удочку маркетологов – иногда в магазинах продавцы, обладающие особыми навыками убеждения и навязывания товара, продадут такой агрегат, который не подходит ни по одному из желаемых параметров. Поэтому, перед покупкой точно определите, какими характеристиками должен обладать агрегат, а также проконсультируйтесь о наиболее качественных моделях и добросовестных производителях.
- Учитывайте особенности своего автомобиля и места проживания – температурный режим окружающей среды – это один из самых важных показателей при выборе АКБ. Если средняя температура зимой начинается от -30°С, то наличие импульсного зарядника такое же значимое как и ремни безопасности.
- Место покупки – чтобы избежать подделок, коих сейчас на рынке немало, рекомендуется приобретать такой товар только в сертифицированных точках продаж. Сам же товар должен в обязательном порядке проверяться при покупателе на исправность, а также иметь гарантийный талон на год. За это время любые поломки с устройством должны устраняться мастером бесплатно. Запомните – дешево, не значит качественно, но и завышения цена не дает полной гарантии на беспроблемную эксплуатацию агрегата.
- Внимательно читайте инструкцию – зачастую многие пользователи импульсных зарядных устройств считают, что если принцип работы идентичен, то и управление такое же, но это не так. Каждая модель имеет свои технические особенности и нюансы, от исполнения которых зависит не только исправность зарядного устройства, но и срок годности самого аккумулятора.
Самые популярные модели
Среди самых бюджетных, но крайне удобных и многофункциональных зарядных устройств для автомобиля, были выбраны пять моделей. Рейтинг составлен на основе отзывов о работе, а также зависит от личных убеждений пользователей.
Для начала предлагаем посмотреть видео об устройстве от Inelco, речь о подобном пойдет ниже
Читайте так же: Делаем компрессор из холодильника своими руками
- Voin VL 155-6(12) В – стоимость не превышает 2000 рублей, что вполне доступно. Обладает дисплеем, который помогает полностью контролировать процесс и вносить в него свои коррективы. Имеет несколько режимов работы, а также компактные габариты. Трехуровневая защитная система предотвращает от замыканий и других неприятностей, созданных неопытным пользователем. Медленный заряд позволяет беречь аккумулятор от преждевременного износа электролита.
- Elegant – трехкилограммовый агрегат способен длительное время сохранять статическое напряжение, а также осуществлять медленную зарядку аккумулятора, всего за 3000 рублей. Дополнительные дисплеи отображают общее состояние аккумулятора, а также процессы, происходящие в нем при зарядке.
- Master Watt – украинский агрегат, качество которого проверено не одним поколением аккумуляторов. Поистине универсальное зарядное устройство, которое справляется с любыми новомодными батареями, находя к ним индивидуальный подход. Полуавтомат все же требует определенного контроля. Производитель заявляет о достаточно длительном сроке службы – 15-25 лет. Его цена от 1600 рублей.
- KeepPower Medium – полный автомат и настоящая находка для новичков. Все что потребуется – это правильно подсоединить клеммы и выбрать нужную программу зарядки: быстро, медленно или средне. Относится к более дорогостоящим приборам, цена которого начинается от 3000 рублей.
- Bosh C7 – полуавтомат, стоимость которого не превышает 3000 рублей. Обладает рядом дополнительных функций, а также может выступать в качестве блока питания.
Обзор данного устройство представляем на видео
Некоторые бюджетные модели зарядников не оснащены индикатором, который бы сигнализировал о завершении процесса. Однако об этом можно узнать самостоятельно. Достаточно замерять силу тока. Если она остается неизменной на протяжении 1-2 часов, то зарядка завершена и аккумулятор полностью готов к работе.
Подводя итог, можно сказать, что импульсные зарядные устройства полюбились автовладельцам не только своими компактными габаритами, но и качественным процессом зарядки. Многообразие выбора моделей требует особого внимания со стороны покупателя. Сделать правильный выбор помогут подсказки, указанные выше.
Ниже подборка хороших зарядных устройств, рекомендованных для заказа
Название и описание
Сейчас нет смысла собирать самостоятельно зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов: в магазинах огромный выбор готовых устройств, цены на них приемлемы. Однако не будем забывать о том, что приятно что-то сделать полезное своими руками, тем более что простое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора вполне можно собрать из подручных деталей, и цена его будет копеечной.
Единственное, о чем сразу стоит предупредить: схемы без точной регулировки тока и напряжения на выходе, которые не имеют отсечки тока по окончании заряда, пригодны для зарядки только свинцово-кислотных аккумуляторов. Для AGM и использование подобных зарядок приводит к повреждению аккумуляторной батареи!
Как сделать простейшее трансформаторное устройство
Схема этого зарядного устройства из трансформатора примитивна, но работоспособна и собирается из доступных деталей – таким же образом сконструированы и заводские зарядные устройства простейшего типа.
По своей сути – это двухполупериодный выпрямитель, отсюда и требования к трансформатору: так как на выходе таких выпрямителей напряжение равно номинальному напряжению переменного тока, помноженному на корень из двух, то при 10В на обмотке трансформатора мы получим 14,1 В на выходе зарядного устройства. Диодный мост берётся любой с прямым током более 5 ампер или собрать его из четырех отдельных диодов, с теми же требованиями к току подбирается и измерительный амперметр. Главное – разместить его на радиаторе, который в простейшем случае представляет собой алюминиевую пластину не менее 25 см2 площадью.
Примитивность такого устройства – не только минус: за счет того, что у него нет ни регулировки, ни автоматического отключения, оно может использоваться для «реанимации» сульфатированных аккумуляторов. Но не нужно забывать и об отсутствии защиты от переполюсовки в этой схеме.
Главная проблема – где найти трансформатор подходящей мощности (не менее 60 Вт) и с заданным напряжением. Можно использовать, если подвернется советский накальный трансформатор. Однако его выходные обмотки имеют напряжение 6,3В, поэтому придется соединять две последовательно, одну из них отмотав так, чтобы в сумме на выходе получить 10В. Подойдет недорогой трансформатор ТП207-3, у которого вторичные обмотки соединяются следующим образом:
Отматываем при этом обмотку между клеммами 7-8.
Простое зарядное устройство с электронной регулировкой
Однако можно обойтись и без отмотки, дополнив схему электронным стабилизатором напряжения на выходе. К тому же такая схема будет удобнее в гаражном применении, так как позволит скорректировать ток заряда при просадках напряжения питания, ее используют и для автомобильных аккумуляторов небольшой емкости при необходимости.
Роль регулятора здесь выполняет составной транзистор КТ837-КТ814, переменный резистор регулирует ток на выходе устройства. При сборке зарядки стабилитрон 1N754A можно заменить советским Д814А.
Схема регулируемого зарядного устройства проста для повторения, и легко собирается навесным монтажом без необходимости в травлении печатной платы. Однако учтите, что полевые транзисторы размещаются на радиаторе, нагрев которого будет ощутим. Удобнее воспользоваться старым компьютерным кулером, подключив его вентилятор к выходам зарядного устройства. Резистор R1 должен иметь мощность не менее 5 Вт, его проще намотать из нихрома или фехраля самостоятельно или соединить параллельно 10 одноваттных резисторов по 10 ом. Его можно и не ставить, но нельзя забывать, что он защищает транзисторы в случае замыкания выводов.
При выборе трансформатора ориентируйтесь на выходное напряжение 12,6-16В, берите либо накальный трансформатор, соединив последовательно две обмотки, либо подбирайте готовую модель с нужным напряжением.
Видео: Самое простое зарядное устройство для АКБ
Переделка зарядного устройства от ноутбука
Однако можно обойтись и без поисков трансформатора, если под руками есть ненужное зарядное устройство от ноутбука – при простой переделке мы получим компактный и легкий импульсный блок питания, способный заряжать автомобильные аккумуляторы. Поскольку нам потребуется получить напряжение на выходе 14,1-14,3 В, ни один готовый блок питания не подойдет, однако переделка проста.
Посмотрим на участок типовой схемы, по которой собраны устройства такого рода:
В них поддержание стабилизированного напряжения осуществляет цепь из микросхемы TL431, управляющей оптопарой (на схеме не показана): как только напряжение на выходе превышает значение, которое задают резисторы R13 и R12, микросхема зажигает светодиод оптопары, сообщает ШИМ-контроллеру преобразователя сигнал на снижение скважности подаваемых на трансформатор импульсов. Сложно? На самом деле все просто смастерить своими руками.
Вскрыв зарядное устройство, находим недалеко от выходного разъема TL431 и два резистора, связанные с ножкой Ref. Удобнее настраивать верхнее плечо делителя (на схеме – резистор R13): уменьшая сопротивление, мы уменьшаем и напряжение на выходе зарядного устройства, увеличивая – поднимаем его. Если у нас ЗУ на 12 В, нам понадобится резистор с большим сопротивлением, если зарядное на 19 В – то с меньшим.
Видео: Зарядка для аккумуляторов авто. Защита от короткого замыкания и переполюсовки. Своими руками
Выпаиваем резистор и вместо него устанавливаем подстроечный, заранее настроенный по мультиметру на то же сопротивление. Затем, подключив к выходу зарядного устройства нагрузку (лампочку из фары), включаем в сеть и плавно вращаем движок подстроечника, одновременно контролируя напряжение. Как только мы получим напряжение в пределах 14,1-14,3 В, отключаем ЗУ из сети, фиксируем движок подстроечного резистора лаком (хотя бы для ногтей) и собираем корпус обратно. Это займет не больше времени, чем Вы потратили на чтение этой статьи.
Есть и более сложные схемы стабилизации, причем их уже можно встретить и в китайских блоках. Например, здесь оптопарой управляет микросхема TEA1761:
Однако принцип настройки тот же: меняется сопротивление резистора, впаянного между плюсовым выходом блока питания и 6 ножкой микросхемы. На приведенной схеме для этого использованы два запараллеленных резистора (таким образом получено сопротивление, выходящее из стандартного ряда). Нам нужно так же впаять вместо них подстроечник и настроить выход на нужное напряжение. Вот пример одной из таких плат:
Путем прозвонки можно понять, что нас интересует на этой плате одиночный резистор R32 (обведен красным) – его нам и надо выпаивать.
В Интернете часто встречаются похожие рекомендации, как сделать самодельное зарядное устройство из компьютерного блока питания. Но учитывайте, что все они по сути – перепечатки старых статей начала двухтысячных, и подобные рекомендации к более-менее современным блокам питания неприменимы. В них уже нельзя просто поднять напряжение 12 В до нужной величины, так как контролируются и другие напряжения на выходе, а они неизбежно «уплывут» при такой настройке, и сработает защита блока питания. Можно использовать зарядные устройства ноутбуков, выдающие единственное напряжение на выходе, они гораздо удобнее для переделки.
Аккумуляторами в электротехнике приято называть химические источники тока, которые могут пополнять, восстанавливать израсходованную энергию за счет приложения внешнего электрического поля.
Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ, необходимо представлять принципы их работы и зарядного устройства.
Как работает аккумулятор
Химический рециркулируемый источник тока при эксплуатации может:
1. питать подключенную нагрузку, например, лампочку, двигатель, мобильный телефон и другие приборы, расходуя свой запас электрической энергии;
2. потреблять подключенную к нему внешнюю электроэнергию, расходуя ее на восстановление резерва своей емкости.
В первом случае аккумулятор разряжается, а во втором — получает заряд. Существует много конструкций аккумуляторов, но, принципы работы у них общие. Разберем этот вопрос на примере никель-кадмиевых пластин, помещенных в раствор электролита.
Разряд аккумулятора
Одновременно работают две электрические цепочки:
1. внешняя, приложенная на выходные клеммы;
2. внутренняя.
При разряде на лампочку во внешней приложенной схеме из проводов и нити накала протекает ток, образованный движением электронов в металлах, а во внутренней части — перемещаются анионы и катионы через электролит.
Окислы никеля с добавлением графита составляют основу положительно заряженной пластины, а губчатый кадмий используется на отрицательном электроде.
При разряде аккумулятора часть активного кислорода окислов никеля перемещается в электролит и движется на пластину с кадмием, где окисляет его, снижая общую емкость.
Заряд аккумулятора
Нагрузку с выходных клемм для зарядки чаще всего снимают, хотя на практике используется метод при подключенной нагрузке, как на аккумуляторе движущегося автомобиля или поставленного на зарядку мобильного телефона, по которому ведется разговор.
На клеммы аккумулятора подводится напряжение от постороннего источника более высокой мощности. Оно имеет вид постоянной или сглаженной, пульсирующей формы, превышает разность потенциалов между электродами, однополярно с ними направлено.
Эта энергия заставляет течь ток во внутренней цепочке аккумулятора в направлении, противоположном разряду, когда частицы активного кислорода «выдавливаются» из губчатого кадмия и через электролит поступают на свое прежнее место. За счет этого происходит восстановление израсходованной емкости.
Во время заряда и разряда изменяется химический состав пластин, а электролит служит передаточной средой для прохождения анионов и катионов. Интенсивность проходящего во внутренней цепи электрического тока влияет на скорость восстановления свойств пластин при заряде и быстроту разряда.
Ускоренное протекание процессов ведет к бурному выделению газов, излишнему нагреву, способному деформировать конструкцию пластин, нарушить их механическое состояние.
Слишком маленькие токи при зарядке значительно удлиняют время восстановления израсходованной емкости. При частом применении замедленного заряда повышается сульфатация пластин, снижается емкость. Поэтому приложенную к аккумулятору нагрузку и мощность зарядного устройства всегда учитывают для создания оптимального режима.
Как работает зарядное устройство
Современный ассортимент аккумуляторов доволен обширен. Для каждой модели подбираются оптимальные технологии, которые могут не подойти, быть вредными для других. Производители электронного и электротехнического оборудования опытным путем исследуют условия работы химических источников тока и создают под них собственные изделия, отличающиеся внешним видом, конструкцией, выходными электрическими характеристиками.
Зарядные конструкции для мобильных электронных приборов
Габариты зарядных устройств для мобильных изделий разной мощности значительно отличаются друг от друга. Они создают специальные условия работы каждой модели.
Даже для однотипных аккумуляторов типоразмеров АА или ААА разной емкости рекомендуется использовать свое время зарядки, зависящее от емкости и характеристик источника тока. Его величины указываются в сопроводительной технической документации.
Определенная часть зарядных устройств и аккумуляторов для мобильников снабжаются автоматической защитой, отключающей питание по завершении процесса. Но, контроль за их работой все же следует осуществлять визуально.
Зарядные конструкции для автомобильных АКБ
Особенно точно соблюдать технологию зарядки следует при эксплуатации автомобильных аккумуляторов, призванных работать в сложных условиях. Например, зимой в мороз с их помощью необходимо раскрутить через промежуточный электродвигатель — стартер холодный ротор двигателя внутреннего сгорания с загустевшей смазкой.
Разряженные либо неправильно подготовленные аккумуляторы с этой задачей обычно не справляются.
Эмпирическими методами выявлена взаимосвязь тока зарядки для свинцовых кислотных и щелочных аккумуляторов. Принято считать оптимальным значением заряда (амперы) в 0,1 величину емкости (амперчасы) для первого вида и 0,25 — для второго.
Например, АКБ имеет емкость 25 ампер часов. Если он кислотный, то его необходимо заряжать током 0,1∙25=2,5 А, а для щелочного — 0,25∙25=6,25 А. Чтобы создавать такие условия потребуется использовать разные приборы или применить один универсальный с большим количеством функций.
Современное зарядное устройство для кислотных свинцовых батарей должно поддерживать ряд задач:
контролировать и стабилизировать ток заряда;
учитывать температуру электролита и не допускать его нагрева более 45 градусов прекращением питания.
Возможность проведения контрольно-тренировочного цикла для кислотной батареи автомобиля с помощью зарядного устройства является необходимой функцией, включающей три этапа:
1. полный заряд аккумулятора до набора максимальной емкости;
2. десятичасовой разряд током 9÷10% от номинальной емкости (эмпирическая зависимость);
3. повторный заряд разряженного аккумулятора.
При проведении КТЦ контролируют изменение плотности электролита и время завершения второго этапа. По его величине судят о степени износа пластин, длительности оставшегося ресурса.
Зарядные устройства для щелочных батарей можно применять менее сложных конструкций, ибо такие источники тока не так чувствительны к режимам недостаточной зарядки и перезаряда.
График оптимального заряда кислотно-щелочных аккумуляторов для автомобилей показывает зависимость набора емкости от формы изменения тока во внутренней цепи.
В начале технологического процесса зарядки рекомендуется поддерживать ток на максимально допустимом значении, а затем снижать его величину до минимальной для окончательного завершения физико-химических реакций, осуществляющих восстановление емкости.
Даже в этом случае требуется контролировать температуру электролита, вводить поправки на окружающую среду.
Полное завершение цикла зарядки свинцовых кислотных аккумуляторов контролируют по:
восстановлению напряжения на каждой банке 2,5÷2,6 вольта;
достижению максимальной плотности электролита, которая перестает изменяться;
образованию бурного газовыделения, когда электролит начинает «закипать»;
достижению емкости батареи, превышающей на 15÷20% величины, отданной при разряде.
Формы токов зарядных устройств для аккумуляторов
Условие зарядки аккумулятора состоит в том, что на его пластины должно подводиться напряжение, создающее ток во внутренней цепи определенного направления. Он может:
1. иметь постоянную величину;
2. или изменяться во времени по определенному закону.
В первом случае физико-химические процессы внутренней цепи идут неизменно, а во втором — по предлагаемым алгоритмам с цикличным нарастанием и затуханием, создающим колебательные воздействия на анионы и катионы. Последний вариант технологии применяется для борьбы с сульфатацией пластин.
Часть временны́х зависимостей тока заряда иллюстрируется графиками.
На нижней правой картинке видно явное отличие формы выходного тока зарядного устройства, использующего тиристорное управление для ограничения момента открытия полупериода синусоиды. За счет этого регулируется нагрузка на электрическую схему.
Естественно, что многочисленные современные зарядные устройства могут создавать и другие формы токов, не показанные на этой диаграмме.
Принципы создания схем для зарядных устройств
Для питания оборудования зарядных устройств обычно используется однофазная сеть 220 вольт. Это напряжение преобразуется в безопасное пониженное, которое прикладывается на входные клеммы аккумулятора через различные электронные и полупроводниковые детали.
Существует три схемы преобразования промышленного синусоидального напряжения в зарядных устройствах за счет:
1. использования электромеханических трансформаторов напряжения, работающих по принципу электромагнитной индукции;
2. применения электронных трансформаторов;
3. без использования трансформаторных устройств, основанных на делителях напряжения.
Технически возможно инверторное преобразование напряжения, которое стало широко применяться для , частотных преобразователей, осуществляющих управление электродвигателями. Но, для зарядки аккумуляторов это довольно дорогое оборудование.
Схемы зарядных устройств с трансформаторным разделением
Электромагнитный принцип передачи электрической энергии из первичной обмотки 220 вольт во вторичную полностью обеспечивает отделение потенциалов питающей цепи от потребляемой, исключает попадание ее на аккумулятор и повреждение при возникновении неисправностей изоляции. Этот метод наиболее безопасен.
Схемы силовых частей устройств с трансформатором имеют много разных разработок. На картинке ниже показаны три принципа создания разных токов силовой части от зарядных устройств за счет использования:
1. диодного моста со сглаживающим пульсации конденсатором;
2. диодного моста без сглаживания пульсаций;
3. одиночного диода, срезающего отрицательную полуволну.
Каждая из этих схем может применяться самостоятельно, но, обычно одна из них является основой, базой для создания другой, более удобной для эксплуатации и управления по величине выходного тока.
Применение комплектов силовых транзисторов с цепочками управления в верхней части картинки на схеме позволяет уменьшать выходное напряжение на контактах вывода цепи зарядного устройства, что обеспечивает регулировку величин постоянных токов, пропускаемых через подключенные аккумуляторы.
Один из вариантов подобной конструкции зарядного устройства с регулированием тока показан на рисунке ниже.
Такие же подключения во второй схеме позволяют регулировать амплитуду пульсаций, ограничивать ее на разных этапах зарядки.
Эффективно работает эта же средняя схема при замене в диодном мосту двух противоположных диодов тиристорами, одинаково регулирующими силу тока в каждом чередующемся полупериоде. А устранение отрицательных полугармоник возложено на оставшиеся силовые диоды.
Замена единичного диода на нижней картинке полупроводниковым тиристором с отдельной электронной схемой для управляющего электрода, позволяет уменьшать импульсы тока за счет более позднего их открытия, что тоже используется для различных способов зарядки аккумуляторов.
Один из вариантов подобной реализации схемы показан на рисунке ниже.
Сборка ее своими руками не составляет особого труда. Она может быть выполнена самостоятельно из доступных деталей, позволяет заряжать аккумуляторы токами до 10 ампер.
Промышленный вариант схемы трансформаторного зарядного устройства «Электрон-6» выполнен на базе двух тиристоров КУ-202Н. Для регулирования циклами открытия полугармоник для каждого управляющего электрода создана своя схема из нескольких транзисторов.
Среди автолюбителей пользуются популярностью устройства, позволяющие не только заряжать аккумуляторы, но еще и использовать энергию питающей сети 220 вольт для параллельного подключения ее к запуску двигателя автомобиля. Их называют пусковыми или пускозарядными. Они обладают еще более сложной электронной и силовой схемой.
Схемы с электронным трансформатором
Такие устройства выпускаются производителями для питания галогенных ламп напряжением 24 или 12 вольт. Они стоят относительно дёшево. Отдельные энтузиасты пытаются подключить их для зарядки маломощных аккумуляторов. Однако, эта технология широко не отработана, имеет существенные недостатки.
Схемы зарядных устройств без трансформаторного разделения
При последовательном подключении нескольких нагрузок к источнику тока общее напряжение входа делится по составным участкам. За счет этого способа работают делители, создающие понижение напряжения до определённой величины на рабочем элементе.
На этом принципе создаются многочисленные зарядные устройства с резистивно-емкостными сопротивлениями для маломощных аккумуляторов. Благодаря маленьким габаритам составных деталей их встраивают непосредственно внутрь фонарика.
Внутренняя электрическая схема полностью помещена в заводской изолированный корпус, исключающий контакт человека с потенциалом сети при зарядке.
Этот же принцип пытаются реализовать многочисленные экспериментаторы для зарядки автомобильных аккумуляторов, предлагая схему подключения от бытовой сети через конденсаторную сборку или лампочку накаливания мощностью в 150 ватт и , пропускающий импульсы тока одной полярности.
Подобные конструкции можно встретить на сайтах мастеров «сделай сам», расхваливающих простоту схемы, дешевизну деталей, возможность восстановления емкости разряженного аккумулятора.
Но, они молчат о том, что:
открытая проводка 220 представляет ;
нить накала лампы под напряжением нагревается, меняет свое сопротивление по закону, неблагоприятному для прохождения оптимальных токов через аккумулятор.
При включении под нагрузку через холодную нить и всю последовательно подключенную цепочку проходят очень большие токи. Кроме того, завершать зарядку следует маленькими токами, что тоже не выполняется. Поэтому аккумулятор, подвергшийся нескольким сериям подобных циклов, быстро теряет свою емкость и работоспособность.
Наш совет: не пользуйтесь этим методом!
Зарядные устройства создаются для работы с определёнными типами аккумуляторов, учитывают их характеристики и условия восстановления емкости. При использовании универсальных, многофункциональных приборов следует выбирать тот режим заряда, который оптимально подходит конкретному аккумулятору.
Частые короткие поездки с постоянными циклами запуска и остановки двигателя машины делают очень трудной работу заряженного аккумулятора, особенно, зимой, когда бóльшую часть времени работают печка, фары, разного рода подогревы: окон, зеркал, сидения, руля и т.п. Всё это потому, что последние очень прожорливы, и сильно разряжают его, в то время как генератор попросту не успевает зарядить аккумулятор, а стартер, запускающий двигатель, ставит последнюю точку, особенно, в случае, если используется слишком часто, и не оставляет практически никаких шансов такому разряженному аккумулятору выжить в таком небольшом частном мире прожорливых потребителей. Это мы, конечно, утрируем! Тем не менее, зимой (но и летом тоже) есть большой риск того, что однажды аккумулятору просто не хватит сил, чтобы в очередной раз запитать самый прожорливый к электричеству элемент машины - стартер, и машина не заведётся, в результате чего Вам придётся его "прикуривать" .
Но таких случаев можно избежать, если у Вас есть специальное зарядное устройство для аккумулятора - относительно дешёвый, но очень полезный аксессуар, который позволяет восполнить то, что не досталось аккумулятору от генератора - зарядить его. Но как зарядное устройство заряжает аккумулятор?
Так выглядит типичное зарядное устройство для аккумулятора
На самом деле, всё очень просто - оно использует электричество из розетки, чтобы зарядить аккумулятор с помощью положительного и отрицательного выводов, которые присоединяются на соответствующие клеммы аккумулятора, заряжая его. Средний автомобильный аккумулятор имеет ёмкость около 48 ампер/часов (А ч), и это означает, что полностью заряженный аккумулятор обеспечивает 1 ампер тока в течение 48 часов, 2 ампера в течение 24 часов, 8 ампер в течение 6 часов и так далее. И работа зарядного устройства заключается в передаче аккумулятору на хранение этих амперов, чтобы тот впоследствии отдавал их компонентам нашего автомобиля.
Обычно зарядное устройство заряжает аккумулятор на отметке 2 ампера, соответственно, тот же аккумулятор заряжается в течение 24 часов, чтобы пресытиться положенным ему 48 амперами, необходимыми для полной зарядки аккумулятора. Но существует также широкий спектр зарядных устройств с различными регулируемыми скоростями заряда на рынке - от 2 до 10 ампер. Чем выше заряд, тем быстрее аккумулятор зарядится. Быстрая зарядка, однако, чаще всего нежелательна, так как это может попросту сжечь пластины аккумулятора (Вы знаете, что это за пластины, если читали ).
Нагрузки, которые налагаются на аккумулятор, можно определить по количеству тока, используемого в различных электрических компонентах машины: например, фары с включенным ближним светом потребляют в среднем от 8 до 10 ампер, а обогрев заднего стекла примерно столько же.
Теоретически, полностью заряженный аккумулятор, не принимая ток от генератора, должен крутить стартер примерно в течение 10 минут, обеспечить работу фар в течение восьми часов, а обогрева заднего стекла в течение 12 часов. Однако, по мере разрядки аккумулятора это время значительно падает.
Среднестатистическое бытовое зарядное устройство для аккумулятора включает в себя трансформатор и выпрямитель, которые позволяют изменить 220 Вольт переменного тока из розетки в 12 Вольт постоянного тока, а также позволяют сети питания обеспечить зарядку с такой скоростью, которая определяется самим состоянием батареи. В случае, когда аккумулятора ещё достаточно новый, зарядное устройство может повысить силу тока до 3-6 Ампер, и, таким образом, такой аккумулятор зарядиться гораздо быстрее. А вот аккумулятор, который своё отработал, попросту не будет держать заряд вообще и потому даже не будет принимать зарядку от з/у.
Итак, как заряжать аккумулятор - инструкция по порядку
Прежде всего, аккумулятор необходимо снять с автомобиля, отсоединив 2 провода с отрицательным и положительным зарядом от соответствующих клемм аккумулятора (можно заряжать аккумулятор и непосредственно на месте под капотом, главное - отсоединить провода автомобиля от клемм, иначе можно лишиться генератора). Убедитесь, что все электрические приборы в автомобиле выключены (в том числе и ключ зажигания повёрнут в положение "Off", когда не горит ни одна лампочка на приборной паенли и не работает магнитола) - в противном случае при снятии и последующем соединении заряженного аккумулятора с проводами питания автомобиля, место контакта будет сильно искрить.
После снятия зачистите контакты клемм аккумулятора и проводов для лучшего контакта.
Подключение зарядного устройства
Перед процессом зарядки аккумулятора всегда проверяйте уровень электролита посредством специального мерного окошка на аккумуляторе. При необходимости долейте электролит и почистите и протрите клеммы аккумулятора.
Желательно помимо самого зарядного устройства иметь также такой прибор как ареометр - специальный несложный прибор для измерения плотности электролита. Так Вы сможете определить, когда аккумулятор зарядится (электролит перестанет изменять (повышать) свою плотность), хотя, скорее всего, Ваше зарядное устройство покажет Вам, когда аккумулятор будет полностью заряжен.
У большинства аккумуляторов как раз для процесса зарядки установлены специальные вентиляционные отверстия с крышками, закрывающими их. Эти крышки желательно удалить перед зарядкой.
Установите зажим (или любой другой способ крепления провода зарядного устройства к клеммам аккумулятора) положительного (+) провода от зарядного устройства - он, как правило, окрашен в красный цвет - на положительную клемму аккумулятора - она, как правило заметно больше, чем отрицательная. Таким же образом соедините отрицательный провод с отрицательной клеммой.
Подключите зарядное устройство к сети и включите его. Индикатор или датчик (амперметр) покажет, что аккумулятор на данный момент заряжается. Датчик вначале может показывать высокую скорость зарядки, но она должна постепенно падать в процессе, пока аккумулятор заряжается. Если на Вашем зарядном устройстве нет автоматического изменения силы тока, то Вам необходимо установить его вручную - максимальная его величина должна составлять 10% от его номинальной ёмкости, а оптимальная для зарядки - 5% - так, при ёмкости аккумулятора 60 А ч сила тока на з/у при зарядке должна быть выставлена в 3 Ампера, а если эта величина будет выставлена превышающей 6 Ампер, то это более вероятно повредит аккумулятор. Помните, что чем ниже сила тока, тем дольше будет заряжаться аккумулятор, но тем дольше будет срок его службы при периодических циклах зарядки-разрядки.
