Самодельное зарядное схемы и описание. Автоматическое зарядное устройство автомобильное

14.10.2023

При определённых условиях аккумулятор автомобиля разряжается. Это может произойти как из-за естественного износа детали, так и из-за неверной эксплуатации. К примеру, если оставить машину на зиму на автостоянке, вполне вероятно, что вам понадобится зарядное устройство, чтобы оживить автомобиль.

Внимание! Собрать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора можно своими руками, главное, делать всё чётко по схеме.

Процесс разрядки аккумулятора

Перед тем как начать восстановление устройства, необходимо рассмотреть в деталях причину, которая привела к подобной ситуации. Схема работы довольно проста. Аккумулятор заряжается от генератора.

Чтобы выделение газов при зарядке не превысило допустимые нормы, устанавливается специальное реле. Оно обеспечивает нужный уровень подачи электроэнергии. Обычно данный показатель устанавливается на отметке в 14,1 В. Допускается погрешность в пределах 0,2 В.

Тем не менее, чтобы автомобильный аккумулятор зарядился полностью, необходимо зарядное устройство с выдаваемой мощностью 14,5 В, его схема довольно проста. Неудивительно, что сделать аппарат под силу практически каждому автомобилисту.

Если на улице плюсовая температура, то запустить машину может наполовину заряженный аккумулятор. К сожалению, зимой в такой же ситуации у вас могут возникнуть серьёзные проблемы. Дело в том, что когда за окном -20 ёмкость батареи уменьшается в два раза. Неудивительно, что при таком раскладе большинство автомобилистов задумывается о схеме зарядного устройства для аккумулятора, которое можно было бы легко собрать.

Под влиянием отрицательных температур вязкость смазки увеличивается. Также растёт сила пусковых токов. В результате запустить автомобиль без прикуривания не получится. Конечно же, до подобного лучше не доводить.

Важно! Перед зимой лучшей профилактикой аккумулятора будет зарядка посредством зарядного устройства, которое вы собрали на основе одной из представленных в статье схем.

Безусловно, зарядное устройство для аккумулятора можно приобрести в магазине, но его стоимость не мала. Пожалуй, именно по этой причине всё больше автомобилистов обращаются к старым схемам, которые позволяют собрать работающее устройство своими руками за несколько часов.

Про зарядные устройства для автомобиля

При желании и некотором проворстве зарядить аккумулятор можно даже посредством одного диода. Правда, для этого понадобится ещё и обогреватель, но обычно он есть в каждом гараже.

Схема включения столь примитивного зарядного устройства довольно проста. Аккумулятор подключается через диод к электрической сети. Мощность обогревателя может находиться в диапазоне 1—2 киловатт. Пятнадцати часов такой терапии достаточно, чтобы вернуть аккумулятор к жизни.

Важно! КПД зарядного устройства, электрическая схема которого состоит из обогревателя и диода, составляет всего 1 процент.

Если в качестве альтернативы рассматривать зарядные устройства, в рабочих схемах которых есть транзисторы, то подобные аппараты отличаются тем, что выделяют огромное количество тепла. Также они подвержены риску короткого замыкания. Особенно дорого при их использовании стоит ошибка выбора полярности при подключении к контактам батареи.

Часто водители при создании зарядного устройства используют схемы, включающие тиристоры. К сожалению, они не способны обеспечить высокую стабильность тока, подаваемого на батарею.

Ещё одним весомым недостатком схем зарядного устройства с тиристорами, является акустический шум. Нельзя обойти вниманием и радиопомехи, способные повлиять на работу мобильных телефонов или другой радиотехники.

Важно! Существенно снизить радиопомехи от зарядного устройства с тиристорами позволяет ферритовое кольцо. Его нужно надеть на сетевой провод.

Какие схемы пользуются популярностью в интернете

Существует множество технических решений, каждое из которых обладает своими плюсами и минусами. Чаще всего в интернете можно найти схему зарядного устройства из блока питания компьютера.

В подобном решении есть несколько важных нюансов. Многие автомобилисты выбирают именно такой путь создания устройства для подзарядки потому, что структурные схемы блоков питания для компьютеров идентичны друг другу. Тем не менее электрические схемы у них разные. Поэтому для того чтобы работать с устройствами такого класса необходимо профильное образование. Самоучкам и аматорам будет довольно тяжело справиться с подобной работой.

Лучше сосредоточить своё внимание на конденсаторной схеме. Она имеет следующие плюсы:

Во-первых, она даёт сравнительно высокий КПД.
Во-вторых, такая конструкция выделяет минимум тепла.
В-третьих, гарантирует стабильный источник тока.
Четвёртым неоспоримым преимуществом является довольно неплохая защита от случайного замыкания.

К сожалению, без недостатков обойтись не получилось. Иногда при работе данного зарядного устройства наблюдается пропажа контакта с аккумулятором. Как результат напряжение возрастает в несколько раз. При этом образуется резонансный контур. Это выводит из строя всю схему.

Действующие схемы

Общая структура

Несмотря на кажущуюся сложность, данная структура довольно проста в создании. Фактически она состоит из нескольких законченных систем. Если вы не чувствуете в себе уверенности, которая позволит вам её собрать. Можно упразднить некоторые элементы, сохранив при этом большую часть производительности.

К примеру, можно исключить из данного рисунка все элементы, которые отвечают за автоматическое отключение. Это позволит в значительной мере упростить процесс радиотехнических работ.

Важно! В общей структуре особую роль играет электротехническая система, отвечающая за защиту от неправильного подключения полюсов.

В качестве защиты зарядного устройства от неправильного подключения полюсов используется реле. В таком случае при неправильном подключении диод не пропустит ток, и схема сохранит свою работоспособность.

При условии, что все контакты подключены правильно, ток поступает на клеммы и устройство обеспечивает питание автомобильной батареи. Систему защиты такого типа можно использовать с тиристорным и транзисторным оборудованием.

Балластные конденсаторы

Когда вы делаете зарядную систему конденсаторного типа — особое внимание нужно уделить радиотехнической структуре, отвечающей за стабилизацию силы тока. Лучше всего организовать её работу при помощи последовательного включения первичной обмотки T1 и конденсаторов С4-С9.

Важно! Увеличение ёмкости конденсатора позволяет добиться роста мощности тока.

На рисунке выше представлена полностью готовая электротехническая структура, способная зарядить батарею. Единственное, что нужно — это диодный мост. Правда, стоит отметить, что надёжность данной система крайне низкая . Малейшее нарушение контакта приводит к поломке трансформатора.

Номинал конденсатора напрямую зависит от заряда батареи, зависимость следующая:

0,5 А — 1 мкF;
1 А — 3, 4 мкF;
2 А — 8 мкF;
4 А — 16 мкF;
8 А — 32 мкF.

Конденсаторы лучше всего подключать группами параллельно друг другу. В качестве переключателя можно задействовать двухгалетный аппарат. Иногда инженеры в своих схемах используют тумблеры.

Итоги

Есть множество простых схем зарядного устройства для аккумулятора. Для того чтобы сделать их своими руками не нужны какие-либо специальные радиотехнические знания. Достаточно усидчивости и желания без затрат восстановить автомобильную батарею. Практичнее всего использовать конденсаторную схему. Она имеет высокий КПД и хорошо противостоит коротким замыканиям.

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов.

Ни для кого не ново, если скажу, что у любого автомобилиста в гараже должно быть зарядное устройство для аккумуляторной батареи. Конечно, его можно купить в магазине, но, столкнувшись с этим вопросом, пришел к выводу, заведомо не очень хорошее устройство по приемлемой цене брать не хочется. Встречаются такие, у которых ток заряда регулируется мощным переключателем, который добавляет или уменьшает количество витков во вторичной обмотке трансформатора, тем самым увеличивая или уменьшая зарядный ток, при этом прибор контроля тока в принципе отсутствует. Это наверно самый дешевый вариант зарядника заводского исполнения, ну а толковый девайс стоит не так уж и дешево, цена прямо-таки кусается, поэтому решил найти схему в интернете, и собрать ее самому. Критерии выбора были такие:

Простая схема, без лишних наворотов;
- доступность радиодеталей;
- плавная регулировка зарядного тока от 1 до 10 ампер;
- желательно чтобы это была схема зарядно-тренировочного устройства;
- не сложная наладка;
- стабильность работы (по отзывам тех, кто уже делал данную схему).

Поискав в интернете, наткнулся на промышленную схему зарядного устройства с регулирующими тиристорами.

Все типично: трансформатор, мост (VD8, VD9, VD13, VD14), генератор импульсов с регулируемой скважностью (VT1, VT2), тиристоры в качестве ключей (VD11, VD12), узел контроля заряда. Несколько упростив эту конструкцию, получим более простую схему:

На этой схеме нет узла контроля заряда, а остальное – почти то же самое: транс, мост, генератор, один тиристор, измерительные головки и предохранитель. Обратите внимание, что в схеме стоит тиристор КУ202, он немного слабоват, поэтому чтобы не допустить пробоя импульсами большого тока его необходимо установить на радиатор. Трансформатор - ватт на 150, а можно использовать ТС-180 от старого лампового телевизора.

Регулируемое зарядное устройство с током заряда 10А на тиристоре КУ202.

И еще одно устройство, не содержащее дефицитных деталей, с током заряда до 10 ампер. Оно представляет собой простой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением.

Узел управления тиристором собран на двух транзисторах. Время, за которое конденсатор С1 будет заряжаться до переключения транзистора, выставляется переменным резистором R7, которым, собственно, и выставляется величина зарядного тока аккумулятора. Диод VD1 служит для защиты управляющей цепи тиристора от обратного напряжения. Тиристор, также как и в предыдущих схемах, ставится на хороший радиатор, или на небольшой с охлаждающим вентилятором. Печатная плата узла управления выглядит следующим образом:

Схема не плохая, но в ней есть некоторые недостатки:
- колебания напряжения питания приводят к колебанию зарядного тока;
- нет защиты от короткого замыкания кроме предохранителя;
- устройство дает помехи в сеть (лечится с помощью LC-фильтра).

Зарядно-восстанавливающее устройство для аккумуляторных батарей.

Это импульсное устройство может заряжать и восстанавливать практически любые типы аккумуляторов. Время заряда зависит от состояния батареи и колеблется в пределах 4 - 6 часов. За счет импульсного зарядного тока происходит десульфатация пластин аккумулятора. Смотрим схему ниже.

В этой схеме генератор собран на микросхеме, что обеспечивает более стабильную его работу. Вместо NE555 можно использовать российский аналог - таймер 1006ВИ1 . Если кому не нравится КРЕН142 по питанию таймера, так ее можно заменить обычным параметрическим стабилизатором, т.е. резистором и стабилитроном с нужным напряжением стабилизации, а резистор R5 уменьшить до 200 Ом . Транзистор VT1 - на радиатор в обязательном порядке, греется сильно. В схеме применен трансформатор со вторичной обмоткой на 24 вольта. Диодный мост можно собрать из диодов типа Д242 . Для лучшего охлаждения радиатора транзистора VT1 можно применить вентилятор от компьютерного блока питания или охлаждения системного блока.

Восстановление и зарядка аккумулятора.

В результате неправильной эксплуатации автомобильных аккумуляторов пластины их могут сульфатироваться, и он выходит из строя.
Известен способ восстановления таких батарей при заряде их "ассимметричным" током. При этом соотношение зарядного и разрядного тока выбрано 10:1 (оптимальный режим). Этот режим позволяет не только восстанавливать засульфатированные батареи аккумуляторов, но и проводить профилактическую обработку исправных.

Рис. 1. Электрическая схема зарядного устройства

На рис. 1 приведено простое зарядное устройство, рассчитанное на использование вышеописанного способа. Схема обеспечивает импульсный зарядный ток до 10 А (используется для ускоренного заряда). Для восстановления и тренировки аккумуляторов лучше устанавливать импульсный зарядный ток 5 А. При этом ток разряда будет 0,5 А. Разрядный ток определяется величиной номинала резистора R4.
Схема выполнена так, что заряд аккумулятора производится импульсами тока в течение одной половины периода сетевого напряжения, когда напряжение на выходе схемы превысит напряжение на аккумуляторе. В течение второго полупериода диоды VD1, VD2 закрыты и аккумулятор разряжается через нагрузочное сопротивление R4.

Значение зарядного тока устанавливается регулятором R2 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает и через резистор R4 (10%), то показания амперметра РА1 должны соответствовать 1,8 А (для импульсного зарядного тока 5 А), так как амперметр показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.

В схеме предусмотрена защита аккумулятора от неконтролируемого разряда в случае случайного исчезновения сетевого напряжения. В этом случае реле К1 своими контактами разомкнет цепь подключения аккумулятора. Реле К1 применено типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки 24 В или на меньшее напряжение, но при этом последовательно с обмоткой включается ограничительный резистор.

Для устройства можно использовать трансформатор мощностью не менее 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке 22...25 В.
Измерительный прибор РА1 подойдет со шкалой 0...5 А (0...3 А), например М42100. Транзистор VT1 устанавливаются на радиатор площадью не менее 200 кв. см, в качестве которого удобно использовать металлический корпус конструкции зарядного устройства.

В схеме применяется транзистор с большим коэффициентом усиления (1000...18000), который можно заменить на КТ825 при изменении полярности включения диодов и стабилитрона, так как он другой проводимости (см. рис. 2). Последняя буква в обозначении транзистора может быть любой.

Рис. 2. Электрическая схема зарядного устройства

Для защиты схемы от случайного короткого замыкания на выходе установлен предохранитель FU2.
Резисторы применены такие R1 типа С2-23, R2 - ППБЕ-15, R3 - С5-16MB, R4 - ПЭВ-15, номинал R2 может быть от 3,3 до 15 кОм. Стабилитрон VD3 подойдет любой, с напряжением стабилизации от 7,5 до 12 В.
обратного напряжения.

Какой провод лучше использовать от зарядного устройства до аккумулятора.

Конечно, лучше брать гибкий медный многожильный, ну а сечение нужно выбрать из расчета какой максимальный ток будет проходить по этим проводам, для этого смотрим табличку:

Если вас интересует схемотехника импульсных зарядно-восстановительных устройств с применением таймера 1006ВИ1 в задающем генераторе - прочтите эту статью:

В статье будет рассказано о том, как своими руками изготовить самодельное Схемы вы можете использовать абсолютно любые, но наиболее простым вариантом изготовления является переделка компьютерного БП. Если у вас имеется такой блок, применение ему найти будет довольно просто. Для питания материнских плат используется напряжение величиной 5, 3.3, 12 Вольт. Как вы понимаете, интерес для вас представляет напряжение 12 Вольт. Зарядное устройство позволит производить зарядку аккумуляторов, емкость которых лежит в диапазоне от 55 до 65 Ампер-часов. Другими словами, его хватит для подзарядки аккумуляторов большинства автомобилей.

Общий вид схемы

Чтобы произвести переделку, нужно воспользоваться схемой, представленной в статье. своими руками из БП персонального компьютера изготовленное, позволяет контролировать на выходе ток зарядки и напряжение. Нужно обратить внимание на то, что имеется защита от КЗ - предохранитель на 10 Ампер. Но его устанавливать необязательно, так как в большинстве БП персональных компьютеров имеется защита, которая отключает устройство в случае КЗ. Поэтому схемы зарядных устройств для аккумуляторов из БП компьютеров способны сами себя защитить от КЗ.

ШИ-контроллер (обозначен DA1), как правило, в БП используется двух типов - KA7500 или TL494. Теперь немного теории. Может ли нормально подзарядить аккумулятор блок питания компьютера? Ответ - может, так как свинцовые АКБ большинства автомобилей имеют емкость 55-65 Ампер-час. А для нормальной зарядки ему необходим ток, равный 10 % от емкости АКБ - не более 6,5 Ампер. Если блок питания имеет мощность свыше 150 Вт, то его цепь «+12 В» способна отдать такой ток.

Начальный этап переделки

Чтобы повторить простое самодельное зарядное устройство для аккумулятора, необходимо слегка усовершенствовать блок питания:

Избавляетесь от всех ненужных проводов. При помощи паяльника их убираете, чтобы не мешали.
По схеме, приведенной в статье, находите постоянный резистор R1, который необходимо выпаять и на его место установить подстроечный с сопротивлением 27 кОм. На верхний контакт этого резистора впоследствии нужно подавать постоянное напряжение «+12 В». Без этого не сможет работать устройство.
16-й вывод микросхемы отсоединяется от минуса.
Далее, нужно рассоединить 15-й и 14-й выводы.

Довольно простое получается самодельное Схемы можно использовать любые, но проще сделать из компьютерного БП - он легче, проще в эксплуатации, доступнее. Если сравнить с трансформаторными устройствами, то масса приборов существенно отличается (как и габариты).

Регулировки зарядного устройства

Задняя стенка теперь будет передней, изготовить ее желательно из куска материала (текстолит идеально подойдет). На этой стенке необходимо установить регулятор зарядного тока, обозначенный на схеме R10. Токоизмерительный резистор лучше всего использовать как можно мощнее - возьмите два с мощностью 5 Вт и сопротивлением 0,2 Ом. Но все зависит от выбора схемы зарядных устройств для аккумуляторов. В некоторых конструкциях не нужно использовать мощные резисторы.

При соединении их параллельно получается увеличение мощности в два раза, а сопротивление становится равным 0,1 Ом. На передней стенке также располагаются индикаторы - вольтметр и амперметр, которые позволяют контролировать соответствующие параметры зарядного устройства. Для точной настройки зарядчика используется подстроечный резистор, при помощи которого подается напряжение на 1-й вывод ШИ-контроллера.

Требования к устройству

Окончательная сборка

К 1, 14, 15 и 16 выводам нужно припаять многожильные тонкие провода. Изоляция у них должна быть надежной, чтобы под нагрузкой не произошло нагревание, в противном случае самодельное зарядное устройство для автомобиля выйдет из строя. После сборки нужно установить подстроечным резистором напряжение около 14 Вольт (+/-0,2 В). Именно такое напряжение считается нормальным для зарядки аккумуляторных батарей. Причем это значение должно быть в режиме холостого хода (без подключенной нагрузки).

На проводах, которые подключаются к аккумулятору, необходимо установить два зажима-крокодила. Один красного цвета, второй черного. Такие можно купить в любом магазине хозтоваров или автомобильных запчастей. Вот такое получается несложное самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Схемы соединений: черный крепится к минусу, а красный к плюсу. Процесс зарядки полностью автоматический, вмешательства человека не требуется. Но стоит рассмотреть основные этапы этого процесса.

Процесс зарядки аккумулятора

При начальном цикле вольтметр будет показывать напряжение примерно 12,4-12,5 В. Если аккумулятор имеет емкость 55 А*ч, то нужно вращать регулятор до тех пор, пока амперметр не покажет значение 5,5 Ампер. Это означает, что ток зарядки равен 5,5 А. По мере того, как заряжается аккумулятор, ток уменьшается, а напряжение стремится к максимуму. В итоге в самом конце ток будет равен 0, а напряжение 14 В.

Независимо от того, какая для изготовления использовалась подборка схем и конструкций зарядных устройств, принцип работы во многом схож. Когда аккумулятор заряжен полностью, устройство начинает компенсировать ток саморазряда. Поэтому вы не рискуете тем, что проявится перезарядка батареи. Поэтому зарядное устройство может быть подключено к аккумулятору и сутки, и неделю, и даже месяц.

Если у вас нет измерительных приборов, которые не жалко было бы установить в устройство, можно от них отказаться. Но для этого необходимо сделать шкалу для потенциометра - обозначить положение для значений тока зарядки, равных 5,5 А и 6,5 А. Конечно, установленный амперметр намного удобнее - можно визуально наблюдать процесс протекания зарядки аккумуляторной батареи. Но и зарядное устройство для аккумулятора, своими руками изготовленное без использования приборов, может с легкостью эксплуатироваться.

Вам понадобится

Трансформатор силовой ТС-180-2, провода сечением 2,5 мм2, четыре диода Д242А, сетевая вилка, паяльник, припой, предохранители 0,5А и 10А;
бытовая лампочка мощностью до 200 Вт;
полупроводниковый диод, проводящий электричество только в одном направлении. В качестве такого диода можно использовать зарядку от ноутбука.

Инструкция

Простое зарядное устройство для можно сделать из старого блока питания компьютера. Так как для нужен ток в размере 10% от всей емкости батареи, любой блок питания с мощностью более 150 вольт может стать эффективным источником заряда. Почти у всех блоков питания стоит ШИМ-контроллер на микросхеме TL494 (или аналогичной KA7500). В первую очередь нужно выпаять лишние провода (с источников -5В, -12B, +5B, +12B). Затем убрать R1 и заменить на подстроечный резистор с наивысшим значением 27 кОм. От основного провода отключается также шестнадцатый вывод, четырнадцатый и пятнадцатый перерезаются на месте соединения.

На задней планке блока нужно установить потенциометр-регулятор тока R10. Там же проводятся 2 шнура: один для сети, другой – для клемм АКБ.

Теперь нужно заняться выводами 1, 14,15 и 16. Сначала их необходимо облудить. Для этого провод очищается от изоляции и прижигается паяльником. Это уберет оксидную пленку, после чего провод прикладывается к кусочку канифоли, а затем опять прижимается паяльником. Провод должен приобрести желто-коричневый цвет. Теперь необходимо приложить его к кусочку припоя и в третий, последний раз прижать паяльником. Провод должен стать серебристым. После окончания этой процедуры осталось подпаять многожилистые тонкие провода.

Холостой ход нужно выставить переменным резистором при среднем положении потенциометра R10. Напряжение холостого хода будет задавать полный заряд в пределах от 13,8 до 14,2 вольт. На концы клемм устанавливаются зажимы. Изоляционные трубки лучше сделать разноцветными, чтобы не путаться в проводах. Это может привести к порче прибора. Красный цвет обычно относится к «плюсу», а черный – к «минусу».

Если устройство будет использоваться только для заряда аккумулятора, можно обойтись без вольтметра и амперметра. Достаточно будет использовать отградуированную шкалу потенциометра R10 со значением 5,5-6,5 ампера. Процесс зарядки от такого устройства должен быть легким, автоматическим и не требовать ваших дополнительных усилий. Это зарядное устройство практически исключает возможность перегрева или перезарядки АКБ.

Еще один способ изготовления автомобильного аккумулятора основан на использовании приспособленного двенадцативольтного адаптера. Для него не потребуется зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Важно помнить, что напряжение аккумулятора и напряжение источника питания должны быть равны, иначе зарядное устройство будет бесполезным.

Сначала нужно обрезать и оголить до 5 см конец провода адаптера. Затем разноименные провода разводятся на 40 см. Теперь нужно на каждый из проводов надеть зажим типа «крокодил». Не забудьте взять разноцветные зажимы, чтобы не перепутать полярности. Нужно последовательно подключить каждый зажим к аккумулятору, следуя принципу «от плюса к плюсу» и «от минуса к минусу». Теперь осталось включить адаптер. Этот способ довольно прост, единственная сложность – в выборе верного источника питания. Такой аккумулятор может перегреться в процессе зарядки, поэтому важно следить за ним и прерывать на время в случае перегрева.

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора можно сделать из обычной лампочки и диода. Такое устройство будет совсем простым и для нужно совсем немного исходных элементов: лампочка, полупроводниковый диод, провода с клеммами и штекер. Лампочка должна быть мощностью до 200 вольт. Чем выше ее мощность – тем быстрее будет процесс зарядки. Полупроводниковый диод должен проводить электричество только в одном направлении. Можно взять, например, зарядку от ноутбука.

Лампочка должна гореть в половину накала, если же она совсем не горит, нужно доработать схему. Есть возможность, что лампочка будет выключаться при полном заряде автомобильного аккумулятора, но это маловероятно. Зарядка с таким устройством займет около 10 часов. Затем обязательно нужно отключить его от сети, иначе неизбежен перегрев, который выведет аккумулятор из строя.

Если ситуация экстренная, и времени на сооружение более сложных зарядных приборов нет, можно зарядить аккумулятор с помощью мощного диода и обогревателя, используя ток от сети. Подключать к сети нужно в такой последовательности: диод, затем обогреватель, затем аккумулятор. Такой способ малоэффективен, потому что на него уходит много электроэнергии, а коэффициент полезного действия составлять всего 1%. Поэтому это зарядное устройство является самым ненадежным, но и самым простым в изготовлении.

Для того чтобы сделать самое простое зарядное устройство, потребуются значительные усилия и технические знания. Лучше всегда иметь под рукой надежную фабричную зарядку, но при необходимости и достаточных технических умениях, можно сделать ее и своими руками.

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.