0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как правильно заряжать аккумулятор

Как правильно заряжать аккумулятор

Как правильно заряжать аккумулятор

Одним из наиболее важных условий корректной работы, хорошей отдачи и длительного срока службы аккумуляторной батареи является её правильный заряд. Это касается абсолютно всех аккумуляторов: будь то мощные промышленные большой емкости, либо же крошечные батарейки в Ваших мобильных. К сожалению, далеко не все пользователи знают, что есть правильная зарядка аккумулятора. Данная статья призвана помочь людям в этом вопросе и быть «руководством пользователя» при столкновении с задачей должным образом зарядить АКБ (аккумуляторную батарею).

Существует множество различных видов электрических аккумуляторов – для каждого из них характерны свои правила и особенности заряда. Все они подробно описаны в инструкциях по эксплуатации, обязательным образом поставляемых продавцом (по крайней мере мы так делаем всегда) вместе с аккумуляторной продукцией. Однако, бороздить инструкцию в поиске нужной информации не всегда удобно, да и не всегда, согласитесь, есть к тому желание. Посему, в данной статье мы обрисуем общие правила по правильной зарядке наиболее популярных и часто используемых в бытовых условиях аккумуляторов – свинцово-кислотных необслуживаемых герметичных АКБ (чаще всего это аккумуляторы для ИБП, аккумуляторы для электромобилей, электромоторов, для лодок, эхолотов, для сигнализации и связи и проч.) – AGM и гелевых аккумуляторов. Эти правила кое в чем справедливы и для автомобильных стартерных (обслуживаемых) АКБ, хоть процесс заряда таких аккумуляторов и имеет некоторые особенности.

Как заряжать аккумулятор?

Итак, давайте разберемся, что представляет из себя правильный заряд аккумуляторной батареи. Для начала хотим обратить внимание на одно общее правило, касающееся ВСЕХ БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЯ видов аккумуляторов, известных науке: чем меньше раз разряжается аккумулятор и чем менее глубоким является каждый отдельно взятый его разряд, тем большим будет срок его службы. Все мифы о том, что аккумулятор (какой бы он ни был!), нужно каждый раз полностью разряжать, а затем полностью заряжать, и только так он прослужит максимально долго, а также утверждения «знатоков», что, мол, надо обязательно периодически разряжать аккумулятор, иначе он испортится – полная чушь ! Если Вам предлагают купить аккумулятор и при этом рассказывают подобные «истории» – держитесь от таких продавцов и их продукции подальше. Для низкокачественных батарей, производимых из «грязного» вторсырья, отсутствие периодической «встряски» в виде разряда-заряда может действительно быть причиной быстрого выхода из строя (из-за того, что пластины данных АКБ чрезмерно загрязнены, и без «встрясок» данная «грязь» быстро обволакивает поверхность пластин и мешает нормальному прохождению процесса электролиза). Но для качественных аккумуляторов наиболее излюбленным является именно режим постоянного (буферного) подзаряда, при котором практически отсутствуют разряды, а сама АКБ постоянно пребывает под правильным напряжением.

Здесь надо учитывать также эффект памяти некоторых аккумуляторных батарей — в настоящий момент под эффектом памяти понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора. Название связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт ток только до «запомненной границы». Никель-металл-гидридный (Ni-MH), Никель-кадмиевый (NiCd), Серебряно-цинковый аккумулятор.

Переходим ближе к делу. Чтобы правильно заряжать аккумулятор нужно понимать, в каком режиме он у Вас эксплуатируется.

Что такое буферный режим работы

Самый яркий пример буферного режима работы аккумулятора – ИБП (источник бесперебойного питания, он же UPS). В ИБП аккумуляторная батарея находится на постоянной подзарядке и отдает энергию лишь тогда, когда пропадает электричество в сети, а как только оно появляется, аккумулятор тут же подзаряжается. Это самый щадящий режим работы и именно в буферном режиме, как мы уже говорили, аккумуляторы служат дольше всего (например, наши батареи EverExceed серии ST, производимые по технологии AGM нового поколения, имеют срок службы в буферном режиме при Т=20 о С – 12 лет).

Что такое циклический режим работы

Пример циклического режима использования АКБ – поломоечная машина, детский электромобиль в парке аттракционов, либо же система автономного электропитания с использованием альтернативных источников энергии (солнечных батарей, ветряков и т.д.). Аккумуляторы в этих приложениях разряжают-заряжают как минимум 1 раз в сутки. Такой режим является наиболее суровым, и срок службы АКБ тут уже исчисляется не годами, а количеством циклов разряд-заряда (ну и их глубины, естественно). Упомянутые ранее аккумуляторы EverExceed серии ST могут обеспечить до 600 циклов глубокого 100% разряда (обычные же AGM-аккумуляторы – не более 280). Всегда очень удивляет, когда в приложениях с явно циклическим характером работы (те же системы электропитания на солнечных батареях, либо мобильные кофемашины) некоторые «умельцы» предлагают использование стартерных автомобильных аккумуляторов (аргумент – их дешевизна!). Уведомляем всех, кто столкнулся с подобным предложением : стартерные АКБ имеют тонкие пластины, они рассчитаны лишь на запуск двигателя и дальнейшую подзарядку от генератора, в циклическом же режиме с глубокими разрядами они не прослужат и пары месяцев – их пластины «посыпятся» и на этом эксперемент с «дешевым аналогом» будет завершен.

Как правильно заряжать аккумулятор в буферном режиме:

Всем известно, что номинальное напряжение одного элемента в свинцово-кислотных АКБ = 2 Вольта (отметим, что на практике оно обычно никогда не равняется строго 2 В, но для простоты применяется именно такое число). В быту наиболее часто используются аккумуляторные батареи напряжением 6 Вольт (3 элемента) и 12 Вольт (6 элементов).

Читайте так же:
Синхронизация камеры и звука

В буферном режиме напряжение заряда следует выставить на уровне 2,27 – 2,30 Вольт на элемент (то есть для 12-вольтового аккумулятора это 13,6 – 13,8 В, а для 6-вольтового – 6,8 – 6,9 В). Это подходит как для AGM, так и для гелевых батарей.

Ток заряда должен быть ограничен в величину, равную 30% от номинальной 10-часовой емкости аккумулятора, выраженную в Амперах (для гелевых аккумуляторов – 20%). Например, для батареи с емкостью С­10=100 Ач ограничение тока заряда должно составлять 30 А (для гелевых АКБ – 20 А).

Как правильно заряжать аккумулятор в циклическом режиме:

Напряжение заряда:

2,4 – 2,45 В/эл. (14,4 – 14,7 В на 12-вольтовую батарею или 7,2 – 7,35 В на 6-вольтовую) – для AGM-аккумуляторов;

2,35 В/эл (14,1 В на 12-вольтовую батарею или 7,05 В на 6-вольтовую) – для гелевых аккумуляторов.

Ток заряда:

20% от С10 (для батареи емкостью 100 Ач – это 20 А).

Сколько должен длиться заряд батареи

Продолжительность заряда зависит от изначальной заряженности (разряженности) батареи. Поначалу идет быстрый заряд (бустерный), но по мере насыщения потребляемый ток снижается, доходя до минимума при достижении полной заряженности АКБ. Критерий полной заряженности – падение тока, который принимает аккумулятор, до 2 – 3 мА на каждый Ач емкости батареи (при буферном заряде). Например, для той же С­10=100 Ач батареи падение тока зарядки до 200 – 300 мА будет означать, что батарея почти полностью заряжена. Чтобы довести уровень заряда АКБ до 100%, следует продолжать зарядку таким милли-током еще около 1 часа. Обычно, полностью разряженная батарея заряжается за 10 часов в циклическом режиме или за 30-48 часов в буферном.

Следует учесть, что для полной зарядки аккумуляторной батареи ей следует сообщить примерно на 20% энергии больше, чем следует из понятия “номинальная емкость”. Это, как говорится, законы природы, и они едины для всех свинцово-кислотных да и других батарей, независимо от вида и производителя. Образно говоря, если батарею не «перенасытить», в ней не завершатся должные электрохимические процессы и дальнейшая отдача будет меньше.

Производить зарядку аккумуляторных батарей желательно при температуре окружающей среды 20 – 25 о С.

При меньшей температуре заряжать необходимо более длительное время. Зарядка аккумулятора при температуре менее 0 о С становится крайне нежелательной (ибо почти безрезультатна). Желательно также наличие функции термокомпенсации (изменения напряжения заряда в зависимости от температуры окружающей среды) на Вашем зарядном устройстве.

5.1. Заряд при постоянной величине зарядного тока

На зарядных станциях аккумуляторные батареи, приводимые в рабочее состояние, а также снятые с машин, заряжаются, как правило, при постоянной величине зарядного тока в специальных зарядных шкафах или на специальных стеллажах (рис. 41). При данном способе величина зарядного тока в течение всего времени заряда поддерживается неизменной. Это достигается изменением сопротивления реостата, включенного последовательно с батареей, изменением напряжения источника тока или применением автоматических регуляторов тока.

Стеллаж для заряда и разряда батарей на зарядной станции
41. Стеллаж для заряда и разряда батарей на зарядной станции

В качестве источников тока используются генераторы постоянного тока, преобразователи или выпрямительные устройства.

Наиболее эффективными зарядными устройствами являются новые кремниевые автоматизированные выпрямители типа ВАК: ВАК-6-115, ВАК-12-115 и др. (см. рис. 43, а). Они позволяют производить заряд батарей без использования ЗРУ.

Перед зарядом аккумуляторные батареи одного и того же типа подбираются в группы. В каждой группе батареи соединяются между собой последовательно. Количество батарей в каждой группе, а также наибольшее количество групп, которые можно заряжать одновременно, зависит от типа батарей, от напряжения и мощности зарядного источника, а также от возможностей применяемых зарядно-распределительных устройств.

Положительный выводной зажим каждой группы подсоединяют к положительному полюсу источника зарядного тока или ЗРУ, а отрицательный к отрицательному (рис. 42).

Принципиальная схема подключения аккумуляторных батарей к зарядному источнику через ЗРУ на 4 зарядные группы

  1. вольтметр
  2. переключатель «Заряд-разряд»
  3. предохранитель
  4. нагрузочный реостат
  5. амперметр
  6. аккумуляторная батарея

Танковые аккумуляторные батареи при эксплуатации и хранении с электролитом заряжаются токами, указанными в табл. 9.

Таблица 9. Величина зарядного тока для танковых аккумуляторных батарей

Тип АБВеличина зарядного тока, А
1-я ступень2-я ступеньзаряд перед контрольным разрядом КТЦ
6СТЭН-140М161010
6СТ-140H161010
12СТ-70М855
12СТ-70855
12СТ-85Р955

Все заряды, как правило, проводятся током 2-й ступени. Двухступенчатый заряд рекомендуется проводить при большой степени разряженности батарей, а именно:

  • при разряде в процессе эксплуатации на 50% и более;
  • после контрольного разряда при контрольно-тренировочном цикле.

Автомобильные и мотоциклетные батареи заряжаются током нормального заряда, указанным в табл. 10.

Таблица 10. Величина нормального зарядного тока для автомобильных и мотоциклетных аккумуляторных батарей

Тип АБВеличина зарядного тока, АТип АБВеличина зарядного тока, А
3СТ-15015,06СТ-10510,5
3СТ-21521,56СТ-13213,0
6СТ-454,56СТ-18218,0
6СТ-505,06СТ-19019,0
6СТ-555,53МТ-121,2
6СТ-606,03МТ-81,0
6СТ-757,53МТС-91,0
6СТ-828,03МТС-222,0
6СТ-909,0
Читайте так же:
Как отрегулировать дверные петли для шкафов

Зарядные группы следует составлять из однотипных батарей так, чтобы нагрузочные реостаты поглощали как можно меньше энергии. Для этого в группу включают максимально возможное по напряжению количество батарей из расчета 2,7 В на каждый аккумулятор, т. е. 8,1 В на 6-вольтовую батарею, 16,2 В на 12-вольтовую и 32,4 В на 24-вольтовую батарею.

Величина зарядного тока устанавливается и регулируется с помощью реостатов, применяемых в ЗРУ, а также путем изменения напряжения зарядного источника или же другим способом в зависимости от особенностей применяемого зарядного агрегата.

Во время заряда плотность электролита в аккумуляторах постепенно повышается и только к концу заряда принимает постоянное значение. Напряжение на аккумуляторах медленно возрастает с 2,2 до 2,4 В, при котором начинается разложение воды и заметное на глаз газовыделение. Газ выделяется на поверхности электролита в виде пузырьков. Напряжение аккумуляторов к концу заряда достигает величины 2,6 . 2,65 В, после чего более не возрастает. Газовыделение становится при этом обильным, создающим впечатление «кипения».

При заряде танковых аккумуляторных батарей током двух ступеней, заряд током 1-й ступени надо вести до повышения напряжения на аккумуляторах до 2,4 В, затем снизить зарядный ток до величины 2-й ступени.

Заряд батарей во всех случаях надо проводить до тех пор, пока напряжение на аккумуляторах и плотность электролита не будут постоянными в течение 1 ч при одновременном обильном газовыделении («кипении») во всех аккумуляторах батареи.

Температура электролита во время заряда батарей возрастает, поэтому необходимо контролировать ее величину, особенно к концу заряда. Температура электролита при заряде не должна превышать 45 °C. В случае если температура окажется выше 45 °C, следует уменьшить наполовину зарядный ток или прервать заряд на время, необходимое для остывания электролита до 30. 35 °C.

Уровень электролита перед началом заряда должен быть: в танковых батареях — 10. 12 мм над предохранительным щитком, в автомобильных и мотоциклетных батареях — таким же, как и после заливки сухих батарей.

Измерение напряжения аккумуляторов, плотности и температуры электролита в процессе заряда следует проводить в начале заряда — через каждые 2. 3 ч, а в конце заряда — через каждый час. Если к концу заряда в группе будут обнаружены батареи с отстающими аккумуляторами, плотность электролита и напряжение которых ниже, чем у других аккумуляторов, то во избежание ненужного перезаряда всех батарей в группе, а также излишней траты электроэнергии следует изымать батареи с отстающими аккумуляторами из общей зарядной группы и заряжать их отдельно.

Для этого к перемычкам отстающего аккумулятора с помощью зажимов Румянцева необходимо присоединить провода от зарядного агрегата и продолжить заряд при той же величине зарядного тока. Заряд продолжается до появления всех признаков его окончания. После этого доводят плотность электролита в отстающем аккумуляторе до необходимой величины.

В конце заряда плотность электролита, приведенная к 25 °C, должна быть в пределах нормы, указанной в табл.3. Если конечная плотность электролита отличается от нормы, необходимо произвести корректировку плотности электролита доливкой дистиллированной воды в случаях, когда плотность выше нормы, или доливкой раствора серной кислоты плотностью 1,40 г/см 3 , когда она ниже нормы. Перед доливкой часть электролита из аккумулятора отбирают с помощью груши. Доводку плотности можно проводить только в конце заряда,, когда плотность электролита больше не возрастает, а за счет «кипения» обеспечивается быстрое и полное перемешивание.

Корректировка плотности электролита улучшает работоспособность батареи и дает возможность правильно определить степень заряженное батареи в эксплуатации по плотности электролита. Корректировку необходимо проводить особо тщательно. Если за один прием довести плотность электролита до нормы не удается, корректировку следует повторить.

Операции по корректировке плотности рекомендуется проводить в такой последовательности:

  • в конце заряда измерить и записать температуру электролита в среднем аккумуляторе батареи;
  • измерить поочередно плотность электролита в каждом аккумуляторе, найти по табл. 5 температурную поправку и определить характер корректировки (понижение или повышение плотности) и ее величину. Рекомендуется отметить это на крышке аккумулятора, в котором проводится измерение, например «+0,02» или «-0,01», что означает соответственно необходимость повышения в данном аккумуляторе плотности электролита на 0,02 г/см 3 или понижения ее на 0,01 г/см 3 ;
  • не прекращая заряда батареи, из аккумуляторов с отметками на крышках отобрать часть электролита и долить в них дистиллированную воду или раствор кислоты плотностью 1,40 г/см 3 . Количество отбираемого электролита и добавляемой воды или раствора кислоты для каждого аккумулятора определить, пользуясь данными табл. 1;
  • продолжить заряд батареи в течение 30. 40. мин, после чего снова измерить плотность электролита в аккумуляторах, где проводилась корректировка, и, если плотность электролита, приведенная к температуре 25 °C, будет отличаться от нормы, корректировку повторить. Практически, если плотность электролита отличается от нормы не более чем на 0,03 г/см 3 , а уровень электролита над предохранительным щитком составляет 12. 14 мм, корректировку плотности можно провести за один прием.

Эксплуатационный уровень электролита над предохранительным щитком устанавливается, после окончания корректировки плотности и выключения батарей с заряда. Время выдержки батарей в бездействии до установки уровня должно быть: для танковых батарей — 2 ч, для автомобильных и мотоциклетных — 30 мин.

Читайте так же:
Регулировка окон фурнитуры интерника

При уровне электролита ниже нормы в аккумулятор нужно добавить электролит такой же плотности, какая указана в табл.3 (графа 6); при уровне электролита выше нормы избыток электролита отсосать.

Для установки эксплуатационного уровня электролита после заряда батарей рекомендуется применять резиновую грушу со специальным наконечником (рис. 38).

Если танковые батареи требуется выдать с зарядной станции сразу же после выключения с заряда, уровень электролита в них должен быть 15. 17 мм над предохранительным щитком.

Каким током заряжать автомобильный аккумулятор?

Зарядка автомобильного аккумулятора, на первый взгляд может показаться делом сложным, особенно для человека, который раньше не заряжал или не ремонтировал аккумуляторы своими руками.

Общие принципы заряда АКБ

На самом деле, произвести зарядку АКБ не составит труда для человека, который в школе не прогуливал уроки по физико – химии. Самое главное, быть внимательным при изучении технических характеристик АКБ, зарядного устройства, и знать каким током заряжать автомобильный аккумулятор.

Фото как правильно заряжать аккумулятор, fart2011.ru

Ток заряда автомобильного аккумулятора должен быть постоянным. Собственно для этой цели и служат выпрямители, допускающие регулировку напряжения или зарядного тока. Приобретая зарядное устройство, ознакомьтесь с его возможностями. Зарядка, предназначенная для обслуживания 12-ти вольтовой батареи должна обеспечить возможность увеличения зарядного напряжения до 16,0-16,6 В. Это нужно для зарядки современного необслуживаемого автомобильного аккумулятора.

На фото - зарядка автомобильного аккумулятора, bassclub.ru

Методы зарядки аккумуляторных батарей

На практике применяется два метода заряда АКБ, вернее, один из двух: заряд батареи при постоянстве тока и заряд батареи при постоянстве напряжения. Оба эти метода полноценны при правильном соблюдении их технологи.

Фото зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, esportby.com

Заряд АКБ при постоянстве тока

Особенностью этого способа зарядки АКБ является необходимость каждые 1-2 часа контролировать и регулировать ток зарядки аккумуляторной батареи.

Заряд АКБ производят при постоянной величине зарядного тока, которая равна 0,1 от номинальной ёмкости АКБ при 20-ти часовом режиме разряда. Т.е. для АКБ ёмкостью 60А/ч, ток заряда автомобильного аккумулятора должен быть равен 6А. именно для поддержания постоянства тока в процессе заряда требуется регулирующее устройство.

Для повышения степени заряженности АКБ рекомендуется ступенчатое снижение силы тока по мере того, как увеличивается зарядное напряжение.

Для аккумуляторов последнего поколения без отверстий для долива, рекомендуется увеличивая зарядное напряжение до 15В, ещё раз уменьшить ток в 2 раза, т.е 1,5А для АКБ в 60А/ч.

АКБ считается полностью заряжена, в случае, когда ток и напряжение сохраняются в течение 1-2 часов без изменений. Для необслуживаемой батареи такое состояние заряда наступает при напряжении 16,3 – 16,4 В.

На фото - заряд автомобильного аккумулятора при постоянстве тока, nrc21.ru

Заряд АКБ при постоянстве напряжения

Этот метод напрямую зависит от величины зарядного напряжения, которое обеспечивается зарядным устройством. При 24-часовом цикле непрерывного заряда 12 В АКБ зарядится следующим образом:

  • при напряжении 14,4 В на 75-85%;
  • при напряжении 15 В на 85-90%;
  • при напряжении 16 В на 95-97%;
  • полный заряд АКБ происходит при зарядке 20-24 часа и напряжении ЗУ в 16,3-16,4 В.

Фото заряда АКБ при постоянстве напряжения, drive2.ru

Как правило, критерием окончания заряда в данных зарядных устройствах, является достижение напряжения на выводах АКБ, равного 14,4±0,1. Устройство сигнализирует зеленым индикатором об окончании процесса заряда батареи.

На фото - зеленый индикатор полностью заряженного автомобильного аккумулятора, citilink.ru

Специалисты рекомендуют для оптимального в 90-95% заряда необслуживаемых АКБ при помощи промышленного зарядного устройства с максимальным зарядным напряжением 14,4 – 14,5 В, этим способом, требуется не мене суток заряда аккумуляторной батареи.

Удачи вам, любители своего автомобиля.

Автоматическое зарядное устройство на ATtiny24

Зарядное устройство контролирует процесс зарядки аккумулятора и устанавливает его оптимальные параметры. Весь цикл делится на 4 этапа, автоматически переключаемых в зависимости от степени заряда аккумулятора. Когда аккумулятор достигнет нужного напряжения, зарядка автоматически прекратится. Три светодиода показывают состояние батареи и уровень зарядки. Зарядное устройство позволяет регулировать зарядный ток, поэтому оно защищает от повреждения аккумулятора (слишком большой ток) и экономит время (слишком низкий ток).

  • зарядка 12-ти вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов емкостью 10 … 100 А/ч;
  • регулировка зарядного тока в диапазоне около 1 … 10 А;
  • защита аккумулятора от перезарядки;
  • многоступенчатый процесс зарядки;
  • источник питания: трансформатор 17 В.

Описание схемы

Диодный выпрямитель для зарядки аккумуляторов имеет два основных недостатка. Прежде всего: он не имеет защиты от перезарядки, и даже если мы наблюдаем за ним во время зарядки, по показаниям амперметра нельзя четко знать, когда надо прекращать зарядку. И только момент выделения газа электролита является показателем перезарядки. Второй недостаток: нет регулировки зарядного тока. Ток зарядки не должен превышать допустимое значение для данного аккумулятора, которое зависит от его емкости. Зарядка с помощью чрезмерного тока может необратимо повредить пластины (элементы), из которых состоит аккумулятор. Превышение допустимого напряжения или тока отрицательно влияет на производительность и срок службы аккумулятора. Представленная схема зарядного устройства позволяет устранить оба перечисленных дефекта.

На базе представленной схемы можно собрать отдельное зарядное устройство, как образец, показанный на фотографиях, или же как дополнительный модуль подключаемый к простому диодному выпрямителю. В обоих случаях получается автоматическое зарядное устройство. Схема зарядного устройства показана на рисунке ниже, ее можно разбить на несколько блоков:

Блок измерения тока — построен на базе микросхемы LM358 (IC3A, IC3B). Положительный выходной сигнал выпрямителя подключается к клемме POW и подается на измерительный шунт R16, состоящий из двух мощных резисторов с низким сопротивлением. Операционный усилитель IC3B вместе с транзистором T4 и соседними элементами образует преобразователь тока в напряжение. На его выходе присутствуют фильтр из компонентов R20, C13 и усилитель IC3A. Выходной сигнал калибруется с помощью прецизионного потенциометра R24 и поступает на микроконтроллер — сигнал помечается CV.

Читайте так же:
Регулировка напряжения синхронных генераторов

Силовой каскад — построен на транзисторах T3 и T5. Транзистор T3 используется для контроля напряжения/тока, подаваемого на аккумулятор. Транзистор Т5 с соседними элементами позволяет управлять МОП-транзистором непосредственно с выхода микроконтроллера.

Блок преобразователя напряжения — компоненты L1, T1, D4. Это классический повышающий преобразователь, выход (сигнал, помеченный PVCC) получает напряжение около 29 В, что необходимо для правильной работы блока измерения тока. Соседние элементы используются для стабилизации и фильтрации выходного напряжения.

Блок питания — стабилизатор IC2 и соседние элементы. Задача блока состоит в том, чтобы получить и отфильтровать напряжение от 10 В до максимального значения 26 В, которое подается через диоды D1 и D2 от аккумулятора или выпрямителя. Затем через стабилизатор IC2 для питания микроконтроллера необходимо 5 В. Прецизионный потенциометр R3 и резистор R2 образуют делитель для считывания напряжения батареи. Потенциометр позволяет калибровать показания.

Блок датчика переменного напряжения — выполнен с помощью транзистора Т2 и соседних элементов. Его задача состоит в том, чтобы обнаружить половину синусоидальных волн, налагаемых на постоянное напряжение аккумулятора — этот процесс будет описан более подробно ниже.

Блок управления — потенциометр R12 используется для установки тока зарядки, светодиоды показывают состояние системы, а микроконтроллер контролирует весь процесс.

Все основные режимы, которые задают и контролируют процесс заряда прописаны программно в памяти микроконтроллера ATtiny24 (IC1). Задачи, которые он выполняет: управление работой повышающего преобразователя — поддержание постоянного значения выходного напряжения, считывание всех аналоговых значений, регулировка значения тока зарядки и переключение ступеней процесса зарядки. Регулирование зарядного тока осуществляется методом фазового регулирования, используемым для тиристоров и симисторов, с той разницей, что вместо тиристора или симистора применен P-канальный MOSFET. Это решение упростило схему и уменьшило потери энергии. Сигналы образуемые в схеме при зарядке показаны на рисунке ниже:

Форма сигнала A — это выход выпрямителя,

Форма B — это наложенный выход выпрямителя и постоянное напряжение аккумулятора (VIN на диаграмме).

Форма волны C — это форма волны на выходе датчика переменного напряжения (VIP на диаграмме) — она точно определяет время, когда форма сигнала напряжения от выпрямителя превышает напряжение батареи, и можно получить ток зарядки, падающий фронт указывает начало периода регулирования фазы.

Форма D является сигналом управления уровнем мощности (MDR на диаграмме), чем выше уровень заполнения, тем большая часть сигнала B будет подаваться на аккумулятор — сигнал E (AKUP на диаграмме).

Форма волны F — это выходной сигнал из блока преобразователя тока в напряжение (CV на диаграмме).

Процесс зарядки делится на несколько этапов, выбранных в зависимости от степени заряда аккумулятора, то есть значения напряжения на его клеммах. На рисунке ниже показан весь процесс:

Значения в точке A представляют собой стадии зарядки, график B представляет собой значения зарядного тока, график C демонстрирует кривую напряжения на батарее, а символы в точке D представляют собой способ сигнализации на светодиодах. Уровень 0 — без батареи. Если выпрямитель включен, схема сигнализирует об этом этапе постоянным свечением красного светодиода. Цепь питания выключена, на выходных клеммах нет напряжения, поэтому нет риска случайного короткого замыкания, это состояние сохраняется до тех пор, пока на выходе не появится напряжение не менее 8 В.

I этап — предварительная зарядка. Если к выходным клеммам подключена батарея с напряжением не более 11 В, это означает, что она находится в состоянии глубокого разряда. Такая батарея, подключенная к обычному зарядному устройству, может вызывать очень большой ток из-за значительной разности напряжений. В этом случае представленная схема уменьшает зарядный ток до 1/3 установленного значения диапазона и ожидает частичной регенерации батареи — напряжение превышает 11 В.

II этап — основная зарядка. На этом этапе ток зарядки достигает полного установленного значения, но, в отличие от классического выпрямителя, он не уменьшается с увеличением заряда, а поддерживается постоянным, что сокращает время зарядки. Этап длится до достижения 14V. Здесь стоит обратить внимание на способ измерения напряжения, который отличается от других этапов — зарядка происходит циклически, каждый цикл занимает около полминуты зарядки, затем следует короткий перерыв, прекращение зарядки — и в этот момент измеряется напряжение аккумулятора. Благодаря этому измерение не обременено ошибкой, вызванной падением

III этап — финальная зарядка. После превышения напряжения 14 В ток зарядки уменьшается до 1/3 от установленного значения. Зарядка с более низким током позволяет батарее «насыщаться» зарядом и позволяет более точно определять время окончания. Сначала аккумулятор реагирует внезапным падением напряжения, как показано на рисунке 3, но затем медленно достигает максимального значения 14,4 В.

IV этап — зарядка завершена. Зеленый светодиод указывает на завершение процесса зарядки, аккумулятор полностью заряжен и готов к работе. Напряжение на батарее быстро падает примерно до 13 В, а затем снижается примерно до 12,6 В, поэтому не следует ожидать, что после зарядки батареи мы измерим 14,4 В. Если аккумулятор остается подключенным к представленному зарядному устройству, его напряжение будет постоянно контролироваться, а когда оно падает до примерно 12,8 В., запускается следующий этап зарядки.

Читайте так же:
Регулировка пластиковых окон в новых ватутинках

V этап — сохранение заряда. Что касается окончательного заряда, то зарядный ток составляет 1/3 от установленного значения, а конечное напряжение составляет 14,4 В. Этот этап работы зарядного устройства направлен на поддержание заряда батареи, если она остается подключенной, даже после того, как зарядка завершена в течение длительного времени. Когда батарея подключена к схеме и источник питания отключен (зарядное устройство выключено), светодиоды будут отображать состояние батареи так же, как и во время зарядки, только светодиоды будут мигать. Схема измеряет зарядный ток и, если он не достигает минимального значения, сигнализирует об этом таким образом. То же самое произойдет, если, например, во время зарядки напряжение сети 220 В упадет, мигающие светодиоды будут сигнализировать об этом аварийном состоянии. Обратите внимание, что устройство затем потребляет энергию от батареи и разряжает ее небольшим током.

Сборка и настройка

Схема была спроектирована и изготовлена на двухсторонней печатной плате показанной на рисунке ниже:

Автоматическое зарядное устройство на ATtiny24 - печатная плата

Транзисторы T1 и T3 крепятся к радиатору с помощью шайб и изолирующих втулок и припаиваются к плате. Если устройство будет работать как адаптер для выпрямителя, то диодный мост не нужен. Схема должна быть помещена в хорошо проветриваемый корпус. Радиатор не должен быть слишком теплым во время работы, в то время как резистор R16 и диодный мост могут быть даже горячими.

Для устройства была разработана наклейка на переднюю панель корпуса:

Автоматическое зарядное устройство на ATtiny24 - корпус

Для первого запуска и настройки устройства понадобятся: регулируемый блок питания, мультиметр и аккумулятор. Сначала не вставляйте интегральные микросхемы в панельки и подключите приблизительно 10 В источника питания к клеммам AKUP и GND. Теперь необходимо измерить, есть ли напряжение 5 В на контактах 1 и 14 посадочной базы микроконтроллера. Затем отсоедините источник питания, установите микроконтроллер в подставку и снова подключите источник питания. Теперь необходимо измерить, есть ли напряжение около 29 … 30 В на контактах 4 и 8 разъема IC3. Если напряжения верны, можно переходить к следующему этапу.

Вставляем интегральные микросхемы в разъемы и подключаем источник питания с установленным напряжением около 7 В, красный светодиод должен гореть, затем увеличиваем напряжение до 8 В и регулируем потенциометр R3, пока не загорятся красный и желтый светодиоды. Теперь стоит проверить, происходит ли переключение последующих ступеней при 11 В, 14 В, 14,4 В, и при необходимости скорректировать настройку R3 (наиболее важным является 14,4 В). Важное примечание — напряжение следует увеличивать медленно, потому что измерение напряжения является дискретным, а не непрерывным, а пороги напряжения переключения ступеней имеют большой гистерезис в направлении падения напряжения — переключение со ступени I на II происходит при превышении 11 В, а со ступени II на I происходит при 10,8 В. Точные значения напряжения сохраняются в программе в файле analog.h. Следующим шагом является подключение целевого трансформатора (через диодный мост выпрямителя) или выпрямителя к клеммам POW и GND. Однако перед этим необходимо убедиться, что вторичное напряжение трансформатора/выпрямителя не превышает 18 В переменного тока (26 В постоянного тока). Подача более высокого напряжения повредит резистор R1. Напряжение также не должно быть слишком низким, поскольку оно не позволит получить полный диапазон регулирования, оптимальное значение составляет 17 В переменного тока и мощность около 150 … 200 Вт. Если нет необходимости использовать полный диапазон зарядного тока до 10 А, трансформатор может потреблять меньше энергии. На выходе не должно быть фильтрующего конденсатора, потому что схема не будет формировать синхронизирующие импульсы (VIP сигнал, сигнал C).

Наконец, калибруем блок измерения тока. Устанавливаем ручку регулировки на минимум, подключаем «минус» батареи к клемме GND, а плюс через амперметр к клемме AKUP и подключаем трансформатор/выпрямитель. Теперь калибруем ручку потенциометра, смотря на показания амперметра. Установив небольшой ток, например, 2 А (схема должна находиться на основной стадии зарядки). Устанавливаем потенциометр R24 так, чтобы индикация ручки на отметки соответствовала амперметру (при условии, что, например, 20% составляет 2 А). Могут быть расхождения — ток зарядки имеет сильно искаженную форму волны, и амперметр может указывать неправильно, блок измерения тока также вносит небольшие искажения. Лучше всего установить правильный ток в среднем положении регулятора (ток прибл. 5 А), что позволяет экстремальным настройкам немного отличаться от предположений.

Как безопасно подключать схему? Зарядное устройство устойчиво к обратному подключению аккумулятора и короткому замыканию выходных клемм, но следует соблюдать следующий порядок. Прежде всего, зарядное устройство должно быть отключено от сети 220 В переменного тока. Затем подключите аккумулятор и наблюдайте за светодиодами — если светодиоды не горят, аккумулятор подключен неправильно или сильно разряжен/поврежден. Если мигает красный и/или желтый, аккумулятор подключен правильно, и вы можете установить зарядный ток и подключить источник питания (трансформатор или выпрямитель) к сети 220 В.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector