Пристрій для автоматичної зарядки і розрядки автомобільних акумуляторів

У процесі тривалого (кілька місяців) зберігання автомобільних акумуляторних батарей відбувається їх саморозряд, у зв'язку з чим рекомендується не рідше одного разу на місяць проводити підзарядку акумуляторів. Проте звичайна підзарядка не в змозі запобігти сульфатацію пластин, що приводить до зменшення ємності акумулятора і зниження терміну його служби. Для того щоб виключити ці небажані явища, рекомендується час від часу проводити тренування акумулятора: розрядку його струмом, в амперах чисельно рівним 1 / 20 номінальної ємності, вираженої в ампер-годинах, до напруги 10,5 В, і наступну зарядку до напруги 14,2 … 14,5 В. Такий зарядно-розрядний цикл можна повторювати неодноразово, якщо батарея сильно засульфатірована або тривалий час перебувала в полуразряженном стані.

Описуване нижче зарядно-розрядне пристрій призначений для роботи спільно із зарядним пристроєм, що забезпечує необхідну зарядний струм. Пристрій дозволяє:

виробляти розрядку акумулятора до напруги 10,5 В;

автоматично починати зарядку після закінчення розрядки;

вести зарядку асиметричним струмом при співвідношенні зарядної і розрядної складових рівному 10;

припинити зарядку акумулятора при досягненні напругою на затискачах акумулятора значення 14,2 … 14,5 В, що відповідає повідомленням акумулятора його повної номінальної ємності;

контроль напруги відбувається в момент, коли зарядний струм через акумулятор не протікає;

припинити розрядку акумулятора при пропажі напруги;

виробляти цикли розрядки-зарядки одноразово або багато разів.

Розглянемо роботу пристрою за його принциповою схемою, наведеною на рис. 84.

Зарядно-розрядне пристрій складається з власне зарядного пристрою (ЗУ), позначеного на схемі прямокутником, та електронного вузла керування. Харчування вузла керування здійснюється від акумуляторної батареї.

В якості порогового елемента (компаратора), який виробляє сигнал при досягненні напругою на акумуляторі значення понад 14,2 … 14,5 В і при зниженні до 10,5 В, використовується інтегральний таймер КР1006ВІ1 (мікросхема DA1). Нагадаємо коротко, як працює ця мікросхема. Таймер містить два основні входи: вхід запуску (висновок 2) і пороговий вхід (висновок 6). На цих входах відбувається порівняння зовнішніх напружень з еталонними значеннями, складовими для зазначених входів відповідно 1 / 3 Uпіт і 2 / 3 Uпіт, де Uпіт – напруга живлення таймера, подане на висновок 8 щодо спільного висновку 1. Якщо на виведення червня діє напруга менше 2 / 3 Uпіт; то зменшення напруги на виводі 2 до значення, меншого 1 / 3 Uпіт призведе до встановлення таймера в стан, коли на виході Q (висновок 3) діє напруга високого рівня. При подальшому підвищенні напруги на входах відповідно більше 1 / 3 Uпіт і 2 / 3 Uпіт таймер перемкнеться в інше стійкий стан, якому відповідає напруга низького рівня на виході таймера.

Висновок 5 таймера служить для контролю значення зразкового напруги, а також для можливої зміни його значення за допомогою зовнішніх елементів. У даному випадку зразкове напруга стабілізовано стабілітронів VD3. Це зроблено для підвищення стійкості роботи компаратора при відстеження повільно змінюються напруг. Цій же меті служить і стабілізація напруги живлення таймера параметричним стабілізатором VD2R8. Нижній і верхній пороги спрацьовування компаратора можна змінювати підлаштування резисторами R10 і R9.

Припустимо, що акумуляторна батарея та ЗУ підключені до пристрою і в мережі присутній напруга 220 В. Напруга не занадто сильно розрядженого 12-вольтового акумулятора зазвичай складає 12 … 12,6 В. При цьому інтегральний таймер встановиться в стан, відповідне напрузі високого рівня на його виході, і транзистор VT1 буде відкритий. Буде світитися світлодіод HL1, індиціюється режим заряду. Однак, як правило, ступінь розрядженності підключеного акумулятора невідома, і перед початком зарядки його слід розрядити до напруги 10,5 В. Для включення режиму розрядки короткочасно натискають кнопку SB1 "Пуск". При цьому через контакти SB1.1 на виведення 6 таймера подається напруга, перемикаючий його в протилежне стан, і світлодіод HL1 гасне. Одночасно контакти SB1.2 подають на RS-тригер DD1.1DD1.2 сигнал, що встановлює його в стан напруги високого рівня на виході логічного елемента DD 1.1

При показаному на схемі положенні контактів перемикача SA1 на виходах логічних елементів DD1.3, DD1.4, включених інверторами, діє напруга низького рівня. Якщо транзистор оптопари U2 відкрито, то через базу транзистора VT4, резистор R22, транзистор оптопари і виходи логічних елементів DD1.3 і DD1.4 протікає струм, достатній для насичення складеного транзистора VT4. При цьому через лампу розжарювання EL1, підключену до затискачів ХТЗ, ХТ4, починає протікати розрядний струм акумулятора. Розрядний струм в даному випадку складе близько 2,5 А, що відповідає режиму 20-годинного розряду акумулятора 6СТ55. Коли заряд акумулятора іншої ємності слід застосовувати лампу EL1 другий потужності, вибраної з урахуванням зазначених вище міркувань.

У пристрої передбачено відключення ланцюга розрядки при пропажі мережевої напруги. Для цієї мети використовується транзисторна оптопара U2. Напруга мережі через резистор R1 подається на діодний міст VD1, випростується їм і подається на послідовно з'єднані світлодіоди оптопари U1 і U2. Конденсатор С1 і резистор R2 утворюють фільтр, який згладжує пульсації струму, що протікає через світлодіод оптопари U2. Поки в мережі є напруга, через світлодіод оптопари U2 протікає струм, фототранзистор відкритий і вихідний струм логічних елементів DD1.3 і
DD1.4 протікає через базу транзистора VT4. відкриваючи останній. Йде розрядка акумулятора на лампу EL1. При пропажі напруги фототранзистор оптопари закривається, це призводить до закривання транзистора VT4 і припинення розрядки акумулятора.

У міру розрядки акумулятора напруга на його затискачах зменшується. Коли воно досягне 10,5 В, інтегральний таймер DA1 перемкнеться в протилежне попереднього стан, якому відповідає напруга високого рівня на виході Q. При цьому відкриються транзистори VT1 і VT2. Відкривання транзистора VT1 викличе подачу напруги на світлодіод оптопари U3. запалювання світлодіода HL1 "Зарядка", перемикання RS-тригера DD1.1DD1.2, а також відкривання транзистора VT3. Переключення RS-тригера призведе до появи напруги високого рівня на виходах логічних елементів DD1.3, DD1.4. Світлодіод HL2 згасне, транзистор VT4 закриється і розрядка акумулятора припиниться. Одночасно через що відкрився фототірістор оптопари U3 напруга з виходу зарядного пристрою ЗУ буде подано на висновки акумуляторної батареї, і почнеться її зарядка.

Струм заряджання встановлюють у відповідності з інструкцією по експлуатації акумуляторної батареї, тобто рівним 1 / 10 або 1 / 20 ємності батареї. Якщо зарядка йде без контролю оператора, слід забезпечити обмеження коливань зарядного струму при можливих коливаннях мережевої напруги. Найпростіший спосіб стабілізації струму – включення двох-трьох паралельно з'єднаних автомобільних ламп потужністю 40 … 50 Вт в розрив одного з вихідних проводів зарядного пристрою. Такий же ефект може бути досягнутий включенням лампи напругою 220 В і потужністю 200 … 300 Вт в розрив одного з вхідних (мережевих) проводів ЗУ. Опір вольфрамової нитки ламп розжарювання зростає із збільшенням температури, тобто лампа має властивості стабілізатора струму.

Зарядний струм містить дозовану розрядну складову, що благотворно позначається на протіканні електрохімічних процесів в батареї. Розрядна складова струму протікає через резистор R 19 і транзистор VT3 і дорівнює приблизно 0,5 А.

У процесі зарядки напругу на полюсних висновках акумулятора плавно збільшується. Відомо, що напруга повністю зарядженої батареї складає 14,2 … 14,5 В. Вимірювання цієї напруги слід виробляти за відсутності зарядного струму, оскільки імпульси зарядного струму в залежності від ступеня розрядженності акумуляторної батареї збільшують миттєве значення напруги на її затискачах на 1 … 3 – У порівняно з режимом, коли струм зарядки не протікає. Для забезпечення такого режиму вимірювання в пристрої використані елементи U1, R4, VT2. У режимі зарядки транзистор VT2 відкритий. На рис. 85 показані епюри напруг і струмів, що пояснюють роботу оптопари U1 і U2.Напряженіе мережі (епюри 1) випрямляється доданими мостом

(Епюри 2) і подається на світлодіоди оптронів U1 і U2. Фототранзистор Оптрон U1 відкривається в моменти, коли струм через світлодіод цього Оптрон (епюри 3) перевищує струм відкривання фототранзистор. При це резистор R4 шунтується підстроєні резистор R9, і верхній поріг спрацьовування інтегрального таймера DA1 значно збільшується. Фототранзистор відкрито велику частину періоду мережевої напруги, і лише в моменти переходу мережевої напруги через нуль фототранзистор закривається, і поріг спрацьовування таймера зменшується до 14,2 … 14,5 В. Саме в цей час через акумулятор не протікає струм зарядки. Таке вимірювання проводиться в кожному напівперіод, тобто 100 разів на секунду. Тривалість вимірювання становить 1 … 3 мс. Як тільки напруга на акумуляторі досягне за відсутності струму зарядки 14,2 … 14,5 В, таймер DA1 перемкнеться в протилежне стан, і зарядка припиниться. Проте розрядка не почнеться, оскільки RS-тригер не змінить свого стану. Закінчився один цикл роботи пристрою. У такому стані пристрій може знаходитися декілька діб, оскільки споживаний ним від акумулятора струм досить малий (20 … 30 мА) і не може викликати його суттєвого розрядки.

Якщо необхідна багаторазова тренування батареї розрядно-зарядні циклами, контакти перемикача SA1 переводять у нижнє за схемою становище. У цьому випадку RS-тригер не буде задіяно, і режими зарядки і розрядки будуть чергуватися до тих пір, поки не буде вимкнено мережеве напруга або не буде відключений заряджається аккумулятор.Конденсатори С2, СЗ підвищують завадостійкість роботи таймера. Резистори R 18, R21 забезпечують надійне утримання транзисторів VT3, VT4 закритими за відсутності струму бази.

У пристрої замість КТ608Б можна застосовувати будь-які транзистори з серій КТ603, КТ608, КТ3117, КТ815; замість КТ503Б-КТ315, КТ501, КТ503, КТ3117 з будь-якими літерами; замість КТ814Б-будь-який з серій КТ814, КТ816, КТ818, КТ837 і замість КТ825Г-будь-який з цієї серії. Оптопари U1, U2 годяться будь-які з серій АОТ101, АОТ110, АОТ123, АОТ128, може лише потурбуватися уточнення опору резисторів R3 і R23 по надійному відкриванню фототранзисторів. Як оптопари U3 можна використовувати оптронів тиристори Т02-10, Т02-40, ТСО-10. Діодний міст VD1 може бути також типів КЦ402, КЦ405 з літерами А-В.

Стабілітрон VD2 бажано використовувати з невеликим температурним коефіцієнтом напруги, наприклад, Д818 з іншими буквами. Оксидний конденсатор С1 – К50-16, К50-35, К50-29; С2, СЗ-КМ-ББ, К10-23, К73-17. Підлаштування резистори R9, RIO – будь-які багатооборотні, наприклад, СП5-2. Резистор R19 – типу ПЕВ потужністю 10 або 15 Вт. Решта – МЛТ, ОМЛТ, С2-23. Кнопка SB1, перемикач SA1 – будь-якого типу, наприклад, КМ2-1 і МТ1.

Зарядний пристрій ЗУ, що є джерелом зарядного струму, обов'язково повинне мати на виході пульсуюче напруга-це необхідно для нормальної роботи вузла на оптопари U1.

Велика частина елементів пристрою встановлена на друкованій платі. Оптопара U3 і транзистор VT4 встановлені на радіаторах з поверхнею охолодження 100 … 150 см ^ 2. Плата встановлена в будь-якому корпусі відповідних розмірів (наприклад, 260 х 100 х 70 мм). З'єднання, по яких протікає струм зарядки і розрядки, повинні бути виконані проводами перетином не менше 2 мм ^ 2. Провід, що з'єднують пристрій з акумуляторною батареєю, бажано вибрати гнучкими.

Для налагодження пристрою будуть потрібні джерело постійної напруги, регульованого в межах 9 … 15 В і струмом не менше 0,6 А, і вольтметр.

Зарядний пристрій та лампу EL1 тимчасово відключають від пристрою, а замість акумулятора підключають джерело постійної напруги. Встановивши по вольтметри напруга 10,5 В, підлаштування резистором R 10 встановлюють нижній поріг спрацьовування компаратора, а потім, встановивши напругу 14,2 … 14,5 В, підлаштування резистором R9 встановлюють верхній поріг. Про спрацьовуванні компараторів таймера судять по запалення світлодіодів HL1 і HL2.

Якщо є осцилограф, його вхід підключають паралельно резистори R9, і при підключеному акумуляторі і при поданому напрузі мережі спостерігають короткочасне періодичне збільшення напруги на виведення 6 мікросхеми DA1, відповідне моменту проходження мережевої напруги через нуль. При відсутності осцилографа можна обійтися вольтметром, який також підключають до резистори R9. На ньому заміряють напруга, коли мережеве напруга подано на міст VD1 через резистор R1, а потім напруга мережі відключають. Напруга на резисторі R9 має дещо збільшитися. В іншому випадку слід перевірити справність оптопари U1.

На цьому настройку можна вважати закінченою.

Джерело матеріалу