Многие владельцы автомобилей полагают, что "жизнь" аккумулятора зависит только от качества его изготов­ления, поэтому покупают импортные аккумуляторы. В некоторых автомо­бильных журналах даже высказывает­ся мнение о том, что срок службы ак­кумулятора должен быть не более грда. Это, конечно, очень выгодно ком паниям - производителям.

Практика показывает, что если сле­дить за уровнем электролита и раз в 3 месяца производить тренировочный цикл (полный разряд с последующим полным зарядом), то срок службы ак­кумулятора можно увеличить до 9 лет при сохранении достаточно высоких параметров (емкости и максимально­го разрядного тока). Проведение тре­нировочных циклов не только продле­вает срок эксплуатации аккумулятора, но и увеличивает максимальный раз­рядный ток (уменьшает внутреннее сопротивление).

Но тренировочные циклы (тем бо­лее, устранение сульфатации) отни­мают много времени. Поэтому в ра­диолюбительской литературе опуб­ликовано много описаний автомати­ческих зарядных устройств , каж­дое из которых имеет как достоин­ства, так и недостатки.

Предлагаю еще одно устройство, которое при простой схеме облада­ет широкими функциональными возможностями.

Схема состо ит из стабилизатора напряжения (микро­схема DA 1), триггера Шмитта (эле­менты DD 1.1, DD 1.2), счетчика цик­лов разряда-заряда (микросхема DD 2) с узлом индикации состояния этого счетчика (R 8. . .. R 1 3, VT 1 . ... VT 6, VD 4.... VD 9), двух ключей (VT 7, VD 2, К1 и VT 8, VD 3, К2), инвертора DD 1.3, силового выпрямителя (HL 2, Т1, VD 10.... VD 1 3) и нагрузочного сопротивления, роль которого вы­полняет лампа HL 1 .

Стабилизатор на­пряжения на микро­схеме DA 1 служит для питания микро­схем DD 1, DD 2, а также источником опорного напряже­ния при контроле напряжения на аккумуляторе. Триг­гер Шмитта управляет ключом VT 7, VD 2, К1. Счетчик на микросхеме DD 2 подсчитывает количество разрядно- зарядных циклов и управляет ключом VT 8, VD 3, К2, который отключает на­грузку HL 1 от аккумулятора.

Работает прибор следующим обра­зом. Сначала нужно подключить к ус­тройству аккумулятор GB 1. При этом на выходе стабилизатора DA 1 появ­ляется напряжение +5 В, а на резис­торе R 15 образуется короткий поло­жительный импульс напряжения, ус­танавливающий счетчик DD 2 в нуле­вое состояние. При этом на его вы­ходе 0 высокий уровень, который от­крывает транзистор VT 1. Загорается светодиод VD 4. Если напряжение подключенного аккумулятора мень­ше 15 В, то на выходе триггера (вы­воде 3 DD 1.1) - "1", транзистор VT 7 открыт, а реле К1 включено. Реле К2 также включено, поскольку на выво­де 5 DD 2 - "О", соот­ветственно, на выходе (выводе 10) DD 1.3 - "1", и VT 8 открыт.

Устройство подклю­чается к сети 220 В. При этом начинается зарядка аккумулятора GB 1. Зарядный ток про­текает по цепи: диоды VD 10....VD 13, замкну­тые контакты К1.1, ак­кумулятор GB 1. Вели­чина зарядного тока ог­раничивается сопро­тивлением лампы накаливания HL 2, включенной в разрыв первичной об­мотки трансформатора Т1. По мере зарядки аккумулятора напряжение на нем и на резисторе R 2 увеличивает­ся. Когда напряжение на GB 1 дости­гает 15 В, триггер Шмитта переклю­чается, на выводе 3 DD 1.1 - "0", и транзистор VT 7 закрывается. Реле К1 отпускает, и его контакты К1.1 пе­реключают аккумулятор на разрядку (подключают нагрузку - лампу HL 1). Ток разрядки аккумулятора опреде­ляется сопротивлением лампы HL1.

При этом перепад напряжения с вы­хода триггера (вывода 4 DD 1.2) по­ступает на вывод 14 счетчика DD 2 и переключает его в следующее состо­яние, т.е. "1" на выходе 1. Тогда от­крывается транзистор VT 2, и загора­ется светодиод VD 5.

По мере разрядки аккумулятора напряжение на нем (и на резисторе R 2) уменьшается. Когда напряжение GB 1 уменьшается до 10,7 В, триггер опять переключается, транзистор VT 7 открывается. Срабатывает реле К1 и переключает аккумулятор на за­рядку. Через несколько циклов заряда - разряда при очередном срабаты­вании счетчика DD 2 на его выводе 5 появляется "1", соответственно, на выходе DD 1.3 - "0". Транзистор VT 8 закрывается, реле К2 отпускает, и лампа HL 1 отключается от аккуму­лятора. На этом тренировка аккуму­лятора заканчивается. Дальше оба реле выключены, а аккумулятор разряжается небольшим током, равным общему току потребления микросхем DDI , DD 2, DA 1 (всего около 4 мА).

Количество циклов тренировки аккумулятора можно изменять, под­ключая входы (выводы 8 и 9) эле­мента DD 1.3 к разным выходам мик­росхемы DD 2. Зарядный и разряд­ный ток аккумулятора регулируется подбором ламп HL 1 и HL 2 (HL 1 дол­жна быть рассчитана на напряже­ние 12 В, a HL 2 - на 220 В). При помощи резисторов R 2 и R 3 можно в широких пределах регулировать пороги напряжения на аккумулято­ре, при которых происходят пере­ключения триггера. При этом R 3 ре­гулирует ширину гистерезиса харак­теристики триггера, a R 2 одновре­менно и пропорционально изменя­ет оба пороговых напряжения сра­батывания.

Описанный способ тренировки ак­кумулятора, когда он полностью раз­ряжается (до напряжения 10,7 В), а затем полностью заряжается (до 15 В), является "классическим". В специальной литературе рекоменду­ются и другие способы тренировки, например, такой режим. Аккумулятор полностью заряжают до напряжения 15 В и отключают от зарядного уст­ройства. При снижении напряжения на нем до 12,8 В аккумулятор опять подключают к зарядному устройству и доводят его напряжение до 15 В. Процесс повторяют несколько раз. Предлагаемый прибор позволяет реализовать и этот режим. Для этого лампа HL 1 из схемы исключается, а HL 2 подбирается такой мощности, чтобы зарядный ток аккумулятора был около 0,05 от его номинальной емкости. В перерывах между заряда­ми аккумулятор будет разряжаться током примерно 4 мА.

Конденсатор С1 подавляет пуль­сации напряжения на входе тригге­ра, что повышает четкость его ра­боты. Диод VD 1 ограничивает на­пряжение на С1 в пределах 0...5 В (в принципе, VD 1 можно исклю­чить). Напряжения, при которых срабатывает триггер, достаточно стабильны, т.к. микросхема DD 1 пи­тается стабилизированным напря­жением.

Замена деталей должна произ­водиться в соответствии с их элект­рическими характеристиками. Мик­росхемы серии К561 желательно за­менить на микросхемы серии 564, т.к. последние имеют более широкий температурный диапазон. В каче­стве К1 и К2 использованы реле включения фар (90.3747-01) от ав­томобиля "УАЗ". Мощность транс­форматора Т1 должна быть не ме­нее 150 Вт (для зарядки током 6 А 12-вольтового аккумулятора). Для того, чтобы лампа HL 2 эффективно ограничивала и стабилизировала зарядный ток, на ней должна выде­ляться достаточная мощность, по­этому напряжение холостого хода трансформатора должно быть в пре­делах 19....30 В. Пампу HL 2 можно заменить конденсатором большой емкости, но практически это неудоб­но, т.к. трудно подобрать нужный конденсатор, и не будет стабилизи­роваться ток зарядки.

Для удобства пользования в схему можно добавить переключатель, из­меняющий количество циклов заряда-разряда. Он должен поочередно подключать входы DD 1.3 к выходам DD 2. Для повышения экономичнос­ти прибора в отключенном состоянии можно установить тумблеры, отклю­чающие светодиоды (VD 6....VD 9).

Например, если подключить входы DD 1.3 к выводу 7 DD 2, то светодиод VD 7 нужно отключить, иначе ток по­требления увеличится с 4 до 15 мА. Для уменьшения потребляемого тока можно также увеличить сопротивле­ние R 7 до 3 кОм, но при этом умень­шится яркость свечения светодиодов. Исходное (нулевое) положение стрелки амперметра РА1 должно быть в середине шкалы, а диапазон измерения тока - 1.0...10 А.

Устройство размещено в двух ме­таллических корпусах. В одном нахо­дится узел питания (VD 10 ...VD 13, Т1, FU 1), в другом - все остальные элементы (кроме лампы HL 1). Со­единение элементов, а также под­ключение лампы HL 1 и аккумулято­ра осуществляется при помощи стан­дартных вилок и розеток (220-воль- товых), закрепленных на корпусах.

Налаживание правильно со­бранного устройства заключается, в основном, в установке пороговых напряжений срабатывания тригге­ра. Для этого прибор отключается от сети, отсоединяется лампа HL 1, а вместо аккумулятора к прибору подключается регулируемый ис­точник постоянного напряжения. Изменяя сопротивления R 2 и R 3, устанавливаются нужные напряже­ния срабатывания (моменты сра­батывания определяются по щел­чкам реле К1).

Литература

1. К.Казьмин. Автоматическое за­рядное устройство. В помощь радио­любителю. Вып. 87. - M .: ДОСААФ, 1978.

2. В.Сосницкий. Зарядное устрой­ство-автомат. В помощь радиолюби­телю. Вып. 92. - M .: ДОСААФ, 1986.

3. А.Коробков. Прибор для автома­тической тренировки аккумуляторов. В помощь радиолюбителю. Вып. 96. - M .: ДОСААФ.1987.

4. А.Коробков. Приставка-автомат к зарядному устройству. В помощь радиолюбителю. Вып. 100. - M .: ДОСААФ, 1988.

5. Н.Дробница. Автоматическое за­рядное устройство. В помощь радио­любителю. Вып. 77. - M .: ДОСААФ, 1982.

Раздел: [Зарядные устройства (для авто)]
Сохрани статью в:

Автоматическое зарядное устройство предназначено для зарядки и десульфатации 12-ти вольтовых АКБ ёмкостью от 5 до 100 Ач и оценки уровня их заряда. Зарядное имеет защиту от переполюсовки и от короткого замыкания клемм. В нём применено микроконтроллерное управление, благодаря чему осуществляются безопасные и оптимальные алгоритмы зарядки: IUoU или IUIoU, с последующей дозарядкой до полного уровня зарядки. Параметры зарядки можно подстроить под конкретный аккумулятор вручную или выбрать уже заложенные в управляющей программе.

Основные режимы работы устройства для заложенных в программу предустановок.

>>
Режим зарядки - меню «Заряд». Для аккумуляторов емкостью от 7Ач до 12Ач по умолчанию задан алгоритм IUoU. Это значит:

- первый этап - зарядка стабильным током 0.1С до достижения напряжения14.6В

- второй этап -зарядка стабильным напряжением 14.6В, пока ток не упадет до 0,02С

- третий этап - поддержание стабильного напряжения 13.8В, пока ток не упадет до 0.01С. Здесь С - ёмкость батареи в Ач.

- четвёртый этап - дозарядка. На этом этапе отслеживается напряжение на АКБ. Если оно падает ниже 12.7В, включается заряд с самого начала.

Для стартерных АКБ применяем алгоритм IUIoU. Вместо третьего этапа включается стабилизация тока на уровне 0.02C до достижения напряжения на АКБ 16В или по прошествии времени около 2-х часов. По окончанию этого этапа зарядка прекращается и начинается дозарядка.

>> Режим десульфатации - меню «Тренировка». Здесь осуществляется тренировочный цикл: 10 секунд - разряд током 0,01С, 5 секунд - заряд током 0.1С. Зарядно-разрядный цикл продолжается, пока напряжение на АКБ не поднимется до 14.6В. Далее - обычный заряд.

>>
Режим теста батареи позволяет оценить степень разряда АКБ. Батарея нагружается током 0,01С на 15 секунд, затем включается режим измерения напряжения на АКБ.

>> Контрольно-тренировочный цикл. Если предварительно подключить дополнительную нагрузку и включить режим «Заряд» или «Тренировка», то в этом случае, сначала будет выполнена разрядка АКБ до напряжения 10.8В, а затем включится соответствующий выбранный режим. При этом измеряются ток и время разряда, таким образом, подсчитывается примерная емкость АКБ. Эти параметры отображаются на дисплее после окончания зарядки (когда появится надпись «Батарея заряжена») при нажатии на кнопку «выбор». В качестве дополнительной нагрузки можно применить автомобильную лампу накаливания. Ее мощность выбирается, исходя из требуемого тока разряда. Обычно его задают равным 0.1С - 0.05С (ток 10-ти или 20-ти часового разряда).

Схема зарядного автомата для 12В АКБ

Принципиальная схема автоматического автомобильного ЗУ

Рисунок платы автоматического автомобильного ЗУ

Основа схемы - микроконтроллер AtMega16. Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево », «вправо », «выбор ». Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню. Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти.

Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор », выбрать «установки », «параметры профиля », профиль П1 или П2. Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор ». Стрелки «влево » или «вправо » сменятся на стрелки «вверх » или «вниз », что означает готовность параметра к изменению. Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор ». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM. Более подробно о настройке читайте на форуме.

Управление основными процессами возложено на микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа , в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4, C9, R7, C11. Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера - встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10 R11.

Зарядный и разрядный ток измеряются следующим образом. Падение напряжения с измерительного резистора R8 через делители R5 R6 R10 R11 подается на усилительный каскад, который находится внутри МК и подключен к выводам PA2, PA3. Коэффициент его усиления устанавливается программно, в зависимости от измеряемого тока. Для токов меньше 1А коэффициент усиления (КУ) задается равным 200, для токов выше 1А КУ=10. Вся информация выводится на ЖКИ, подключенный к портам РВ1-РВ7 по четырёхпроводной шине.

Защита от переполюсовки выполнена на транзисторе Т1, сигнализация неправильного подключения - на элементах VD1, EP1, R13. При включении зарядного устройства в сеть транзистор Т1 закрыт низким уровнем с порта РС5, и АКБ отключена от зарядного устройства. Подключается она только при выборе в меню типа АКБ и режима работы ЗУ. Этим обеспечивается также отсутствие искрения при подключении батареи. При попытке подключить аккумулятор в неправильной полярности сработает зуммер ЕР1 и красный светодиод VD1, сигнализируя о возможной аварии.

В процессе заряда постоянно контролируется зарядный ток. Если он станет равным нулю (сняли клеммы с АКБ), устройство автоматически переходит в главное меню, останавливая заряд и отключая батарею. Транзистор Т2 и резистор R12 образуют разрядную цепь, которая участвует в зарядно-разрядном цикле десульфатирующего заряда и в режиме теста АКБ. Ток разряда 0.01С задается с помощью ШИМ с порта PD5. Кулер автоматически выключается, когда ток заряда падает ниже 1,8А. Управляет кулером порт PD4 и транзистор VT1.

Резистор R8 – керамический или проволочный, мощностью не менее 10 Вт, R12 - тоже 10Вт. Остальные - 0.125Вт. Резисторы R5, R6, R10 и R11 нужно применять с допустимым отклонением не хуже 0.5%. От этого будет зависеть точность измерений. Транзисторы T1 и Т1 желательно применять такие, как указаны на схеме. Но если придется подбирать замену, то необходимо учитывать, что они должны открываться напряжением на затворе 5В и, конечно же, должны выдерживать ток не ниже 10А. Подойдут, например, транзисторы с маркировкой 40N03GР , которые иногда используются в тех же БП формата АТХ, в цепи стабилизации 3.3В.

Диод Шоттки D2 можно взять из того же БП, из цепи +5В, которая у нас не используется. Элементы D2,Т1 иТ2 через изолирующие прокладки размещаются на одном радиаторе площадью 40 квадратных сантиметров. Звукоизлучатель - со встроенным генератором, на напряжение 8-12 В, громкость звучания можно подрегулировать резистором R13.

ЖКИ – WH1602 или аналогичный, на контроллере HD44780 , KS0066 или совместимых с ними. К сожалению, эти индикаторы могут иметь разное расположение выводов, так что, возможно, придется разрабатывать печатную плату под свой экземпляр

Налаживание заключается в проверке и калибровке измерительной части. Подключаем к клеммам аккумулятор, либо блок питания напряжением 12-15В и вольтметр. Заходим в меню «Калибровка». Сверяем показания напряжения на индикаторе с показаниями вольтметра, при необходимости, корректируем кнопками «<» и «>». Нажимаем «Выбор».

Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками «<» и «>» нужно выставить нулевые показания тока. Нагрузка (аккумулятор) при этом автоматически отключается, так что ток заряда отсутствует. В идеальном случае там должны быть нули или очень близкие к нулю значения. Если это так, это говорит о точности резисторов R5, R6, R10, R11, R8 и хорошем качестве дифференциального усилителя. Нажимаем «Выбор». Аналогично - калибровка для КУ=200. «Выбор». На дисплее отобразится «Готово» и через 3 секунды устройство перейдет в главное меню. Поправочные коэффициенты хранятся в энергонезависимой памяти. Здесь стоит отметить, что если при самой первой калибровке значение напряжения на ЖКИ сильно отличается от показаний вольтметра, а токи при каком - либо КУ сильно отличаются от нуля, нужно подобрать другие резисторы делителя R5, R6, R10, R11, R8, иначе в работе устройства возможны сбои. При точных резисторах поправочные коэффициенты равны нулю или минимальны. На этом наладка заканчивается. И в заключение. Если же напряжение или ток зарядного устройства на каком-то этапе не возрастает до положенного уровня или устройство «выскакивает» в меню, нужно ещё раз внимательно проверить правильность доработки блока питания. Возможно, срабатывает защита.

Переделка БП АТХ под зарядное устройство

Схема электрическая доработки стандартного ATX

В схеме управления лучше использовать прецизионные резисторы, как указано в описании. При использовании подстроечников параметры не стабильные. проверено на собственном опыте. При тестировании данного ЗУ проводил полный цикл разрядки и зарядки АКБ (разряд до 10,8В и заряд в режиме тренировки, потребовалось около суток). Нагревание ATX БП компьютера не более 60 градусов, а модуля МК еще меньще.

Проблем в настройке не было, запустилось сразу, только нужна подстройка под максимально точные показания. После демострации работы другу-автолюбителю этого зарядного автомата, сразу заявка поступила на изготовление еще одного экземпляра. Автор схемы - Slon , сборка и тестирование - sterc .

Обсудить статью АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЬНОЕ

Введение

В настоящее время наряду с литий-ионными аккумуляторами все еще широко используются никель-кадмиевые. Данные аккумуляторы дешевле литий-ионных и сохраняют свою работоспособность в любых погодных условиях, в то время как литий-ионные аккумуляторы некоторых производителей теряют свою работоспособность при отрицательной температуре.

Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются на электрокарах (как тяговые), трамваях и троллейбусах (для питания цепей управления), речных и морских судах. Широко применяются в авиации в качестве бортовых аккумуляторных батарей самолетов и вертолетов. Используются как источники питания для автономных шуруповёртов, винтовёртов и дрелей.

Минусом никель-кадмиевых аккумуляторов является так называемый «эффект памяти», который возникает при заряде аккумулятора без предварительного его полного разряда. Вследствие этого со временем понижается максимальная емкость аккумулятора, и время его работы сокращается.

В данном дипломном проекте будет разработано устройство для автоматизированной тренировки аккумуляторных батарей. Тренировка аккумулятора необходима для поддержания батареи в работоспособном состоянии и правильного отображения реального заряда аккумулятора. Заключается этот процесс в проведении цикла разряд - заряд.

Аккумулятор подключается через резистор к земле и полностью разряжается. Затем аккумулятор подключается к цепи питания и заряжается до тех пор, пока на нем не установится значение напряжения, не меняющееся в течение длительного времени за один цикл заряда. Если максимальное значение напряжения недостаточно высоко, проводится повторение цикла разряд - заряд.

Устройство, разрабатываемое в рамках данного дипломного проекта, может применяться сервисными службами, занимающимися обслуживанием аккумуляторов, строительными компаниями, располагающими большим количеством автономных шуруповертов и дрелей, больницами, в которых используются приборы для фиксирования жизненных показателей больного, постоянно носимые пациентом.

Обзор аналогов и их анализ

Современные производители электроники выпускают подобные устройства, но они, как правило, построены исключительно на аналоговых элементах и не обладают той гибкостью, какой обладает устройство, построенное на микроконтроллере.

а) Любительская схема аналогового устройства ручной тренировки аккумулятора .

Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Любительская схема аналогового устройства ручной тренировки аккумулятора

Принцип работы данного устройства - ручное переключение аккумулятора в режим разряда и заряда.

Достоинством этой схемы является несомненная простота и дешевизна. Недостатком - ручное управление и отсутствие защиты от переразряда аккумулятора. Пользователь должен сам отслеживать значение напряжения на аккумуляторе и вовремя переключать его с разряда на заряд. Такое устройство имеет смысл изготавливать для тренировки одного-двух аккумуляторов, так как процесс тренировки занимает весьма длительное время и требует постоянного контроля.

б) Устройство автоматической тренировки аккумулятора .

Схема этого устройства представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Электрическая принципиальная схема устройства автоматической тренировки аккумулятора

Это устройство позволяет тренировать аккумуляторы только в автоматическом режиме.

Пользователь вручную задает минимальное напряжение заряда и напряжение разряда аккумулятора. Для этого к гнёздам XS1 подключают вольтметр и переменным резистором R10 устанавливают минимальное значение напряжения разряда. Затем вольтметр подключают к гнёздам XS2 и переменным резистором R8 устанавливают минимальное значение напряжения заряда.

К достоинствам этой схемы можно отнести некоторую гибкость в сравнении с предыдущей схемой, к недостаткам - отсутствие какого-либо дисплея, отображающего текущее значение напряжения на аккумуляторе, и необходимость наличия у пользователя отдельного вольтметра для программирования устройства.

в) Turnigy Fatboy 8 1300W Workststion Charger

Особняком от любительских схем стоит этот прибор, изготавливаемый сингапурской компанией LEO Energy Pte Ltd., Revolectrix. Разработчик не публикует схему внутреннего устройства прибора и не объясняет принцип его работы.

Внешний вид данного прибора изображен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Внешний вид Turnigy Fatboy 8 1300W Workststion Charger

Данный прибор способен заряжать и разряжать множество типов аккумуляторов: никель-кадмиевые, литий-ионные, литий-полимерные, литий-марганцевые, свинцовые с напряжением 6, 12 и 24В. Также в нем есть функция произведения нескольких циклов заряда - разряда аккумулятора, которая, однако, служит лишь подобием тренировки аккумулятора: устройство производит лишь столько циклов, сколько назначит пользователь, оно не отслеживает, восстановил ли аккумулятор свою ёмкость или нет.

Достоинства этого прибора таковы: широкий спектр видов аккумуляторов, удобство использования, возможность назначить несколько циклов разряда - заряда и наличие гарантийного обслуживания.

Но помимо достоинств данный прибор обладает также и рядом недостатков, среди которых такие как:

Невысокая надежность. Несмотря на то, что производитель заверяет покупателей в обратном, в отзывах пользователи жалуются на выход прибора из строя после непродолжительного использования;

Отсутствие полностью автоматического режима тренировки аккумулятора. Как уже было сказано выше, пользователь лишь может назначить число циклов заряда - разряда, нет функции «производить циклы разряда - заряда до восстановления ёмкости аккумулятора»;

Высокое энергопотребление;

Достаточно высокая цена прибора, составляющая $199,95 без учета цены платы с балансировочными разъемами, приобретающейся отдельно, и доставки из-за рубежа, стоимость которой тоже немаленькая из-за веса прибора около двух килограмм.

Использовать такое устройство только для тренировки никель-

кадмиевых аккумуляторов экономически нецелесообразно.

Ниже представлена сводная таблица разрабатываемого устройства и рассмотренных аналогов, в которой отображены преимущества и недостатки всех рассмотренных устройств.

Таблица 1 - Сводная таблица разрабатываемого устройства и рассмотренных аналогов

Устройство	Вариант исполнения	Наличие автоматического режима	Наличие ручного режима	Сложность изготовления	Стоимость
	Только аналоговые элементы			Очень просто
Устройство автоматической тренировки аккумулятора
Turnigy Fatboy 8 1300W Workststion Charger	Разработчик не предоставил информацию	Нет, только возможность задания нескольких циклов		Поставляется изготовленным	Очень высокая
Разрабатываемое устройство	Аналоговые и цифровые элементы

Описываемый прибор предназначен для обслуживания кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12 В и емкостью от 40 до 100 А*ч. Основное <заболевание> таких батарей — сульфатация, вызывающая повышение внутреннего сопротивления и снижение емкости батареи. Один из наиболее известных методов борьбы с сульфатацией заключается в периодической (1 — 2 раза в год) разрядке батареи малым током (не более 0,05 ее емкости) и последующей зарядке ее таким же током.

Менее известен способ десульфатации, предусматривающий зарядку аккумуляторной батареи циклами: 6… 8 ч зарядки током 0,04…0,06 от значения емкости с перерывом не менее 8 ч. В течение перерыва электродные потенциалы на поверхности и в глубине активной массы пластин аккумуляторов выравниваются, более плотный электролит из пор пластин диффундирует в межэлектродное пространство, при этом напряжение аккумулятора понижается, а плотность электролита увеличивается.

Рис. 1. Схема прибора для автоматической тренировки аккумуляторов

В предлагаемом приборе использован псевдо-комбинированный способ, при котором,производится разрядка до напряжения на каждом аккумуляторе 1,7…1,8 В, а затем последующая зарядка циклами. Критерием, используемым при управлении процессом зарядки, является напряжение на аккумуляторной батарее, функционально связанное со степенью заряженности ее. Зарядка в каждом цикле заканчивается при достижении на клеммах батареи напряжения 14,8… 15 В, а возобновляется при снижении его до 12,8…13 В. О таком способе зарядки рассказано в статье.

Прибор для автоматической тренировки аккумуляторов (ПАТА) проводит разрядку батареи до напряжения 10,5…10,8 В, автоматически переключается на режим зарядки и осуществляет ее циклами, как указано выше. Прибор работает в трех режимах. В первом режиме (<Щ>) возможны два варианта: либо зарядка циклами, либо разрядка до напряжения 10,5…10,8 В, а затем зарядка циклами. В следующем режиме () происходит многократный переход от зарядки к разрядке при достижении на клеммах аккумуляторной батареи напряжения 14,8…15 В и от разрядки к зарядке при напряжении на клеммах 10,5…10,8 В. Третий режим (<НЗ>) соответствует работе обычного зарядного устройства без автоматики.

Разряжается батарея током 2…1,7 А, а заряжается током 2 или 5 А (в первом случае он изменяется от 2 до 1,5 А, во втором — от 5,8 до 4,5 А).

Прибор питается от сети переменного тока напряжением 220 В и потребляет не более 25 Вт при отсутствии зарядки и не более 180 Вт при максимальном зарядном токе.

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 1. Понижающий трансформатор Т1 обеспечивает на вторичной обмотке переменное напряжение около 19 В. С помощью диодов VD1 — VD4 получается пульсирующее напряжение амплитудой около 27 В, а после диода VD5 на конденсаторе С1 образуется постоянное напряжение около 26 В, необходимое для питания узла автоматики. Пульсирующее напряжение подается на анод тринистора VS1. Если на управляющий электрод тринистора подать соответствующее напряжение, тринистор откроется и пропустит ток для зарядки аккумуляторной батареи через лампы HL2 — HL6 и выключатель SA3. Ток зарядки ограничивается лампами накаливания HL6 (в режиме <2А>) или HL4 — HL6 (в режиме <5А>). Разряжается батарея через транзистор VT13 и резисторы R25, R26.

Управляются тринистор и транзистор VT13 узлом автоматики. Он содержит источник образцового напряжения (резистор R15, диоды VD9, VD10), пороговый выключатель разрядки (транзисторы VT7, VT8, резисторы R17 — R20), усилитель сигнала разрядного тока (транзисторы VT10 — VT12), пороговый переключатель зарядки (транзисторы VT3 — VT6 с соответствующими резисторами, включая R13, R16), усилитель.сигнала за-рядного тока (транзисторы VT1, VT2) и элементы запрета сигнала зарядки (диод VD7, транзистор VT9). Рассмотрим работу этих каскадов.

Пороговый переключатель разрядки подключен к выходным зажимам прибора ХТЗ, ХТ4, предназначенным для подключения аккумуляторной батареи. Имеющееся на них напряжение является одновременно и питающим и контролируемым напряжением выключателя.

Радиолюбителям известен аналог тринистора, состоящий из двух транзисторов разной структуры. Аналог способен по внешнему сигналу переходить в открытое состояние и сохранять его, пока хотя бы один из транзисторов находится в насыщении. Выключение наступает при снижении тока до порогового значения, когда оба транзистора выходят из насыщения. Пороговый выключатель выполнен с аналогичными связями, но не непосредственными, а через резисторы, причем эмиттер одного из транзисторов подключен к образцовому напряжению, а база — к делителю напряжения. Благодаря этому пороговый выключатель обладает температурной стабильностью напряжения порога выключения. Настраивают выключатель на пороговое напряжение (10,5… 10,8 В) подстроечным резистором R19.

Усилитель сигнала разрядного тока состоит из цепочки транзисторов с чередующейся структурой. Транзисторы работают в ключевом режиме. Работа одного из них (VT11) поставлена в зависимость от наличия напряжения 26 В. Это сделано для прекращения разрядки батареи в случае аварийного выключения сетевого напряжения.

Пороговый переключатель зарядки состоит из транзисторного усилителя (VT6), триггера Шмитта (VT3, VT4) и ключевого транзистора (VT5). Последний пред-назначен для устранения влияния нижнего порога переключения (резистор R13) на верхний (резистор R16).

Усилитель зарядного тока, как и разрядного,-состоит из цепочки транзисторов разной структуры, работающих в ключевом режиме. При этом коллекторный ток транзистора VT1 может протекать через базовую цепь транзистора VT2, когда закрыт транзистор VT9 (т. е. нет разрядки). Диод VD7 повышает надежность закрывания транзистора VT2 при открывании транзистора VT9 (когда идет разрядка батареи и ток через управляющий электрод тринистора не должен протекать).

Диод VD8 защищает управляющий электрод тринистора от обратного тока, который мог бы быть при выключении сети и подключенной аккумуляторной батарее.

Цепочка С2, R29, VD11 нужна для случая зарядки глубоко разряженной или сульфатированной батареи, когда на ее клеммах может возникнуть пульсирующее напряжение. Благодаря диоду VD11 на конденсаторе С2 оказывается сглаженное напряжение. Без этой цепочки выбросы напряжения могли бы раньше времени вывести пороговый выключатель из режима зарядки.

Конденсатор СЗ играет роль своеобразного аккумулятора и используется для контроля исправности при-бора. В положении <Контроль>, выключателя SA3 он мо-жет наряжаться только через диод VD12 и резистор R34, а разряжаться через узел автоматики. Поскольку в режимах <1Ц> и процессы зарядки и разрядки происходят с периодом повторения около 1 с, на вольтметре PU1 наблюдаются колебания стрелки, отражающие напряжения порогов переключения и управляемость всех цепей зарядки и порогового выключателя.

Зажимы ХТ1 и ХТ2 с напряжением 12,6 В предназначены для подключения вулканизатора, лампы подсветки, малогабаритного паяльника и другой нагрузки мощностью до 100 Вт.

Рассмотрим более подробно работу прибора в раз-личных режимах при установке выключателя SA3 в положение <Контроль> (аккумуляторная батарея не подключена) .

В режиме <1Ц> после подачи на блок сетевого напряжения на конденсаторе СЗ напряжение не повышается, потому что отсутствует ток базы транзистора VT1. Чтобы обеспечить начальные условия работы, переключателем SA1 кратковременно устанавливают режим <НЗ> и возвращают в положение <1Ц>. После этого пороговый переключатель начинает работать, запрещая зарядку при повышении напряжения на конденсаторе выше установленного максимума (14,8…15 В) и разрешая, если оно стало ниже установленного минимума (12Д..13В).

При переводе переключателя SA1 в режим <МЦ> на коллектор транзистора VT8 подается через диод VD6 напряжение, и пороговый выключатель срабатывает, разрешая разрядку. При.этом открытый транзистор VT9 запрещает зарядку, и конденсатор СЗ разряжается че-рез узел автоматики до напряжения 10,5…10,8 В.

После опрокидывания порогового выключателя транзистор VT9 закрывается, коллекторный ток транзистора VT1 протекает через диод VD7 и базовую цепь транзистора VT2. Этот транзистор, а вслед за ним и тринистор открываются. Через конденсатор СЗ протекает за-рядный ток, и напряжение на конденсаторе повышается до 14,8…15 В.

Во время указанного контроля остаются непроверенными элементы разрядки, поскольку такие дефекты, как обрыв в цепях транзисторов VT11 — VT13, никак не отразятся на показаниях вольтметра PU1. Для контроля работы этих элементов выключатель SA3 устанавливают в положение <Работа> — тогда в режиме конденсатор СЗ будет разряжаться в основном через транзистор VT13. В результате начнет мигать лампа HL7 <Разрядка>, свидетельствуя об исправности цепей разрядки.

Аналогично работает прибор с подключенной аккумуляторной батареей. В режиме <1Ц> сразу начинается зарядка циклами (имеется в виду, что напряжение батареи не превышает порогового напряжения 12,8…13 В). Горит лампа HL2 при зарядном токе 2 А или HL3 при токе 5 А. Нажатием кнопочного выключателя SB1 <Разрядка> на запускающий вход порогового выключателя подается напряжение, в результате чего он срабатывает. Разрядка индицируется лампой HL7.

В режиме при подключении аккумуляторной батареи работа может начаться как с зарядки, так и с разрядки — в зависимости от того, в каком режиме в момент включения находился пороговый выключатель. При желании установить какой-то конкретный режим, переключатель SA1 сначала устанавливают в положение <1Ц>, а после этого — в положение <МЦ>.

В режиме не автоматической зарядки (<НЗ>) контакты переключателя блокируют пороговый выключатель, и тринистор управляется непосредственно от источника постоянного тока.

Какие детали использованы в приборе:

Постоянные резисторы R25, R26 - остеклованные проволочные типа ПЭВ-10, остальные - МЛТ указанной на схеме мощно­сти, подстроечные резисторы R13, R16, R19 - типа ППЗ или другие. Кроме указанных на схеме, транзисторы VT1, VT6, VT7, VT10 могут быть П307, П307В П309-VT2 - ГТ403А, ГТ403В - ГТ403Ю; VT3, VT4, VT8 VT9, VT11 - МП20, МП20А, МП20Б, МП2.1, МП21А - МП21Е; VT5, VT12 - КТ603А, КТ608А, КТ608Б; VT13 - любой из серий П214 - П217. Диоды VD1 - VD4 могут быть, кроме указанных на схеме, Д242, Д243 Д243А Д245, Д245А, Д246, Д246А, Д247; VD5 - КД202Б - КД202С; VD6, VD7 - Д223А, Д223Б, Д219А, Д220- VD8, VD11, УШ2 - Д226В - Д226Д, Д206-Д211; вместо стабилитронов Д808 подойдут Д809 - Д813, Д814А - Д814Д. Тринистор может быть КУ202А - КУ202Н.

Конденсаторы С1, СЗ - К50-6; С2 - К50-15. Лампы HL1-HL3, Н17-СШ8, HL4-HL6 — автомобильные на напряжение 12 В и мощность 50 + 40 Вт (использует­ся нить на 50 Вт). Выключатель Q1 - тумблер ТВ (ТП), выключатели.SA2, SA3 - тумблеры ВБТ, кнопочный выключатель SB1 - КМ-1, переключатель SA1 - типа ПКГ (ЗПЗН). Трансформатор 77 - готовый, ТН-61-220/127-50 (номинальная мощность 190 Вт). Вольтметр постоянного тока - типа М4200 со шкалой на 30 В.

Конструкция прибора показана на рис. 2 и 3. Осно­вой его является основание размерами 240×225 мм из дюралюминия толщиной 3 мм. К основанию прикрепле­ны лицевая панель, монтажная плата с деталями узла автоматики, конденсаторы С1, СЗ, трансформатор пи­тания, задняя и боковая монтажные платы.

На лицевой панели расположены органы управления и индикации, а также зажимы ХТ1, ХТ2. На задней монтажной плате, изготовленной из стеклотекстолита толщиной 3 мм (размеры платы 105×215 мм), смонти­рованы диоды VD1 - VD4 (на ребристых радиаторах), диод VD5, тринистор (на ребристом радиаторе), тран­зистор VT13 (на П-образном радиаторе), резисторы R25, R26, лампы HL4HL6. На боковой монтажной плате, установленной рядом с трансформатором, смон­тированы резисторы Rll, R29, R32 - R34, диоды VD8, VD11, VD12, конденсатор С2, подстроечные резисторы. -

Для подключения аккумуляторной батареи через отверстие в лицевой панели выведен шланг с двумя тол­стыми, проводами и маркированными (знаками « + » и « - ») зажимами на концах. Сверху блок прикрыт ко­жухом, изготовленным из листового алюминия.

Чертеж платы узла автоматики приведен на рис. 4. К основанию ее крепят с помощью двух Г-образных уголков-кронштейнов.

Для налаживания прибора понадобятся регулируе­мый источник постоянного тока с максимальным напря­жением 15 В и током нагрузки не менее 0,2 А, контроль­ный вольтметр или сигнальная лампа на напряжение 27 В.

Рис. 4. Печатная плата (а) узла автоматики и расположение деталей на ней (б)

Перед налаживанием движки подстроечных резисто­ров устанавливают в положение максимального сопро­тивления, контрольный вольтметр или сигнальную лампу подключают между выводом 2 платы узла автоматики и общим проводом (зажим ХТ4), а источник питания подключают (с соблюдением полярности) к выходным зажимам прибора. Переключатель SA1 устанавливают в положение «1Ц», выключатель SA3 - в положение «Контроль». Выходное напряжение источника постоян­ного тока должно быть 14,8…15 В.

После включения прибора в сеть на контрольном вольтметре должно быть напряжение около 26 В. Плав­но перемещая движок подстроечного резистора R16, добиваются, чтобы контрольное напряжение упало скач­ком, до нуля.

Устанавливают на источнике напряжение 12,8…13 В и плавно перемещают движок резистора R13 до появ­ления на контрольном вольтметре скачком напряжения 26 В. Нажимают кнопку SB1 - контролируемое напря­жение вновь должно упасть до нуля. Установив на источнике напряжение 10,5…10,8 В, перемещают движок резистора R19 до появления на контрольном вольтметре напряжения 26 В.

После этого следует проверить и при необходимости подобрать точнее уровни срабатывания автомата при изменении напряжения источника питания.

Установка.верхнего порога 15 В не вызывает выки­пания электролита после полной зарядки батареи, по­тому что батарея в этом случае включается автоматом на зарядку на 8…10 мин и отключается примерно на 2 ч. Наблюдения показали, что при работе в таком режиме даже в течение нескольких месяцев уровень электролита в банках аккумуляторов не понижается.
Литература

• В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 100/ С80 Сост. Б. С. Иванов. -М.: ДОСААФ\А.Коробков

Содержание:

Основные методы восстановления и тренировки аккумуляторных батарей

Восстановление аккумуляторов методом длительного заряда малыми токами

Этот метод успешно используется при небольшой и не застарелой сульфатации аккумуляторных пластин. АКБ подключают на зарядку током нормальной величины (10 % от общей ёмкости АКБ). Зарядка производится до момента начала образования газов. После чего делается перерыв на 20 минут. На втором этапе проводят заряд АКБ, уменьшая значение тока до 1 % от ёмкости. Затем делают перерыв на 20 мин. Циклы заряда повторяет несколько раз

Восстановление аккумуляторов методом глубоких разрядов малыми токами

Для восстановления аккумулятора с признаками застарелой сульфатации используется метод заряда АКБ с перезарядом токами обычной величины и последующим длительным глубоким разрядом с малыми значениями тока. Путём осуществления нескольких циклов сильного разряда токами малых величин и обычного заряда аккумулятор может быть успешно восстановлен.

Восстановление аккумуляторов методом заряда циклическими токами

Проводится АКБ, измеряется внутреннее сопротивление батареи. В случае превышения фактического сопротивления над установленным заводским значением батарею подвергают заряду малым током, после этого делают перерыв 5 минут и начинают разряд аккумулятора. Вновь делают перерыв и повторяют циклы «заряд - перерыв - разряд - перерыв» многократно.

Восстановление аккумуляторов импульсными токами

Суть метода состоит в подаче для заряда АКБ тока импульсной формы. Амплитуда значения тока в импульсах выше обычных значений в 5 раз. Максимальные значения амплитуды кратковременно могут достигать 50 Ампер. Длительность импульса при этом мала - несколько микросекунд. При таком режиме заряда происходит расплавление кристаллов сульфата свинца и восстановление батареи

Восстановление аккумуляторов методом постоянного напряжения

Суть метода состоит в заряде АКБ током постоянного напряжения, при этом сила тока меняется (обычно уменьшается). При этом на первом этапе процесса заряда сила тока составлять 150 % от ёмкости АКБ и с течением времени постепенно снижаться до малых значений

- профессиональный прибор для восстановления и тренировки аккумуляторов

SKAT-UTTV - это современный автоматический прибор для проведения тестирования, тренировки, восстановления, заряда и реанимации свинцово-кислотных аккумуляторных батарей различного типа (герметичных и открытого типа). Прибор даёт возможность определить, как долго может прослужить в дальнейшем АКБ, провести его заряд, восстановление аккумулятор с пониженной ёмкостью. Прибор имеет удобный пользовательский интерфейс, все режимы работы и параметры заряда и разряда выводятся на цифровой дисплей

Возможности прибора по восстановлению и тренировке аккумуляторов

• Прибор осуществляет определение остаточной ёмкости батареи способом контрольного разряда, обычный заряд батареи, ускоренный заряд батареи, восстановление аккумуляторов, имеющих сульфатирование пластин, тренировку батарей с помощью чередования циклов заряда и разряда, принудительный заряд сильно разряженной батареи.
• Прибор имеет эффективную защиту от короткого замыкания в цепи, электронную защиту от ошибочного подключения к клеммам батареи, надёжную защиту от процесса перегревания элементов прибора, понятную световую индикацию режимов работы устройства, вывод параметров батареи и режимов работы прибора.

Методы восстановления и тренировки аккумуляторов устройства SKAT-UTTV

Прибор использует следующие методы заряда, тренировки и восстановления аккумуляторов:

• заряд постоянным током значения 10 % от емкости АКБ до достижения порога по напряжению;
• заряд постоянным током значения 5 % от емкости АКБ до достижения порога по напряжению;
• заряд постоянным напряжением с автоматическим выбор значения тока;
• заряд постоянным током значения 20 % от емкости АКБ до достижения порога по напряжению;
• заряд постоянным напряжением до достижения порога по значению емкости батареи;
• заряд асимметричным током с чередованием импульсов оптимального заряда, подбираемых автоматически до достижения порога по значению напряжения батареи разряд постоянным током малого значения от 5 % от ёмкости АКБ до достижения минимального порога по напряжению.

В процессе выполнения заряда, тренировки и восстановления аккумулятора прибор выбирает автоматически программы использования всех методов на различных циклах.
Есть возможность программировать пользовательские программы заряда, тренировки и восстановления аккумуляторов путём установки следующих параметров режимов работы: выбор метода, количество циклов работы, значения электрических параметров, значения пределов срабатывания.

Прибор предназначен для профессионального восстановления аккумуляторов различных типов, в том числе автомобильных аккумуляторов и АКБ для источников бесперебойного питания. Использование устройства даёт возможность существенно увеличить сроки использования аккумуляторов в различных устройствах.