Самодельное зарядное автомобильное устройство. Самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора: схемы, инструкции. Провода для подключения

Неуклонная тенденция развития портативной электроники практически ежедневно заставляет рядового пользователя сталкиваться с зарядкой аккумуляторов своих мобильных устройств. Будь вы владельцем мобильного телефона, планшета, ноутбука или даже автомобиля, так или иначе вам неоднократно придётся столкнуться с зарядкой аккумуляторов этих устройств. На сегодняшний день рынок выбора зарядных устройств настолько обширен и велик, что в этом многообразии довольно тяжело сделать грамотный и правильный выбор зарядного устройства, подходящего к типу используемого аккумулятора. К тому же, сегодня существуют более 20-и типов аккумуляторов с различным химическим составом и основой. Каждый из них имеет свою специфику работы заряда и разряда. В силу экономической выгоды современное производство в этой сфере сейчас сконцентрировано преимущественно на выпуске свинцово-кислотных (гелевых) (Pb), никель – металл - гидридных (NiMH), никель – кадмиевых (NiCd) аккумуляторов и аккумуляторов на основе лития – литий-ионных (Li-ion) и литий-полимерных (Li-polymer). Последние из указанных, кстати, активно используются в питании портативных мобильных устройств. Главным образом литиевые аккумуляторы заслужили популярность за счёт применения относительно недорогих химических компонентов, большого количества циклов перезаряда (до 1000), высокой удельной энергии, низкой степени саморазряда, а так же способности удерживать ёмкость при отрицательных значениях температуры.

Электрическая схема зарядного устройства литиевых аккумуляторов, применяемых в мобильных гаджетах сводится к обеспечению их в процессе заряда постоянным напряжением, превышающим на 10 – 15 % номинальное. К примеру, если для питания мобильного телефона используется литий-ионная батарея на 3,7 В., то для её заряда необходим стабилизированный источник питания достаточной мощности для поддержания напряжения заряда не выше 4,2В – 5В. Именно поэтому большинство портативных зарядных устройств, идущих в комплекте с устройством, выпускают на номинальное напряжение 5В, обусловленное максимальным напряжением питания процессора и заряда батареи с учётом встроенного стабилизатора.

Конечно, не стоит забывать и о контроллере заряда, который берёт на себя основной алгоритм заряда батареи, а так же опрос её состояния. Современные литиевые аккумуляторы, выпускаемые для мобильных устройств с малыми токами потребления, уже идут со встроенным контроллером. Контроллер выполняет функцию ограничения тока заряда в зависимости от текущей ёмкости аккумулятора, отключает подачу напряжения устройству в случае критического разряда батареи, защищает батарею в случае короткого замыкания нагрузки (литиевые батареи очень чувствительны к большому току нагрузки и имеют свойство сильно нагреваться и даже взрываться). С целью унификации и взаимозаменяемости литий-ионных аккумуляторов ещё в 1997 году компании Duracell и Intel разработали управляющую шину опроса состояния контроллера, его работы и заряда с названием SMBus. Под эту шину были написаны драйвера и протоколы. Современные контроллеры и сейчас используют основы алгоритма заряда, прописанные этим протоколом. В плане технической реализации существует множество микросхем, способных реализовать контроль заряда литиевых аккумуляторов. Среди них выделяется серия MCP738xx, MAX1555 от MAXIM, STBC08 или STC4054 с уже встроенным защитным n-канальным MOSFET транзистором, резистором определения тока заряда и диапазоном напряжения питания контроллера от 4,25 до 6,5 Вольт. При этом у последних микросхем от STMicroelectronics значение напряжения заряда аккумулятора 4,2 В. имеет разброс всего +/- 1%, а зарядный ток может достигать 800 мА, что позволит реализовать зарядку аккумуляторов ёмкостью до 5000 мА/ч.

Рассматривая алгоритм заряда литий-ионных аккумуляторов стоит сказать, что это один из немногих типов, предусматривающих паспортную возможность зарядки током до 1С (100% ёмкости аккумулятора). Таким образом, аккумулятор ёмкостью в 3000 ма/ч может заряжаться током до 3А. Однако, частая зарядка большим «ударным» током хоть и существенно сократит её время, но в то же время довольно быстро снизит ёмкость аккумулятора и приведёт его в негодность. Из опыта проектирования электрических схем зарядных устройств скажем, что оптимальным значением зарядки литий-инного (полимерного) аккумулятора является значение 0,4С – 0,5С от его ёмкости.

Значение тока в 1С допускается лишь в момент начального заряда батареи, когда ёмкость аккумулятора достигает приблизительно 70% своей максимальной величины. Примером может стать работа зарядки смартфона или планшета, когда первоначальное восстановление ёмкости происходит за короткое время, а оставшиеся проценты набираются медленно.

На практике довольно часто случается эффект глубокого разряда литиевого аккумулятора, когда его напряжение опускается ниже 5% его ёмкости. В этом случае контроллер не в состоянии обеспечить достаточный пусковой ток для набора начальной ёмкости заряда. (Именно поэтому не рекомендуется разряжать такие аккумуляторы ниже 10%). Для решения таких ситуаций необходимо аккуратно разобрать аккумулятор и отключить встроенный контроллер заряда. Далее необходимо к выводам аккумулятора подсоединить внешний источник заряда, способный выдать ток не менее 0,4С ёмкости аккумулятора и напряжение не выше 4,3В (для аккумуляторов на 3,7В.). Электрическая схема зарядного устройства для начальной стадии зарядки таких аккумуляторов может примениться из примера ниже.

Данная схема состоит из стабилизатора тока в 1А. (задаётся резистором R5) на параметрическом стабилизаторе LM317D2T и импульсном регуляторе напряжения LM2576S-adj. Напряжение стабилизации, определяется обратной связью на 4-ю ногу стабилизатора напряжения, то есть соотношением сопротивлений R6 и R7, которыми на холостом ходу выставляется максимальное напряжение зарядки аккумулятора. Трансформатор должен на вторичной обмотке выдавать 4,2 – 5,2 В переменного напряжения. Тогда после стабилизации мы получим 4,2 – 5В постоянного напряжения, достаточного для заряда вышеупомянутого аккумулятора.

Никель – металл - гидридные аккумуляторы (NiMH) чаще всего можно встретить в исполнении корпусов стандартных батареек – это формфактор ААА (R03), АА (R6), D, С, 6F22 9В. Электрическая схема зарядного устройства для NiMH и NiCd аккумуляторов должна в себя включать нижеперечисленные функциональные возможности, связанные со спецификой алгоритма заряда этого типа аккумуляторов.

У различных аккумуляторов (даже с одинаковыми параметрами) со временем меняются химические и емкостные характеристики. В итоге возникает необходимость организовывать алгоритм заряда каждого экземпляра индивидуально, поскольку в процессе зарядки (особенно большими токами, что допускают никелевые аккумуляторы) избыточный перезаряд влияет на быстрый перегрев аккумулятора. Температура в процессе заряда выше 50 градусов из-за химически необратимых процессов распада никеля полностью погубит аккумулятор. Таким образом, электрическая схема зарядного устройства должна иметь функцию контроля температуры аккумулятора. Для увеличения срока службы и количества циклов перезаряда никелевого аккумулятора желательно каждую его банку разрядить до напряжения не ниже 0,9В. током порядка 0,3С от его ёмкости. К примеру, аккумулятор с 2500 – 2700 мА/ч. разрядить на активную нагрузку током в 1А. Так же зарядное устройство должно поддерживать зарядку с «тренировкой», когда в течении нескольких часов происходит циклический разряд до 0,9В с последующим зарядом током 0,3 – 0,4С. Исходя из практики таким образом можно оживить до 30% убитых никелевых аккумуляторов, причём никель-кадмиевые аккумуляторы «реанимации» поддаются гораздо охотнее. По времени заряда электрические схемы зарядных устройств могут делиться на «ускоренные» (ток заряда до 0,7С с временем полного заряда 2 – 2,5ч.), «средней длительности» (0,3 – 0,4С – заряд за 5 – 6ч.) и «классические» (ток 0,1С – время заряда 12 – 15ч.). Конструируя зарядное устройство для NiMH или NiCd аккумулятора, так же можно воспользоваться общепринятой формулой расчёта времени заряда в часах:

T = (E/I) ∙ 1.5

где Е – ёмкость аккумулятора, мА/ч.,
I – ток заряда, мА,
1,5 – коэффициент для компенсации КПД во момент зарядки.
К примеру, время заряда аккумулятора ёмкостью 1200 мА/ч. током 120 мА (0,1С) будет:
(1200/120)*1,5 = 15 часов.

Из опыта эксплуатации зарядных устройств для никелевых аккумуляторов стоит отметить, что чем ниже зарядный ток, тем больше циклов перезаряда перенесёт элемент. Паспортные циклы, как правило, производитель указывает при зарядке аккумулятора током 0,1С с наиболее длительным временем заряда. Степень заряженности банок зарядное устройство может определять через измерение внутреннего сопротивления за счёт разницы падения напряжения в момент заряда и разряда определённым током (метод ∆U).

Итак, учитывая всё вышеизложенное, одним из наиболее простых решений для самостоятельной сборки электрической схемы зарядного устройства и в то же время обладающей высокой эффективностью является схема Виталия Спорыша, описание которой без труда можно найти в сети.

Основными преимуществами данной схемы является возможность зарядки как одного, так и двух последовательно соединённых аккумуляторов, термоконтроль заряда цифровым термометром DS18B20, контроль и измерение тока в процессе заряда и разряда, автоотключение по завершению зарядки, возможность зарядки аккумулятора в «ускоренном» режиме. Кроме того, с помощью специально написанного программного обеспечения и дополнительной платы на микросхеме - преобразователе TTL уровней MAX232 возможен вариант контроля зарядки на ПК и дальнейшей её визуализации в виде графика. К недостаткам стоит отнести необходимость наличия независимого двухуровневого питания.

Аккумуляторы на основе свинца (Pb) довольно часто можно встретить в устройствах с большим потреблением тока: автомобилях, электромобилях, бесперебойниках, в качестве источников питания различного электроинструмента. Нет смысла перечислять их достоинства и недостатки, которые можно разыскать на многих сайтах на просторах сети. В процессе реализации электрической схемы зарядного устройства для таких аккумуляторов следует различать два режима зарядки: буферный и циклический.

Буферный режим зарядки предусматривает одновременное подключение к аккумулятору и зарядного устройства, и нагрузки. Такое подключение можно наблюдать в блоках бесперебойного питания, автомобилях, ветряных и солнечных энергосистемах. При этом, во время подзаряда устройство является ограничителем тока, а когда аккумулятор набирает свою ёмкость – переходит в режим ограничения напряжения для компенсации саморазряда. В этом режиме аккумулятор выступает в роли суперконденсатора. Циклический режим предусматривает отключение зарядного устройства по завершению зарядки и его повторное подключение в случае разряда батареи.

Схемных решений по зарядке данных аккумуляторов в Интернете достаточно много, поэтому рассмотрим некоторые из них. Для начинающего радиолюбителя для реализации простого зарядного устройства «на коленках» отлично подойдёт электрическая схема зарядного устройства на микросхеме L200C от STMicroelectronics. Микросхема представляет собой АНАЛОГОВЫЙ регулятор тока с возможностью стабилизации напряжения. Из всех преимуществ, которые имеет эта микросхема – это простота схемотехники. Пожалуй, на этом все плюсы и заканчиваются. Согласно даташиту на эту микросхему, максимальный ток заряда может достигать 2А, что теоретически позволит зарядить аккумулятор ёмкостью до 20 А/ч напряжением
(регулируемым) от 8 до 18В. Однако, как оказалось на практике, минусов у этой микросхемы гораздо больше, чем плюсов. Уже при зарядке 12 амперного cвинцово-гелевого SLA аккумулятора током 1,2А микросхема требует радиатор площадью не менее 600 кв. мм. Хорошо подходит радиатор с вентилятором от старого процессора. Согласно документации к микросхеме, к ней можно прикладывать напряжение до 40В. На самом деле, если подать по входу напряжение более 33В. – микросхема сгорает. Данное зарядное требует довольно мощный источник питания, способный выдать ток не менее 2А. Согласно приведённой схеме вторичная обмотка трансформатора должна выдавать не более 15 – 17В. переменного напряжения. Значение выходного напряжения, при котором зарядное устройство определяет, что аккумулятор набрал свою ёмкость, определяется значением Uref на 4-й ножке микросхемы и задаётся резистивным делителем R7 и R1. Сопротивления R2 – R6 создают обратную связь, определяя граничное значение зарядного тока аккумулятора.
Резистор R2 в то же время определяет его минимальное значение. При реализации устройства не стоит пренебрегать значением мощности сопротивлений обратной связи и лучше применять такие номиналы, какие указаны в схеме. Для реализации переключения зарядного тока лучшим вариантом станет применение релейного переключателя, к которому подключаются сопротивления R3 – R6. От использования низкоомного реостата лучше отказаться. Данное зарядное устройство способно заряжать аккумуляторы на свинцовой основе ёмкостью до 15 А/ч. при условии хорошего охлаждения микросхемы.

Существенно уменьшить габариты зарядки свинцовых аккумуляторов небольшой ёмкости (до 20 А/ч.) поможет электрическая схема зарядного устройства на импульсном 3А. стабилизаторе тока с регулировкой напряжения LM2576-ADJ.

Для зарядки свинцово-кислотных или гелевых аккумуляторных батарей ёмкостью до 80А/ч. (к примеру, автомобильных). Отлично подойдёт импульсная электрическая схема зарядного устройства универсального типа представленная ниже.

Схема была успешно реализована автором этой статьи в корпусе от компьютерного блока питания ATX. В основе её элементной базы лежат радиоэлементы, большей частью взятые из разобранного компьютерного блока питания. Зарядное устройство работает как стабилизатор тока до 8А. с регулируемым напряжением отсечки заряда. Переменное сопротивление R5 устанавливает значение максимального тока заряда, а резистор R31 устанавливает его граничное напряжение. В качестве датчика тока используется шунт на R33. Реле K1 необходимо для защиты устройства от изменения полярности подключения к клеммам аккумулятора. Импульсные трансформаторы T1 и Т21 в готовом виде были так же взяты из компьютерного блока питания. Работает электрическая схема зарядного устройства следующим образом:

1. включаем зарядное устройство с отключённой батареей (клеммы зарядки откинуты)

2. выставляем переменным сопротивлением R31(на фото верхнее) напряжение заряда. Для свинцового 12В. аккумулятора оно не должно превышать 13,8 – 14,0 В.

3. При правильном подключении зарядных клемм слышим, как щёлкает реле, и на нижнем индикаторе видим значение тока заряда, которое выставляем нижним переменным сопротивлением (R5 по схеме).

4. Алгоритм заряда спроектирован таким образом, что устройство заряжает аккумулятор постоянным заданным током. По мере накопления ёмкости значение зарядного тока стремится к минимальному значению, а «дозаряд» происходит за счёт выставленного ранее напряжения.

Полностью посаженый свинцовый аккумулятор не включит реле, как и собственно саму зарядку. Поэтому важно предусмотреть принудительную кнопку подачи мгновенного напряжения от внутреннего источника питания зарядного устройства на управляющую обмотку реле К1. При этом следует помнить, что в момент нажатой кнопки защита от переполюсовки будет отключена, поэтому нужно перед принудительным пуском обратить особое внимание на правильность подключения клемм зарядного устройства к аккумулятору. Как вариант, возможен запуск зарядки от заряженного аккумулятора, а уж потом перебрасываем клеммы зарядки на требуемый посаженный аккумулятор. Разработчика схемы можно найти под ником Falconist на различных радиоэлектронных форумах.

Для реализации индикатора напряжения и тока была применена схема на pic-контроллере PIC16F690 и «супердоступных деталях», прошивку и описание работы которой можно найти в сети.

Данная электрическая схема зарядного устройства, конечно же, не претендует на звание «эталонной», но она в полной мере способна заменить дорогостоящие зарядные устройства промышленного производства, а по функциональности может даже значительно превзойти многие из них. В окончании стоит сказать, что последняя схема универсального зарядного устройства рассчитана главным образом на человека, подготовленного в радиоконструировании. Если же вы только начинаете, то лучше в мощном зарядном устройстве применить гораздо более простые схемы на обычном мощном трансформаторе, тиристоре и системе его управления на нескольких транзисторах. Пример электрической схемы такого зарядного устройства приведён на фото ниже.

Смотрите также схемы.

Необходимость зарядки АКБ возникает у многих автолюбителей. Одни для этих целей используют фирменные зарядные устройства, другие пользуются самодельными ЗУ, изготовленными в домашних условиях. Как сделать и как правильно зарядить батарею таким девайсом? Об этом мы расскажем ниже.

[ Скрыть ]

Конструкция и принцип работы ЗУ

Простое зарядное устройство для представляет собой девайс, использующийся для восстановления заряда батареи. Суть функционирования любого ЗУ заключается в том, что этот прибор позволяет преобразовать напряжение из бытовой сети 220 вольт в напряжение, необходимое для . На сегодняшний день существует множество видов ЗУ, но в основе любого девайса лежит два основных компонента — это трансформаторное устройство, а также выпрямитель (автор видео о том, как выбрать прибор для зарядки, — канал Аккумуляторщик).

Сам процесс состоит из нескольких этапов:

при подзарядке батареи параметр зарядного тока понижается, а уровень сопротивления увеличивается;
в тот момент, когда параметр напряжения подходит к 12 вольтам, уровень зарядного тока доходит до нуля — в этот момент АКБ зарядится полностью, а ЗУ можно будет отключить.

Инструкция по изготовлению простого ЗУ своими руками

Если вы хотите сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора на 12 или на 6 вольт, то мы можем вам в этом помочь. Разумеется, если вы никогда ранее не сталкивались с такой необходимостью, но хотите получить функциональный прибор, то лучше осуществить покупку автоматического . Ведь самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора не будет обладать такими функциями, как фирменный девайс.

Инструменты и материалы

Итак, чтобы сделать зарядное устройство для аккумулятора своими руками, вам потребуются такие элементы:

паяльник с расходными материалами;
текстолитовая плита;
провод с вилкой для подключения к бытовой сети;
радиатор от компьютера.

В зависимости от , дополнительно могут использоваться амперметр и прочие компоненты, которые позволяют правильно заряжать и осуществлять контроль заряда. Разумеется, чтобы изготовить автомобильное зарядное устройство, нужно также подготовить трансформаторный узел и выпрямитель для зарядки аккумулятора. Кстати, сам корпус можно взять из старого амперметра. Корпус амперметра имеет несколько отверстий, к которым можно подключить нужные элементы. Если амперметра у вас нет, то можно найти что-то похожее.

Фотогалерея «Готовимся к сборке»

Этапы

Чтобы соорудить зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, сделайте следующее:

Итак, сначала нужно поработать с трансформатором. Мы покажем пример изготовления самодельного ЗУ с трансформаторным устройством ТС-180-2 — такой девайс можно снять со старого лампового ТВ. Такие устройства оснащаются двумя обмотками — первичными и вторичными, причем на выходе каждого вторичного компонента ток составляет 4.7 ампера, а напряжение — 6.4 вольта. Соответственно, самодельное ЗУ будет выдавать 12.8 вольт, но для этого обмотки необходимо подключить последовательным способом.
Чтобы подключить обмотки, вам понадобится кабель, сечение которого будет составлять на меньше 2.5 мм2.
Используя перемычку, нужно соединить как вторичные, так и первичные компоненты.
Затем вам понадобится диодный мост, для его обустройства возьмите четыре диодных элемента, каждый из которых должен быть рассчитан на работу в условиях тока не меньше 10 ампер.
Диоды фиксируются на текстолитовой плите, после чего их нужно будет правильно подключить.
К выходным диодным компонентам подключаются кабеля, при помощи которых самодельное ЗУ будет соединяться с батареей. Для замера уровня напряжения можно дополнительно использовать электромагнитную головку, но если этот параметр вас не интересует, от можно произвести монтаж амперметра, рассчитанного на постоянный ток. Выполнив эти действия, зарядное устройство своими руками будет готово (автор видео об изготовлении простейшего по своей конструкции прибора — канал Паяльник TV).

Как заряжать АКБ самодельным зарядным устройством?

Теперь вы знаете, как сделать зарядное устройство для своего авто в домашних условиях. Но как его правильно использовать, чтобы это не повлияло на ресурс эксплуатации заряженной батареи?

При подключении всегда нужно соблюдать полярность, чтобы не перепутать клеммы. Если вы допустите ошибку и перепутаете клеммы, от просто «убьете» АКБ. Так что всегда плюсовой провод от ЗУ подключается к плюсу батареи, а отрицательный — к минусу.
Никогда не пытайтесь проверить батарею на искру — несмотря на то, что в интернете есть множество рекомендаций касательно этого, замыкать провода ни в коем случае нельзя. Это негативно повлияет на работу ЗУ и самого АКБ в дальнейшем.
Когда прибор подключается к батарее, он должен быть отключен от сети. То же самое касается и его отключения.
При изготовлении и сборке ЗУ, да и во время его использования, всегда будьте аккуратны. Чтобы не травмироваться, всегда соблюдайте технику безопасности, в частности, работая с электрическими компонентами. В том случае, если во время изготовления будут допущены ошибки, это может стать причиной не только травмирования человека, но и выхода из строя АКБ в целом.
Никогда не оставляйте работающее ЗУ без присмотра — нужно понимать, что это самодельный прибор и в его работе может произойти все, что угодно. При подзарядке прибор с батареей должны находиться в проветриваемом помещении, как можно дальше от взрывоопасных материалов.

Видео «Пример сборки самодельного ЗУ своими руками»

На видео ниже представлен пример сборки самодельного ЗУ для автомобильной батареи по более сложной схеме с основными рекомендациями и советами (автор ролика — канал AKA KASYAN).

Канал “автомобильные аккумуляторы” представил простую и надежную схему зу для автомобильного акб. Не сложно повторить своими руками, собирается из доступных деталей. Эту схему разработал Сергей Власов.

Купить готовое устройство или радиодетали и модули можно в этом китайском магазине .

Все радиокомпоненты можно взять от старых телевизоров, радиоприемников. Можно заказать и купить, обойдется в 2-3 доллара. Возможно, на рынке дешевле, но надежность нередко вызывает сомнения. Бывали случаи, когда у пользователей портились автомобильные аккумуляторы.

Описание схемы

Схема состоит из 14 резисторов, 5 транзисторов, 2 стабилитронов, диода, потенциометра (часто в телевизорах встречается потенциометр на 10 килоом), подстроечного сопротивления. Нам понадобится тиристор Q 202 и тумблер. Для индикации тока амперметр, для напряжения – вольтметр.

Схема зу работает в двух режимах. Ручной и автоматический. Когда включаем ручной режим, выставляем ток 3 ампера заряда. Он постоянно душит 3 амперами, неважно какое время. Когда переключаем на автоматический заряд, выставляем тоже три ампера. Когда заряд аккумулятора доходит до установленного вами параметра, например 14,7 вольта, стабилитрон закрывается и прекращает заряд аккумулятора.

Понадобится 3 транзистора КТ 315. Два КТ 361. На двух КТ 315 собран триггер. На КТ 361 собран ключевой транзистор. Два транзистора работают как тиристоры. Дальше стоит конденсатор. На 0,47 микрофарада. Любой диод.
Проблема была найти три сопротивления. Два по 15 Ом, один на 9 Ом.
По ссылкам:

остается распечатать и собрать себе такое же автомобильное зу.

Размеры печатной платы. 3,6x36x77 мм.

Чем хорошо это зарядное устройство?

Автоматический режим. Когда автор видеоролика заряжает свой аккумулятор в автомобиле, выставляет на минимум, установив 2 ампера. Можно спокойно ложиться отдыхать. Ничего не кипит, акб полностью заряжается. Ставит нагрузку на акб еще лампочку на несколько Ватт. Для чего это небольшая нагрузка? Это хорошо помогает от сульфатации пластин, которая губит аккумуляторы. Схема настроена на порог отключения 14,7 вольта. Когда батарея набрала емкость до этого параметра, ЗУ отключается. Тем временем лампочка садит аккумулятор, он немного разряжается. Когда он доходит до 14 12 вольт, схема снова включается и акб снова переходит в режим зарядки. Этим способом мы предотвращаем сульфатацию.

Видео, на котором показано зу для акб авто.

Для того чтобы автомобиль завёлся, ему необходима энергия. Такая энергия берётся из аккумулятора. Как правило, его подзарядка происходит от генератора во время работы двигателя. Когда автомобиль долго не используется или батарея неисправна, она разряжается до такого состояния, что машина уже не может завестись . В этом случае требуется внешняя зарядка. Такое устройство можно купить или собрать самостоятельно, но для этого понадобится схема зарядного устройства.

Принцип работы автомобильного аккумулятора

Автомобильный аккумулятор подаёт питание на различные приборы в автомобиле при выключенном двигателе и предназначен для его запуска. По виду типу исполнения применяется свинцово-кислотная батарея. Конструктивно она собирается из шести элементов питания с номинальным значением напряжения 2,2 вольта, соединённых между собой последовательно. Каждый элемент представляет собой набор решетчатых пластин из свинца. Пластины покрываются активным материалом и погружаются в электролит.

Раствор электролита включает в свой состав дистиллированную воду и серную кислоту . От плотности электролита зависит морозостойкость батареи. В последнее время появились технологии, позволяющие адсорбировать электролит в стеклянном волокне или сгущать его с использованием силикагеля до гелеобразного состояния.

Каждая пластина имеет отрицательный и положительный полюс, а изолируются они между собой использованием пластмассового сепаратора. Корпус изделия выполняется из пропилена, не разрушающегося под действием кислоты и служащий диэлектриком. Положительный полюс электрода покрывается диоксидом свинца, а отрицательный губчатым свинцом. В последнее время стали выпускаться аккумуляторные батареи с электродами из свинцово-кальциевого сплава. Такие аккумуляторы полностью герметичные и не требуют обслуживания.

При подключении к аккумулятору нагрузки активный материал на пластинах вступает в химическую реакцию с раствором электролита, и возникает электрический ток. Электролит со временем истощается из-за осаждения сульфата свинца на пластинках. Аккумуляторная батарея (АКБ) начинает терять заряд. В процессе зарядки химическая реакция происходит в обратном порядке, сульфат свинца и вода преобразуются, повышается плотность электролита и восстанавливается величина заряда.

Аккумуляторы характеризуются значением саморазряда. Он возникает в АКБ при его бездействии. Основной причиной служит загрязнения поверхности батареи и плохого качества дистиллятора. Скорость саморазряда ускоряется при разрушении свинцовых пластин.

Виды зарядных устройств

Разработано большое количество схем автомобильных зарядных устройств, использующих разные элементные базы и принципиальный подход. По принципу действия приборы заряда разделяются на две группы:

Пуско-зарядные, предназначенные для запуска двигателя при нерабочем аккумуляторе. Кратковременно подавая на клеммы аккумулятора ток большой величины, происходит включение стартера и запуск двигателя, а в дальнейшем заряд батареи происходит от генератора автомобиля. Они выпускаются только на определённое значение тока или с возможностью выставления его величины.
Предпусковые зарядные, к клеммам аккумуляторной батареи подключаются выводы с устройства и подаётся ток длительное время. Его значение не превышает десяти ампер, в течение этого времени происходит восстановление энергии батареи. В свою очередь, они разделяются: на постепенные (время зарядки от 14 до 24 часов), ускоренные (до трёх часов) и кондиционирующие (около часа).

По своей схемотехники выделяются импульсные и трансформаторные устройства. Первого вида используют в работе высокочастотный преобразователь сигнала, характеризуются малыми размерами и весом. Второго вида в качестве основы используют трансформатор с выпрямительным блоком, просты в изготовлении, но обладают большим весом и низким коэффициентом полезного действия (КПД).

Выполнено зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов своими руками или приобретено в торговой точке, требования, предъявляемые к нему одинаковы, а именно:

стабильность выходного напряжения;
высокое значение КПД;
защита от короткого замыкания;
индикатор контроля заряда.

Одной из главных характеристик прибора заряда является величина тока, которым заряжается батарея. Правильно зарядить аккумулятор и продлить его рабочие характеристики получится только при подборе нужного его значения. При этом важна и скорость заряда. Чем больше ток, тем выше и скорость, но высокое значение скорости приводит к быстрой деградации аккумулятора. Считается, что правильным значением тока будет величина равная десяти процентам от ёмкости батарейки. Ёмкость определяется как величина тока, отдаваемая АКБ за единицу времени, измеряется она в ампер-часах.

Самодельный зарядный прибор

Приспособление для заряда должно быть у каждого автолюбителя, поэтому если нет возможности или желания приобрести готовый прибор, ничего не останется, как сделать зарядку для аккумулятора самостоятельно. Несложно изготовить своими руками как простейшее, так и многофункциональное устройство. Для этого понадобится схема и набор радиоэлементов. Существует также возможность переделать источник бесперебойного питания (ИБП) или компьютерный блок (АТ) в прибор для подзарядки АКБ.

Трансформаторное зарядное устройство

Такое устройство самое простое в сборке и не содержит дефицитных деталей. Схема состоит из трёх узлов:

трансформатор;
выпрямительный блок;
регулятор.

Напряжение из промышленной сети поступает на первичную обмотку трансформатора. Сам трансформатор может использоваться любого вида. Состоит он из двух частей: сердечника и обмоток. Сердечник собирается из стали или феррита, обмотки - из проводникового материала.

Принцип работы трансформатора основан на появлении переменного магнитного поля при прохождении тока по первичной обмотке и передачи его на вторичную. Для получения на выходе требуемого уровня напряжения количество витков во вторичной обмотке делается меньше, по сравнению с первичной. Уровень напряжения на вторичной обмотке трансформатора выбирается равным 19 вольт, а его мощность должна обеспечивать троекратный запас по току заряда.

С трансформатора пониженное напряжение проходит через выпрямительный мост и поступает на реостат, подключённый последовательно к аккумулятору. Реостат предназначен для регулирования величины напряжения и тока, путём изменения сопротивления. Сопротивление реостата не превышает 10 Ом. Величина тока контролируется включённым последовательно перед аккумулятором амперметром. Такой схемой не получится заряжать АКБ с ёмкостью более 50 Ач, так как реостат начинает перегреваться.

Упростить схему можно, убрав реостат, а на входе перед трансформатором установить набор конденсаторов, использующихся как реактивные сопротивления для уменьшения напряжение сети. Чем меньше номинальное значение ёмкости, тем меньше напряжение поступает на первичную обмотку в сети.

Особенность такой схемы в необходимости обеспечения уровня сигнала на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем рабочее напряжение нагрузки. Такую схему можно использовать и без трансформатора, но это очень опасно. Без гальванической развязки можно получить поражение электрическим током.

Импульсное устройство подзаряда

Достоинство импульсных устройств в высоком КПД и компактных размерах. В основе прибора лежит микросхема с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Собрать мощное импульсное зарядное устройство своими руками можно по следующей схеме.

В качестве ШИМ контроллера используется драйвер IR2153. После выпрямительных диодов параллельно АКБ ставится полярный конденсатор С1 с ёмкостью в пределах 47−470 мкФ и напряжением не менее 350 вольт. Конденсатор убирает всплески сетевого напряжения и шумы линии. Диодный мост используется с номинальным током более четырёх ампер и с обратным напряжением не менее 400 вольт. Драйвер управляет мощными N-канальными полевыми транзисторами IRFI840GLC, установленными на радиаторах. Ток такой зарядки будет равен до 50 ампер, а выходная мощность до 600 Ватт.

Изготовить импульсное зарядное устройство для автомобиля своими руками можно, используя переделанный компьютерный источник питания формата АТ. В качестве ШИМ контроллера в них используется распространённая микросхема TL494. Сама переделка заключается в увеличении выходного сигнала до 14 вольт. Для этого понадобится правильно установить подстроечный резистор.

Резистор, который соединяется первую ногу TL494 со стабилизированной шиной + 5 В, удаляется, а вместо второго, связанного с 12 вольтовой шиной, впаивается переменный резистор с номиналом 68 кОм. Этим резистором и устанавливается требуемый уровень выходного напряжения. Включение блока питания осуществляется через механический выключатель, согласно указанной на корпусе блока питания схеме.

Устройство на микросхеме LM317

Довольно простая, но стабильно работающая схема зарядки легко выполняется на интегральной микросхеме LM317. Микросхема обеспечивает установку уровня сигнала 13,6 вольт при максимальной силе тока 3 ампера. Стабилизатор LM317 снабжён встроенной защитой от короткого замыкания.

Напряжение на схему прибора подаётся через клеммы от независимого блока питания постоянного напряжения 13−20 вольт. Ток, проходя через индикаторный светодиод HL1 и транзистор VT1, поступает на стабилизатор LM317. С его выхода непосредственно на АКБ через X3, X4. Делителем, собранным на R3 и R4, устанавливается необходимое значение напряжения для открывания VT1. Переменным резистором R4 задаётся ограничение тока подзарядки, а R5 уровень выходного сигнала. Выходное напряжение устанавливается от 13,6 до 14 вольт.

Схему можно максимально упростить, но её надёжность уменьшится.

В ней резистором R2 подбирают ток. В качестве резистора используется мощный проволочный элемент из нихрома. Когда АКБ разряжен, ток заряда максимальный, светодиод VD2 горит ярко, по мере заряда ток начинает спадать и светодиод тускнеет.

Зарядное из источника бесперебойного питания

Сконструировать зарядник можно из обычного бесперебойника даже с неисправностью узла электроники. Для этого удаляется из блока вся электроника, кроме трансформатора. К высоковольтной обмотке трансформатора на 220 В добавляется схема выпрямителя, стабилизации тока и ограничения напряжения.

Выпрямитель собирается на любых мощных диодах, например, отечественных Д-242 и сетевом конденсаторе 2200 мкФ на 35−50 вольт. На выходе получится сигнал с напряжением 18−19 вольт. В качестве стабилизатора напряжения используется микросхема LT1083 или LM317 с обязательной установкой на радиатор.

Подключив аккумуляторную батарею, выставляется напряжение, равное 14,2 вольта. Контролировать уровень сигнала удобно с помощью вольтметра и амперметра. Вольтметр подключается параллельно клеммам батареи, а амперметр последовательно. По мере заряда АКБ его сопротивление будет возрастать, а ток падать. Ещё проще выполнить регулятор с помощью симистора, подключённого к первичной обмотке трансформатора наподобие диммера.

При самостоятельном изготовлении устройства следует помнить про электробезопасность при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный прибор зарядки из исправных деталей начинает работать сразу, требуется лишь только выставить тока заряда.

Качественно работающий автомобильный аккумулятор трудно переоценить. Однако, со временем он становится менее емким и способен быстрее разряжаться. На этот процесс оказывают влияние и другие факторы, связанные с условиями эксплуатации. Чтобы не попадать в затруднительную ситуацию, стоит иметь дома или в гараже простое зарядное устройство своими руками.

В большинстве случаев принципиальная схема зарядного устройства самодельной конструкции будет относительно несложной. Собрать такой аппарат удастся из подручных недорогих компонентов. При этом электрический агрегат поможет быстро запустить легковушку. Предпочтительней обзавестись пуско-зарядной аппаратурой, но она требует немного больших мощностей от используемых элементов.

Применять электрическую подпитку для АКБ нужно в тех ситуациях, когда замер на клеммах электроприбора демонстрирует уровень ниже 11,2 В для большинства легковых авто. Хотя двигатель способен запускаться при таком уровне вольтажа, но внутри начинаются нежелательные химические процессы. Происходит сульфатация и разрушение пластин. Емкость заметно снижается.

Важно знать, что во время длительной зимовки или стоянки авто в течение нескольких недель уровень заряда падает, поэтому рекомендуется контролировать данное значение мультиметром, а при необходимости в ход пускать сделанное своими руками ЗУ для автомобильных аккумуляторов либо купленное в автомагазине.

Для подпитки АКБ чаще всего применяются устройства двух типов:

выдающее на «крокодилах» напряжение постоянного типа;
системы с импульсным типом работы.

При зарядке от устройства постоянного тока подбирается значение тока заряда арифметически соответствующее 1/10 от установленного производителем значения емкости. Когда имеется в наличии батарея на 60 А*ч, то ампераж отдачи должен быть на уровне 6 А. Стоит учитывать исследования, согласно которым умеренное снижение количества ампер на отдачи способствует уменьшению процессов сульфатации.

Если же пластины частично стали покрываться нежелательным сульфатным налетом, то опытные автомобилисты задействуют операции по десульфатации. Применяемая методика заключается в следующем:

аккумулятор разряжаем до появления на мультиметре 3-5 В после замера, используя для операции большие токи и малую длительность их воздействия, например, прокручивание стартером;
на следующей стадии медленно полностью заряжаем блок от одноамперного источника;
повторяются предыдущие операции на протяжении 7-10 циклов.

Подобный принцип работы задействован в заводских зарядных десульфатирующих устройствах импульсного типа. За один цикл на клеммы АКБ поступает в течение нескольких миллисекунд непродолжительный во времени импульс обратной полярности, сменяющийся прямой полярностью.

Необходимо контролировать состояние устройства и не допускать перезаряда батареи. При достижении значений 12,8-13,2 В на контактах стоит отключать систему от подпитки. В противном случае возникнет явление кипения, повышение концентрации и плотности залитого внутрь электролита и последующее разрушение пластин. Для предотвращения негативных явлений заводская принципиальная электрическая схема зарядного устройства наделена платами электронного контроля и автоматического отключения.

Какой бывает схема автомобильного зарядного устройства

В гаражных условиях можно воспользоваться несколькими типами зарядок для автомобиля. Они могут быть как максимально примитивными, состоящими из нескольких элементов, так и довольно громоздкими многофункциональными стационарными устройствами. Обычно автовладельцы идут по пути упрощения.

Простейшие схемы

Если в наличии нет заводского зарядного, а реанимировать АКБ необходимо без задержки, то подойдет наиболее простой вариант. В нем участвуют ограничительное сопротивление в виде нагрузки и источник питания, способный генерировать 12-25 В.

Собрать самодельное зарядное устройство получится даже «на коленках», если имеется в доме зарядка для ноутбука. Обычно они выдают около 19 В и 2 А. При сборке стоит учитывать полярность:

наружный контакт – минус;
внутренний контакт – плюс.

Важно! Обязательно должно быть установлено ограничительное сопротивление, в качестве которого нередко используют лампочку из салона.

Вывинчивать лампу из поворотник или даже «стопов» не стоит, так как они станут перегрузом для схемы. Цепь состоит из таких соединенных между собой элементов: отрицательная клемма блока ноутбука – лампа – отрицательная клемма заряжаемой батареи – положительная клемма заряжаемой батареи – плюс блока ноутбука. Достаточно полутора-двух часов для возвращения АКБ к жизни на столько, что от него можно будет запустить мотор.

При отсутствии ноутбуков или нетбуков рекомендуем отправиться заранее на радиорынок за мощным диодом, рассчитанным на обратное напряжение более 1000 В и ток выше 3 А. Небольшие габариты детали позволяют возить его с собой в бардачке или багажнике, чтобы не попасть в нежелательное положение.

Воспользоваться таким диодом можно в самодельной схеме. Предварительно откидываем и достаем аккумулятор. На следующем этапе монтируем цепочку из элементов: первый контакт бытовой розетки в квартире – отрицательный контакт на диоде – положительный контакт диода – лимитирующая нагрузка – отрицательная клемма аккумулятора – плюс аккумулятора – второй контакт бытовой розетки.

Лимитирующей нагрузкой в подобной сборке обычно служит мощная лампа накаливания. Их предпочтительней выбирать от 100 Вт. Получаемый ток можно определить из школьной формулы:

U * I = W , где

U – напряжение, В;
I – сила тока, А;
W – мощность, кВт.

Исходя из расчетов при нагрузке в 100-ваттной нагрузке и 220-вольтном напряжении выдача мощности ограничивается примерно половиной ампера. За ночь аккумулятор получит около 5 А, что обеспечит заводку движку. Утроить мощность и одновременно ускорить зарядку удастся с помощью добавления в цепь еще пары таких ламп. Не стоит переусердствовать и запускать к такой системе мощных потребителей типа электроплиты, так как можно вывести из строя диод и АКБ.

Важно знать, что собранная прямозарядная схема автомобильного зарядного устройства своими руками рекомендуется к применению в крайнем случае, если иного выхода нет.

Переделка компьютерного блока питания

Прежде чем приступать к экспериментам с электроприборами, нужно объективно оценить собственные силы по реализации задуманного варианта исполнения. После можно приступать к сборкам.

В первую очередь проводится подбор материальной базы. Нередко для такого дела используют старые компьютерные системники. Из них вынимают блок питания. Традиционно они снабжены выводами разного вольтажа. Кроме пятивольтовых контактов, имеются отводы на 12 В. Последние также наделены током в 2 А. Подобных параметров почти хватает для сборки схемы своими руками.

Рекомендуем поднять напряжение до уровня 15 В. Часто это осуществляется эмпирически. Для корректировки понадобится килоомное сопротивление. Такой резистор накидывают параллельно другим имеющимся резисторам в блоке возле восьминожной микросхемы во вторичной цепи БП.

Подобным методом меняют значение коэффициента передачи цепи обратной связи, что оказывает влияние на выходной вольтаж. Способ обеспечивает обычно поднятие до 13,5 В, чего хватает для простых задач с автомобильным аккумулятором.

На выходные контакты накидываются защипы-крокодилы. Дополнительных лимитирующих защит ставить не нужно, так как внутри имеется ограничивающая электроника.

Трансформаторная схема

Из-за своей доступности, надежности и простоты давно востребована у бывалых водителей. В ней используются трансформаторы со вторичной обмоткой, выдающей 12-18 В. Такие элементы встречаются в старых телевизорах, магнитофонах и прочей бытовой технике. Из более современных приборов можно посоветовать отработанные бесперебойники. Они доступны на вторичном рынке за небольшую плату.

В наиболее минималистичном варианте схемы присутствует такой набор:

диодный выпрямляющий мостик;
подобранный по параметрам трансформатор;
рассчитанная соответственно сети защитная нагрузка.

Так как по лимитирующей нагрузке течет большой ток, то от этого она перегревается. Чтобы сбалансировать ампераж, не допуская превышения тока зарядки, в цепь добавляют конденсатор. Его место – первичная цепь трансформатора.

В экстремальных ситуациях при грамотно просчитанном объеме конденсатора можно рискнуть и удалить трансформатор . Однако, подобная схема станет небезопасной в плане поражения электрическим током.

Оптимальными можно назвать цепи, в которых имеется регулировка параметров и лимитирование тока заряда. Представляем на странице один из примеров.

Получить диодный мостик удастся с минимальным усилием из вышедшего из строя автомобильного генератора. Достаточно выпаять его и перекоммутировать при необходимости.

Основы безопасности при сборке и эксплуатации схем

Во время работы по комплектации зарядного устройства для автомобильной АКБ стоит учитывать определенные факторы:

все должно быть смонтировано и установлено на пожаробезопасной площадке;
при работе с прямоточными примитивными зарядными устройствами нужно вооружиться средствами защиты от поражения током: резиновыми перчатками и ковриком;
в процессе зарядки АКБ первый раз самодельными аппаратами необходимо контролировать текущее состояние работающей системы;
контрольными точками являются сила тока с напряжением на выходе зарядки, допустимая степень нагрева батареи и зарядного устройства, недопущение закипания электролита;
если оставлять оборудование на ночь, то важно оснастить схему устройством защитного отключения.

Важно! Рядом должен всегда находиться порошковый огнетушитель, чтобы уберечь от возможного распространения огня.