Зарядное устройство для АКБ

 

 

Содержание:

 

Введение……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2

 

1. Зарядные устройства……………..…………………………………………………………………………………………………... 3

1.1. Правила эксплуатации АКБ…………………………………………..………………………………………………………….. 4

1.2. Методы дозарядки АКБ………………………..……………………………………………………………………………………… 5

1.3. Типы зарядных устройств…………………………………………………………………………………………………………. 6

1.4.      Выбор структурной  схемы ЗУ …………………………………………………………………………………………………7

2. Расчет элементов автомата для дозарядки……………………………………………………………………..8

2.1. Состав и работа автомата…………………………………………………………….………………………………………… 9

2.2. Расчет элементов автомата…………………………………………………………………………………………………. 11

2.3. Расчет выпрямителя и фильтра…………………………………………………………………………………………… 12

3.       Конструкция автомата для дозарядки АКБ……………………………………………………………………….15

3.1. Разработка печатной платы……………………………………………………………………………………………………. 16

3.2. Выбор трансформатора………………………………………………………………………………………………………………. 17

3.3. Настройка и подготовка к работе………………………………………………………………………………………. 19

 

Заключение…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 20

 

Список литературы………………………………………………………………………………………………………………………………………..... 21

 

Приложение А. Структурная схема автомата.

 

Приложение Б. Схема электрическая принципиальная.

 

Приложение В. Плата печатная

 

Приложение Г. Сборочный чертеж

1.   
   Зарядные устройства.

 

1. Правила эксплуатации АКБ.
1. Подготовка сухозаряженной АКБ к работе. Для приведения сухозаряженной АКБ в рабочее состоя ние следует удостовериться в целостности корпуса, крышек, полюсных выводов, герметизиру ющих элементов. Очистить батарею от пыли и грязи, разгерметизировать ее. Для этого в за висимости от конструкции аккумуляторных крышек: вывернуть вентиляционные пробки, сре зать выступы вентиляционных отверстий на пробках или снять с пробок герметизирующую пленку или удалить укупорочные стержни в штуцерах для автоматической регулировки уровня электролита, залить в АКБ электролит. Для умеренного климата температура электролита, заливаемого в АКБ, не должна превышать плюс 25 °С, для южных районов – не более плюс 30 °С. Не рекомендуется заливать АКБ электролитом с температурой ниже плюс 15 °С. Плотность за ливаемого электролита должна соответствовать климатическим условиям эксплуатации АКБ согласно приложению 4.
2. Приготовить электролит с использованием аккумуляторной серной кислоты и дистиллирован ной воды, отвечающих требованиям технических нормативных правовых актов. Электролит требуемой плотности можно приготовить из концентрированной серной кислоты плотностью 1,83 г/см 3 или электролита плотностью 1,40 г/см 3 . Второй способ предпочтительнее первог о, так как приготовление электролита в этом случае сопровождается меньшим выделением тепла и, следовательно, требует меньше времени. В зависимости от плотности приготовляе мого электролита промежуточный раствор надо разбавлять водой в пропорциях согласно при ложению 5. Для приготовления одного литра электролита требуемой плотности могут быть использованы пропорции составляющих величин согласно приложению 5. В настоящее время предпочтение отдается готовым электролитам соответствующих расфасовок. Необходимое количество электролита для различных АКБ приведено в приложении 6.
3.     Электролит в АКБ необходимо заливать тонкой струйкой с помощью фарфоровой или эбонито вой кружки и стеклянной воронки или специального приспособления до тех пор, пока зеркало электролита не коснется тубуса горловины, а при отсутствии тубуса заливать до уровня на 10–15 мм выше предохранительного щитка. Не раньше, чем через 20 минут, и не позже, чем че рез 2 часа, после заливки электролитом необходимо произвести замер плотности электролита. Если плотность понизилась не более чем на 0,03 г/см 3 , то батарея может эксплуатировать ся сразу. Если плотность электролита понизилась более чем на 0,03 г/см 3 , то такие батареи надо зарядить.
4. При необходимости срочного ввода в эксплуатацию сухозаряженных АКБ допускается устанав ливать их на автомобили без проверки плотности электролита после 20 минут пропитки, если срок сухого хранения батареи не превышает 1 года, а температура батареи, заливаемого электролита и окружающего воздуха не ниже плюс 15 °С.
5.      Если срок хранения АКБ был больше года, то необходимо проверить плотность электролита. Если она понизилась более чем на 0,03 г/см 3 , то батарею следует подзарядить.
6. При приведении в действие АКБ, хранившихся без электролита более установлен ных инструкциями сроков, они должны быть подвергнуты подзарядке.

 

 

1.2 Методы дозарядки АКБ.

 

1.2.1.          Метод заряда током постоянной силы. Полный заряд АКБ происходит при подключении ее к источнику тока постоянной силы с напряжением до 16,2 В. Сила тока при 20-часовом заряде берется равной 1/20 Ср, а при 10-часовом - 1/10 Ср (где Ср - номинальная емкость АКБ) Преимуществом заряда током постоянной силы является возможность полного заряда батареи. Чем меньше зарядный ток, тем глубже заряд. Однако не стоит впадать в крайность - при совсем низком токе батарея просто не "закипит", к тому же время зарядки будет несравнимо большим. Наоборот, при очень большом токе батарея "закипит" значительно быстрее, но при этом не успеет зарядиться на все 100%

                К недостаткам данного метода относятся: необходимость стабилизации силы тока, обильное газовыделение, возможность повышения температуры. Для снижения указанных отрицательных эффектов применяют двухступенчатый режим заряда. В течение 1-й ступени производят заряд током 0,1Ср до достижения АКБ напряжения 14,4 В. Затем продолжают заряд током, уменьшенным в 2 раза.

  1.2.2.    Метод заряда при постоянном напряжении. Данным методом можно зарядить АКБ до 90-95% номинальной емкости Недостаток метода - значительный нагрев батареи из-за большой силы тока в начале заряда.

                Напряжение источника, к которому подключена АКБ, выдерживается постоянным. В зависимости от величины напряжения ток может достигать в начале процесса значительной силы, а затем по мере заряда снижается до нуля Обычно напряжение источника равно 14,4-15 В.

                Есть и неклассические способы.

  1.2.3.       Форсированный метод заряда. Этот метод применяют для быстрого восстановления работоспособности сильно разряженной батареи. Рекомендуемый режим заряда:

Сила зарядного тока, А	Время заряда, мин
0,7Ср	30
0,5Ср	45
0,3Ср	90

Таблица 1

             При повышении температуры заряд прекращают. Недостаток - сокращение срока службы аккумулятора.

      1.2.4.    Метод подзаряда малым током. Величина тока от 0,03 А до 0,5 А. Используется для компенсации тока саморазряда и поддержания АКБ в заряженном состоянии, также для восстановлени ее емкости в тренировочном цикле.

  1.2.5.    Автоматический метод заряда. Современный, оптимальный метод заряда батарей, состоящий из двух этапов. На первом этапе производится заряд АКБ током постоянной силы 0,1Ср, после того как напряжение АКБ возрастет и достигнет 14,4-14,8 В (напряжения ограничения), дальнейшая подзарядка происходит при постоянном напряжении с автоматически уменьшающимся током. Этот метод исключает отрицательные эффекты, присущие вышеперечисленным способам. Он обеспечивает автоматическое поддержание оптимальной скорости заряда, не допуская опасного для батареи перенапряжения, приводящего к обильному газовыделению и кипению электролита. При правильно выбранном напряжении величина силы тока уменьшается до значения, компенсирующего саморазряд АКБ. В этой стадии режим может длиться неограниченно долго, поддерживая постоянную готовность АКБ при ее 100-процентной степени заряженности. За счет автоматического управления всем процессом данный метод не требует какого-либо контроля.

           К главной и наиболее важной для потребителя тенденции относится построение ЗУ с двухступенчатой процедурой заряда, предусматривающей на первом этапе заряд АКБ током постоянной силы, а на втором - заряд при постоянном напряжении. Такие устройства не нуждаются в контроле над процессом. В лучших из ЗУ внедрен и третий этап - режим хранения, при котором напряжение на АКБ снижается до 13,5-13,7 В (оптимальном для длительного хранения) и автоматически устанавливается ток, компенсирующий саморазряд, что позволяет вообще не заботиться о процедуре заряда и хранения.

           ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Необслуживаемые батареи следует заряжать только от ЗУ, имеющих ограничение (стабилизацию) зарядного напряжения 14,5-14,8 В.

           Современные ЗУ «Сонар», «Кулон» и им подобные, обеспечивают двух-трех-ступенчатый цикл заряда АКБ.  В начале зарядки устанавливается ток около 5А, который будет автоматически снижаться по мере зарядки аккумуляторной батареи, исключая "кипение" электролита (режим поддержания постоянного тока). При полной зарядке аккумуляторной батареи устройство переключается в режим поддержания постоянного напряжения.  В этом случае зарядный ток установится равным току собственных потерь аккумуляторной батареи. В этом режиме аккумуляторная батарея может храниться сколь угодно долго, ее можно оставить включенной на зарядку и не беспокоиться о том, что она перезарядится, даже если вы о ней забыли. Конечно, при условии, что ЗУ исправно, иначе и до пожара недалеко.

            Наиболее же оптимальным способом зарядки батареи, и это подтверждают результаты проводимых испытаний, является ее заряд от бортовой сети автомобиля (естественно, при условии исправности последней). При данном способе, во первых, невозможен перезаряд, а во-вторых, происходит постоянное перемешивание электролита и наиболее полное его проникновение во внутренние слои активной массы.

           Конкретные требования по режиму заряда, эксплуатации и обслуживанию должны быть изложены в инструкции или гарантийном талоне, прилагаемом к батареям.

 

 

   1.3.Типы зарядных  устройств

1.3.1   Зарядно-пусковое ЗУ. Устройства  этого типа работают в двух  режимах: отдачи максимального тока  в пусковом режиме и автоматизированного  процесса заряда. Большим минусом  ЗУ такого типа считается то, что при подзарядке АКБ требуется  полное отключение бортовой сети  авто, иначе можно сжечь всю  электронику.

    1.3.2  Зарядно-предпусковое ЗУ. Устройства этого типа выполняют заряд и подзаряд аккумулятора. Положительным считается тот факт, что ЗУ этого типа можно использовать без отключения, что является очень важным фактором для подзарядки авто с АКПП.

 

1.4. Выбор структурной схемы ЗУ

 

Аккумуляторные З. у. применяются для периодической зарядки, непрерывной и прерываемой подзарядки и перезарядки (уравнительной зарядки) аккумуляторных батарей, которые, как правило, предварительно собирают в отдельные группы по признаку равенства ёмкости и силы зарядного тока. В общем виде подобная схема включает в себя: ограничитель тока на баластных конденсаторах, трансформатор. Выпрямитель, схему автоматили ЗУ, схему защиты от неправельного подключения.

Рисунок 1.

 

1.4.1  Схема ограничителя тока на балластных конденсаторах.

            В  конденсаторном зарядном устройстве  регулировка величины и стабилизация  силы тока заряда аккумулятора  обеспечивается за счет включения  последовательно с первичной  обмоткой силового трансформатора  Т1 балластных конденсаторов С4-С9. Чем больше емкость конденсатора, тем больший будет ток заряда  аккумулятора. Практически это законченный  вариант зарядного устройства, можно  подключить после диодного моста  для зарядки аккумулятор и  зарядить его, но надежность такой  схемы зарядного устройства очень  низкая. Если нарушится контакт  с клеммами аккумулятора, то конденсаторы  и трансформатор выйдут из  строя.

Рисунок 2

        

             Емкость конденсаторов, которая  зависит от тока и величины  напряжения на вторичной обмотке  трансформатора, можно приблизительно  определить по формуле, но легче  ориентироваться по данным таблицы.

Таблица для выбора емкости конденсаторов в зависимости от требуемой величины тока заряда аккумулятора
Ток заряда аккумулятора, А	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0
Номинал конденсатора, мкF	1,0	3,4	8,0	12,0	16,0	20,0	24,0	28,0	32,0	36,0

            Для регулировки, чтобы сократить  количество конденсаторов, их можно  подключать параллельно группами. У меня переключение осуществляется  с помощью двух галетного переключателя, но можно поставить несколько  тумблеров.

    1.4.2. Трансформатор.

Представляет собой статический электромагнитный аппарат,осуществляющий электроэнергии переменного тока в нужное значение по напряжению или току.

 

Рис. 3. Трансформатор. Условное графическое значение.

 

Главное достоинство данного устройства заключается в том, что оно обеспечивает гальваническую развязку с первичной сетью, что может сохранить жизнь человеку, а также с его помощью можно увеличить или уменьшить значение напряжения, обычно используют понижающие трансформаторы. Работа трансформатора основанна на электромагнитном взаимодействии двух или нескольких электрически не связанных друг с другом обмоток.

1.4.3.   Выпрямители.

Электростатическое устройство состоящее из одного или нескольких выпрямительных диодов ,которые выпремляют переменный ток в постоянный импульсный. Подразделя.тся на однофазные и трехфазные, а они в свою очередь делятся на однополупериодные и двуполупериодные, а также существуют мостовые сборки.

 

Рис. 4. Однополупериодный выпрямитель.

 

Рис.5. Двуполупериодный выпрямитель.

 

Рис.6. Двуполупериодный выпрямитель собранный по мостовой схеме.

.

 

 

Рис.7. Трехфазный выпрямитель.

 

 

 

           1.4.4 Схема автоматики ЗУ.

 

              Для питания операционного усилителя и создания опорного напряжения применена микросхема стабилизатора DA1 типа 142ЕН8Г на 9В. Микросхема это выбрана не случайно. При изменении температуры корпуса микросхемы на 10 градусов, выходное напряжение изменяется не более чем на сотые доли вольта.

              Система автоматического отключения зарядки при достижении напряжения 15,6В выполнена на половинке микросхемы А1.1. Вывод 4 микросхемы подключен к делителю напряжения R7, R8 с которого на него подается опорное напряжение 4,5В. Вывод 4 микросхемы подключен к другому делителю на резисторах R4-R6, резистор R5 подстроечный для установки порога срабатывания автомата. Величиной резистора R9 задается порог включения зарядного устройства 12,54В. Благодаря применению диода VD7 и резистора R9, обеспечивается необходимый гистерезис между напряжением включения и отключения заряда аккумулятора.

Рис. 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.5 Схема защиты от неправильного подключения полюсов аккумулятора и измерений.

 

               Защиту от не правильного подключения аккумулятора к выводам зарядного устройства обеспечивает реле Р3. Если аккумулятор подключен не правильно, диод VD13 не пропускает ток, реле обесточено, контакты реле К3.1 разомкнуты и ток не поступает на клеммы аккумулятора. При правильном подключении реле срабатывает, контакты К3.1 замыкаются, и аккумулятор подключается к схеме зарядки. Такую схему защиты от переполюсовки и измерения тока заряда аккумулятора и напряжения при подключении аккумулятора к зарядному устройству можно использовать с любым зарядным устройством, как транзисторным, так и тиристорным.