Меню

Для чего нужен регулятор тока зарядки



Как устроены и работают зарядные устройства для аккумуляторов

Аккумуляторами в электротехнике приято называть химические источники тока, которые могут пополнять, восстанавливать израсходованную энергию за счет приложения внешнего электрического поля.

Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ, необходимо представлять принципы их работы и зарядного устройства.

Содержание статьи

Как работает аккумулятор

Химический рециркулируемый источник тока при эксплуатации может:

1. питать подключенную нагрузку, например, лампочку, двигатель, мобильный телефон и другие приборы, расходуя свой запас электрической энергии;

2. потреблять подключенную к нему внешнюю электроэнергию, расходуя ее на восстановление резерва своей емкости.

В первом случае аккумулятор разряжается, а во втором — получает заряд. Существует много конструкций аккумуляторов, но, принципы работы у них общие. Разберем этот вопрос на примере никель-кадмиевых пластин, помещенных в раствор электролита.

Принцип работы аккумумлятора

Разряд аккумулятора

Одновременно работают две электрические цепочки:

1. внешняя, приложенная на выходные клеммы;

При разряде на лампочку во внешней приложенной схеме из проводов и нити накала протекает ток, образованный движением электронов в металлах, а во внутренней части — перемещаются анионы и катионы через электролит.

Окислы никеля с добавлением графита составляют основу положительно заряженной пластины, а губчатый кадмий используется на отрицательном электроде.

При разряде аккумулятора часть активного кислорода окислов никеля перемещается в электролит и движется на пластину с кадмием, где окисляет его, снижая общую емкость.

Заряд аккумулятора

Нагрузку с выходных клемм для зарядки чаще всего снимают, хотя на практике используется метод при подключенной нагрузке, как на аккумуляторе движущегося автомобиля или поставленного на зарядку мобильного телефона, по которому ведется разговор.

На клеммы аккумулятора подводится напряжение от постороннего источника более высокой мощности. Оно имеет вид постоянной или сглаженной, пульсирующей формы, превышает разность потенциалов между электродами, однополярно с ними направлено.

Эта энергия заставляет течь ток во внутренней цепочке аккумулятора в направлении, противоположном разряду, когда частицы активного кислорода «выдавливаются» из губчатого кадмия и через электролит поступают на свое прежнее место. За счет этого происходит восстановление израсходованной емкости.

Во время заряда и разряда изменяется химический состав пластин, а электролит служит передаточной средой для прохождения анионов и катионов. Интенсивность проходящего во внутренней цепи электрического тока влияет на скорость восстановления свойств пластин при заряде и быстроту разряда.

Ускоренное протекание процессов ведет к бурному выделению газов, излишнему нагреву, способному деформировать конструкцию пластин, нарушить их механическое состояние.

Слишком маленькие токи при зарядке значительно удлиняют время восстановления израсходованной емкости. При частом применении замедленного заряда повышается сульфатация пластин, снижается емкость. Поэтому приложенную к аккумулятору нагрузку и мощность зарядного устройства всегда учитывают для создания оптимального режима.

Принципы работы литий ионных аккумумляторов расмотрены здесь: Химические источники тока

Как работает зарядное устройство

Современный ассортимент аккумуляторов доволен обширен. Для каждой модели подбираются оптимальные технологии, которые могут не подойти, быть вредными для других. Производители электронного и электротехнического оборудования опытным путем исследуют условия работы химических источников тока и создают под них собственные изделия, отличающиеся внешним видом, конструкцией, выходными электрическими характеристиками.

Зарядные конструкции для мобильных электронных приборов

Габариты зарядных устройств для мобильных изделий разной мощности значительно отличаются друг от друга. Они создают специальные условия работы каждой модели.

Зарядные устройства мобильных приборов

Даже для однотипных аккумуляторов типоразмеров АА или ААА разной емкости рекомендуется использовать свое время зарядки, зависящее от емкости и характеристик источника тока. Его величины указываются в сопроводительной технической документации.

Зарядное устройство аккумуляторов АА, ААА

Определенная часть зарядных устройств и аккумуляторов для мобильников снабжаются автоматической защитой, отключающей питание по завершении процесса. Но, контроль за их работой все же следует осуществлять визуально.

Зарядные конструкции для автомобильных АКБ

Особенно точно соблюдать технологию зарядки следует при эксплуатации автомобильных аккумуляторов, призванных работать в сложных условиях. Например, зимой в мороз с их помощью необходимо раскрутить через промежуточный электродвигатель — стартер холодный ротор двигателя внутреннего сгорания с загустевшей смазкой.

Зарядные устройства автомобильных аккумуляторов

Разряженные либо неправильно подготовленные аккумуляторы с этой задачей обычно не справляются.

Эмпирическими методами выявлена взаимосвязь тока зарядки для свинцовых кислотных и щелочных аккумуляторов. Принято считать оптимальным значением заряда (амперы) в 0,1 величину емкости (амперчасы) для первого вида и 0,25 — для второго.

Например, АКБ имеет емкость 25 ампер часов. Если он кислотный, то его необходимо заряжать током 0,1∙25=2,5 А, а для щелочного — 0,25∙25=6,25 А. Чтобы создавать такие условия потребуется использовать разные приборы или применить один универсальный с большим количеством функций.

Современное зарядное устройство для кислотных свинцовых батарей должно поддерживать ряд задач:

контролировать и стабилизировать ток заряда;

учитывать температуру электролита и не допускать его нагрева более 45 градусов прекращением питания.

Возможность проведения контрольно-тренировочного цикла для кислотной батареи автомобиля с помощью зарядного устройства является необходимой функцией, включающей три этапа:

1. полный заряд аккумулятора до набора максимальной емкости;

2. десятичасовой разряд током 9÷10% от номинальной емкости (эмпирическая зависимость);

3. повторный заряд разряженного аккумулятора.

При проведении КТЦ контролируют изменение плотности электролита и время завершения второго этапа. По его величине судят о степени износа пластин, длительности оставшегося ресурса.

Зарядные устройства для щелочных батарей можно применять менее сложных конструкций, ибо такие источники тока не так чувствительны к режимам недостаточной зарядки и перезаряда.

Читайте также:  Регулятор подсветки панели приборов газель

График оптимального заряда кислотно-щелочных аккумуляторов для автомобилей показывает зависимость набора емкости от формы изменения тока во внутренней цепи.

График оптимального заряда кислотно-щелочного аккумумлятора

В начале технологического процесса зарядки рекомендуется поддерживать ток на максимально допустимом значении, а затем снижать его величину до минимальной для окончательного завершения физико-химических реакций, осуществляющих восстановление емкости.

Даже в этом случае требуется контролировать температуру электролита, вводить поправки на окружающую среду.

Полное завершение цикла зарядки свинцовых кислотных аккумуляторов контролируют по:

восстановлению напряжения на каждой банке 2,5÷2,6 вольта;

достижению максимальной плотности электролита, которая перестает изменяться;

образованию бурного газовыделения, когда электролит начинает «закипать»;

достижению емкости батареи, превышающей на 15÷20% величины, отданной при разряде.

Формы токов зарядных устройств для аккумуляторов

Условие зарядки аккумулятора состоит в том, что на его пластины должно подводиться напряжение, создающее ток во внутренней цепи определенного направления. Он может:

1. иметь постоянную величину;

2. или изменяться во времени по определенному закону.

В первом случае физико-химические процессы внутренней цепи идут неизменно, а во втором — по предлагаемым алгоритмам с цикличным нарастанием и затуханием, создающим колебательные воздействия на анионы и катионы. Последний вариант технологии применяется для борьбы с сульфатацией пластин.

Часть временны́х зависимостей тока заряда иллюстрируется графиками.

Временные диаграммы работы зарядных устройств

На нижней правой картинке видно явное отличие формы выходного тока зарядного устройства, использующего тиристорное управление для ограничения момента открытия полупериода синусоиды. За счет этого регулируется нагрузка на электрическую схему.

Естественно, что многочисленные современные зарядные устройства могут создавать и другие формы токов, не показанные на этой диаграмме.

Принципы создания схем для зарядных устройств

Для питания оборудования зарядных устройств обычно используется однофазная сеть 220 вольт. Это напряжение преобразуется в безопасное пониженное, которое прикладывается на входные клеммы аккумулятора через различные электронные и полупроводниковые детали.

Существует три схемы преобразования промышленного синусоидального напряжения в зарядных устройствах за счет:

1. использования электромеханических трансформаторов напряжения, работающих по принципу электромагнитной индукции;

2. применения электронных трансформаторов;

3. без использования трансформаторных устройств, основанных на делителях напряжения.

Технически возможно инверторное преобразование напряжения, которое стало широко применяться для инверторных сварочных аппаратов, частотных преобразователей, осуществляющих управление электродвигателями. Но, для зарядки аккумуляторов это довольно дорогое оборудование.

Схемы зарядных устройств с трансформаторным разделением

Электромагнитный принцип передачи электрической энергии из первичной обмотки 220 вольт во вторичную полностью обеспечивает отделение потенциалов питающей цепи от потребляемой, исключает попадание ее на аккумулятор и повреждение при возникновении неисправностей изоляции. Этот метод наиболее безопасен.

Схемы силовых частей устройств с трансформатором имеют много разных разработок. На картинке ниже показаны три принципа создания разных токов силовой части от зарядных устройств за счет использования:

1. диодного моста со сглаживающим пульсации конденсатором;

2. диодного моста без сглаживания пульсаций;

3. одиночного диода, срезающего отрицательную полуволну.

Схемы силовых частей зарядных устройств с трансформаторным разделением

Каждая из этих схем может применяться самостоятельно, но, обычно одна из них является основой, базой для создания другой, более удобной для эксплуатации и управления по величине выходного тока.

Применение комплектов силовых транзисторов с цепочками управления в верхней части картинки на схеме позволяет уменьшать выходное напряжение на контактах вывода цепи зарядного устройства, что обеспечивает регулировку величин постоянных токов, пропускаемых через подключенные аккумуляторы.

Один из вариантов подобной конструкции зарядного устройства с регулированием тока показан на рисунке ниже.

Зарядное устройство на биполярном транзисторе

Такие же подключения во второй схеме позволяют регулировать амплитуду пульсаций, ограничивать ее на разных этапах зарядки.

Эффективно работает эта же средняя схема при замене в диодном мосту двух противоположных диодов тиристорами, одинаково регулирующими силу тока в каждом чередующемся полупериоде. А устранение отрицательных полугармоник возложено на оставшиеся силовые диоды.

Замена единичного диода на нижней картинке полупроводниковым тиристором с отдельной электронной схемой для управляющего электрода, позволяет уменьшать импульсы тока за счет более позднего их открытия, что тоже используется для различных способов зарядки аккумуляторов.

Один из вариантов подобной реализации схемы показан на рисунке ниже.

Схема зарядного устройства с трансформаторным разделением тринистором

Сборка ее своими руками не составляет особого труда. Она может быть выполнена самостоятельно из доступных деталей, позволяет заряжать аккумуляторы токами до 10 ампер.

Промышленный вариант схемы трансформаторного зарядного устройства «Электрон-6» выполнен на базе двух тиристоров КУ-202Н. Для регулирования циклами открытия полугармоник для каждого управляющего электрода создана своя схема из нескольких транзисторов.

Среди автолюбителей пользуются популярностью устройства, позволяющие не только заряжать аккумуляторы, но еще и использовать энергию питающей сети 220 вольт для параллельного подключения ее к запуску двигателя автомобиля. Их называют пусковыми или пускозарядными. Они обладают еще более сложной электронной и силовой схемой.

Схемы с электронным трансформатором

Такие устройства выпускаются производителями для питания галогенных ламп напряжением 24 или 12 вольт. Они стоят относительно дёшево. Отдельные энтузиасты пытаются подключить их для зарядки маломощных аккумуляторов. Однако, эта технология широко не отработана, имеет существенные недостатки.

Схемы зарядных устройств без трансформаторного разделения

При последовательном подключении нескольких нагрузок к источнику тока общее напряжение входа делится по составным участкам. За счет этого способа работают делители, создающие понижение напряжения до определённой величины на рабочем элементе.

На этом принципе создаются многочисленные зарядные устройства с резистивно-емкостными сопротивлениями для маломощных аккумуляторов. Благодаря маленьким габаритам составных деталей их встраивают непосредственно внутрь фонарика.

Читайте также:  Активные наушники с регулятором громкости

Безтрансформаторное зарядное устройство фонарика

Внутренняя электрическая схема полностью помещена в заводской изолированный корпус, исключающий контакт человека с потенциалом сети при зарядке.

Этот же принцип пытаются реализовать многочисленные экспериментаторы для зарядки автомобильных аккумуляторов, предлагая схему подключения от бытовой сети через конденсаторную сборку или лампочку накаливания мощностью в 150 ватт и силовой диод, пропускающий импульсы тока одной полярности.

Безтрансформаторная схема зарядного устройства автомобильного аккумумлятора

Подобные конструкции можно встретить на сайтах мастеров «сделай сам», расхваливающих простоту схемы, дешевизну деталей, возможность восстановления емкости разряженного аккумулятора.

Но, они молчат о том, что:

открытая проводка 220 представляет опасность для жизни человека;

нить накала лампы под напряжением нагревается, меняет свое сопротивление по закону, неблагоприятному для прохождения оптимальных токов через аккумулятор.

При включении под нагрузку через холодную нить и всю последовательно подключенную цепочку проходят очень большие токи. Кроме того, завершать зарядку следует маленькими токами, что тоже не выполняется. Поэтому аккумулятор, подвергшийся нескольким сериям подобных циклов, быстро теряет свою емкость и работоспособность.

Наш совет: не пользуйтесь этим методом!

Зарядные устройства создаются для работы с определёнными типами аккумуляторов, учитывают их характеристики и условия восстановления емкости. При использовании универсальных, многофункциональных приборов следует выбирать тот режим заряда, который оптимально подходит конкретному аккумулятору.

Источник

Зарядка аккумулятора или как правильно зарядить разрядившийсяаккумулятор

Стоит отметить что старые аккумуляторы (5-ти летки) не стоит заряжать, или реанимировать какими либо дедушкиными способами. Во первых — это бесполезно, или даст только кратковременный эффект, второе — небезопасно. Срок его жизни подходит к концу, и будет разумней его отнести в утилизацию.

Требования к зарядному устройству. Батареи, исключающие долив воды, должны заряжаться только устройствами с автоматическим поддержанием зарядного напряжения, и желательно автоматическим ограничением тока заряда. Естественно, СОБЛЮДАЙТЕ ПОЛЯРНОСТЬ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА И АКБ! ТО ЕСТЬ «ПЛЮС» к «ПЛЮСУ», «МИНУС» к «МИНУСУ»! (ведь не в каждом зарядном устройстве присутствует «защита от дурака»)

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ЧТО ПОМЕЩЕНИЕ ДОЛЖНО БЫТЬ ВЕНТЕЛИРУЕМЫМ, потому что газы, выделяющиеся при этом вредны для здоровья, а так же выделяется арсин, сернистый газ, хлористый водород, который при смешивании с кислородом в определённой пропорции образует взрывоопасную смесь (ну, если вдруг вы дома захотели устроить станцию по зарядке аккумуляторов, и одновременно ставите дюжину АКБ на зарядку :))))

Затраты на приобретение автоматического зарядного устройства не оправданы, поэтому лучше поискать ГДЕ можно им разово воспользоваться. Хороший прибор определит состояние аккумулятора и подберет необходимый ток заряда. Отличное зарядное устройство на просторах интернета будет стоить в районе 6-8 килорублей, например как это ctek.ru/podbor.php?dev_id=105. И не забудьте очистить аккумулятор от грязи, прежде чем, экспериментировать с ним. Грязь на аккумуляторе будет проводить ток (шунтировать цепь заряда), что, совсем, нехорошо. А также, батарея начинает более-менее принимать заряд лишь только после прогрева электролита до положительной температуры, поэтому с мороза принеся домой аккумулятор дайте ему «отстоятся», или отогрется кому как понятнее.

Разница между обслуживаемыми и не обслуживаемыми — в доступности пробок для заливания электролита. Разработчики сделали так, чтобы в этом не было необходимости. Тем не менее, в не обслуживаемом есть возможность снять крышку и добраться до пробок. Вот только смысла, как правило — нет. Его хватает на срок эксплуатации. Да, в любом не обслуживаемом аккумуляторе по бокам должны быть дырочки для отвода газов и для нормализации давления.

НЕЛЬЗЯ допускать, чтобы в процессе зарядки необслуживаемой АКБ напряжение на ее клеммах повышалось более чем до 15,5 вольт.

Дело здесь в физике процесса. Батарея сама возьмет столько тока, сколько требуется ей для заряда. Именно для заряда. То, что Вы будете в нее пихать сверх того, путем повышения напряжения, она отправит по большей части на электролиз воды, которая есть в составе электролита, и еще немного — на разогрев. То есть она просто будет разлагать воду на кислород и водород за Ваш счет. Дистиллированная вода не дефицит. Но в необслуживаемую батарею ее добавить нельзя. Количество электролита будет снижаться необратимо, и плотность его тоже будет повышаться необратимо (вода ушла, а кислота осталась!)

Есть еще одна опасность — если Ваша АКБ разряжена сильно (т.н. «глубокий разряд») и вся кислота ушла в пластины, то начинать ее заряжать сразу номинальным током зарядки НЕЛЬЗЯ. Между пластинами — вода и Вы просто займетесь ее электролизом.

Поэтому в случае зарядки АКБ током в десятки ампер, в короткий срок, заряд «облепит» ее поверхность и не даст электролиту проникнуть в толщу пластин . А в случае зарядки малым током — единицы ампер — восстановит заряд по всей толщине пластины. Термин «заряд» — здесь несколько формален — это характер распределения сульфата свинца по толщине пластины.

1) Определение зарядного тока. Зарядный ток не должен превышать 1/10 емкости батареи. Например, если вас интересует как зарядить аккумулятор автомобиля 12 В 55 А/ч, то обязательно учтите, что ток заряда не должен превышать 5,5 А. В случае, если аккумулятор разряжен глубоко, требуется заряжать её небольшим током (1,5 – 2,0 А). Если Вы уверены, что глубокого разряда АКБ не было — подключайте ее к зарядному устройству соблюдая полярность (см выше). Зарядное усторойство (ЗУ) должно быть в выключенном положении. Если на устройстве есть регулятор напряжения — установите его на минимальное напряжение. Включайте зарядное устройство. Установите напряжение зарядки 14,4В. Процесс пошел.

Читайте также:  Регуляторы температуры теплого пола с датчиком температуры

2) В процессе зарядки ток будет снижаться. Процесс закончится, когда при напряжении на клеммах 14,4В ток упадет до 200mA (т.е. 0,2А). Перезарядить или повредить батарею таким напряжением невозможно. Просто ток заряда снизится до величины тока саморазряда АКБ.

ВАЖНО: Безопасным для батареи можно считать ток, численно равный в Амперах порядка 1/20 ее емкости в Ампер/Часах, то есть, для АКБ на 55 Ач это ток 2,75А. Опасным можно считать ток, превышающий 1/5 ее емкости в Ампер/часах, то есть, для АКБ на 55 Ач это ток 11А. Строго говоря, когда ей можно, она сама «съест» и больше — но только на определенных режимах и от тех же 14,4В на ее клеммах. А вот если Вы станете ручкой зарядного устройства повышать это напряжение и разгоните его так, что через батарею полезет 11А — это будут, скорее всего, уже далеко не 14,4В… ЗАПРЕЩАЕТСЯ! Номинальным током зарядки традиционно уже полвека считают ток, равный 1/10 емкости АКБ в Ампер/часах, то есть, для АКБ на 55 Ач это ток 5,5А. Для необслуживаемых батарей основной характеристикой зарядки надо считать не ток, а НАПРЯЖЕНИЕ. Ток помогает оценить процесс, протекающий в батарее.

3) В случае глубокого разряда заряжать АКБ в этом случае надо пониженным напряжением (12В.13В), и при этом надо следить за тем, чтобы ток в начале заряда не превысил ту самую 1/20 ее емкости в Ампер/часах (в принципе, это должно произойти автоматически, в отличие от ситуации, когда сразу на клеммы подают 14,4 В). Будет больше — еще сильнее снижайте напряжение. Понемногу ток будет расти — это нормально. Это кислота вылезает из глубины пластин наружу, сульфат свинца даёт приток кислоты, плотность электролита повышается, АКБ заряжается. Когда ток поднимется до 1/10 емкости АКБ, или даже больше, а совсем хорошо — когда он после этого подъема даже начнет снижаться — тогда можно переходить на описанный выше процесс заряда, т.е. ставить напряжение 14,4В.

Теперь дополнительная информация

для сомневающихся, типа «почему батареи, исключающие долив воды, должны заряжаться только устройствами с автоматическим поддержанием зарядного напряжения?»

При заряде этим методом (заряд при постоянстве напряжения ) степень заряженности АКБ по окончании заряда напрямую зависит от величины зарядного напряжения, которое обеспечивает зарядное устройство. Так, например, за 24 часа непрерывного заряда при напряжении 14,4 В 12-вольтовая батарея зарядится на 75-85%, при напряжении 15 В — на 85-90%, а при напряжении 16 В — на 95-97%. Полностью зарядить батарею в течение 20-24 часов можно при напряжении зарядного устройства 16,3-16,4 В. Поэтому в НАШЕМ случае (батарея не обслуживаемая) для удовлетворительного (на 90-95%) заряда современных необслуживаемых батарей с помощью выпускаемых промышленностью зарядных устройств, имеющих максимальное зарядное напряжение 14,4-14,5 В, потребуется более суток. А для полной зарядки батареи данного типа потребуется большее время, чем для зарядки малообслуживаемой или обычной. В начале процесса зарядки сила тока порой достигает 40-50А, в связи с чем все зарядные устройства должны быть снабжены схемами, ограничивающими зарядный ток в пределах 20-25А. Длительность зарядки зависит от степени разряженности и может занять до ТРЕХ дней.

Как определить степень заряженности не обслуживаемого аккумулятора и его плотность

Это скорее всего невозможно точно на 100% определить. Можно лишь с некоторой степенью вероятности, или приблизительно. Способ определение степени заряженности по напряжению справедлив только для аккумуляторов находившихся в стационарном состоянии не менее 8 часов. Измерение необходимо производить не ранее чем через 8 часов после выключения двигателя. У полностью заряженной батареи величина составляет 12,7 — 12,9 Вольт при температуре +20…+25 °С.

НЕ ДОПУСКАЕТСЯ эксплуатация батарей как в режиме НЕДОЗАРЯДА, т.е. при напряжении борт сети ниже 13,9 Вольт, так и в режиме ПЕРЕЗАРЯДА, т.е. при наряжении борт сети выше 14,4 Вольт. Поэтому не реже одного раза в 2 месяца проверяйте уровень зарядного напряжения.

АКБ любит жить полностью заряженной и в холоде (у холодной АКБ меньше саморазряд). Если поставить заряженную АКБ на постоянный подзаряд током, равным току ее саморазряда — она будет в любой момент заряжена на 100%, и никакого вреда ей от такого времяпрепровождения не будет. А вот на машине необслуживаемую батарею лучше иметь заряженной процентов на 90 или 95. Тогда, если вдруг случиться скачок напряжения в бортсети (отказ реле регулятора или еще что) она, как конденсатор, имеет шансы «сожрать» этот выброс. Причем без большого вреда для себя, и спасая при этом электронику, которая в противном случае начнет пускать дым.

Если у Вашей машины генератор и реле-регулятор исправны — то в бортсети у Вас никогда не будет больше 15,1В (до такой величины позволяют задирать напряжение цепи термокомпенсации реле-регуляторов в холодную погоду). Поэтому заботясь об АКБ, не забывайте периодически проверять генератор и реле-регулятор.

И помните! — Опыт растет прямо пропорционально количеству оборудования, выведенного из строя…

Источник