Для того щоб автомобіль завівся, йому необхідна енергія. Така енергія береться з акумулятора. Як правило, його підзарядка походить від генератора під час роботи двигуна. Коли автомобіль довго не використовується або батарея несправна, вона розряджається до такого стану, що машина вже не може завестися. У цьому випадку потрібна зовнішня зарядка. Такий пристрій можна купити або зібрати самостійно, але для цього знадобиться схема зарядного пристрою.
Принцип роботи автомобільного акумулятора
Автомобільний акумулятор подає харчування на різні прилади в автомобілі при вимкненому двигуні і призначений для його запуску. По виду типу виконання застосовується свинцево-кислотна батарея. Конструктивно вона збирається з шести елементів живлення з номінальним значенням напруги 2, 2 вольта, з'єднаних між собою послідовно. Кожен елемент представляє собою набір ґратчастих пластин зі свинцю. Пластини покриваються активним матеріалом і занурюються в електроліт.
Розчин електроліту включає до свого складу дистильовану воду і сірчану кислоту. Від щільності електроліту залежить морозостійкість батареї. Останнім часом з'явилися технології, що дозволяють адсорбувати електроліт в скляному волокні або згущувати його з використанням силікагелю до гелеобразного стану.
Кожна пластина має негативний і позитивний полюс, а ізолюються вони між собою використанням пластмасового сепаратора. Корпус вироби виконується з пропілену, що не руйнується під дією кислоти і службовець діелектриком. Позитивний полюс електрода покривається діоксидом свинцю, а негативний губчастим свинцем. Останнім часом стали випускатися акумуляторні батареї з електродами з свинцево-кальцієвого сплаву. Такі акумулятори повністю герметичні і не вимагають обслуговування.
При підключенні до акумулятора навантаження активний матеріал на пластинах вступає в хімічну реакцію з розчином електроліту, і виникає електричний струм. Електроліт з часом виснажується через осадження сульфату свинцю на пластинках. Акумуляторна батарея (АКБ) починає втрачати заряд. В процесі зарядки хімічна реакція відбувається в зворотному порядку, сульфат свинцю і вода перетворюються, підвищується щільність електроліту і відновлюється величина заряду.
Акумулятори характеризуються значенням саморазряда. Він виникає в АКБ при його бездіяльності. Основною причиною служить забруднення поверхні батареї і поганої якості дистилятора. Швидкість саморозряду прискорюється при руйнуванні свинцевих пластин.
Види зарядних пристроїв
Розроблена велика кількість схем автомобільних зарядних пристроїв, що використовують різні елементні бази і принциповий підхід. За принципом дії прилади заряду розділяються на дві групи:
- Пуско-зарядні, призначені для запуску двигуна при неробочому акумуляторі. На короткий час подаючи на клеми акумулятора струм великої величини, відбувається включення стартера і запуск двигуна, а в подальшому заряд батареї походить від генератора автомобіля. Вони випускаються тільки на певне значення струму або з можливістю виставлення його величини.
- Передпускові зарядні, до клем акумуляторної батареї підключаються висновки з пристрою і подається струм тривалий час. Його значення не перевищує десяти ампер, протягом цього часу відбувається відновлення енергії батареї. У свою чергу, вони поділяються: на поступові (час зарядки від 14 до 24 годин), прискорені (до трьох годин) і кондиціонуючі (близько години).
За своєю схемотехніки виділяються імпульсні і трансформаторні пристрої. Першого виду використовують в роботі високочастотний перетворювач сигналу, характеризуються малими розмірами і вагою. Другого виду в якості основи використовують трансформатор з випрямним блоком, прості у виготовленні, але володіють великою вагою і низьким коефіцієнтом корисної дії (ККД).
Виконано зарядний пристрій для автомобільних акумуляторів своїми руками або придбано в торговій точці, вимоги, що пред'являються до нього однакові, а саме:
- стабільність вихідної напруги;
- високе значення ККД;
- захист від короткого замикання;
- індикатор контролю заряду.
Однією з головних характеристик приладу заряду є величина струму, яким заряджається батарея. Правильно зарядити акумулятор і продовжити його робочі характеристики вийде тільки при підборі потрібного його значення. При цьому важлива і швидкість заряду. Чим більше струм, тим вище і швидкість, але високе значення швидкості призводить до швидкої деградації акумулятора. Вважається, що правильним значенням струму буде величина рівна десяти відсоткам від ємності батареї. Ємність визначається як величина струму, що віддається АКБ за одиницю часу, вимірюється вона в ампер-годинах.
Саморобний зарядний пристрій
Пристосування для заряду повинно бути у кожного автолюбителя, тому якщо немає можливості або бажання придбати готовий прилад, нічого не залишиться, як зробити зарядку для акумулятора самостійно. Нескладно виготовити своїми руками як найпростіше, так і багатофункціональний пристрій. Для цього знадобиться схема і набір радіоелементів. Існує також можливість переробити джерело безперебійного живлення (ДБЖ) або комп'ютерний блок (АТ) в прилад для підзарядки АКБ.
Трансформаторне зарядний пристрій
Такий пристрій найпростіше в збірці і не містить дефіцитних деталей. Схема складається з трьох вузлів:
- трансформатор;
- випрямний блок;
- регулятор.
Напруга з промислової мережі надходить на первинну обмотку трансформатора. Сам трансформатор може використовуватися будь-якого виду. Складається він з двох частин: сердечника і обмоток. Сердечник збирається зі сталі або фериту, обмотки - з провідникового матеріалу.
Принцип роботи трансформатора заснований на появі змінного магнітного поля при проходженні струму по первинній обмотці і передачі його на вторинну. Для отримання на виході необхідного рівня напруги кількість витків у вторинній обмотці робиться менше, в порівнянні з первинною. Рівень напруги на вторинній обмотці трансформатора вибирається рівним 19 вольт, а його потужність повинна забезпечувати триразовий запас по струму заряду.
З трансформатора знижена напруга проходить через випрямний міст і надходить на реостат, підключений послідовно до акумулятора. Реостат призначений для регулювання величини напруги і струму, шляхом зміни опору. Опір реостата не перевищує 10 Ом. Величина струму контролюється включеним послідовно перед акумулятором амперметром. Такою схемою не вийде заряджати АКБ з ємністю понад 50 Ач, так як реостат починає перегріватися.
Спростити схему можна, прибравши реостат, а на вході перед трансформатором встановити набір конденсаторів, що використовуються як реактивні опору для зменшення напруження мережі. Чим менше номінальне значення ємності, тим менше напруга надходить на первинну обмотку в мережі.
Особливість такої схеми в необхідності забезпечення рівня сигналу на вторинній обмотці трансформатора в півтора рази більше, ніж робоча напруга навантаження. Таку схему можна використовувати і без трансформатора, але це дуже небезпечно. Без гальванічної розв'язки можна отримати ураження електричним струмом.
Імпульсний пристрій підзарядки
Гідність імпульсних пристроїв в високому ККД і компактних розмірах. В основі приладу лежить мікросхема з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Зібрати потужне імпульсний зарядний пристрій своїми руками можна за наступною схемою.
Як ШІМ контролера використовується драйвер IR2153. Після випрямних діодів паралельно АКБ ставиться полярний конденсатор С1 з ємністю в межах 47-470 мкФ і напругою не менше 350 вольт. Конденсатор прибирає сплески напруги і шуми лінії. Діодний міст використовується з номінальним струмом понад чотирьох ампер і з зворотним напругою не менше 400 вольт. Драйвер управляє потужними N-канальними польовими транзисторами IRFI840GLC, встановленими на радіаторах. Струм такої зарядки буде дорівнює до 50 ампер, а вихідна потужність до 600 Ватт.
Виготовити імпульсний зарядний пристрій для автомобіля своїми руками можна, використовуючи перероблений комп'ютерний джерело живлення формату АТ. Як ШІМ контролера в них використовується поширена мікросхема TL494. Сама переробка полягає в збільшенні вихідного сигналу до 14 вольт. Для цього знадобиться правильно встановити підлаштування резистор.
Резистор, який з'єднується першу ногу TL494 зі стабілізованою шиною + 5 В, видаляється, а замість другого, пов'язаного з 12 вольтової шиною, упаюється змінний резистор з номіналом 68 кОм. Цим резистором і встановлюється необхідний рівень вихідної напруги. Включення блоку живлення здійснюється через механічний вимикач, згідно із зазначеною на корпусі блоку живлення схемою.
Пристрій на мікросхемі LM317
Досить проста, але стабільно працююча схема зарядки легко виконується на інтегральної мікросхемі LM317. Мікросхема забезпечує установку рівня сигналу 13, 6 вольт при максимальній силі струму 3 ампера. Стабілізатор LM317 забезпечений вбудованим захистом від короткого замикання.
Напруга на схему приладу подається через клеми від незалежного блоку живлення постійної напруги 13-20 вольт. Струм, проходячи через індикаторний світлодіод HL1 і транзистор VT1, надходить на стабілізатор LM317. З його виходу безпосередньо на АКБ через X3, X4. Дільником, зібраним на R3 і R4, встановлюється необхідне значення напруги для відкривання VT1. Змінним резистором R4 задається обмеження струму підзарядки, а R5 рівень вихідного сигналу. Вихідна напруга встановлюється від 13, 6 до 14 вольт.
Схему можна максимально спростити, але її надійність зменшиться.
У ній резистором R2 підбирають струм. Як резистора використовується потужний дротовий елемент з ніхрому. Коли АКБ розряджений, струм заряду максимальний, світлодіод VD2 горить яскраво, у міру заряду струм починає спадати і світлодіод тьмяніє.
Зарядний з джерела безперебійного живлення
Сконструювати зарядник можна зі звичайного бесперебойніка навіть з несправністю вузла електроніки. Для цього видаляється з блоку вся електроніка, крім трансформатора. До високовольтної обмотці трансформатора на 220 В додається схема випрямляча, стабілізації струму і обмеження напруги.
Випрямляч збирається на будь-яких потужних діодах, наприклад, вітчизняних Д-242 і мережевому конденсаторі 2200 мкФ на 35-50 вольт. На виході вийде сигнал з напругою 18-19 вольт. Як стабілізатор напруги використовується мікросхема LT1083 або LM317 з обов'язковим встановленням на радіатор.
Підключивши акумуляторну батарею, виставляється напруга, рівне 14, 2 вольта. Контролювати рівень сигналу зручно за допомогою вольтметра і амперметра. Вольтметр підключається паралельно клем батареї, а амперметр послідовно. У міру заряду АКБ його опір буде зростати, а струм падати. Ще простіше виконати регулятор за допомогою симистора, підключеного до первинної обмотці трансформатора на зразок підсвічування.
При самостійному виготовленні пристрою слід пам'ятати про електробезпека при роботі з мережею змінного струму 220 В. Як правило, вірно виконаний прилад зарядки з справних деталей починає працювати відразу, потрібно лише тільки виставити струму заряду.