Зарядное устройство АКБ своими руками
До некоторых пор, как и многие автовладельцы, считал, что зарядное устройство для АКБ вещь не особенно нужная, т.к. при постоянной эксплуатации авто, акумулятор постоянно подзаряжается. К тому же чтобы заряжать автомобильный акумулятор, приходится АКБ снимать с автомобиля, чтобы заряжать, и снова нести к автомобилю и устанавливать на место. Но наступил момент, когда мой автомобиль Рено Клио 3 оказался в гараже на долгий срок. И вот тогда я задумался над зарядкой АКБ.
О зарядке АКБ, о существующих способах и о способе, которым заряжаю я Вы можете прочитать в статье - Зарядка автомобильного акумулятора
Наверное не все автомобилисты знают, что зарядное устройство иметь если и не необходимо, то желательно, чтобы продлить срок службы АКБ, т.к. даже при активном использовании автомобиля АКБ заряжается не полностью от генератора, а хронический недозаряд АКБ снижает ёмкость акумуляторной батареи и благоприятствует сульфатации пластин. Поэтому АКБ необходимо периодически заряжать, особенно в зимний период.
Хорошие ЗУ для автомобильных акумуляторных батарей стоят дорого. Именно ХОРОШИЕ стоят не менее, а чаще и более стоимости 2-ух приличных АКБ. А с дешёвыми, сомнительными по качеству ЗУ я бы предпочёл не связываться, если только для усовершенствования и доработок. Об одной такой доработке я и хочу рассказать.
В руки мне попалось вот такое дешёвое неисправное зарядное устройство
Недостатком такого ЗУ-90М1 является его нефункциональность. Оно имеет всего два режима. Производитель условно их обозначил "min" и "max". Режимы эти оказались на поверку неавтоматическими. Т.е. не было стабилизации ни по току, ни по напряжению. А таким ЗУ нормально АКБ не зарядить, только подзаряжать.
А неисправность такого зарядного устройства оказалась банальной. Отсутствовал контакт в цепи силового трансформатора. Этому послужило исполнение самого трансформатора. Его обмотки были выполнены из алюминия, и выводы этих обмоток окислились в местах соединения с медными проводами.
Было решено заменить трансформатор на подходящий с медными обмотками.
Без дела стоял бесперебойник для компьютера Back ups CS 500. Мощности его для компьютера всё равно не хватало, а батарея его нуждалась в замене. Но трансформатор в нем как нельзя хорошо подходил под мои нужды.
Сам бесперебойник
А вот его трансформатор
Трансформатор имеет несколько обмоток и выводов. Если смотреть на изображение, то провода белый и чёрный снизу - это выводы первичной обмотки на напряжение 220-240 вольт. Верхние - выводы вторичных обмоток. Я использовал выводы красный и белый. Это выводы вторичной обмотки на 15 вольт, имеющей среднюю точку с выводом (чёрный провод), который я не использовал. Также я не использовал и остальные провода -коричневый и синий.
Итак я использовал выводы вторичной обмотки - красный и белый. Это выводы вторичной обмотки на 15 вольт. Напряжения переменного тока - 15 вольт вполне достаточно. Достаточно подать его на выпрямитель и получим 15*1.4 = 21 вольт напряжения постоянного тока, без нагрузки. Вот это как раз и нужно.
Т.е. чем более будет заряженным АКБ, тем меньше будет нагрузка, напряжение заряда будет расти, а ток будет падать, что и происходит в классических, не стабилизированных схемах заряда. А мне осталось только собрать схему стабилизации по току или напряжению. В данном случае я выбрал стабилизацию по току.
Интересной мне показалась конденсаторная схема зарядного устройства, неплохой КПД , тепла конденсаторы не выделяют в отличии от резисторных схем (т.е. ЗУ греется меньше и меньше потерь соответственно на нагрев) и обеспечивает стабильный ток заряда вне зависимости от степени заряда аккумулятора и колебаний питающей сети, конденсаторы занимают не слишком много места. Так же в отличие от бестрансформаторных схем, выложенных в интернете, эта схема более безопасна, т.к. имеет понижающий, разделительный трансформатор.
Но данная схема имеет один существенный недостаток. Если во время заряда пропадет контакт с аккумулятором, трансформатор нагружен не будет и напряжение на конденсаторах и трансформаторе возрастёт в несколько раз, конденсаторы с трансформатором могут выйти из строя. Но и для устранения этой проблемы можно найти решение. А если найти решение, зарядное устройство получается практически лишённым серьёзных недостатков..
Я исходил из своих возможностей и потребностей. Т.е. у меня было старое зарядное устройство и мне хотелось по максимуму сохранить его внешний заводской вид. Сохранить переключатели на корпусе (пусть и несколько изменив их функции), светодиоды индикации, и мне необходим был вольтметр со шкалой более информативной, чем имеющийся, но размерами такими же. как штатный. Т.е. мне не хотелось ничего "колхозить", а сохранить внешний вид, приближённый к заводскому и использовать все имеющиеся элементы, чтобы по-минимуму увеличив себестоимость ЗУ, а сделать его более функциональным.
Получилась вот такая схема
Для того чтобы объяснить, как она работает, её удобнее разделить на части.
1. Схема стабилизации на конденсаторах
Принцип действия схемы стабилизации
Принцип работы такой стабилизации прост. Происходит ограничение по току.
Чем меньше ёмкость конденсатора, подключенного последовательно первичной обмотке трансформатора Т1, тем меньший ток будет протекать во вторичной обмотке. Ёмкость параллельно подключенных конденсаторов увеличивается. Ограничение по току будет другим, и ток будет бОльшим.
Таким образом можно получить автоматическое (со стабилизацией по току), многоступенчатое зарядное устройство. Конденсаторы нужно выбрать неполярные, для работы в цепях переменного тока. Я выбрал металлоплёночные, аналоги К73-17, каждый ёмкостью 4.7мФ на напряжение 250В. Этого вполне достаточно, т.к. в нормальном режиме напряжение на конденсаторах меньше в разы.
У меня получилось 4 ступени, и примерно такие соотношения емкостей и тока заряда:
1. С = 4.7мФ - Ток 1.5А
2. С = 4.7мФ х 2 - Ток 3А
3. С = 4.7мФ х 5 - Ток 6А
4. С = 4.7мФ х 6 - Ток 7А
(Внимание. Данные значения только для справки т.к. они мной округлены и могут немного отличаться при использовании другого трансформатора или других элементов)
Светодиод "сеть" оставил красным, а последовательно ему подключил резистор 82кОм, мощностью 2Вт. Можно выбрать и сопротивление больше, я подобрал из самых мощных, что нашёл на работе.
В принципе уже такую схему можно успешно использовать, подключив к выводам трансформатора диодный мост VD, переключатели К1, К2, К3 и не забыв подключить всю схему через предохранитель F1. Но для максимальной безопасности и удобства в схему лучше добавить ещё элементы индикации и защиты от неправильного подключения АКБ, токов к.з. и повышенного напряжения.
2. Схема подключения АКБ
Принцип действия схемы подключения АКБ
При подключении акумуляторной батареи, соблюдая полярность, напряжение подаётся на контакты кнопки S ("ПУСК"), кнопка без фиксации. При нажатии на кнопку, срабатывают реле К3, К5, К6 и их нормально открытые контакты замыкаются, одновременно с этим зажигается сигнальный светодиод зелёного цвета "АКБ". Я поставил зелёного цвета, как разрешающий сигнал для дальнейших действий.
Диоды VD2 и VD3 установлены для защиты от неправильного подключения, т.е. при подключении акумуляторной батареи, не соблюдая полярность, схема работать не будет
Контакт реле К6 позволяет схеме оставаться в рабочем состоянии при отпускании кнопки. Такое решение позволяет подключать АКБ к разомкнутой схеме ЗУ, и искрообразование на клеммах в момент подключения невозможно. Что делает схему безопаснее.
Контакт реле К3, который находится в схеме стабилизации, замыкает цепь питания первичной обмотки трансформатора. Это решение делает невозможной работу трансформатора в режиме холостого хода, который может вызвать неисправность трансформатора и конденсаторов.
Контакт реле К5 замыкает цепь заряда АКБ и подключает цепь к следующему участку - схема защиты от повышенного напряжения.
Реле поставил те, что были в наличии, но подходящие по размеру и параметрам - TRKM-S-Z 12VDC. Их контакты выдерживают ток до 20А.
3. Схема защиты от повышенного напряжения.
Эта схема в ЗУ построенном на баластных конденсаторах просто необходима. Схема отключит первичную цепь трансформатора при случайном отключении АКБ от цепи заряда, или например при перегорании силового предохранителя F2 в цепи заряда. Тем самым предотвратив выход из строя конденсаторов и трансформатора.
Эта схема включает в себя реле TRKM S-Z 12VDC резисторы постоянные и переменные (NTC-термисторы). NTC-термисторы в этом случае необходимы для термостабилизации, т.к. напряжение срабатывания электромагнитного реле зависит от окружающей температуры и температуры обмотки реле. Т.е. при пониженной температуре реле сработает при меньшем напряжении, при повышенной наоборот.
NTC-термисторы, меняя своё сопротивление, делают порог срабатывания стабильнее. В моём варианте реле срабатывает, если напряжение заряда (напряжение после диодного моста) будет 17-18В.
Принцип действия схемы зашиты от повышенного напряжения
При обрыве цепи заряда на предохранителе F2 или на клеммах АКБ напряжение во вторичной обмотке трансформатора резко возрастёт. Реле К4 сработает, контакт его разомкнётся, разорвав цепь питания катушек реле К3, К5 и К6. Их контакты также разомкнуться. Контакт реле К3 разомкнёт цепь питания первичной обмотки трансформатора и зарядное устройство отключится от сети. Об этом будут сигнализировать погасшие светодиоды "АКБ", "min" и "max".
Схема защиты опробована и при положительных и при отрицательных температурах. И однажды на практике показала свою надёжность при выходе из строя предохранителя F2.
4. Схема индикации и управления зарядным устройством
Схема построена на переключателях, светодиодах и вольтметре стрелочном, уже имеющихся на зарядном устройстве. Дополнительно установлены реле К1, К2, конденсатор С7 2200мФ, предохранитель F3, откалиброван вольтметр и перечерчена его шкала.
Конденсатор С7 необходим для сглаживания пульсаций напряжения на выходе диодного моста, при обрыве цепи заряда АКБ. Резких скачков напряжения не произойдёт ни в первичной обмотке трансформатора ни во вторичной. Напряжение повысится до напряжения включения реле К4 без резких скачков. Конденсатор я выбрал электролитический на напряжение 25В и ёмкость 2200мФ. Он может быть и ёмкостью чуть больше, я выбирал только из имеющихся и устраивающих по параметрам и размерам.
Принцип действия схемы управления
При подключенной АКБ.Переключатели "min/max" и "I/II" оставил штатные, несколько изменив их функции. Первый переключатель 3-ёхпозиционный, имеет три позиции, а второй только две.
Если первый переключатель будет в ссредней позиции "0", контакты реле К1 и К2, в схеме первичной обмотки трансформатора будут разомкнуты, и обмотка будет подключена через один конденсатор С1. Зарядный ток будет минимальным, около 1.5А
При переводе переключателя в положение "min" реле К1 сработает, а светодиод желтого света с маркировкой "min" начнёт светиться. Одновременно с этим контакт реле К1 замкнётся и первичная обмотка трансформатора будет подключена через 2 параллельно подключенных конденсатора С1 и С2. Зарядный ток увеличится до 3А
При переводе переключателя в положение "max", и состоянии второго переключателя в положении " I ", сработает реле К2, а К1 отключится. Соответственно будет светиться светодиод "max", а "min" погаснет и обмотка трансформатора будет запитана через конденсаторы С1, С3, С4, С5, С6. А ток заряда увеличится примерно до 6А
Если при этом переключатель "I/II" перевести в положение " II ", то оба реле бут в работе, соответственно оба светодиода будут светиться ( "min" и "max"), обмотка трансформатора будет запитана через все 6 баластных конденсатора, и ток заряда буде увеличен примерно до 7А
Диод VD1 в этой схеме нужен лишь для защиты от случайного включения всех ступеней в положении " min ". Большой необходимости в нём нет.
Таким образом я получил 4-ёх ступенчатое зарядное устройство для АКБ, со стабилизацией по зарядному току. Подгонял значения конечно же по АКБ Renault 65Ah , но таким зарядным устройством можно заряжать АКБ с разной ёмкостью, выбирая необходимый режим заряда. Например на ступенях 6 или 7А можно заряжать и АКБ ёмкостью до 80-90 А, а на ступенях 1.5-3А заряжать АКБ 45-55А, что практически полностью перекрывает диапазон обычных емкостей АКБ для легковых автомобилей.
Этим зарядным устройством я уже успел воспользоваться и испытать его неоднократно, приходилось заряжать и свой АКБ и другие.
Фото Зарядного устройства:
1. Что получилось внутри. Все элементы, кроме трансформатора и диодного моста закреплены в корпусе с помощью термоклея. Клей держит прочно и достаточно эластичен, чтобы элементы при ударах и вибрациях не отваливались. Решение простое и позволяет быстро произвести монтаж.
2. Установил дополнительно алюминиевый радиатор для охлаждения диодного моста, вместо обычной пластины, которая уже имелась, а точнее радиатор установил на неё с помощью винтов.
3. Трансформатор закрепил на алюминиевые пластины, которые просто закрепил к корпусу клёпками. Алюминий хоть и крашеный, хоть немного, но способствует лучшему охлаждению магнитопровода трансформатора
4. Панель управления. Осталась почти заводской. за исключением вольтметра. Амперметр для такой схемы менее желателен. Т.к. ток заряда фиксируется, а за напряжением необходимо смотреть
5. Задняя стенка почти без изменений. Только добавлена кнопка запуска ЗУ.
6. Добавил выключатель на сетевой провод, ток потребляемый ЗУ небольшой, такого хватает
7. Вот такие крокодилы удалось раздобыть. Крпуса заизолированы. Одновременно и небольшие и выдерживающие требуемый ток заряда. Смотрятся очень неплохо и удобны.
