Простое зарядное устройство для аккумулятора своими руками

Параметры устройства

Всем известно, что вся электроника автомобиля питается от 12в. При этом устройство для зарядки должно выдавать ток в 10% от номинальной емкости. Без этого ЗУ тоже будет работать, но намного медленнее.

Чтобы добиться этих параметров, понадобится:

1. Трансформатор с 2 обмотками. Здесь работает правило «чем больше витков – тем лучше». Если обмоток больше, то не страшно. Просто они не будут задействованы. По сути подойдет любой импульсный трансформатор.
2. Из розетки идет переменное питание. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, сделанное своими руками, должно выдавать постоянное. На этот случай понадобится выпрямитель.
3. Тестер. Мультиметр необходим для того, чтобы определить выходное напряжение. Оно должно быть ровно 12 вольт.
4. Сделать зарядное устройство для аккумулятора невозможно без управления автоматикой. В противном случае аккумулятор может взорваться. Поэтому необходимо реле контроля напряжения.
5. Понадобится регулировка тока. С этим справится переменный резистор. Желательно взять многооборотистый регулятор тока, чтобы подстройка была плавной.

Этого достаточно, чтобы собрать простое зарядное устройство.

Если трансформатор не подходит

Далеко не всегда в гараже или дома вы встретите именно такой трансформатор, который будет питаться от 220В и выдавать на выходных клеммах 13 – 15В. Большинство моделей, используемых в обиходе, действительно имеют первичную катушку на 220В, но на выходе может быть любой номинал. Чтобы это исправить вам потребуется изготовить новую вторичку.

Для начала пересчитайте коэффициент трансформации по формуле: U1/U2 = N1/N2 ,

где U1 и U2 – напряжение на первичной и вторичной обмотке соответственно;

N1 и N2 – количество витков в первичке и вторичке соответственно.

К примеру, электрическая машина используется в качестве блока питания на 42В, а вы хотите получить для зарядного устройства 14В. Следовательно, вам необходимо при 480 витках в первичке, сделать 31 виток на вторичке зарядного. Этого можно добиться как путем сокращения числа витков, удалив лишние, так и путем намотки новой. Но первый вариант не всегда подходит, так как сечение обмотки трансформатора может не выдержать силу тока с меньшим числом витков.

U1*I1 = U2*I2 ,

Где U1 и U2 – напряжение на первичной и вторичной обмотке, I 1 и I 2 – ток, протекающий в первичке и вторичке.

Как видите, с понижением числа витков и напряжения на вторичной обмотке сила тока в ней пропорционально возрастет. Как правило, запаса по сечению не хватает, поэтому после определения силы тока под нее подбирают новый проводник из данных таблицы:

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Если расчетная величина тока на выходе зарядного устройства превышает нужные 10% от емкости аккумулятора, в цепь обязательно включается токоограничивающий резистор, величина которого подбирается пропорционально излишку тока.

Схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Чтобы собрать самодельное зарядное устройство нужны хотя бы навыки пайки, не более. Вот несколько схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, которые можно собрать за пару часов.

Простые схемы

Вот 3 схемы простого зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Возможно, все необходимые комплектующие уже у вас есть или их можно купить за бесценок на барахолке.

С 1 диодом

Перед трансформатором ставится предохранитель на 1 ампер и выключатель для удобства. После трансформатора с одного вывода обмотки ставится диод, а с другого — предохранитель. В разрыв нужно поставить амперметр и вольтметр. Можно купить дешевые китайские тестеры, где только экран и провода. Можно задействовать советские стрелочные.

Схема автоматического зарядного не самая лучшая. Диод срезает нижнюю часть синуса, от чего пульсация получается неравномерной.

С диодным мостом

Для АКБ автомобиля этот вариант подходит лучше. ДМ – это уже полноценный выравниватель напряжения.

Зарядник для автомобильного аккумулятора собирается также, но вместо диода устанавливается мост. От его минуса провод идет на предохранитель после трансформатора.

Диодный мост можно купить или спаять самостоятельно. Для этого понадобится всего 4 диода. Схема выглядит так. Напряжение все еще пульсирующее, что не очень хорошо для аккумуляторов.

С диодным мостом и конденсатором

Вот как выглядит правильное трансформаторное зарядное устройство. Между плюсом и минусом ставится конденсатор на 25-50 вольт и 5000-6000 микрофарад.

Конденсатор принимает напряжение и отдает его, но уже выровненным и без пульсаций.

Схемы с регулировкой

Если хочется, чтобы зарядник для аккумулятора автомобиля, сделанный своими руками правильно работал, необходим регулятор. С этим справится обычный подстроечный (переменный) резистор на 4,7 килоома.

Также в схеме предусмотрено 3 транзистора. Их расположение и номер подписан, поэтому проблем не будет. Достаточно прийти в радиомагазин и показать наименования. Они необходимы, чтобы резистор работал корректно.

Транзисторам необходимо хотя бы пассивное охлаждение, поэтому к их радиаторам лучше прикрепить алюминиевую пластину или поставить кулер.

Замечание. На схеме в разрыв транзистора П210 и вторым предохранителем установлен амперметр. С регулировкой тока и напряжения в нем нет необходимости, так как подстроить нужно только вольтаж. Поэтому на его место лучше поставить вольтметр.

Подробное видео можно посмотреть ниже.

Типы аккумуляторов

Все АКБ работают по одному принципу – обратимости протекающих в них реакций. Говоря проще, химическая реакция проходит в одном направлении, а заряд идет в противоположном.

Сегодня в лэптопах используется 2 типа аккумуляторов:

1. Литий-ионные, или Li-Ion.
2. Литий-полимерные, или Li-Pol.

Второй вид АКБ является более современным и используется производителями все чаще. В начале эры мобильных устройств активно использовались никель-кадмиевые батареи.

Однако в их состав входит кадмий, обладающий высокой токсичностью. В результате возникали серьезные проблемы с утилизацией вышедших из строя аккумуляторов.

Им на замену пришли никель-металлогидридные батареи, лишенные некоторых недостатков никель-кадмиевых. Но показатель их энергоемкости все же был невелик, как и число циклов перезарядки.

Литий-ионные АКБ обладают высокой энергетической плотностью и низким показателем саморазряда. Однако и они не лишены недостатка: литий постепенно разрушается, и уже через год емкость батареи снижается. На практике срок эксплуатации аккумуляторов этого типа составляет 2-3 года, а не заявленные производителями 5 лет.

Порядок сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

По рассмотреть, как сделать зарядное устройство для авто. Для новичка вполне подойдет эта схема. Она была рассмотрена ранее. Как ее усовершенствовать – написано выше.

Для начала понадобится раздобыть трансформатор. В радиоаппаратуре и старых магнитофонах можно найти неплохой ТС-180-2. Он состоит из 4 обмоток. Нужно соединить на первичке выводы 1 и 1, а на вторичке 9 номера. То есть, если соединить 4 обмотки в 2 последовательно, получится двухобмоточный трансформатор с напряжением в 13,6 вольт, что и требуется для нормальной работы ЗУ. К выводам № 2 нужно припаять сетевой шнур.

Как подключить зарядное устройство к аккумулятору автомобиля? Просто нужно диодный мост соединить проводами с 10 выводами. В разрыв стоит поставить амперметр с ограничением 15 ампер.

В цепь амперметра подпаивается регулятор напряжения. Между выводами с трансформатора нужно поставить вольтметр.

Чтобы защитить автоматическое зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, нужно поставить предохранители. Один со стороны АКБ (10 А), второй на входе в трансформатор (0,5А).

Не стоит сразу ставить высокий ток. Для перестраховки на зарядном устройстве нужно ставить невысокий ток (от 1А), а затем постепенно повышать до 9-10А. Когда АКБ будет заряжен, амперметр будет показывать около 1 ампера. Это значит, что зарядное устройство можно отключать.

Немного теории об аккумуляторах

Любой аккумулятор (АКБ) — накопитель электрической энергии. При подаче на него напряжения энергия накапливается, благодаря химическим изменениям внутри батареи. При подключении потребителя происходит противоположный процесс: обратное химическое изменение создаёт напряжение на клеммах устройства, через нагрузку течёт ток. Таким образом, чтобы получить от батареи напряжение, его сначала нужно «положить», т. е. зарядить аккумулятор.

Практически любой автомобиль имеет собственный генератор, который при запущенном двигателе обеспечивает электроснабжение бортового оборудования и заряжает аккумулятор, пополняя энергию, потраченную на пуск мотора. Но в некоторых случаях (частый или тяжёлый запуск двигателя, короткие поездки и пр.) энергия аккумулятора не успевает восстанавливаться, батарея постепенно разряжается. Выход из создавшегося положения один — зарядка внешним зарядным устройством.

Как узнать состояние батареи

Чтобы принимать решение о необходимости зарядки, нужно определить, в каком состоянии находится АКБ. Самый простой вариант — «крутит/не крутит» — в то же время является и неудачным. Если батарея «не крутит», к примеру, утром в гараже, то вы вообще никуда не поедете. Состояние «не крутит» является критическим, а последствия для аккумулятора могут быть печальными.

Оптимальный и надёжный метод проверки состояния аккумуляторной батареи — измерение напряжения на ней обычным тестером. При температуре воздуха около 20 градусов зависимость степени зарядки от напряжения на клеммах отключённой от нагрузки (!) батареи следующая:

• 12.6…12.7 В — полностью заряжена;
• 12.3…12.4 В — 75%;
• 12.0…12.1 В — 50%;
• 11.8…11.9 В — 25%;
• 11.6…11.7 В — разряжена;
• ниже 11.6 В — глубокий разряд.

Нужно отметить, что напряжение 10.6 вольт — критическое. Если оно опустится ниже, то «автомобильная батарейка» (особенно необслуживаемая) выйдет из строя.

Правильная зарядка

Существует два метода зарядки автомобильной батареи — постоянным напряжением и постоянным током. У каждого свои особенности и недостатки:

• Зарядка постоянным напряжением — годится для восстановления заряда не полностью разряженных батарей, напряжение на клеммах которых не ниже 12.3 В. Процесс заключается в следующем: к клеммам батареи подключают источник постоянного тока напряжением 14.2–14.7 В. Окончание процесса контролируют по току потребления: когда он упадёт до нуля, зарядка считается оконченной. Недостаток такого способа — возможно большой начальный зарядный ток; чем сильнее батарея разряжена, тем выше ток. Преимущества метода очевидны — вам не нужно постоянно регулировать ток зарядки, аккумулятору не грозит перезарядка, если вы про него забудете.
• Зарядка постоянным током — самый распространённый и надёжный способ. В этом режиме ЗУ выдаёт постоянный ток, равный 1/10 ёмкости батареи. Окончание процесса зарядки определяется по напряжению на батарее — когда оно достигнет 14.7 В, заряжать батарею прекращают. Недостаток такого метода — батарею можно испортить, не сняв вовремя с зарядки.

Автозарядка из блока питания

Самодельное подзарядное устройство можно сделать и из БП от компьютера. Придется его немного доработать, зато получается хорошее, почти заводское ЗУ. Возможно, блок питания можно найти в закромах.

В большинстве своем, БП построены на базе ШИМ модуля TL494. Он идеально подходит для автомобильных зарядок.

Далее нужно просто действовать по инструкции:

1. Все провода, кроме желтых и черных, нужно обрезать.
2. Спаиваем их между собой: желтые с желтыми, черные с черными.
3. На контроллере нужно перерезать дорожки, которые идут к пинам: 1, 14, 15, 16.
4. В корпусе необходимо сделать 2 отверстия под подстроечные резисторы (10 и 4,4 килоом).
5. Остается только собрать эту схему. Разводить плату не нужно, все делается навесным монтажом.

В автоматическом зарядном устройстве, сделанном своими руками, не помешает мультиметр, который нужно врезать в корпус БП.

↑ Схема ЗУ № 2 (TL494)

Схема 2 не сильно отличается от схемы 1, но если предыдущая версия ЗУ была придумана для работы с АБ шуруповерта, то ЗУ на схеме 2 задумывалось, как универсальное, малогабаритное (без лишних элементов настройки), рассчитанное для работы как с составными, последовательно включенными элементами числом до 3-х, так и с одиночными.
Как видно, для быстрой смены токового режима и работы с разным количеством последовательно соединенных элементов, введены фиксированные настройки с подстроечными резисторами PR1-PR3 (установка тока), PR5-PR7 (установка порога окончания зарядки для разного количества элементов) и переключателей SA1 (выбор тока зарядки) и SA2 (выбор количества заряжаемых элементов АБ). Переключатели имеют по два направления, где вторые их секции переключают светодиоды индикации выбора режима.

Ещё одно отличие от предыдущего устройства — использование второго усилителя ошибки TL494 в качестве порогового элемента (включенного по схеме ТШ), определяющего окончание зарядки АБ.

Ну, и, конечно, в качестве ключа использован транзистор р-проводимости, что упростило полное использование TL494 без применения дополнительных компонентов.

Методика настройки порогов окончания зарядки и токовых режимов такая же

, как и для настройки предыдущей версии ЗУ. Разумеется, для разного количества элементов, порог срабатывания будет меняться кратно.

При испытании этой схемы был замечен более сильный нагрев ключа на транзисторе VT2 (при макетировании использую транзисторы без радиатора). По этой причине следует использовать другой транзистор (которого у меня просто не оказалось) соответствующей проводимости, но с лучшими токовыми параметрами и меньшим сопротивлением открытого канала, либо удвоить количество указанных в схеме транзисторов, включив их параллельно с раздельными затворными резисторами.

Использование указанных транзисторов (в «одиночном» варианте) не критично в большинстве случаев, но в данном случае размещение компонентов устройства планируется в малогабаритном корпусе с использованием радиаторов малого размера или вовсе без радиаторов.

Особенности конструкции современных АКБ

Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.

Рассмотрим их по отдельности:

• Пластины

Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

• Сепараторы

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.

• Электролит

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

• Гелевые электролиты

Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.