Зарядные устройства – это оборудование для заряда аккумуляторных батарей от сети переменного тока. Каждая АКБ нуждается в периодической подзарядке, в частности, если это приборы бытового назначения или автомобильные аккумуляторы.
Виды ЗУ по сфере применения
Бытовые ЗУ
Это зарядные устройства для мобильных телефонов, ноутбуков, различных электроинструментов, гальванических элементов.
Этот тип ЗУ может быть, как встроенным в прибор, так и внешним. В бытовых электроприборах в основном используются литиевые аккумуляторы, для которых перезаряд или глубокий разряд может быть причиной сильного износа или поломки АКБ. Поэтому ЗУ такого типа обычно оснащаются контроллерами, которые регулируют силу тока и напряжение на выводах АКБ.
Последнее время популярность приобрели портативные зарядные Power Bank. Они предназначены для подзарядки мобильных телефонов, планшетов, фотоаппаратов и видеокамер. В условиях, когда нет возможности подзарядить АКБ гаджета от сети, эти ЗУ могут давать до 12 полных зарядок.
Промышленные зарядные устройства
Это устройства, оборудованные электроникой. Обычно устанавливаются в специализированных цехах зарядной станции. Особенность таких ЗУ в том, что они могут одновременно работать с несколькими АКБ в автоматическом режиме.
Автомобильные ЗУ
Зарядные устройства для автомобильных АКБ. Существует тип таких устройств, который позволяет запускать двигатель автомобиля при разряженном аккумуляторе. Такие устройства называются пуско-зарядными и могут выдавать большую силу тока, чем обычные ЗУ. Соответственно они их превосходят по весу и размерам.
Как происходит заряд аккумулятора
На клеммы подается более мощное напряжение зарядного устройства. Оно может быть постоянной или сглаженной, пульсирующей формы. Напряжение превышает разность потенциалов между катодом и анодом аккумулятора и направлено однополярно с ними.
Таким образом зарядное устройство меняет направление тока в аккумуляторе. Он начинает двигаться от положительного электрода к отрицательному. Окислительно-восстановительная реакция, которая и служит причиной появления заряженных электронов, действует в обратном направлении.
Методы заряда
Заряд постоянным током
Наиболее быстрый метод заряда, но в то же время быстрее изнашивает аккумулятор. Устройства такого типа обеспечивают постоянную силу тока. При этом сила тока не должна превышать десятую часть номинальной емкости аккумулятора. Чтобы обеспечить такую постоянную силу тока на одном уровне такие ЗУ оборудованы регуляторами.
Заряд постоянным напряжением
Этот метод зарядки занимает намного больше времени, чем предыдущий. Степень заряженности АКБ при применении этого метода зависит от величины заданного напряжения. В процессе заряда сила тока уменьшается, а напряжение на выводах аккумулятора приближается к напряжению ЗУ. Этим методом невозможно зарядить батареи полностью.
Смешанный тип заряда
Устройства с комбинированным методом заряда автоматически отключаются после того как АКБ будет полностью заряжен. Для автолюбителей это особенно удобно, поскольку за такими ЗУ не надо следить. Такие ЗУ используют пульсирующий или ассиметричный ток для зарядки. Это уменьшает сульфатацию пластин и продлевает срок работы батареи, а также увеличивает ее емкость.
Импульсные и трансформаторные ЗУ
В устройстве импульсных и трансформаторных ЗУ присутствует трансформатор. Основное различие в принципе его работы.
Обычные трансформаторные ЗУ – это устройства со сравнительно большой массой и габаритами. Трансформатор в таких устройствах дополнен диодным мостом для выпрямления электрического тока. Трансформаторные ЗУ в эксплуатации не такие удобные в отличии от импульсных. Также их КПД меньше, чем у импульсных, но тем не менее они достаточно эффективны. В автомобильной сфере импульсный вариант активно вытесняет трансформаторные приборы, но в промышленности трансформаторные ЗУ еще актуальны.
В импульсных ЗУ трансформатор обладает меньшими габаритами, что позволяет облегчить и уменьшить всю конструкцию. Они оборудованы автоматикой и множеством защитных механизмов. Входное переменное напряжение в таких устройствах преобразуется в постоянное с ограничением амплитуды пульсаций. Импульсное ЗУ при перенагрузке может сгореть, тогда как трансформаторное остается в строю. Импульсными устройствами для зарядки автомобильных АКБ намного проще пользоваться, устройство показывает правильно ли присоединены клеммы и т.д. Также такое ЗУ экономнее с точки зрения расходования электроэнергии и отличается своей меньшей ценой в сравнении с трансформаторными аналогами.
Автомобильный аккумулятор – это электрический аккумулятор , предназначен для обеспечения энергией автомобильных систем (инжектора, блока управления, стартера и других). Но вечно он работать не может, поэтому периодически его необходимо подзаряжать. Для подзарядки используются зарядные устройства.
Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора – это незаменимая вещь для любого владельца автотранспортного средства. Ведь довольно часто случается так, что двигатель просто не хочет запускаться, а причина этого кроется в слабом заряде аккумулятора (а запускает двигатель именно аккумулятор). В таком случае зарядное устройство очень пригодится. Готовое зарядное устройство для аккумуляторной батареи можно приобрести в специализированном магазине или же сделать его собственными руками.
1. Принцип работы зарядного устройства.
Зарядное устройства для аккумуляторной автомобильной батареи – это специально устройство, которое предназначается для возобновления заряда аккумуляторной батареи на автотранспорте. Суть работы зарядного устройства для автомобильного аккумулятора состоит в том, что оно преобразует напряжение от стандартной сети 220 В переменного тока в напряжение постоянного тока, соответствующее параметрам аккумулятора автомобиля.
Зарядное устройство автомобильных аккумуляторов в классической комплектации состоит из двух главных элементов:
1. Трансформатора.
2. Выпрямителя.
Устройство для зарядки вырабатывает постоянный ток под напряжением 14,4 В (а не 12 В). Такое значение напряжения используется, чтобы ток смог пройти через аккумулятор. К примеру, если аккумуляторная батарея была разряжена не полностью, то напряжение на ней составит 12 В. В таком случае её нельзя будет подзарядить устройством, у которого на выходе также будет 12 В. Потому напряжение на выходе зарядного устройство должно быть немного больше. А оптимальным считается именно значение в 14,4 В. Завышать зарядное напряжение ещё больше не желательно, так как это значительно снизит срок службы аккумулятора и может вывести его из строя.
Процесс зарядки аккумулятора начинается тогда, когда устройство было подключено к батарее и к сети. Так как свинцово-кислотный аккумулятор необходимо заряжать по специальному алгоритму, то зарядное устройство производит заряд со стабилизацией тока и напряжения. Этот процесс состоит из многих стадий.
Во время зарядки аккумулятора, его внутреннее сопротивление растёт, а зарядный ток снижается. Когда напряжение на батарее приблизится к 12 В, а зарядный ток опустится к 0 В, то это будет значить, что зарядка была произведена успешно и можно отключать зарядное устройство.
Аккумуляторы принято заряжать током, величина которого составляет 10% от его ёмкости . Например, если ёмкость аккумулятора 100 Ач, то лучшее значение зарядного тока составляет 10 А, а время зарядки займёт 10 часов. Для ускорения заряда батареи ток можно повысить, но это очень опасно и имеет негативное влияние на аккумулятор. В таком случае нужно следить очень внимательно за температурой электролита и если она достигнет 45 градусов по Цельсию, зарядный ток немедленно нужно понизить.
Регулировка всех параметров зарядных устройств производится при помощи управляющих элементов (специальных регуляторов), которые размещены на корпусе самих устройствах. Во время зарядки в помещении, где она производится, нужно обеспечить хорошую вентиляцию, так как электролит выделяет водород, скопление которого очень опасно. От одной искры может случиться взрыв. Также при зарядке следует снять с аккумулятора пробки сливных отверстий. Ведь выделяемый электролитом газ может скопиться под крышкой аккумулятора и привести к разрывам корпуса.
2. Какие бывают зарядные устройства?
Зарядные устройства можно классифицировать по нескольким критериям. В зависимости от метода, который используется для зарядки, зарядные устройства бывают:
1. Такие, что производят зарядку от постоянного тока.
2. Такие, что производят зарядку от постоянного напряжения.
3. Такие, что производят зарядку комбинированным методом.
Зарядку от постоянного тока нужно осуществлять при токе заряда в 1/10 от ёмкости батареи. Такая зарядка способна полностью зарядить батарею, но за процессом потребуется контроль, ведь во время неё электролит нагревается и может закипеть, что становиться причиной короткого замыкания и возгорания аккумулятора. Подобная зарядка не должна длиться больше одних суток.
Зарядка от постоянного напряжения намного безопаснее, но она не способна обеспечить полный заряд батареи.
Потому в современных зарядных устройствах используется комбинированный способ заряда. При таком способе, зарядка сначала производится от постоянного тока, а потом переходит на зарядку от постоянного напряжения, чтобы исключить перегрев электролита. Зависимо от особенностей работы и конструкции, зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов разделяют на два вида:
1. Трансформаторные. Устройства, у которых вместе с выпрямителем подключён трансформатор. Такие устройства надёжны и эффективны, но очень громоздки (имеют большие габаритные размеры и заметный вес).
2. Импульсные. Главным элементом таких устройств является преобразователь напряжения, работающий на высоких частотах. Это такой же трансформатор, но значительно меньших размеров и веса, чем у трансформаторных зарядных устройствах. Именно по этой причины такой вид зарядных устройств стал очень популярным среди автомобилистов в последнее время. Кроме того, у импульсных приборов автоматизировано большинство процессов, что заметно упрощает управление ими.
В зависимости от назначения зарядные устройства бывают двух видов:
1. Зарядно-предпусковые. Заряжает автомобильный аккумулятор от имеющегося источника тока.
2. Зарядно-пусковые.
Способны не только зарядить аккумуляторную батарею от сети, а и произвести запуск двигателя, когда она разряжена. Такие устройства более универсальны и могут выдать ток в 100 В или более, если необходимо быстро зарядить аккумулятор без дополнительного источника электрического тока. Существует также отдельный класс зарядных устройств – зарядные устройства на солнечных батареях. Они дают возможность зарядить аккумулятор без подключения к сети. Зарядка происходит при помощи блока солнечной батареи, которая аккумулирует энергию от солнца. А само устройство подключается к прикуривателю или к клеммам аккумулятора. Подобные устройства очень удобно использовать, если аккумулятор разрядился, а поблизости нет электросети.
3. На что обращать внимание при выборе зарядки?
Советы, которые стоит учесть при выборе зарядного устройства для автомобильного аккумулятора:
1.
Перед тем, как отправляться в магазин для покупки зарядного устройства, необходимо досконально изучить руководство по эксплуатации своей аккумуляторной батареи и работы бортовой сети. В магазине стоит изучить характеристики зарядных устройств и только потом подобрать подходящую модель.
2. Что касается страны-производителя, то здесь совет один – лучше не покупать продукцию из Китая, так как из этой страны очень часто импортируют контрафактный продукт. Лучше отдать предпочтение отечественному производителю.
3. Выбирать зарядное устройство стоит с запасом по току, чтобы оно не функционировало на пределе своих возможностей, что снижает срок его эксплуатации. Кроме того, в будущем может понадобиться зарядить аккумулятор большей ёмкости, и зарядное устройство не придётся покупать заново.
4. Лучше выбирать автоматическое устройство с комбинированным методом заряда. С таким устройством проще и легче управляться (обычно у подобных устройств лишь один регулятор), а по функциональности они очень надёжные. Они идеально подойдут новичкам.
5. Покупать устройство стоит только у официальных дилеров, ведь от его качества зависит состояние всей автомобильной электроники.
6. Если вы планируете активно эксплуатировать автомобиль в зимнее время, то лучше приобрести зарядно-пусковое устройство. В таком случае также стоит обратить внимание на наличие функции Boost, которая позволяет подзаряжать аккумулятор за несколько минут.
Сейчас на рынке представлено множество моделей зарядных устройств, как от мировых лидеров, так и более доступные варианты от менее известных производителей. Среди хорошо себя зарекомендовавших производителей зарядных устройств можно назвать Aiken, Telwin, Ресанта, Калибр, Сорокин.
4. Простая схема по изготовлению зарядки.
Если вдруг аккумуляторная батарея в автомобиле разрядилась, а специальных зарядных устройств для неё у вас нет, то их можно сделать собственноручно, используя имеющиеся на хозяйстве детали.
Для изготовления собственного зарядного устройства понадобятся:
1. Трансформатор (понижает напряжение от 220 В до 14-16В).
2. Сетевая вилка (доставляет ток от сети к устройству).
3. Сетевой предохранитель (защищает цепь от короткого замыкания).
4. Проволочный реостат (регулирует силу зарядного тока).
5. Амперметр (контролирует величину зарядного тока).
6. Выпрямительное устройство (преобразует переменный ток в постоянный).
7. Выключатель (производит включение/выключение устройства).
8. Лампочка (сигнализирует о появлении напряжения на обмотке трансформатора).
9. Реостат (регулирует силу тока и напряжение в собранной электрической цепи).
10. Диэлектрический материал (нужен для того, чтобы сделать корпус устройства и смонтировать на него все элементы).
Этапы процесса изготовления зарядного устройства:
1. Если нет готового выпрямительного устройства, то его нужно сделать из диодов, собрав из них выпрямительный мостик. Устройство нужно смонтировать на диэлектрик (пластмасса, фанера, текстолит и т. д.).
2. У основания выпрямительного устройства закрепить трансформатор.
3. К сетевой вилке припаять сетевой предохранитель и подсоединить к трансформатору.
4. Собрать из диэлектрического материала корпус устройства и сделать в нём отверстия для охлаждения и свободной циркуляции воздуха вокруг выпрямителя и трансформатора.
5. На передней стенке корпуса закрепить лампочку, выключатель, реостат и амперметр.
6. Выходные провода от выпрямителя оборудовать клеммами с разным диаметром (чтобы не перепутать полярность при его подключении к аккумуляторной батареи).
7. Соединить все элементы между собой, собрав простейшую электрическую цепь.
После того, как зарядное устройство будет собрано, можно включить его вилку в электрическую сеть, подключить клеммы к аккумулятору и установить реостатом необходимый ток для зарядки, контролируя его значение по амперметру.
Как происходит зарядка аккумулятора? Схема этого устройства сложна или нет, для того чтобы сделать устройство своими руками? Отличается ли принципиально от того, что применяется для мобильных телефонов? На все поставленные вопросы мы попытаемся ответить далее в статье.
Общие сведения
Аккумулятор играет очень важную роль в функционировании устройств, агрегатов и механизмов, для работы которых необходимо электричество. Так, в транспортных средствах он помогает запустить двигатель машины. А в мобильных телефонах батареи позволяют нам совершать звонки.
Зарядка аккумулятора, схема и принципы работы данного устройства рассматриваются даже в школьном курсе физики. Но, увы, уже к выпуску многие эти знания успевают позабыть. Поэтому спешим напомнить, что в основу работы аккумулятора положен принцип возникновения разности напряжения (потенциалов) между двумя пластинами, которые специально погружаются в раствор электролита.
Первые батареи были медно-цинковыми. Но с того времени они существенно улучшились и модернизировались.
Как устроена аккумуляторная батарея
Единственный видимый элемент любого устройства - корпус. Он обеспечивает общность и целостность конструкции. Следует отметить, что наименование «аккумулятор» может быть полноценно применено только к одной ячейке батареи (их ещё называют банками), а том же стандартном автомобильном аккумуляторе на 12 В их всего шесть.
Возвращаемся к корпусу. К нему выдвигают жесткие требования. Так, он должен быть:
- стойким к агрессивным химическим реагентам;
- способным переносить значительные колебания температуры;
- обладающим хорошими показателями вибростойкости.
Всем этим требованиям отвечает современный синтетический материал - полипропилен. Более детальные различия следует выделять только при работе с конкретными образцами.
Принцип работы
В качестве примера мы рассмотрим свинцово-кислотные батареи.
Когда есть нагрузка на клемму, то начинает происходить химическая реакция, которая сопровождается выделением электричества. Со временем батарея будет разряжаться. А как она восстанавливается? Есть ли простая схема?
Зарядка аккумулятора не является чем-то сложным. Необходимо осуществлять обратный процесс - подаётся электричество на клеммы, вновь происходят химические реакции (восстанавливается чистый свинец), которые в будущем позволят использовать аккумулятор.
Также во время зарядки происходит повышение плотности электролита. Таким образом батарея восстанавливает свои начальные свойства. Чем лучше были технология и материалы, которые применялись при изготовлении, тем больше циклов заряда/разряда может выдержать аккумулятор.
Какие электрические схемы зарядки аккумуляторов существуют
Классическое устройство делают из выпрямителя и трансформатора. Если рассматривать все те же автомобильные батареи с напряжением в 12 В, то зарядки для них обладают постоянным током примерно на 14 В.
Почему именно так? Такое напряжение необходимо для того, чтобы ток мог идти через разряженный автомобильный аккумулятор. Если он сам имеет 12 В, то устройство той же мощности ему помочь не сможет, поэтому и берут более высокие значения. Но во всём необходимо знать меру: если слишком завысить напряжение, то это пагубно скажется на сроке службы устройства.
Поэтому при желании сделать прибор своими руками, необходимо для машин искать подходящие схемы зарядки автомобильных аккумуляторов. Это же относится и к другой технике. Если необходима схема зарядки то тут необходимо устройство на 4 В и не больше.
Процесс восстановления
Допустим, у вас есть схема зарядки аккумулятора от генератора, по которой было собрано устройство. Батарея подключается и сразу же начинается процесс восстановления. По мере его протекания будет расти устройства. Вместе с ним будет падать зарядный ток.
Когда напряжение приблизится к максимально возможному значению, то этот процесс вообще практически не протекает. А это свидетельствует о том, что устройство успешно зарядилось и его можно отключать.
Необходимо следить, чтобы ток аккумулятора составлял только 10% от его емкости. Причем не рекомендовано ни превышать этот показатель, ни уменьшать его. Так, если вы пойдёте по первому пути, то начнёт испаряться электролит, что значительно повлияет на максимальную емкость и время работы аккумулятора. На втором пути необходимые процессы не будут происходить в требуемой интенсивности, из-за чего негативные процессы продолжатся, хотя и в несколько меньшей мере.
Зарядка
Описываемое устройство можно купить или собрать своими руками. Для второго варианта нам понадобятся электрические схемы зарядки аккумуляторов. Выбор технологии, по которой она будет делаться, должен происходить зависимо от того, какие батареи являются целевыми. Понадобятся такие составляющие:
- (конструируется на балластных конденсаторах и трансформаторе). Чем большего показателя удастся достичь, тем значительней будет величина тока. В целом, для работы зарядки этого должно хватить. Но вот надёжность данного устройства весьма низкая. Так, если нарушить контакты или что-то перепутать, то и трансформатор, и конденсаторы выйдут из строя.
- Защита на случай подключения «не тех» полюсов. Для этого можно сконструировать реле. Так, условная завязка базируется на диоде. Если перепутать плюс и минус, то он не будет пропускать ток. А поскольку на нём завязано реле, то оно будет обесточенным. Причем использовать данную схему можно с устройством, в основе которого и тиристоры, и транзисторы. Подключать её необходимо в разрыв проводов, с помощью которых сама зарядка соединяется с аккумулятором.
- Автоматика, которой должна обладать зарядка аккумулятора. Схема в данном случае должна гарантировать, что устройство будет работать только тогда, когда в этом действительно есть потребность. Для этого с помощью резисторов меняется порог срабатывания контролирующего диода. Считается, что аккумуляторы на 12 В являются полностью, когда их напряжение находится в рамках 12,8 В. Поэтому этот показатель является желанным для данной схемы.
Заключение
Вот мы и рассмотрели, что собой представляет зарядка аккумулятора. Схема данного устройства может быть выполнена и на одной плате, но следует отметить, что это довольно сложно. Поэтому их делают многослойными.
В рамках статьи вашему вниманию были представлены различные принципиальные схемы, которые дают понять, как же, собственно, происходит зарядка аккумуляторов. Но необходимо понимать, что это только общие изображения, а более детальные, имеющие указания протекающих химических реакций, являются особенными для каждого типа батареи.
Рано или поздно любой автолюбитель сталкивается с проблемой разряженного аккумулятора, особенно когда температура опустилась ниже нуля. А а после пары запусков методом «прикуривания» возникает твердая уверенность в том, что автоматическое зарядное устройство относится к предметам первой необходимости. Рынок сегодня просто изобилует разнообразием таких устройств, от которого глаза буквально разбегаются. Различные производители, цвета, формы, конструкции и, само собой, цены. Так как же во всем этом разобраться?
Выбираем автоматическое зарядное устройство
Прежде чем отправиться в поход по магазинам, необходимо определиться, какой аккумулятор предстоит заряжать. Они бывают самых разных видов: обслуживаемые и необслуживаемые, сухозаряженные или залитые, щелочные или кислотные. То же самое касается и зарядных устройств: существуют ручные, полуавтоматические и автоматические Последние выбирать предпочтительнее, поскольку практически не требуют вмешательства извне, и весь процесс заряда контролируется самим устройством.
Они обеспечивают самый оптимальный режим при этом не возникает опасного для батареи перенапряжения. Умная электронная начинка сделает все по правильному, заранее заданному алгоритму, а некоторые устройства способны определять степень разряда аккумулятора и его емкость, самостоятельно настраиваться на нужный режим. Такое автоматическое зарядное устройство подойдет практически для любого типа аккумулятора.
Большинство современных зарядных и пуско-зарядных устройств имеют так называемый режим быстрой зарядки (BOOST). В некоторых случаях это действительно может сильно выручить, когда из-за слабого заряда аккумулятора не удается завести двигатель пусковым устройством. В этом случае достаточно зарядить аккумулятор в режиме BOOST буквально в течение нескольких минут, а затем запустить двигатель. Нельзя длительное время заряжать аккумулятор в режиме BOOST, поскольку это способно значительно сократить срок его службы.
Как работает автоматическое зарядное устройство?
Обычно это устройство независимо от производителя и ценовой категории предназначено для зарядки, а также очистки пластин от сульфата свинца (десульфатации) двенадцативольтовых аккумуляторных батарей, имеющих емкость от 5 до 100 Ач, а также количественной оценки уровня их заряда. Такое зарядное устройство снабжено защитой от неправильного подключения и от короткого замыкания клемм. Применение микроконтроллерного управления позволяет выбрать оптимальный режим практически для любого аккумулятора.
Основные режимы работы автоматического зарядного устройства:
Следует помнить, что правильно подобранное автоматическое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора способно не только обеспечить его надежную и бесперебойную работу, но и значительно продлить срок службы.
