Главная » Питание
Призовой фонд
на август 2019 г.
1. 1000 руб
Паяльник
2. Тестер компонентов MG328
Паяльник
3. 200 руб.
От пользователей

Буферное зарядное устройство свинцовых аккумуляторов

При эксплуатации свинцовых аккумуляторов в нормальном режиме существует два основных способа их зарядки:

  • быстрый - метод поддержания постоянного зарядного тока до полной зарядки;
  • буферный - I-U зарядка стабильным током до определённого напряжения и дальнейшее его ограничение.

 Оба способа имеют как достоинства, так и недостатки и находят своё применение. Здесь и далее по тексту, если не указано другое, то имеется в виду двенадцати-вольтовая аккумуляторная батарея (с номинальным напряжением 12,6 Вольт). При первом способе зарядка выполняется сравнительно быстро и аккумулятор заряжается до полной своей ёмкости при конечном напряжении 14,5-15 Вольт, но в конце зарядки из-за высокого напряжения на электродах происходит обильное газообразование и этим самым снижается срок службы батареи:

Быстрая зарядка

Во втором случае зарядка происходит гораздо дольше с ограничением конечного напряжения 13,6-13,8 Вольт и с большИм падением зарядного тока после достижения 80-90% заряда. Выделение газов при этом незначительно, или вовсе отсутствует, как в современных герметичных гелиевых аккумуляторах. В этом режиме такие аккумуляторы могут без проблем проработать весь свой срок эксплуатации:

Буферная зарядка

Быструю зарядку чаще применяют для аккумуляторов, работающих в циклическом режиме, например в детских электромобилях. А в буферном режиме батареям приходится находится в источниках бесперебойного и аварийного питания. Если долгая продолжительность зарядки не критична, то для циклической эксплуатации батарей так же можно использовать буферный режим, но время зарядки в таком случае будет довольно большим.

В наличии как раз имелось зарядное устройство для быстрой зарядки аккумуляторных батарей детских электромобилей. Судя по наклейке на корпусе оно должно заряжать аккумулятор до 14,5 Вольт током 4 Ампер, питаясь от сети переменного тока напряжением 100-240 Вольт частоты 50/60 Герц, и потребляя при этом мощность до 58 Ватт:

Заявленные параметры зарядного

Это довольно высокие значения с учётом того, что предназначено оно для зарядки аккумуляторов с ёмкостью до 8 А·ч, и максимально допустимый зарядный ток для таких батарей составляет 2-2,5 Ампер.

Зарядное устройство моноблочного типа "вилка на корпусе" и имеет сетевой разъём европейского стандарта:

Вид зарядного устройства

Возле места расположения индикаторных светодиодов передняя часть корпуса имеет вентиляционные щели, которые были деформированы при эксплуатации в результате сильного внутреннего нагрева:

Деформированные вентиляционные щели

После замеров было установлено, что зарядное устройство на холостом ходу без подключённой нагрузки выдаёт постоянное напряжение почти 15 Вольт:

Максимальное напряжение

Максимальное напряжение

При этом не имеется в наличии системы отключения нагрузки по окончанию процесса, что обязательно для режима быстрой зарядки. А это нехорошо скажется на долговечности аккумулятора и с каждым циклом будет сильно уменьшать оставшийся ресурс и срок службы. Данное зарядное устройство планировалось использовать для зарядки герметичного AGM-аккумулятора фирмы "Panasonic" для которого рекомендованное напряжение буферного режима составляет 13,6-13,8 Вольт:

Аккумулятор Panasonic

Аккумулятор Panasonic

Было принято решение попробовать переделать зарядное устройство, так как зарядка батарей таким режимом нежелательна. Правда устройство имеет два индикаторных светодиода - красный для индикации напряжения на выходных клеммах, и зелёный для предупреждения о снижении зарядного тока ниже определённой величины и следовательно достижения на аккумуляторной батарее максимального потенциала. Но так как зарядка в таком случае не прекращается, то если вручную не отключить устройство от сети, батарея всё последующее время будет находится под высоким потенциалом, что в свою очередь вызовет газообразование в электролите и этим самым будет происходить преждевременное быстрое старение аккумулятора.

Блок зарядного устройства был разобран для изучения элементов стабилизации и/или ограничения максимального выходного напряжения и оценки возможности коррекции электрических параметров. После разборки и быстрого внешнего осмотра стало понятно, что заявленные на этикетке параметры явно завышены и блок не в состоянии долговременно обеспечивать указанный в 4 А зарядный ток и рассеивать мощность 58 Вт. Охлаждающие радиаторы на микросхеме преобразователя и на выпрямительном диоде слишком малы, даже с учётом вентиляционных щелей на верхней крышке корпуса. Также вторичная обмотка трансформатора, хоть и секционная и состоит из нескольких параллельно соединённых обмоток, всё равно суммарная площадь сечения получается маленькой для обеспечения такого большого тока:

Разобранное устройство

Сразу после разборки был заменён мощный низкоомный резистор, так как старый весь обуглился и рассыпался. Вместо него был подобран и установлен самодельный проволочный резистор такого номинала, чтобы зарядный ток в начале зарядки не превышал 1,5 Ампер. Так же были удлинены выводы индикаторных светодиодов, так как они не доставали до отверстий в корпусе:

Резистор и светодиоды

Далее нужно было освободить плату от корпуса и произвести зарисовку фрагмента стабилизирующего звена устройства. Делается это простым выниманием платы из нижней части и вытаскиванием вилки, которую удерживает небольшая пластмассовая защёлка. Не нужно ничего отпаивать, и на самом деле это оказалось очень удобным. Следует просто освободить защёлку, а вместе с ней и вилку, проводами припаянную к плате:

Вытаскивание платы Удерживающая защёлка

Корпус с защёлкой Пластмассовые части корпуса

После освобождения платы и возможности её свободного вращения в руке, для осмотра и проведения анализа, можно зарисовать нужный участок схемы с указанием номиналов установленных радиоэлементов. Сверху платы сразу бросается в глаза интегральный стабилизатор TL431, от обвязки которого и зависит уровень выходного напряжения, а точнее его максимальное значение, так как под нагрузкой во время процесса зарядки выходное напряжение будет проседать из-за сопротивления последовательно установленного низкоомного шунта:

Плата зарядного устройства

Плата зарядного устройства

Получилось зарисовать и далее начертить фрагмент вторичной цепи преобразователя зарядного устройства после трансформатора. Схема является стандартной для большинства импульсных источников питания и подстройка уровня выходного напряжения не составит труда для радиолюбителя. Позиционные номера радиокомпонентов совпадают с маркировкой на плате:

Фрагмент схемы устройства

Зелёным цветом выделены резисторы, от которых зависит напряжение стабилизации и максимальный ток зарядки. Резисторы R7 и R8 составляют делитель выходного напряжения для интегрального стабилизатора TL431, и от них зависит его уровень. Подбором резистора R8 можно менять это значение в некоторых пределах. А изначально обугленный резистор токового шунта, имеющий сопротивление 1 Ом и в последствии заменённый на резистор более высокого сопротивления, по всей видимости предназначен для ограничения выходного тока, а так же служит датчиком для системы определения и индикации процесса зарядки, которая в данном случае нас не интересует.

На сайте "Паяльник" имеется калькулятор для расчёта сопротивления резисторов делителя стабилизатора TL431 "TL431 калькулятор". Введя исходные данные можно легко и просто определить нужные сопротивления под определённые характеристики. Нам в данном случае легче подобрать одно из плеч делителя, а именно резистор R8, составляющий верхнее плечо и в оригинале имеющий сопротивление 23,2 кОм. Пересчитав данные калькулятором под выходное напряжение 13,8 Вольт получается значение сопротивления указанного резистора 21,3 кОм:

Расчёт делителя

Но вместо того, что бы менять установленный на плате резистор, Мы поступим по другому, и к уже имеющемуся резистору параллельно установим резистор такого сопротивления, что-бы общее сопротивление двух параллельно установленных резисторов было равно необходимому, ранее рассчитанному, сопротивлению верхнего плеча. Для расчёта общего сопротивления параллельно соединённых резисторов на сайте так же имеется удобный калькулятор "Параллельное соединение резисторов". Подставив одно, имеющееся значение, и подбирая другое можно определить каким должно быть сопротивление второго, параллельно устанавливаемого резистора, для получения необходимой величины. В нашем случае это значение составило 270 кОм:

Общее сопротивление

На подкорректированной схеме красным цветом отмечены внесённые изменения. Как уже ранее упоминалось, резистор шунта Мы установили с сопротивлением в два Ом, а добавленный новый резистор на 270 кОм обозначен на схеме как R new:

Доработанная схема

На самой плате устройства параллельно резистору R8 был припаян резистор с гибкими выводами на сопротивление 270 кОм, а места пайки и вся плата были тщательно зачищены спиртом:

Доработанная плата устройства

Доработанная плата устройства Доработанная плата устройства

После доработки и подключения к сети выходное напряжение без нагрузки составило 13,7 Вольт, что является в пределах нормы максимального напряжения буферного режима зарядки свинцовых аккумуляторных батарей с рабочим напряжением в 12 Вольт:

Выходное напряжение

Выходное напряжение

Рекомендованный зарядный ток такого режима в процессе зарядки не должен превышать 20-30% от значения ёмкости аккумулятора, и в данном случае составил примерно 1 Ампер:

Зарядный ток в начале

Зарядный ток в начале

В конце зарядки зажигается зелёный светодиод и зарядный ток падает до 0,1 Ампер. В таком состоянии аккумулятор можно оставить без присмотра, не опасаясь что произойдёт перезаряд и закипание электролита:

Зарядный ток в конце

Зарядный ток в конце

Доработка оказалась несложной и в любой момент можно вернуть прежние параметры просто отпаяв добавленный резистор. В процессе эксплуатации и продолжительной работы зарядного устройства было замечено значительное снижение температуры корпуса по сравнению с предыдущим вариантом, а весь процесс зарядки занимал примерно 8 часов. На информационной наклейке красным маркером были замазаны выходные параметры, которые уже не актуальны, а при надобности маркер легко можно стереть спиртом:

Новая наклейка устройства

В следующих статьях будет рассмотрен многофункциональный измерительный прибор для мониторинга параметров заряда/разряда аккумуляторов и переделка обычного двенадцативольтного импульсного блока питания под зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторных батарей с добавлением в схему узла стабилизации зарядного тока и индикатора зарядки.

Многофункциональный измеритель параметров заряда/разряда аккумуляторов

Теги:

Опубликована: Изменена: 08.07.2019 0 0
Я собрал 0 2
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.6 Проголосовало: 2 чел.

Комментарии (22) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
+1
technotorg #
Спасибо за труд! Несложно, но толково! Единственно, я не понял, зачем зарядному устройству в первичной цепи такой мощный трансформатор, если используется PWM? Всё равно ток зарядки - "турецкий" 4А.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Спасибо за отзыв. Там частота преобразования не очень высокая (около 25 кГц) потому и размеры трансформатора немалые.
Ответить
0
Индус #
Да не мощный он, просто большой.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Да, габаритная мощность зависит не только от размеров, но и от частоты преобразования.
Ответить
0
Pauk #
Да, это ещё поменьше китайских.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Да, там явно никогда не было 4А.
Ответить
0
Игорь #
Эта батарея не гелевая, а изготовлена по технологии AGM, т.е. с матами из стекловолокна, пропитанными электролитом.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Да, правильно.
Ответить
0
Pauk #
А это ни одно и то же?
Ответить
+1
u37 #
Одного не понял - если уж начали моддить схему, то почему не сделали нормальное ограничение тока? Это же бессмысленное выделение тепла, ухудшение работы преобразователя при подключении совсем разряженной батареи и ... увеличение времени заряда, на что и "сетовали" в самом обзоре.
Для этого надо сделать две банальные вещи - перенести "шунт" из "-" в "+" и поставить pnp транзистор с подачей сигнала в TL431. Ну, или оставить шунт на месте, и поставить 2 транзистора. При этом переход СС в СV будет при напряжении 13.8-0.6.
Ответить
+1

[Автор]
andro #
Очень приятно видеть рекомендацию компетентного человека. Так как для свинцовых аккумуляторов этого достаточно и не превышаются рекомендованные токи и напряжения, то в данном случае не хотелось сильно усложнять схему - пришлось бы заменить и блок индикации, а он здесь работает довольно чётко и хорошо, а при глубоко разряженной батарее ток ограничивается обратной связью по току в первичной цепи. Следите за новыми выпусками, и в одной из статей будет показана переделка импульсного блока питания в зарядное устройство с добавлением блока стабилизации тока и индикации с довольно рациональным и хитрым решением.
Ответить
0
Дэмин #
Китайские зарядные устройства по сравнению с этим обеспечивают стабильность тока и его можно регулировать.
Ответить
0
Евгений #
Это не относится ко всем устройствам, есть экземпляры даже без стабилизации напряжения.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Ну это нельзя сказать про все из них.
Ответить
0
Дима #
При 4 Амперах выделялось бы колоссальное количество энергии.
Ответить
0
Pauk #
Оно вряд ли смогло обеспечить такой ток.
Ответить
+1

[Автор]
andro #
4А это явное завышение характеристик производителем.
Ответить
0
Turist #
Выходное напряжение ещё можно регулировать изменением сопротивления нижнего плеча делителя.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Да, можно и так, просто верхним было легче.
А ещё если нечаянно закоротить нижнее плечо, то выходное напряжение подскочит до максимально возможного, а это несколько десятков Вольт.
Ответить
+1
kolosok #
Всем привет. С наших добротных ламповых телевизоров остаются не плохие детали которым можно дать вторую возможность жить дальше это универсальный ТС 180, на нём и собрано несгораемое зарядное устройство, повторял которое в разных вариантах и тепперь хочу вам представить
Прикрепленный файл: пнузу.pdf
Ответить
0

[Автор]
andro #
Спасибо за рекомендацию.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

DC-DC регулируемый преобразователь 1.5-37В 2А с индикатором
DC-DC регулируемый преобразователь 1.5-37В 2А с индикатором
Паяльная станция Hakko 936 Мини гравер 125 Ватт
вверх