Схемы зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Схема автоматического зарядного устройства для аккумуляторов 12вЛюбой автолюбитель знает, сколько неприятностей может доставить аккумулятор, не работающий в штатном режиме. Гарантированно безотказно он может проработать минимум 5 лет при условии, что водитель постоянно следит за его состоянием. Но ситуации, когда аккумуляторная батарея (АКБ) перестаёт выполнять свои функции, случаются довольно часто. Причин может быть довольно много, начиная от неисправностей в системе электроснабжения автомобиля и заканчивая длительным простоем авто в тяжёлых погодных условиях, чаще всего на холоде.

Поэтому к выбору подзарядки АКБ автолюбители, не желающие тратить деньги в специальных сервисных центрах, должны подойти с большой ответственностью.

Виды зарядных устройств

Перед приобретением зарядного устройства (ЗУ) автолюбитель должен знать, что торговля предлагает ЗУ двух основных видов:

  • устройства зарядно-предпусковые;
  • зарядно-пусковые ЗУ.

Схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Первый вид предназначен только для подзарядки аккумуляторных батарей.

При подключении клемм АКБ проводами с клещевидными зажимами к выходу устройства осуществляется подзарядка аккумулятора.

Используя зарядно-пусковые ЗУ можно осуществлять как обычную подзарядку аккумулятора, так и запуск двигателя вращением стартера без подключения аккумуляторной батареи.

Основные критерии выбора

Критериями могут служить рабочие параметры. К ним относятся:

  • максимальное выходное напряжение;
  • максимальный нагрузочный ток.

Максимальное напряжение для зарядки 12- вольтовых кислотных батарей (с учётом падения напряжения на проводах и клеммах АКБ) 15,5 В. При выборе такого ЗУ в конце зарядки напряжение аккумулятора составит порядка 14,5 В.

Максимальный ток выбирается исходя из номинальной ёмкости АКБ.

Для кислотных аккумуляторов действует простое соотношение между ними:

Классификация зарядных устройствImax =0,1 C ном.

Для щелочных батарей:

Imax =0,25Сном.

C ном — мощность АКБ, выраженная в Ампер-часах (А-ч).

Выбрав ЗУ с Imax =10А, можно зарядить любой автомобильный аккумулятор.

Классификация зарядных устройств

ЗУ можно классифицировать по схемным решениям, по элементной базе, используемой при их проектировании, по принципам преобразования переменного тока в постоянный. Исходя из этого, можно выделить две группы устройств зарядки аккумуляторов:

  • трансформаторные ЗУ;
  • импульсные устройства зарядки.

В устройствах первой группы используется мощный силовой трансформатор.

В импульсных устройствах зарядки осуществляется преобразование тока сети в последовательность импульсов высокой частоты.

Трансформаторные ЗУ

В трансформаторных ЗУ используются мощные электронные компоненты. Они могут выдерживать перегрузки (в разумных пределах), справляются с ситуациями ошибочного подключения к клеммам АКБ. В ЗУ самодельного изготовления такого типа не всегда присутствуют все компоненты, необходимые для стабильной и безопасной зарядки аккумуляторов. К необходимым компонентам схемы зарядки относятся:

  • трансформаторный блок питания;
  • стабилизатор тока зарядки;
  • токовый регулятор заряда АКБ;
  • устройство защиты от коротких замыканий;
  • устройства индикации параметров.

Схема зарядного устройства для  аккумуляторовВ простых «самоделках» регулятором тока часто выступают проволочные реостаты с ручным управлением, лампы ближнего и дальнего света автомобиля, которые облают в некоторой степени свойством термосопротивлений. С увеличением силы тока через спираль лампы её сопротивление возрастает. Таким образом, величина тока как бы поддерживается на постоянном уровне. На элементах таких схем выделяется большая тепловая мощность. КПД этих ЗУ невелик. Элементы устройств, собранных по таким схемам, пожароопасны, и их надёжность оставляет желать лучшего.

В некоторых схемах используют набор конденсаторов разной ёмкости. Они вручную включаются по очереди последовательно с первичной обмоткой понижающего трансформатора. Обладая ёмкостным сопротивлением, они понижают величину входного напряжения. Уменьшается напряжение в понижающей обмотке трансформатора и величина тока заряда аккумуляторной батареи. Нагрев элементов в этих схемах меньше, а их КПД возрастает.

Диоды в выпрямительном мосту должны быть подобраны по величине тока заряда батареи. Ток через них должен быть больше максимального зарядного тока. Они обычно устанавливаются на пластинчатые металлические радиаторы, отводящие от диодов избыток тепла и предотвращающие их перегрев.

Более совершенные конструкции предусматривают возможность их автоматического отключения от нагрузки при полной зарядке АКБ. Такие схемные решения позволяют не бояться обрывов в цепи нагрузки и коротких замыканий в ней.

В «продвинутых» схемах для регулирования зарядного тока используют тиристоры. Напряжение на управляющем электроде, определяющее степень открывания прибора, через который протекает ток зарядки, устанавливается вручную переменным резистором схемы. Его ось выведена на переднюю панель устройства зарядки.

В качестве устройств индикации параметров зарядки выступают стрелочные амперметры, включаемые последовательно в цепь нагрузки и вольтметры, контролирующие напряжение на клеммах аккумуляторных батарей. В последних моделях ЗУ стрелочные индикаторы постепенно заменяют цифровыми. Схема усложняется, так как необходимо питать и элементы электронной индикации.

Схема автоматического зарядного устройства для аккумуляторов 12 В позволяет подключать ЗУ к сети при подсоединении проводов с клещевидными зажимами к АКБ. По окончании заряда, когда ток уменьшается до величины срабатывания компаратора схемы, контакты реле размыкаются, светодиод сигнализирует об окончании процесса зарядки и ЗУ отключается от сетевого напряжения.

Импульсные устройства

Устройства этого класса, как и трансформаторные ЗУ, ставят перед собой задачу — восстановление работоспособности аккумуляторных батарей при их частичном или полном разряде. Но схемные решения, использованные в них, основываются на применении современной базы.

Для того чтобы избавиться от мощных силовых понижающих трансформаторов, в импульсных ЗУ переменное сетевое напряжение (50 Герц) преобразуется в переменное напряжение импульсной формы высокой частоты. Это высокочастотное напряжение с помощью импульсного трансформатора доводится до значений, необходимых для зарядки АКБ. Затем оно выпрямляется и фильтруется. Частота преобразования обычно около 50 килогерц, размеры трансформатора, который в основном определяет размеры устройства, минимизируются.

Схемы простых зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов

Повышенные требования в ЗУ импульсного типа предъявляются к уровню помех, создаваемых генераторами этих устройств. Для этих целей в схемах используют высокочастотные дроссели. Трансформаторы выполнены в виде обмоток на ферритовых кольцах. Импульсные диоды имеют небольшие размеры.

Если представить общую схему устройства в виде отдельных составных частей, то она будет включать в себя:

  • блок сетевого выпрямителя;
  • блок преобразователя;
  • импульсный трансформатор;
  • блок контроля зарядки;
  • приборы индикации параметров.

В устройствах импульсной зарядки можно использовать один из способов восстановления работоспособности батарей:

  • постоянным током;
  • напряжением постоянной величины;
  • комбинированным способом.

Виды зарядных устройствПоследний из них позволяет на разных этапах процесса использовать как первый, так и второй способы. При разряженном аккумуляторе необходимо его подзарядить постоянным током до определённого предела. После этого включается режим стабилизации напряжения при уменьшающемся токе заряда.

Импульсные ЗУ можно разделить, в свою очередь, на ручные, требующие самостоятельного регулирования напряжения и силы тока, автоматические, в которых процесс регулируется программным путём, и полуавтоматы.

Сравнение ЗУ разных классов

Надо заметить, что как одни, так и другие устройства зарядки аккумуляторов обладают рядом преимуществ и недостатков. Рассмотрев каждый класс и сравнив их между собой, можно прийти к окончательному выводу о приобретении того или иного устройства.

Трансформаторные зарядные устройства

Среди достоинств трансформаторных ЗУ можно отметить такие: простота конструкции, которую может повторить радиолюбитель не очень высокого класса, надёжность, проверенная временем, доступность элементов схемы, отсутствие сетевых и радиопомех.

Из недостатков можно отметить: значительный вес и габариты, невысокий коэффициент полезного действия из-за потерь в металлических сердечниках трансформаторов.

Импульсные ЗУ

Достоинствами этих устройств являются: небольшой вес из-за отсутствия железа сетевых трансформаторов и радиаторов силовых элементов, высокий (до 98%) КПД, большие допуски на частоту и напряжение питающей сети, большое количество элементов защиты и автоматизации процесса зарядки АКБ.

К недостаткам относятся следующие: отсутствие гальванической развязки от питающей сети, наличие широкого спектра гармоник, требующее принимать дополнительные схемные решения для их подавления.

Постепенно всё большее число автолюбителей, стремящихся обезопасить себя от неприятных ситуаций, связанных с неисправностями аккумуляторных батарей, выбирают зарядные устройства импульсного класса.