Техническа библиотека lib.qrz.ru
4.8 Устройство за автоматично зареждане и разреждане на автомобилни акумулатори
В процеса на дългосрочно (няколко месеца) съхранение на автомобилни батерии те се саморазреждат, поради което се препоръчва презареждане на батериите поне веднъж месечно. Нормалното презареждане обаче не може да предотврати сулфатизирането на пластините, което намалява капацитета и живота на батерията. За да се елиминират тези нежелани явления, се препоръчва от време на време да се упражнява батерията:
разреждането му с ток в ампери, числено равен на 1/20 от номиналния капацитет, изразен в амперчасове, до напрежение 10,5 V, и след това зареждане до напрежение 14,2. 14,5 V. Такъв цикъл на зареждане-разреждане може да се повтори няколко пъти, ако батерията е силно сулфатирана или е била в полуразредено състояние за дълго време.
Зарядно-разрядното устройство, описано по-долу, е проектирано да работи заедно със зарядно устройство, което осигурява необходимия заряден ток. Устройството позволява:
разредете батерията до напрежение 10,5 V;
автоматично стартиране на зареждането в края на разреждането;
извършват зареждане с асиметричен ток при съотношение на компонентите на зареждане и разреждане, равно на 10;
спрете зареждането на батерията, когато напрежението на клемите на батерията достигне 14,2. 14,5 V, което съответства на съобщението към батерията за пълния й номинален капацитет;
контролът на напрежението се извършва в момент, когато зарядният ток не протича през батерията;
спрете да разреждате батерията, когато мрежовото напрежение отпадне;
изпълнете цикли разреждане-зареждане веднъж или многократно.
Помислете за работата на устройството занейната схематична диаграма, показана на фиг. 84.
Зарядно-разрядното устройство се състои от самото зарядно устройство (ZU), обозначено на диаграмата с правоъгълник, и електронен блок за управление. Блокът за управление се захранва от акумулаторна батерия.
Като прагов елемент (компаратор), който генерира сигнал, когато напрежението на батерията достигне стойност над 14.2. 14,5 V и когато падне до 10,5 V, се използва вграденият таймер KR1006VI1 (DA1 чип). Нека си припомним накратко как работи тази микросхема. Таймерът съдържа два основни входа: тригерен вход (щифт 2) и прагов вход (щифт 6). При тези входове външните напрежения се сравняват с референтните стойности, които за посочените входове са съответно 1/3 Upit и 2/3 Upit, където Upit е захранващото напрежение на таймера, приложено към пин 8 спрямо общ пин 1. Ако напрежението на пин 6 е по-малко от 2/3 Upit; след това намаляването на напрежението на щифт 2 до стойност, по-малка от 1/3 Upit, ще настрои таймера в състояние, при което се прилага високо напрежение на изход Q (щифт 3). При последващо увеличаване на напреженията на входовете, съответно повече от 1/3 Upit и 2/3 Upit, таймерът ще премине в друго стабилно състояние, което съответства на ниско ниво на напрежение на изхода на таймера.
Изходът 5 на таймера служи за контрол на стойността на еталонното напрежение, както и за евентуална промяна на стойността му с помощта на външни елементи. В този случай референтното напрежение се стабилизира от ценеров диод VD3. Това се прави, за да се подобри стабилността на компаратора при проследяване на бавно променящи се напрежения. Същата цел служи и стабилизирането на захранващото напрежение на таймера от параметричния стабилизатор VD2R8. Долен и горен прагкомпаратора може да се промени чрез подстригване на резистори R10 и R9.
Да приемем, че батерията и зарядното устройство са свързани към устройството и в мрежата има напрежение от 220 V. Напрежението на не много разредена 12-волтова батерия обикновено е 12.12.6 V. В този случай вграденият таймер ще бъде настроен на състояние, съответстващо на високо ниво на напрежение на изхода му, и транзисторът VT1 ще бъде отворен. Светодиодът HL1 ще светне, показвайки режима на зареждане. По правило обаче степента на разреждане на свързаната батерия е неизвестна и преди зареждане тя трябва да се разреди до напрежение 10,5 V. За да включите режима на разреждане, натиснете за кратко бутона SB1 "Старт". В същото време се подава напрежение към пин 6 на таймера през контактите SB1.1, превключвайки го в противоположно състояние и светодиодът HL1 изгасва. В същото време контактите SB1.2 подават сигнал към RS-тригера DD1.1DD1.2, като го настройват на състояние на високо напрежение на изхода на логическия елемент DD 1.1
При показаното на схемата положение на превключвателните контакти SA1, изходите на логическите елементи DD1.3, DD1.4, включени от инверторите, са с ниско напрежение. Ако транзисторът на оптрона U2 е отворен, тогава през основата на транзистора VT4, резистора R22, транзистора на оптрона и изходите на логическите елементи DD1.3 и DD1.4 протича ток, достатъчен за насищане на композитния транзистор VT4. В същото време разрядният ток на батерията започва да тече през лампата с нажежаема жичка EL1, свързана към клемите KhTZ, KhT4. Токът на разреждане в този случай ще бъде около 2,5 A, което съответства на 20-часовия режим на разреждане на батерията 6ST55. При разреждане на батерия с различен капацитет трябва да се използва лампа EL1 с различна мощност, избрана като се вземат предвид горните съображения.
Устройството е предоставенодезактивиране на веригата за разреждане при прекъсване на мрежовото напрежение. За тази цел се използва транзисторен оптрон U2. Мрежовото напрежение през резистора R1 се подава към диодния мост VD1, коригира се от него и се подава към последователно свързаните светодиоди на оптроните U1 и U2. Кондензатор C1 и резистор R2 образуват филтър, който изглажда пулсациите на тока, протичащ през светодиода U2 на оптрона. Докато има напрежение в мрежата, през светодиода на оптрона U2 протича ток, фототранзисторът е отворен и изходният ток на логическите елементи DD1.3 и DD1.4 протича през основата на транзистора VT4. отваряне на последния. Батерията се разрежда към лампата EL1. Когато мрежовото напрежение отпадне, фототранзисторът на оптрона се затваря, което води до затваряне на транзистора VT4 и прекратяване на разреждането на батерията.
Тъй като батерията се разрежда, напрежението на клемите й намалява. Когато достигне 10,5 V, интегралният таймер DA1 ще превключи в обратното на предишното състояние, което съответства на високо напрежение на изхода Q. Това ще отвори транзисторите VT1 и VT2. Отварянето на транзистора VT1 ще доведе до подаване на напрежение към светодиода U3 на оптрона. запалване на светодиода HL1 "Зареждане", превключване на RS-тригера DD1.1DD1.2, както и отваряне на транзистора VT3. Превключването на RS-тригера ще доведе до появата на високо напрежение на изходите на логическите елементи DD1.3, DD1.4. Светодиодът HL2 ще изгасне, транзисторът VT4 ще се затвори и батерията ще спре да се разрежда. В същото време, през отворения фототиристор на оптрона U3, напрежението от изхода на зарядното устройство на зарядното устройство ще бъде приложено към клемите на батерията и ще започне нейното зареждане.
Токът на зареждане се настройва в съответствие с инструкцията за експлоатация на батерията, т.е. равен на 1/10 или 1/20 от капацитета на батерията. Ако зареждането е в ходбез контрола на оператора, трябва да се гарантира, че колебанията в зарядния ток са ограничени в случай на възможни колебания в мрежовото напрежение. Най-лесният начин за стабилизиране на тока е да включите две или три паралелно свързани автомобилни лампи с мощност 40,50 W в пролуката на един от изходните проводници на зарядното устройство. Същият ефект може да се постигне чрез включване на лампа с напрежение 220 V и мощност 200,300 W в пролуката на един от входните (мрежови) проводници на зарядното устройство. Съпротивлението на волфрамовата нишка на лампите с нажежаема жичка се увеличава с повишаване на температурата, т.е. лампата има свойствата на токов стабилизатор.
Зарядният ток съдържа дозирана разрядна компонента, която има благоприятен ефект върху протичането на електрохимичните процеси в батерията. Разрядният компонент на тока протича през резистора R 19 и транзистора VT3 и е приблизително 0,5 A.
По време на зареждане напрежението на клемите на батерията постепенно се увеличава. Известно е, че напрежението на напълно заредена батерия е 14,2. 14,5 V. Това напрежение трябва да се измерва при липса на заряден ток, тъй като импулсите на зарядния ток, в зависимост от степента на разреждане на батерията, увеличават моментната стойност на напрежението на нейните клеми с 1,3-V в сравнение с режима, когато зарядният ток не тече. За да осигури този режим на измерване, устройството използва елементи U1, R4, VT2. В режим на зареждане транзисторът VT2 е отворен. На фиг. 85 показва диаграми на напрежението и тока, обясняващи работата на оптроните U1 и U2.Мрежовото напрежение (диаграма 1) се изправя чрез диоден мост
(диаграма 2) и се подава към светодиодите на оптрони U1 и U2. Фототранзисторът на оптрона U1 се отваря, когато токът през светодиода на този оптрон (диаграма 3) превиши тока на отваряне на фототранзистора. Притози резистор R4 шунтира настроения резистор R9 и горният праг за работа на интегрирания таймер DA1 се увеличава значително. Фототранзисторът е отворен през по-голямата част от периода на мрежовото напрежение и само в моментите, когато мрежовото напрежение преминава през нула, фототранзисторът се затваря и прагът на таймера намалява до 14,2. 14,5 V. По това време през батерията не протича заряден ток. Такова измерване се прави във всеки полупериод, т.е. 100 пъти в секунда. Продължителността на измерването е 1,3 ms. Веднага щом напрежението на батерията достигне 14,2 при липса на заряден ток. 14,5 V, таймерът DA1 ще премине в противоположно състояние и зареждането ще спре. Въпреки това, разреждането няма да започне, защото RS тригерът няма да промени състоянието си. Един цикъл на устройството е приключил. Устройството може да бъде в това състояние няколко дни, тъй като токът, който консумира от батерията, е доста малък (20,30 mA) и не може да причини значително разреждане.
Ако е необходимо повторно обучение на батерията с цикли на разреждане-зареждане, контактите на превключвателя SA1 се прехвърлят в долна позиция съгласно схемата. В този случай RS-задействането няма да се активира и режимите на зареждане и разреждане ще се редуват, докато мрежовото напрежение бъде изключено или акумулаторната батерия бъде изключена. Кондензаторите C2, C3 повишават шумоустойчивостта на таймера. Резисторите R 18, R21 осигуряват надеждно задържане на транзистори VT3, VT4 затворени при липса на базов ток.
В устройството, вместо KT608B, можете да използвате всякакви транзистори от серията KT603, KT608, KT3117, KT815; вместо KT503B-KT315, KT501, KT503, KT3117 с всякакви букви; вместо KT814B - всяка от сериите KT814, KT816, KT818, KT837 и вместо KT825G - всяка от тази серия. Оптроните U1, U2 са подходящи за всякаквиот серията AOT101, AOT110, AOT123, AOT128, може да е необходимо само да се изясни съпротивлението на резисторите R3 и R23 за надеждно отваряне на фототранзисторите. Тиристорите на оптрона T02-10, T02-40, TSO-10 могат да се използват като оптрон U3. Диодният мост VD1 може да бъде и тип KTs402, KTs405 с буквите A-B.
Препоръчително е да използвате ценерови диод VD2 с малък температурен коефициент на напрежение, например D818 с други букви. Оксиден кондензатор C1 - K50-16, K50-35, K50-29; C2, NW -KM-bb, K10-23, K73-17. Тримерни резистори R9, RIO - всякакви многооборотни, например SP5-2. Резистор R19 - тип PEV с мощност 10 или 15 вата. Останалите - MLT, OMLT, C2-23. Бутон SB1, превключвател SA1 - всякакъв тип, например KM2-1 и MT1.
Зарядното устройство, което е източник на заряден ток, трябва задължително да има пулсиращо напрежение на изхода - това е необходимо за нормалната работа на възела на оптрона U1.
Повечето от елементите на устройството са инсталирани на печатната платка. Оптрон U3 и транзистор VT4 са монтирани на радиатори с охлаждаща повърхност 100,150 cm^2. Платката се монтира във всеки случай с подходящи размери (например 260 x 100 x 70 mm). Връзките, през които протича зарядният и разрядният ток, трябва да бъдат направени с проводници със сечение най-малко 2 mm^2. За предпочитане е проводниците, свързващи устройството с батерията, да са гъвкави.
За да установите устройството, ще ви е необходим източник на постоянно напрежение, регулиран в рамките на 9,15 V и ток от най-малко 0,6 A, и волтметър.
Зарядното устройство и лампата EL1 са временно изключени от устройството и вместо батерията е свързан източник на постоянно напрежение. Чрез настройване на напрежението на 10,5 V на волтметъра, тримерният резистор R 10 задава долния праг за работа на компаратора ислед това настройте напрежението на 14,2. 14,5 V, регулиращият резистор R9 задава горния праг. Работата на компараторите на таймера се оценява от запалването на светодиодите HL1 и HL2.
Ако има осцилоскоп, неговият вход се включва паралелно на резистор R9, а при включена батерия и подадено мрежово напрежение се наблюдава краткотрайно периодично повишаване на напрежението на пин 6 на чипа DA1, съответстващо на момента, в който мрежовото напрежение преминава през нула. При липса на осцилоскоп можете да използвате волтметър, който също е свързан към резистора R9. Напрежението се измерва върху него, когато мрежовото напрежение се подава към моста VD1 през резистора R1 и след това мрежовото напрежение се изключва. Напрежението на резистора R9 трябва леко да се увеличи. В противен случай трябва да проверите изправността на оптрона U1.
На тази настройка може да се счита за завършена.