Давно уже известен тот факт, что заряд электрохимических источников питания асимметричным током, при соотношении Iзар : Iразр = 10:1, в частности кислотных аккумуляторов, приводит к устранению сульфатации пластин в батарее, т.е. к восстановлению их емкости, что, в свою очередь, продлевает срок службы батареи.
Не всегда есть возможность находиться возле зарядного устройства и все время контролировать процесс зарядки, поэтому зачастую либо систематически недозаряжают батареи, либо перезаряжают их, что, конечно же, не продлевает срок их службы.
Из химии известно, что разность потенциалов между отрицательной и положительной пластинами в аккумуляторной батарее составляет 2,1 В, что при 6 банках дает 2,1 х 6 = 12,6 В.
При зарядном токе, равном 0,1 от емкости батареи, в конце заряда напряжение повышается до 2,4 В на одну банку или 2,4 х 6 = 14,4 В. Повышение зарядного тока ведет к повышению напряжения на аккумуляторе и повышенному разогреву и кипению электролита. Заряд же током ниже 0,1 от емкости не позволяет доводить напряжение до 14,4 В, однако длительный (до трех недель) заряд малым током способствует растворению кристаллов сульфата свинца. Особенно опасны дендриты сульфата свинца, "проросшие" в сепараторах. Они и вызывают быстрый саморазряд батареи (с вечера зарядил
аккумулятор, а утром не смог запустить двигатель). Вымыть же дендриты из сепараторов можно только растворением их в азотной кислоте, что практически нереально.
Путем длительных наблюдений и экспериментов была создана электрическая схема, которая, по мнению автора, позволяет довериться автоматике. Опытная эксплуатация в течение 10 лет показала эффективную работу устройства. Принцип работы заключается в следующем:
1. Заряд производится на положительной полуволне вторичного напряжения.
2. На отрицательной полуволне происходит частичный разряд батареи за счет протекания тока через нагрузочный резистор.
3. Автоматическое включение при падении напряжения за счет саморазряда до 12,5 В и автоматическое отключение от сети 220 В при достижении напряжения на батарее 14.4 В.
Отключение — бесконтактное, посредством симистора и схемы контроля напряжения на батарее.
Важное достоинство метода заключается в том, что пока не подключена батарея (автоматический режим), блок не может включиться, что исключает короткое замыкание при замыкании проводов, подводящих зарядный ток к аккумуляторной батарее.
При сильно разряженной батарее включение блока возможно посредством переключателя "АВТОМАТ-ПОСТОЯННО".
Еще одно очень важное достоинство — отсутствие сильного "кипения", что в совокупности с автоматическими отключением и включением позволяет оставлять включенное устройство без присмотра на длительное время. Автор про-экспериментировал с двухнедельным режимом постоянного включения в режиме "АВТОМАТ".
В целях пожарной безопасности необходимо, чтобы зарядное устройство было в металлическом корпусе, сечение подводящих проводников к батарее — не менее 2,5 мм2. Обязателен также надежный контакт на клеммах батареи.
Напряжение сети 220 В подается через предохранитель FU1 и симис-тор VD1 на первичную обмотку силового трансформатора. Со вторичной обмотки переменное напряжение U2=21 В выпрямляется диодом VD3 и через балластный резистор R8 сопротивлением 1,5 Ом поступает на клемму "+" батареи, к которой подключены вольтметр РА1 на 15 В, тумблер SA2 "ВКЛ.ДЕСУЛЬФАТА-ЦИЯ" и схема контроля и управления, представляющая собой триггер Шмитта с гистерезистором около 1,8 В, определяемым падением напряжения на диодах VD5, VD6 и переходе база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT1 при напряжении на аккумуляторе 12,6 В включается, и через оптрон VD4 включает симистор VD1, что приводит к включению трансформатора Т1 и подаче напряжения на заряжаемый аккумулятор.
Подключение тумблером SA2 резистора R5 обеспечивает асимметричность формы зарядного тока. Свето-диоды VD8 и VD7 индицируют включение блока в режимы "ДЕСУЛЬФА-ТАЦИЯ" и "ВКЛ." соответственно. Резистором R7 устанавливается момент отключения блока при напряжении на вольтметре 15 В (=0,5 В падает на подводящих проводах). Мостик VD2 обеспечивает включение симис-тора на обеих полуволнах сетевого напряжения и нормальную работу трансформатора. Тумблер SA1 служит для включения режима "ПОСТОЯННО".
Детали. Силовой трансформатор — Р=160 Вт, Uii=21 В, провод — ПЭВ-2-2,0. R8 — проволочный (нихром) диаметром 0,6 мм. R5 — ПЭВР на 10...15 Вт. Диод VD3 — любой из Д242...Д248 с любым буквенным индексом на радиаторе площадью S=200 см2. Остальные резисторы типа — МЛТ, СП; симистор — КУ208Н, без радиатора. S1 — любой, например МТ1. S2 — ТВ1-1. HL1 —любая лампа на 12 В. РА1 — измерительная головка на 15 В.
РАДИОЛЮБИТЕЛЬ 10/98, c.30-31.
В результате экспериментов с данной конструкцией я пришел к следующим выводам:
1. Если при испытаниях в лабораторных условиях гистерезис схемы на "включение/выключение" действительно составляет около 2 В, то при подключении реального аккумулятора при токе большем 0,5 А гистерезис уменьшается, что приводит к "зацикливанию" схемы и срабатыванию через каждые 1...2 с. Этот эффект можно объяснить нестабильностью самого триггера Шмитта, возникающей из-за бросков зарядного тока.
Для исключения этого при доработке схема управления была включена в "плюсовую" шину питания через резистор 150...220 Ом (подбирается при настройке). Так, при сопротивлении резистора 200 Ом гистерезис схемы был "растянут" до 3...4 В, а на реальной нагрузке — 2...2,5 В. Пределы срабатывания выставлены, соответственно, 13 и 15 В.
2. Поскольку схема управления очень чувствительна к наводкам (в том числе от собственного трансформатора) и помехам по сети, плюсовой провод питания ее был развязан на массу через конденсатор 0,15 мкФ; также были развязаны через конденсаторы 0,05 мкФ база регулирующего транзистора VT2 и эмиттеры VT1 и VT2. В идеальном случае следует запитать весь блок через сетевой фильтр с автотрансформатором, так как изменение напряжения в сети на Ю...15Вуже заметно влияет на скорость и частоту срабатывая схемы. Это необходимо учитывать при настройке.
3. Схему управления необходимо как можно дальше удалить от выпрямительных диодов и балластного резистора, так как ее нагрев вызывает смещение точек гистерезиса вниз на 0,4...0,5 В (охлаждение вызывает обратный эффект). Это также необходимо учитывать при настройке.
4. Симистор лучше использовать КУ208Г (Uраб=4ОО В), выпрямительный мост — КЦ405А, вместо диодов КД522 можно использовать любые кремниевые.
Следует отметить, что резистор от управляющего электрода должен подключаться не на катод, а на анод симистора (хотя он и является двунаправленным). В противном случае его отпирание не происходит.
5. Балластное сопротивление (R5 на рис.1 в статье) собрано из 6 резисторов МЛТ-2 на 150 Ом, а гасящее сопротивление R8 1,5 Ом уменьшено до 0,5 Ом, чтобы исключить и без того излишнее нагревание воздуха и самой схемы.
6. Трансформатор применен готовый, типа ПЛ с габаритной мощность всего 60 Вт и напряжением вторичной обмотки 18В. При этом ток в начале зарядки составляет 3...4 А, в конце — 1,5...2 А, что вполне соответствует авторским тезисам о преимуществах зарядки малыми токами. При этом напряжение "отсечки" порядка 15 В достигается безо всяких проблем, а в режиме автоматической тренировки аккумулятора "заряд/разряд" (при включенном режиме десульфатации) перезаряд его практически исключен в течение любого времени.
Следует также заметить, что при настройке триггера Шмитта потенциометром R7 (многооборотный, типа СП5-2) возможны ложные настройки. Критерий правильности настройки (в автоматическом режиме) —при подключении аккумулятора устройство всегда включается на заряд, а не на "ждущий" режим.
Кроме того, предлагаю дополнить описываемый автомат схемой защиты на тиристоре, который включается в разрыв "минусовой" цепи сразу после трансформатора и практически не требует переделки самого устройства. Вновь вводимые элементы обозначены штрихом и продолжают нумерацию основной схемы. Конструктивно схема удобна еще и тем, что анод тиристора крепится непосредственно на "массу", чем обеспечивается максимальный теплоотвод.
Данная схема обеспечивает защиту от КЗ и переполюсовки и ограничивает ток заряда при полном заряде аккумулятора за счет закрывания транзистора при возрастании "плюсового" смещения с аккумулятора. Степень офаничения тока можно регулировать подбором резистора R12'.
При данных номиналах ток при полном заряде аккумулятора составил 0,8...0,9 А; при этом сохраняется возможность режима десульфа-тации (за счет питания однополупериодным током), и, в принципе, отпадает необходимость в блоке управления, обеспечивающем режим "включения/выключения", который очень капризен в работе.
А.КОПЕНКИН, г.Кострома.
РЛ 2/2001