Схема зарядно-восстановительного устройства

При длительной эксплуатации аккумуляторных батарей с несоблюдением правил зарядно-разрядного режима на пластинах возникают крупнокристаллические труднорастворимые кристаллы-дендриды, которые приводят электроды аккумуляторов к преждевременному износу, межэлектродным замыканиям и короблению пластин, ускоренный саморазряд снижает рабочую емкость в первые часы хранения.

Повышенное внутреннее сопротивление, вызванное кристаллизацией, приводит к снижению напряжения аккумулятора при минимальной нагрузке.

Принудительное повышение напряжения заряда при восстановлении аккумулятора приводит к кипению электролита, раннему наступлению процесса электролиза в электролите, повышенной температуре элементов и их возможному механическому разрыву при обильном выделении газа. Заряженные таким методом аккумуляторы не в состоянии долго и качественно работать.

Регенерация пластин пульсирующим током позволяет существенно улучшить техническое состояние элементов аккумуляторов, внутреннее сопротивление после непродолжительного восстановления снижается до рабочего состояния, при рабочей температуре. Кристаллы переходят после восстановления в аморфное состояние металла, устраняются межэлектродные замыкания. 

Были в кратчайшее время восстановлены и заряжены NiCd аккумуляторы емкостью до 1 А*ч [1], свинцовые аккумуляторы от 10 до 240 А*ч, аккумуляторы железных дорог до 110 В и мощные аккумуляторы на напряжение в 2,5 В и ток более 2000 А на элемент. Положительное влияние технологии пульсирующего зарядно-восстановительного процесса позволяет продолжить эксплуатацию элементов аккумуляторов с высокими эксплуатационными показателями в течении длительного времени.

Технология зарядки пульсирующим током состоит в проведении зарядно-восстановительных работ импульсом тока, коротким по времени и высоким по амплитуде.

Накладка пульсирующего зарядно-восстановительного тока на небольшой постоянный подзарядный ток существенно улучшает старую технологию зарядки аккумуляторов постоянным током.

Пульсирующее зарядно-восстановительное устройство, описанное в данной статье, разработано для бытовых условий и имеет все положительные качества при низкой цене и небольших габаритах.

1. напряжение сети, В — 220;
2. мощность, Вт — 120;
3. ток зарядного цикла, А — 50;
4. ток подзаряда, А — 1;
5. время цикла заряда, мс — 4,7;
6. время цикла покоя, мс — 10.. .470;
7. напряжение аккумуляторов, В — 9.. .24;
8. количество элементов, шт — 6… 18;
9. время восстановления, ч — 3…6.

Принципиальная схема (рис. 1) состоит из генератора прямоугольных импульсов на аналоговом таймере с регулировкой скважности и предварительной установкой напряжения зарядного тока, схема устройства питается от сетевого блока питания на трансформаторе и диодном мосте.

Применение интегрального таймера DA1 в генераторе прямоугольных импульсов позволяет довольно просто добиться приемлемых характеристик с обеспечением стабильной частоты и минимального энергопотребления.

Временные интервалы импульсов при заряде и разряде конденсатора С1 зависят от емкости конденсатора и сопротивления резисторов R1 и R2. Заряд происходит через резистор R1, а разряд — через резистор R2 и внутренний разрядный транзистор микросхемы. Диод VD2 устраняет возможность непроизвольного разряда конденсатора через цепи нагрузки выхода таймера.

При включении устройства напряжение на конденсаторе С1 равно нулю и по мере зарядки растет, а при достижении напряжения на выводе (2) нижнего компаратора микросхемы ниже или равном 1/3 напряжения питания (Un) выход (3) имеет высокий уровень в течении времени Т1 = 1.1R1C1, пока конденсатор не зарядится до напряжения на верхнем компараторе вывод (6) до величины 2/3Un.

Зарядка конденсатора С1 в это время происходит с высокого уровня выхода (3) таймера.

При достижении высокого уровня напряжения на конденсаторе С1 (2/3Un) срабатывает верхний компаратор, выход (3) микросхемы переключается в нулевое состояние. В этот момент внутренний разрядный транзистор микросхемы переходит в открытое состояние и начинается разряд конденсатора С1 со временем Т2 = 0.7R2C1, зависящим от сопротивления переменного резистора R2.

Поскольку значение резистора R2 в сотню раз больше чем R1, то и интервал времени длиннее во столько же раз. Изменением номинала резистора R2 можно добиться уменьшения времени периода Т2 до величины равной Т1, то есть регулировка временных интервалов происходит изменением скважности D = Т1/Т, где Т = Т1+Т2. Отношение периода, когда на выходе присутствует напряжение к полному периоду, называется скважностью или рабочим циклом.

Для получения короткого положительного импульса на выходе микросхемы DA1 цепи заряда и разряда время-зарядного конденсатора С1 в схеме разделены импульсным диодом VD2.

Напряжение высокого уровня с выхода таймера через индикаторный светодиод НL1 и ограничительный резистор R5 также управляет работой мощного транзисторного ключа VT2 для передачи цикла тока в аккумулятор GB1.

Питание на микросхему подается с параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 и ограничительном резисторе R3.

Вывод (5) в микросхеме таймера позволяет получить прямой доступ к точке делителя с уровнем 2/3Нп, являющейся опорной для работы верхнего компаратора. Использование данного вывода позволяет менять этот уровень для получения модификаций схемы, в данном случае для регулирования выходного напряжения при установке аккумуляторов разного типа и напряжения, а также для установки тока подзарядки.

Поскольку напряжение на базе транзистора VT1 изменяется с изменением напряжения на аккумуляторе, то такая отрицательная обратная связь с выхода устройства на управляющий элемент позволяет стабилизировать напряжение заряда и защищает аккумулятор от перезаряда.

Для защиты выходного транзистора от случайных коротких замыканий в цепи нагрузки установлен плавкий предохранитель FU1.

Диод VD4 защищает транзистор VT1 от превышения напряжения на базе.

Состояние работы схемы пульсирующего зарядно-восстановительного устройства индицируется светодиодами: HL1 "Заряд" указывает на прохождение прямоугольных импульсов циклического тока, HL2- на возможное перегорание предохранителя, HL3 — на правильную полярность подключения клемм аккумулятора в схему. Магнитоэлектрический прибор РА1 позволяет визуально контролировать величину тока в цепи заряда.

Напряжение постоянного тока на выходе силового блока питания выбрано большой величины, это позволяет увеличить амплитуду тока рабочего цикла, а средний ток заряда не превысит паспортных значений.

Устройство не содержит дефицитных радиокомпонентов. Постоянные резисторы — типа МЛТ-0,125, переменные — типа СП-29. Конденсаторы — типа КМ и К50-35 (оксидные). Транзистор VT1 -типа КТ815Б или КТ817Б, VT2-KT829A с возможной заменой на транзистор с током коллектора не менее 8 А и напряжением коллектор-эмиттер выше 100 В. VT2 необходимо снабдить радиатором размерами 50*60 мм. Диодный мост VD5…VD8 можно составить из диодов типа КД202 или КД213.

Силовой трансформатор Т1 рассчитан на напряжение 22…27 В и номинальный ток более 3 А. Все радиодетали, кроме силового трансформатора, амперметра, регулятора тока заряда предохранителя и светодиодов расположены на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).

Регулировки в схеме несложные, при правильной сборке вместо аккумулятора следует установить нагрузку -лампочку от автомобиля на напряжение 12 В и мощность 30.. .60 Вт. Изменяя положение регуляторов R2 "Ток заряда" и R7 "Установка вых.", добиться плавного изменения яркости лампочки.

Через непродолжительное время проверить на нагрев силовой транзистор, при температуре выше 60°С установить радиатор большего объема.

Подключить в цепь заряда любой аккумулятор на напряжение 12 В, движок резистора R2 вывести в нижнее положение, а регулятором R7 установить ток подзаряда около 0,3… 1 А. Регулятором R2 добавить ток до уровня в 0,05 от емкости аккумулятора. К примеру, для аккумулятора типа 6СТ55 ток подзаряда устанавливается на уровне 0,55 А, а общий ток на уровне 2,75 А.

Время регенерации пластин аккумулятора выбрать 3.. .5 ч, по окончанию проверить состояние внутреннего сопротивления нагрузочной вилкой; если падение напряжения еще велико, то после перерыва провести дополнительный цикл восстановления пластин аккумулятора.

Восстановление пластин NiCd аккумулятора состоит в очистке электродов от кристаллизации и снятия "эффекта памяти", после чего также провести диагностику подключением разрядной нагрузки и уточнение внутреннего сопротивления по формуле: R = (Е — U) /1, где Е — напряжение на аккумуляторе без нагрузки, U — под нагрузкой с током I.