Часто владельцам автомобилей приходится сталкиваться с таким явлением как невозможность запуска двигателя по причине разряда аккумулятора. Для решения проблемы потребуется воспользоваться зарядкой для АКБ, которая стоит немалых денег. Чтобы не тратиться на покупку нового зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, можно смастерить его своими руками. Важно только отыскать трансформатор с необходимыми характеристиками. Для изготовления самодельного устройства не обязательно быть электриком, а весь процесс в целом займёт не больше нескольких часов.
Особенности функционирования аккумуляторов
Не все водители знают о том, что в автомобилях используются свинцово-кислотные аккумуляторы. Такие АКБ отличаются своей выносливостью, поэтому способны служить до 5 лет.
Для зарядки свинцовых АКБ используется ток, который равняется 10% от общей ёмкости аккумулятора. Это значит, что для зарядки аккумулятора, ёмкость которого составляет 55 А/ч, требуется зарядный ток в 5,5 А. Если подать очень большой ток, то это может привести к закипанию электролита, что, в свою очередь, приведёт к снижению срока службы устройства. Маленький ток зарядки не продлевает срок службы АКБ, однако он не способен негативно отражаться на целостности устройства.
Это интересно! При подаче тока 25 А происходит быстрая подзарядка аккумулятора, поэтому уже через 5-10 минут после подключения ЗУ с таким номиналом можно запускать двигатель. Такой большой ток выдают современные инверторные зарядные устройства, только он негативно сказывается на сроке службы аккумулятора.
При зарядке АКБ происходит протекание зарядного тока обратно рабочему. Напряжение для каждой банки не должно быть выше 2,7 В. В АКБ на 12 В установлено 6 банок, которые между собой не связаны. В зависимости от напряжения аккумулятора, отличается количество банок, а также необходимое напряжение для каждой банки. Если напряжение будет больше, то это приведёт к возникновению процесса разложения электролита и пластин, что способствует выходу из строя АКБ. Чтобы исключить возникновение процесса закипания электролита, напряжение ограничивают на 0,1 В.
Батарея считается разряженной, если при подключении вольтметра или мультиметра, приборы показывают напряжение 11,9-12,1 В. Такой аккумулятор следует немедленно подзарядить. Заряженный аккумулятор имеет напряжение на клеммах 12,5-12,7 В.
Пример напряжения на клеммах заряженного аккумулятора
Процесс заряда представляет собой восстановление израсходованной ёмкости. Зарядка аккумуляторов может выполняться двумя способами:
- Постоянный ток . При этом регулируется зарядный ток, значение которого составляет 10% от ёмкости устройства. Время заряда составляет 10 часов. Напряжение заряда при этом изменяется от 13,8 В до 12,8 В за всю длительность зарядки. Недостаток такого способа заключается в том, что необходимо контролировать процесс зарядки, и вовремя отключить зарядное устройство до закипания электролита. Такой способ является щадящим для АКБ и нейтрально влияет на их срок службы. Для воплощения такого способа используются трансформаторные зарядные аппараты.
- Постоянное напряжение . При этом на клеммы АКБ подаётся напряжение величиной 14,4 В, а ток изменяется от больших значений к меньшим автоматически. Причём это изменение тока зависит от такого параметра, как время. Чем дольше заряжается АКБ, тем ниже становится величина тока. Перезаряд АКБ получить не сможет, если только не забыть выключить аппарат и оставить его несколько суток. Преимущество такого способа в том, что уже через 5-7 часов аккумулятор зарядится на 90-95%. АКБ можно также оставлять без присмотра, поэтому такой способ пользуется популярностью. Однако мало кому из автовладельцев известно о том, что такой метод зарядки является «экстренным». При его использовании существенно снижается срок службы АКБ. Кроме того, чем чаще осуществлять зарядку таким способом, тем быстрее будет разряжаться устройство.
Теперь даже неопытный водитель может понять, что если нет необходимости торопиться с зарядкой АКБ, то лучше отдать предпочтение первому варианту (по току). При ускоренном восстановлении заряда снижается срок службы устройства, поэтому высока вероятность того, что уже в ближайшее время понадобится покупать новый аккумулятор. Исходя из вышесказанного, в материале будут рассматриваться варианты изготовления зарядных устройств по току и напряжению. Для изготовления можно использовать любые подручные устройства, о которых поговорим далее.
Требования к зарядке АКБ
Перед проведением процедуры изготовления самодельного зарядного для АКБ необходимо обратить внимание на следующие требования:
- Обеспечение стабильного напряжения 14,4 В.
- Автономность устройства. Это означает, что самодельное устройство не должно требовать присмотра за ним, так как зачастую АКБ заряжается ночью.
- Обеспечение отключения зарядного устройства при увеличении зарядного тока или напряжения.
- Защита от переполюсовки. Если устройство будет подключено к АКБ неправильно, то должна срабатывать защита. Для реализации в цепь включается предохранитель.
Переполюсовка представляет собой опасный процесс, в результате которого АКБ может взорваться или закипеть. Если аккумулятор исправен и лишь слегка разряжен, то при неправильном подключении зарядного устройства произойдёт повышение тока заряда выше номинального. Если же АКБ разряжена, то при переполюсовке наблюдается увеличение напряжения выше заданного значения и как итог - электролит закипает.
Варианты самодельных зарядных устройств для АКБ
Перед тем как приступать к разработке зарядного устройства для АКБ, важно понимать, что такой аппарат является самоделкой и может негативно влиять на срок службы аккумулятора. Однако иногда такие аппараты попросту необходимы, так как позволяют существенно сэкономить деньги на приобретении заводских устройств. Рассмотрим, из чего же можно изготовить зарядные аппараты своими руками для аккумуляторов и как это сделать.
Зарядка из лампочки и полупроводникового диода
Этот способ зарядки актуален при таких вариантах, когда нужно завести автомобиль на севшем аккумуляторе в домашних условиях. Для того чтобы это сделать, понадобятся составляющие элементы для сборки аппарата и источник переменного напряжения 220 В (розетка). Схема самодельного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора содержит следующие элементы:
- Лампа накаливания. Обычная лампочка, которая ещё именуется в народе как «лампа Ильича». Мощность лампы влияет на скорость заряда аккумулятора поэтому чем больше этот показатель, тем быстрее можно будет завести мотор. Оптимальный вариант – это лампа мощностью 100-150 Вт.
- Полупроводниковый диод. Элемент электроники, главным предназначением которого является проведение тока только в одну сторону. Необходимость данного элемента в конструкции зарядки заключается в том, чтобы преобразовывать переменное напряжение в постоянное. Причём для таких целей понадобится мощный диод, который сможет выдержать большую нагрузку. Использовать можно диод, как отечественного производства, так и импортный. Чтобы не покупать такой диод, его можно найти в старых приёмниках или блоках питания.
- Штекер для подключения в розетку.
- Провода с клеммами (крокодилы) для подключения к АКБ.
Это важно! Перед сборкой такой схемы нужно понимать, что всегда имеется риск для жизни, поэтому следует быть предельно внимательными и осторожными.
Схема подключения зарядного устройства из лампочки и диода к АКБ
Включать штекер в розетку следует только после того, как вся схема будет собрана, а контакты заизолированы. Чтобы избежать возникновения тока короткого замыкания, в цепь включается автоматический выключатель на 10 А. При сборке схемы важно учесть полярность. Лампочка и полупроводниковый диод должны быть включены в цепь плюсовой клеммы аккумулятора. При использовании лампочки в 100 Вт, будет поступать зарядный ток величиной 0,17 А на АКБ. Для зарядки аккумулятора на 2 А понадобится заряжать его на протяжении 10 часов. Чем больше мощность лампы накаливания, тем выше значение зарядного тока.
Заряжать таким устройством полностью севший аккумулятор не имеет смысла, а вот подзарядить при отсутствии заводского ЗУ - вполне реально.
Зарядное устройство для АКБ из выпрямителя
Этот вариант также относится к категории простейших самодельных зарядных устройств. В основу такого ЗУ входят два основных элемента – преобразователь напряжения и выпрямитель. Существует три вида выпрямителей, которые заряжают устройство следующими способами:
- постоянный ток;
- переменный ток;
- ассиметричный ток.
Выпрямители первого варианта заряжают аккумулятор исключительно постоянным током, который очищается от пульсаций переменного напряжения. Выпрямители переменного тока подают пульсирующее переменное напряжение на клеммы аккумулятора. Ассиметричные выпрямители имеют положительную составляющую, а в качестве основных элементов конструкции используются однополупериодные выпрямители. Такая схема имеет лучший результат по сравнению с выпрямителями постоянного и переменного тока. Именно его конструкция и будет рассмотрена далее.
Для того чтобы собрать качественное устройство для зарядки АКБ, понадобится выпрямитель и усилитель тока. Выпрямитель состоит из следующих элементов:
- предохранитель;
- мощный диод;
- стабилитрон 1N754A или Д814А;
- выключатель;
- переменный резистор.
Электрическая схема ассиметричного выпрямителя
Для того чтобы собрать схему, понадобится использовать предохранитель, рассчитанный на максимальный ток в 1 А. Трансформатор можно взять от старого телевизора, мощность которого не должна превышать 150 Вт, а выходное напряжение составлять 21 В. В качестве резистора нужно взять мощный элемент марки МЛТ-2. Выпрямительный диод должен быть рассчитан на ток не менее 5 А поэтому оптимальный вариант – это модели типа Д305 или Д243. В основу усилителя входит регулятор на двух транзисторах серии КТ825 и 818. При монтаже транзисторы устанавливаются на радиаторы для улучшения охлаждения.
Сборка такой схемы выполняется навесным способом, то есть на очищенной от дорожек старой плате располагаются все элементы и подключаются между собой с помощью проводов. Её преимуществом является возможность регулировки выходного тока для зарядки АКБ. Недостатком схемы является необходимость найти необходимые элементы, а также правильно их расположить.
Простейшим аналогом представленной выше схемы является более упрощённый вариант, представленныё на фото ниже.
Упрощённая схема выпрямителя с трансформатором
Предлагается воспользоваться упрощённой схемой с применением трансформатора и выпрямителя. Кроме того, понадобится лампочка на 12 В и 40 Вт (автомобильная). Собрать схему не составит труда даже новичку, но при этом важно обратить внимание на то, что выпрямительный диод и лампочка должны быть расположены в цепи, которая подаётся на минусовую клемму АКБ. Недостатком такой схемы является получение пульсирующего тока. Чтобы сгладить пульсации, а также снизить сильные биения, рекомендуется воспользоваться схемой, которая представлена ниже.
Схема с диодным мостом и сглаживающим конденсатором уменьшает пульсации и снижает биение
Зарядное устройство из блока питания компьютера: пошаговая инструкция
В последнее время популярностью пользуется такой вариант автомобильной зарядки, который можно изготовить самостоятельно, воспользовавшись компьютерным блоком питания.
Первоначально понадобится рабочий блок питания. Для таких целей подойдёт даже блок, имеющий мощность 200 Вт. Он выдаёт напряжение 12 В. Его будет недостаточно, чтобы зарядить АКБ, поэтому немаловажно повысить это значение до 14,4 В. Пошаговая инструкция изготовления ЗУ для АКБ из блока питания от компьютера выглядит следующим образом:
- Первоначально выпаиваются все лишние провода, которые выходят из блока питания. Оставить нужно только зелёный провод. Его конец нужно припаять к минусовым контактам, откуда выходили чёрные провода. Делается эта манипуляция для того, чтобы при включении блока в сеть, сразу запускалось устройство.
Конец зелёного провода необходимо припаять к минусовым контактам, где находились чёрные провода
- Провода, которые будут подключаться к клеммам аккумулятора, необходимо припаять к выходным контактам минуса и плюса блока питания. Плюс припаивается на место выхода жёлтых проводов, а минус на место выхода чёрных.
- На следующем этапе необходимо реконструировать режим работы широтно-имульсной модуляции (ШИМ). За это отвечает микроконтроллер TL494 или TA7500. Для реконструкции понадобится нижняя крайняя левая ножка микроконтроллера. Чтобы к ней добраться, необходимо перевернуть плату.
За режим работы ШИМ отвечает микроконтроллер TL494
- С нижним выводом микроконтроллера соединены три резистора. Нас интересует резистор, который соединён с выводом блока 12 В. Он отмечен на фото ниже точкой. Этот элемент следует выпаять, после чего измерить значение сопротивления.
Резистор, обозначенный фиолетовой точкой, необходимо выпаять
- Резистор имеет сопротивление около 40 кОм. Он подлежит замене на резистор с иным значением сопротивления. Чтобы уточнить величину необходимого сопротивления, требуется первоначально к контактам удалённого резистора припаять регулятор (переменный резистор).
На место удалённого резистора припаивают регулятор
- Теперь следует устройство включить в сеть, предварительно подключив к выходным клеммам мультиметр. Изменяется выходное напряжение при помощи регулятора. Нужно получить значение напряжения в 14,4 В.
Выходное напряжение регулируется переменным резистором
- Как только значение напряжения будет достигнуто, следует выпаять переменный резистор, после чего измерить полученное сопротивление. Для вышеописанного примера его значение составляет 120,8 кОм.
Полученное сопротивление должно составлять 120,8 кОм
- Исходя из полученного значения сопротивления, следует подобрать аналогичный резистор, после чего запаять его на место старого. Если найти резистор такой величины сопротивления не удаётся, то можно подобрать его из двух элементов.
Последовательная пайка резисторов суммирует их сопротивление
- После этого проверяется работоспособность устройства. По желанию к блоку питания можно установить вольтметр (можно и амперметр), что позволит контролировать напряжение и ток зарядки.
Общий вид зарядного устройства из блока питания компьютера
Это интересно! Собранное ЗУ имеет функцию защиты от тока короткого замыкания, а также от перегрузки, однако оно не защищает от переполюсовки, поэтому следует припаивать выводящие провода соответствующего цвета (красный и чёрный), чтобы не перепутать.
При подключении ЗУ к клеммам АКБ будет подаваться ток около 5-6 А, что является оптимальным значением для устройств ёмкостью 55-60А/ч. На видео ниже показано, как сделать ЗУ для АКБ из блока питания компьютера с регуляторами напряжения и тока.
Какие ещё имеются варианты ЗУ для АКБ
Рассмотрим ещё несколько вариантов самостоятельных зарядных устройств для аккумуляторов.
Использование зарядки от ноутбука для АКБ
Один из самых простых и быстрых способов оживления севшего аккумулятора. Для реализации схемы оживления АКБ с помощью зарядки от ноутбука понадобятся:
- Зарядное устройство от любого ноутбука. Параметры зарядных устройств составляют 19 В и ток около 5 А.
- Лампа галогеновая мощностью 90 Вт.
- Соединительные провода с зажимами.
Переходим к реализации схемы. Лампочка используется для того, чтобы ограничить ток до оптимального значения. Вместо лампочки можно использовать резистор.
Зарядку для ноутбука также возможно использовать для «оживления» автомобильного аккумулятора
Собрать такую схему не составляет большого труда. Если зарядку от ноутбука не планируется использовать по назначению, то штекер можно отрезать, после чего подключить к проводам зажимы. Предварительно при помощи мультиметра следует определить полярность. Лампочка включается в цепь, которая идёт на плюсовую клемму аккумулятора. Минусовая клемма от АКБ подключается напрямую. Только после подключения устройства к АКБ можно осуществлять подачу напряжения на блок питания.
ЗУ своими руками из микроволновой печи или аналогичных приборов
С помощью трансформаторного блока, который имеется внутри микроволновки, можно сделать ЗУ для АКБ.
Пошаговая инструкция изготовления самодельного зарядного устройства из трансформаторного блока от микроволновки представлена ниже.
Схема подключения трансформаторного блока, диодного моста и конденсатора к автомобильному аккумулятору
Сборку устройства можно осуществлять на любом основании. При этом важно, чтобы все конструкционные элементы были надёжно защищены. При необходимости схему можно дополнить выключателем, а также вольтметром.
Бестрансформаторное зарядное устройство
Если поиски трансформатора завели в тупик, то можно воспользоваться простейшей схемой без понижающих устройств. Ниже представлена такая схема, которая позволяет реализовать ЗУ для аккумулятора без использования трансформаторов напряжения.
Электрическая схема ЗУ без использования трансформатора напряжения
Роль трансформаторов выполняют конденсаторы, которые рассчитаны на напряжение величиной 250В. В схему следует включить минимум 4 конденсатора, расположив их параллельно. Параллельно конденсаторам в цепь включается резистор и светодиод. Роль резистора заключается в гашении остаточного напряжения после отключения устрйоства от сети.
В цепь также включается диодный мост, рассчитанный на работу с токами до 6А. В схему мост включается после конденсаторов, а к его выводам подключаются провода, идущие на АКБ для зарядки.
Как заряжать аккумулятор от самодельного устройства
Отдельно следует разобраться в вопросе о том, как же правильно заряжать аккумулятор самодельным зарядным устройством. Для этого рекомендуется придерживаться следующих рекомендаций:
- Соблюдение полярности. Лучше лишний раз проверить полярность самодельного устройства мультиметром, нежели «кусать локти», потому что причиной выхода из строя АКБ стала ошибка с проводами.
- Не проверять АКБ при помощи замыкания контактов. Такой способ только «убивает» устройство, а не оживляет его, как указывается во многих источниках.
- Включать устройство в сеть 220 В следует только после того, как выводные клеммы будут подключены к аккумулятору. Аналогичным образом осуществляется и отключение устройства.
- Соблюдение техники безопасности, так как работа осуществляется не только с электричеством, но и с аккумуляторной кислотой.
- Процесс зарядки АКБ необходимо контролировать. Малейшая неисправность может стать причиной серьёзных последствий.
Исходя из вышеуказанных рекомендаций, следует сделать вывод о том, что самодельные устройства хоть и являются приемлемыми, но всё же не способны заменить заводские. Изготавливать самодельную зарядку не безопасно, особенно если вы не уверены в том, что сможете это правильно сделать. В материале представлены самые простые схемы реализации зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов, которые всегда будут полезны в хозяйстве.
Иногда случается так, что аккумулятор в машине садиться и завести ее уже не получается, так как стартеру не хватает напряжения и соответственно тока, чтобы провернуть вал двигателя. В этом случае можно «прикурить» от другого владельца авто, чтобы двигатель заработал и аккумулятор стал заряжаться от генератора, однако для этого нужны специальные провода и человек, желающий вам помочь. Можно так же зарядить аккумулятор самостоятельно посредством специализированного зарядного устройства, однако они достаточно дорогие, и пользоваться ими приходится не особо часто. Поэтому в данной статье мы подробно рассмотрим устройство самоделки, а также инструкцию о том, как сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками.
Устройство самоделки
Нормальное напряжение на аккумуляторе, отключенном от автомобиля, находится в пределах между 12,5 в и 15 в. Поэтому зарядное устройство должно выдавать такое же напряжение. Ток заряда должен быть равен примерно 0,1 от емкости, он может быть и меньше, но это увеличит время зарядки. Для стандартной батареи емкостью 70-80 а/ч ток должен быть равен 5-10 амперам в зависимости от конкретного аккумулятора. Наше самодельное зарядное устройство для АКБ должно соответствовать этим параметрам. Для сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора нам потребуются следующие элементы:
Трансформатор. Нам подойдет любой из старого электроприбора или купленный на рынке с габаритной мощностью порядка 150 Ватт, можно больше, но не меньше, иначе он будет сильно нагреваться и может выйти из строя. Отлично, если напряжение его выходных обмоток составляет 12,5-15 В, а ток порядка 5-10 ампер. Посмотреть эти параметры можно в документации к вашей детали. Если же нужной вторичной обмотки нет, то необходимо будет перемотать трансформатор под другое выходное напряжение. Для этого:
Таким образом мы нашли или собрали идеальный трансформатор, чтобы сделать зарядное устройство для аккумулятора своими руками.
Нам также понадобятся:
Подготовив все материалы можно переходить к самому процессу сборки автомобильного ЗУ.
Технология сборки
Чтобы сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, необходимо следовать пошаговой инструкции:
- Создаем схему самодельной зарядки для АКБ. В нашем случае она будет выглядеть следующим образом:
- Используем трансформатор ТС-180-2. Он имеет несколько первичных и вторичных обмоток. Для работы с ним нужно соединить последовательно две первичные и две вторичные обмотки, чтобы получить нужное напряжения и ток на выходе.
- С помощью медного провода соединяем между собой выводы 9 и 9’.
- На стеклотекстолитовой пластине собираем диодный мост из диодов и радиаторов (как показано на фото).
- Выводы 10 и 10’ подключаем к диодному мосту.
- Между выводами 1 и 1’ устанавливаем перемычку.
- К выводам 2 и 2’ с помощью паяльника крепим сетевой шнур с вилкой.
- В первичную цепь подключаем предохранитель на 0,5 А, 10-амперный соответственно во вторичную.
- В разрыв между диодным мостом и аккумулятором подключаем амперметр и отрезок нихромовой проволоки. Один конец которой закрепляем, а второй должен обеспечивать подвижный контакт, таким образом будет меняться сопротивление и ограничиваться ток, подаваемый на аккумулятор.
- Изолируем все соединения термоусадкой или изолентой и помещаем устройство в корпус. Это необходимо, чтобы избежать поражения электрическим током.
- Устанавливаем подвижный контакт на конец проволоки, чтобы ее длинна и соответственно сопротивление были максимальны. И подключаем аккумулятор. Уменьшая и увеличивая длину проволоки, необходимо выставить нужное значение тока для вашего аккумулятора (0,1 от его емкости).
- В процессе зарядки сила тока, подаваемая на аккумулятор, будет сама уменьшаться и когда она достигнет 1 ампера можно сказать, что аккумулятор зарядился. Желательно также контролировать непосредственно напряжение на батарее, однако для этого его необходимо отключить от з/у, так как при зарядке оно будет немного выше реальных значений.
Первый запуск собранной схемы любого источника питания или ЗУ всегда производят через лампу накаливания, если она загорелась в полный накал - или где-то ошибка, или первичная обмотка замкнута! Лампу накаливания устанавливают в разрыв фазного или нулевого провода, питающих первичную обмотку.
Данная схема самодельного зарядного устройства для АКБ имеет один большой недостаток – она не умеет самостоятельно отключать аккумулятор от зарядки после достижения нужного напряжения. Поэтому вам придется постоянно следить за показаниями вольтметра и амперметра. Есть конструкция, лишенная этого недостатка, однако для ее сборки потребуется дополнительные детали и больше усилий.
Наглядный пример готового изделия
Правила эксплуатации
Недостаток самодельного зарядного устройства для аккумулятора 12В заключается в том, что после полной зарядки АКБ автоматическое отключение прибора не происходит. Именно поэтому Вам придется периодически поглядывать на табло, чтобы вовремя выключить его. Еще один важный нюанс – проверять ЗУ «на искру» категорически запрещается.
Оценка характеристик того или иного зарядного устройства затруднительна без понимания того, как собственно должен протекать образцовый заряд li-ion аккумулятора. Поэтому прежде чем перейти непосредственно к схемам, давайте немного вспомним теорию.
Какими бывают литиевые аккумуляторы
В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:
- с катодом из кобальтата лития;
- с катодом на основе литированного фосфата железа;
- на основе никель-кобальт-алюминия;
- на основе никель-кобальт-марганца.
У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.
Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.
Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):
| Обозначение | Типоразмер | Схожий типоразмер |
|---|---|---|
| XXYY0
, где XX - указание диаметра в мм, YY - значение длины в мм, 0 - отражает исполнение в виде цилиндра |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины) | |
| 10280 | ||
| 10430 | ААА | |
| 10440 | ААА | |
| 14250 | 1/2 AA | |
| 14270 | Ø АА, длина CR2 | |
| 14430 | Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше | |
| 14500 | АА | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (или 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (или 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (или 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | С | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.
Как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы
Наиболее правильным способом заряда литиевых аккумуляторов является заряд в два этапа. Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках. Несмотря на более сложный контроллер заряда, это обеспечивает более полный заряд li-ion аккумуляторов, не снижая срока их службы.
Здесь речь идет о двухэтапном профиле заряда литиевых аккумуляторов, сокращенно именуемым CC/CV (constant current, constant voltage). Есть еще варианты с ипульсным и ступенчатым токами, но в данной статье они не рассматриваются. Подробнее про зарядку импульсным током можно прочитать .
Итак, рассмотрим оба этапа заряда подробнее.
1. На первом этапе должен обеспечиваться постоянный ток заряда. Величина тока составляет 0.2-0.5С. Для ускоренного заряда допускается увеличение тока до 0.5-1.0С (где С - это емкость аккумулятора).
Например, для аккумулятора емкостью 3000 мА/ч, номинальный ток заряда на первом этапе равен 600-1500 мА, а ток ускоренного заряда может лежать в пределах 1.5-3А.
Для обеспечения постоянного зарядного тока заданной величины, схема зарядного устройства (ЗУ) должна уметь поднимать напряжение на клеммах аккумулятора. По сути, на первом этапе ЗУ работает как классический стабилизатор тока.
Важно: если планируется заряд аккумуляторов со встроенной платой защиты (PCB), то при конструировании схемы ЗУ необходимо убедиться, что напряжение холостого хода схемы никогда не сможет превысить 6-7 вольт. В противном случае плата защиты может выйти из строя.
В момент, когда напряжение на аккумуляторе поднимется до значения 4.2 вольта, аккумулятор наберет приблизительно 70-80% своей емкости (конкретное значение емкости будет зависит от тока заряда: при ускоренном заряде будет чуть меньше, при номинальном - чуть больше). Этот момент является окончанием первого этапа заряда и служит сигналом для перехода ко второму (и последнему) этапу.
2. Второй этап заряда - это заряд аккумулятора постоянным напряжением, но постепенно снижающимся (падающим) током.
На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.15-4.25 вольта и контролирует значение тока.
По мере набора емкости, зарядный ток будет снижаться. Как только его значение уменьшится до 0.05-0.01С, процесс заряда считается оконченным.
Важным нюансом работы правильного зарядного устройства является его полное отключение от аккумулятора после окончания зарядки. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ (т.е. 4.18-4.24 вольта). Это приводит к ускоренной деградации химического состава аккумулятора и, как следствие снижению его емкости. Под длительным нахождением подразумевается десятки часов и более.
За время второго этапа заряда, аккумулятор успевает набрать еще примерно 0.1-0.15 своей емкости. Общий заряд аккумулятора таким образом достигает 90-95%, что является отличным показателем.
Мы рассмотрели два основных этапа заряда. Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда - т.н. предзаряд.
Предварительный этап заряда (предзаряд) - этот этап используется только для глубоко разряженных аккумуляторов (ниже 2.5 В) для вывода их на нормальный эксплуатационный режим.
На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.8 В.
Предварительный этап необходим для предотвращения вспучивания и разгерметизации (или даже взрыва с возгоранием) поврежденных аккумуляторов, имеющих, например, внутреннее короткое замыкание между электродами. Если через такой аккумулятор сразу пропустить большой ток заряда, это неминуемо приведет к его разогреву, а дальше как повезет.
Еще одна польза предзаряда - это предварительный прогрев аккумулятора, что актуально при заряде при низких температурах окружающей среды (в неотапливаемом помещении в холодное время года).
Интеллектуальная зарядка должна уметь контролировать напряжение на аккумуляторе во время предварительного этапа заряда и, в случае, если напряжение долгое время не поднимается, делать вывод о неисправности аккумулятора.
Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора (включая этап предзаряда) схематично изображены на этом графике:
Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Понижение напряжения заряда на 0,1 вольт уменьшает емкость заряженной батареи примерно на 10%, но значительно продляет срок ее службы. Напряжение полностью заряженного аккумулятора после извлечения его из зарядного устройства составляет 4.1-4.15 вольта.
Резюмирую вышесказанное, обозначим основные тезисы:
1. Каким током заряжать li-ion аккумулятор (например, 18650 или любой другой)?
Ток будет зависеть от того, насколько быстро вы хотели бы его зарядить и может лежать в пределах от 0.2С до 1С.
Например, для аккумулятора типоразмера 18650 емкостью 3400 мА/ч, минимальный ток заряда составляет 680 мА, а максимальный - 3400 мА.
2. Сколько времени нужно заряжать, например, те же аккумуляторные батарейки 18650?
Время заряда напрямую зависит от тока заряда и рассчитывается по формуле:
T = С / I зар.
Например, время заряда нашего аккумулятора емкостью 3400 мА/ч током в 1А составит около 3.5 часов.
3. Как правильно зарядить литий-полимерный аккумулятор?
Любые литиевые аккумуляторы заряжаются одинаково. Не важно, литий-полимерный он или литий-ионный. Для нас, потребителей, никакой разницы нет.
Что такое плата защиты?
Плата защиты (или PCB - power control board) предназначена для защиты от короткого замыкания, перезаряда и переразряда литиевой батареи. Как правило в модули защиты также встроена и защита от перегрева.
В целях соблюдения техники безопасности запрещено использование литиевых аккумуляторов в бытовых приборах, если в них не встроена плата защиты. Поэтому во всех аккумуляторах от сотовых телефонов всегда есть PCB-плата. Выходные клеммы АКБ размещены прямо на плате:
В этих платах используется шестиногий контроллер заряда на специализированной микрухе (JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600 и пр. аналоги). Задачей этого контроллера является отключение батареи от нагрузки при полном разряде батареи и отключение аккумулятора от зарядки при достижении 4,25В.
Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны:
Если говорить об 18650, то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее. Модуль защиты располагается в районе минусовой клеммы аккумулятора.
Плата увеличивает длину аккумулятора на 2-3 мм.
Аккумуляторы без PCB-модуля обычно входят в состав батарей, комплектуемых собственными схемами защиты.
Любой аккумулятор с защитой легко превращается в аккумулятор без защиты, достаточно просто распотрошить его.
На сегодняшний день максимальная емкость аккумулятора 18650 составляет 3400 мА/ч. Аккумуляторы с защитой обязательно имеют соответствующее обозначение на корпусе ("Protected").
Не стоит путать PCB-плату с PCM-модулем (PCM - power charge module). Если первые служат только целям защиты аккумулятора, то вторые предназначены для управления процессом заряда - ограничивают ток заряда на заданном уровне, контролируют температуру и, вообще, обеспечивают весь процесс. PCM-плата - это и есть то, что мы называем контроллером заряда.
Надеюсь, теперь не осталось вопросов, как зарядить аккумулятор 18650 или любой другой литиевый? Тогда переходим к небольшой подборке готовых схемотехнических решений зарядных устройств (тех самых контроллеров заряда).
Схемы зарядок li-ion аккумуляторов
Все схемы подходят для зарядки любого литиевого аккумулятора, остается только определиться с зарядным током и элементной базой.
LM317
Схема простого зарядного устройства на основе микросхемы LM317 с индикатором заряда:
Схема простейшая, вся настройка сводится к установке выходного напряжения 4.2 вольта с помощью подстроечного резистора R8 (без подключенного аккумулятора!) и установке тока заряда путем подбора резисторов R4, R6. Мощность резистора R1 - не менее 1 Ватт.
Как только погаснет светодиод, процесс заряда можно считать оконченным (зарядный ток до нуля никогда не уменьшится). Не рекомендуется долго держать аккумулятор в этой зарядке после того, как он полностью зарядится.
Микросхема lm317 широко применяется в различных стабилизаторах напряжения и тока (в зависимости от схемы включения). Продается на каждом углу и стоит вообще копейки (можно взять 10 шт. всего за 55 рублей).
LM317 бывает в разных корпусах:
Назначение выводов (цоколевка):
Аналогами микросхемы LM317 являются: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, КР142ЕН12, КР1157ЕН1 (последние два - отечественного производства).
Зарядный ток можно увеличить до 3А, если вместо LM317 взять LM350. Она, правда, подороже будет - 11 руб/шт .
Печатная плата и схема в сборе приведены ниже:
Старый советский транзистор КТ361 можно заменить на аналогичный p-n-p транзистор (например, КТ3107, КТ3108 или буржуйские 2N5086, 2SA733, BC308A). Его можно вообще убрать, если индикатор заряда не нужен.
Недостаток схемы: напряжение питания должно быть в пределах 8-12В. Это связано с тем, что для нормальной работы микросхемы LM317 разница между напряжением на аккумуляторе и напряжением питания должна быть не менее 4.25 Вольт. Таким образом, от USB-порта запитать не получится.
MAX1555 или MAX1551
MAX1551/MAX1555 - специализированные зарядные устройства для Li+ аккумуляторов, способные работать от USB или от отдельного адаптера питания (например, зарядника от телефона).
Единственное отличие этих микросхем - МАХ1555 выдает сигнал для индикатора процесса заряда, а МАХ1551 - сигнал того, что питание включено. Т.е. 1555 в большинстве случаев все-таки предпочтительнее, поэтому 1551 сейчас уже трудно найти в продаже.
Подробное описание этих микросхем от производителя - .
Максимальное входное напряжение от DC-адаптера - 7 В, при питании от USB - 6 В. При снижении напряжения питания до 3.52 В, микросхема отключается и заряд прекращается.
Микросхема сама детектирует на каком входе присутствует напряжение питания и подключается к нему. Если питание идет по ЮСБ-шине, то максимальный ток заряда ограничивается 100 мА - это позволяет втыкать зарядник в USB-порт любого компьютера, не опасаясь сжечь южный мост.
При питании от отдельного блока питания, типовое значение зарядного тока составляет 280 мА.
В микросхемы встроена защита от перегрева. Но даже в этом случае схема продолжает работать, уменьшая ток заряда на 17 мА на каждый градус выше 110°C.
Имеется функция предварительного заряда (см. выше): до тех пор пока напряжение на аккумуляторе находится ниже 3В, микросхема ограничивает ток заряда на уровне 40 мА.
Микросхема имеет 5 выводов. Вот типовая схема включения:
Если есть гарантия, что на выходе вашего адаптера напряжение ни при каких обстоятельствах не сможет превысить 7 вольт, то можно обойтись без стабилизатора 7805.
Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой .
Микросхемы не нуждается ни во внешних диодах, ни во внешних транзисторах. Вообще, конечно, шикарные микрухи! Только они маленькие слишком, паять неудобно. И еще стоят дорого ().
LP2951
Стабилизатор LP2951 производится фирмой National Semiconductors (). Он обеспечивает реализацию встроенной функции ограничения тока и позволяет формировать на выходе схемы стабильный уровень напряжения заряда литий-ионного аккумулятора.
Величина напряжения заряда составляет 4,08 - 4,26 вольта и выставляется резистором R3 при отключенном аккумуляторе. Напряжение держится очень точно.
Ток заряда составляет 150 - 300мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP2951 (зависит от производителя).
Диод применять с небольшим обратным током. Например, он может быть любым из серии 1N400X, какой удастся приобрести. Диод используется, как блокировочный, для предотвращения обратного тока от аккумулятора в микросхему LP2951 при отключении входного напряжения.
Данная зарядка выдает довольно низкий зарядный ток, так что какой-нибудь аккумулятор 18650 может заряжаться всю ночь.
Микросхему можно купить как в DIP-корпусе , так и в корпусе SOIC (стоимость около 10 рублей за штучку).
MCP73831
Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX1555.
Типовая схема включения взята из :
Важным достоинством схемы является отсутствие низкоомных мощных резисторов, ограничивающих ток заряда. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Его сопротивление должно лежать в диапазоне 2-10 кОм.
Зарядка в сборе выглядит так:
Микросхема в процессе работы неплохо так нагревается, но это ей вроде не мешает. Свою функцию выполняет.
Вот еще один вариант печатной платы с smd светодиодом и разъемом микро-USB:
LTC4054 (STC4054)
Очень простая схема, отличный вариант! Позволяет заряжать током до 800 мА (см. ). Правда, она имеет свойство сильно нагреваться, но в этом случае встроенная защита от перегрева снижает ток.
Схему можно существенно упростить, выкинув один или даже оба светодиодов с транзистором. Тогда она будет выглядеть вот так (согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер):
Один из вариантов печатной платы доступен по . Плата рассчитана под элементы типоразмера 0805.
I=1000/R . Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Я для своих целей взял резистор на 2.7 кОм, при этом ток заряда получился около 360 мА.
Радиатор к этой микросхеме вряд ли получится приспособить, да и не факт, что он будет эффективен из-за высокого теплового сопротивления перехода кристалл-корпус. Производитель рекомендует делать теплоотвод "через выводы" - делать как можно более толстые дорожки и оставлять фольгу под корпусом микросхемы. И вообще, чем больше будет оставлено "земляной" фольги, тем лучше.
Кстати говоря, бОльшая часть тепла отводится через 3-ю ногу, так что можно сделать эту дорожку очень широкой и толстой (залить ее избыточным количеством припоя).
Корпус микросхемы LTC4054 может иметь маркировку LTH7 или LTADY.
LTH7 от LTADY отличаются тем, что первая может поднять сильно севший аккумулятор (на котором напряжение меньше 2.9 вольт), а вторая - нет (нужно отдельно раскачивать).
Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.
TP4056
Микросхема выполнена в корпусе SOP-8 (см. ), имеет на брюхе металлический теплосьемник не соединенный с контактами, что позволяет эффективнее отводить тепло. Позволяет заряжать аккумулятор током до 1А (ток зависит от токозадающего резистора).
Схема подключения требует самый минимум навесных элементов:
Схема реализует классический процесс заряда - сначала заряд постоянным током, затем постоянным напряжением и падающим током. Все по-научному. Если разобрать зарядку по шагам, то можно выделить несколько этапов:
- Контроль напряжения подключенного аккумулятора (это происходит постоянно).
- Этап предзаряда (если аккумулятор разряжен ниже 2.9 В). Заряд током 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2 кОм) до уровня 2.9 В.
- Зарядка максимальным током постоянной величины (1000мА при R prog = 1.2 кОм);
- При достижении на батарее 4.2 В, напряжение на батарее фиксируется на этому уровне. Начинается плавное снижение зарядного тока.
- При достижении тока 1/10 от запрограммированного резистором R prog (100мА при R prog = 1.2кОм) зарядное устройство отключается.
- После окончания зарядки контроллер продолжает мониторинг напряжения аккумулятора (см. п.1). Ток, потребляемый схемой мониторинга 2-3 мкА. После падения напряжения до 4.0В, зарядка включается снова. И так по кругу.
Ток заряда (в амперах) рассчитывается по формуле I=1200/R prog . Допустимый максимум - 1000 мА.
Реальный тест зарядки с аккумулятором 18650 на 3400 мА/ч показан на графике:
Достоинство микросхемы в том, что ток заряда задается всего лишь одним резистором. Не требуются мощные низкоомные резисторы. Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки. При неподключенном аккумуляторе, индикатор моргает с периодичностью раз в несколько секунд.
Напряжение питания схемы должно лежать в пределах 4.5...8 вольт. Чем ближе к 4.5В - тем лучше (так чип меньше греется).
Первая нога используется для подключения датчика температуры, встроенного в литий-ионную батарею (обычно это средний вывод аккумулятора сотового телефона). Если на выводе напряжение будет ниже 45% или выше 80% от напряжения питания, то зарядка приостанавливается. Если контроль температуры вам не нужен, просто посадите эту ногу на землю.
Внимание! У данной схемы есть один существенный недостаток: отсутствие схемы защиты от переполюсовки батареи. В этом случае контроллер гарантированно выгорает из строя из-за превышения максимального тока. При этом напряжение питания схемы напрямую попадает на аккумулятор, что очень опасно.
Печатка простая, делается за час на коленке. Если время терпит, можно заказать готовые модули. Некоторые производители готовых модулей добавляют защиту от перегрузки по току и переразряда ( , например, можно выбрать какая плата вам нужна - с защитой или без, и с каким разъемом).
Так же можно найти готовые платы с выведенным контактом под температурный датчик. Или даже модуль зарядки с несколькими запараллеленными микросхемами TP4056 для увеличения зарядного тока и с защитой от переполюсовки (пример).
LTC1734
Тоже очень простая схема. Ток заряда задается резистором R prog (например, если поставить резистор на 3 кОм, ток будет равен 500 мА).
Микросхемы обычно имеют маркировку на корпусе: LTRG (их можно часто встретить в старых телефонах от самсунгов).
Транзистор подойдет вообще любой p-n-p, главное, чтобы он был рассчитан на заданный ток зарядки.
Индикатора заряда на указанной схеме нет, но в на LTC1734 сказано, что вывод "4" (Prog) имеет две функции - установку тока и контроль окончания заряда батареи. Для примера приведена схема с контролем окончания заряда при помощи компаратора LT1716.
Компаратор LT1716 в данном случае можно заменить дешевым LM358.
TL431 + транзистор
Наверное, сложно придумать схему из более доступных компонентов. Здесь самое сложное - это найти источник опорного напряжение TL431. Но они настолько распространены, что встречаются практически повсюду (редко какой источник питания обходится без этой микросхемы).
Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора. Подойдут даже старые советские КТ819, КТ805 (или менее мощные КТ815, КТ817).
Настройка схемы сводится к установке выходного напряжения (без аккумулятора!!!) с помощью подстроечного резистора на уровне 4.2 вольта. Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока.
Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов - сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля. Единственный недостаток - плохая повторяемость схемы (капризна в настройке и требовательна к используемым компонентам).
MCP73812
Есть еще одна незаслуженно обделенная вниманием микросхема от компании Microchip - MCP73812 (см. ). На ее базе получается очень бюджетный вариант зарядки (и недорогой!). Весь обвес - всего один резистор!
Кстати, микросхема выполнена в удобном для пайки корпусе - SOT23-5.
Единственный минус - сильно греется и нет индикации заряда. Еще она как-то не очень надежно работает, если у вас маломощный источник питания (который дает просадку напряжения).
В общем, если для вас индикация заряда не важна, и ток в 500 мА вас устраивает, то МСР73812 - очень неплохой вариант.
NCP1835
Предлагается полностью интегрированное решение - NCP1835B, обеспечивающее высокую стабильность зарядного напряжения (4.2 ±0.05 В).
Пожалуй, единственным недостатком данной микросхемы является ее слишком миниатюрный размер (корпус DFN-10, размер 3х3 мм). Не каждому под силу обеспечить качественную пайку таких миниатюрных элементов.
Из неоспоримых преимуществ хотелось бы отметить следующее:
- Минимальное количество деталей обвеса.
- Возможность зарядки полностью разряженной батареи (предзаряд током 30мА);
- Определение окончания зарядки.
- Программируемый зарядный ток - до 1000 мА.
- Индикация заряда и ошибок (способна детектировать незаряжаемые батарейки и сигнализировать об этом).
- Защита от продолжительного заряда (изменяя емкость конденсатора С т, можно задать максимальное время заряда от 6,6 до 784 минут).
Стоимость микросхемы не то чтобы копеечная, но и не настолько большая (~1$), чтобы отказаться от ее применения. Если вы дружите с паяльником, я бы порекомендовал остановить свой выбор на этом варианте.
Более подробное описание находится в .
Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера?
Да, можно. Однако это потребует плотного контроля за зарядным током и напряжением.
Вообще, зарядить АКБ, к примеру, наш 18650 совсем без зарядного устройства не получится. Все равно нужно как-то ограничивать максимальный ток заряда, так что хотя бы самое примитивное ЗУ, но все же потребуется.
Самое простейшее зарядное устройство для любого литиевого аккумулятора - это резистор, включенный последовательно с аккумулятором:
Сопротивление и мощность рассеяния резистора зависят от напряжения источника питания, который будет использоваться для зарядки.
Давайте в качестве примера, рассчитаем резистор для блока питания напряжением 5 Вольт. Заряжать будем аккумулятор 18650, емкостью 2400 мА/ч.
Итак, в самом начале зарядки падение напряжение на резисторе будет составлять:
U r = 5 - 2.8 = 2.2 Вольта
Предположим, наш 5-вольтовый блок питания рассчитан на максимальный ток 1А. Самый большой ток схема будет потреблять в самом начале заряда, когда напряжение на аккумуляторе минимально и составляет 2.7-2.8 Вольта.
Внимание: в данных расчетах не учитывается вероятность того, что аккумулятор может быть очень глубоко разряжен и напряжение на нем может быть гораздо ниже, вплоть до нуля.
Таким образом, сопротивление резистора, необходимое для ограничения тока в самом начале заряда на уровне 1 Ампера, должно составлять:
R = U / I = 2.2 / 1 = 2.2 Ом
Мощность рассеивания резистора:
P r = I 2 R = 1*1*2.2 = 2.2 Вт
В самом конце заряда аккумулятора, когда напряжение на нем приблизится к 4.2 В, ток заряда будет составлять:
I зар = (U ип - 4.2) / R = (5 - 4.2) / 2.2 = 0.3 А
Т.е., как мы видим, все значения не выходят за рамки допустимых для данного аккумулятора: начальный ток не превышает максимально допустимый ток заряда для данного аккумулятора (2.4 А), а конечный ток превышает ток, при котором аккумулятор уже перестает набирать емкость (0.24 А).
Самый главный недостаток такой зарядки состоит в необходимости постоянно контролировать напряжение на аккумуляторе. И вручную отключить заряд, как только напряжение достигнет 4.2 Вольта. Дело в том, что литиевые аккумуляторы очень плохо переносят даже кратковременное перенапряжение - электродные массы начинают быстро деградировать, что неминуемо приводит к потери емкости. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации.
Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается. По достижении определенного напряжение на аккумуляторе, плата сама отключит его от зарядного устройства. Однако такой способ зарядки имеет существенные минусы, о которых мы рассказывали в .
Защита, встроенная в аккумулятор не позволит его перезарядить ни при каких обстоятельствах. Все, что вам остается сделать, это проконтролировать ток заряда, чтобы он не превысил допустимые значения для данного аккумулятора (платы защиты не умеют ограничивать ток заряда, к сожалению).
Зарядка при помощи лабораторного блока питания
Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой (ограничением) по току, то вы спасены! Такой источник питания уже является полноценным зарядным устройством, реализующим правильный профиль заряда, о котором мы писали выше (СС/СV).
Все, что нужно сделать для зарядки li-ion - это выставить на блоке питания 4.2 вольта и установить желаемое ограничение по току. И можно подключать аккумулятор.
Вначале, когда аккумулятор еще разряжен, лабораторный блок питания будет работать в режиме защиты по току (т.е. будет стабилизировать выходной ток на заданном уровне). Затем, когда напряжение на банке поднимется до установленных 4.2В, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения, а ток при этом начнет падать.
Когда ток упадет до 0.05-0.1С, аккумулятор можно считать полностью заряженным.
Как видите, лабораторный БП - практически идеальное зарядное устройство! Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться. Но это мелочь, на которую даже не стоит обращать внимания.
Как заряжать литиевые батарейки?
И если мы говорим об одноразовой батарейке, не предназначенной для перезарядки, то правильный (и единственно верный) ответ на этот вопрос - НИКАК.
Дело в том, что любая литиевая батарейка (например, распространенная CR2032 в виде плоской таблетки) характеризуется наличием внутреннего пассивирующего слоя, которым покрыт литиевый анод. Этот слой предотвращает химическую реакцию анода с электролитом. А подача стороннего тока разрушает вышеуказанный защитный слой, приводя к порче элемента питания.
Кстати, если говорить о незаряжаемой батарейке CR2032, то есть очень похожая на нее LIR2032 - это уже полноценный аккумулятор. Ее можно и нужно заряжать. Только у нее напряжение не 3, а 3.6В.
О том же, как заряжать литиевые аккумуляторы (будь то аккумулятор телефона, 18650 или любой другой li-ion аккумулятор) шла речь в начале статьи.
Зарядное устройство (ЗУ) для аккумулятора необходимо каждому автолюбителю, но стоит оно немало, а регулярные профилактические поездки в автосервис не выход. Обслуживание батареи в СТО требует времени и денег. Кроме того, на разряженном аккумуляторе до сервиса ещё нужно доехать. Собрать своими руками работоспособное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками сможет каждый, кто умеет пользоваться паяльником.
Немного теории об аккумуляторах
Любой аккумулятор (АКБ) - накопитель электрической энергии. При подаче на него напряжения энергия накапливается, благодаря химическим изменениям внутри батареи. При подключении потребителя происходит противоположный процесс: обратное химическое изменение создаёт напряжение на клеммах устройства, через нагрузку течёт ток. Таким образом, чтобы получить от батареи напряжение, его сначала нужно «положить», т. е. зарядить аккумулятор.
Практически любой автомобиль имеет собственный генератор, который при запущенном двигателе обеспечивает электроснабжение бортового оборудования и заряжает аккумулятор, пополняя энергию, потраченную на пуск мотора. Но в некоторых случаях (частый или тяжёлый запуск двигателя, короткие поездки и пр.) энергия аккумулятора не успевает восстанавливаться, батарея постепенно разряжается. Выход из создавшегося положения один - зарядка внешним зарядным устройством.
Как узнать состояние батареи
Чтобы принимать решение о необходимости зарядки, нужно определить, в каком состоянии находится АКБ. Самый простой вариант - «крутит/не крутит» - в то же время является и неудачным. Если батарея «не крутит», к примеру, утром в гараже, то вы вообще никуда не поедете. Состояние «не крутит» является критическим, а последствия для аккумулятора могут быть печальными.
Оптимальный и надёжный метод проверки состояния аккумуляторной батареи - измерение напряжения на ней обычным тестером. При температуре воздуха около 20 градусов зависимость степени зарядки от напряжения на клеммах отключённой от нагрузки (!) батареи следующая:
- 12.6…12.7 В - полностью заряжена;
- 12.3…12.4 В - 75%;
- 12.0…12.1 В - 50%;
- 11.8…11.9 В - 25%;
- 11.6…11.7 В - разряжена;
- ниже 11.6 В - глубокий разряд.
Нужно отметить, что напряжение 10.6 вольт - критическое. Если оно опустится ниже, то «автомобильная батарейка» (особенно необслуживаемая) выйдет из строя.
Правильная зарядка
Существует два метода зарядки автомобильной батареи - постоянным напряжением и постоянным током. У каждого свои особенности и недостатки:
Самодельные зарядки для АКБ
Собрать своими руками зарядное устройство для автомобильного аккумулятора реально и не особо сложно. Для этого нужно иметь начальные знания по электротехнике и уметь держать в руках паяльник.
Простое устройство на 6 и 12 В
Такая схема самая элементарная и бюджетная. При помощи этого ЗУ вы сможете качественно зарядить любой свинцовый аккумулятор с рабочим напряжением 12 или 6 В и электрической ёмкостью от 10 до 120 А/ч.
Устройство состоит из понижающего трансформатора Т1 и мощного выпрямителя, собранного на диодах VD2-VD5. Установка зарядного тока производится переключателями S2-S5, при помощи которых в цепь питания первичной обмотки трансформатора подключаются гасящие конденсаторы C1-C4. Благодаря кратному «весу» каждого переключателя, различные комбинации позволяют ступенчато регулировать ток зарядки в пределах 1–15 А с шагом 1 А. Этого достаточно для выбора оптимального тока зарядки.
К примеру, если необходим ток в 5 А, то понадобится включить тумблеры S4 и S2. Замкнутые S5, S3 и S2 дадут в сумме 11 А. Для контроля напряжения на АКБ служит вольтметр PU1, за зарядным током следят при помощи амперметра PА1.
В конструкции можно использовать любой силовой трансформатор мощностью около 300 Вт, в том числе и самодельный. Он должен выдавать на вторичной обмотке напряжение 22–24 В при токе до 10–15 А. На месте VD2-VD5 подойдут любые выпрямительные диоды, выдерживающие прямой ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 40 В. Подойдут Д214 или Д242. Их следует установить через изолирующие прокладки на радиатор с площадью рассеяния не менее 300 см. кв.
Конденсаторы С2-С5 обязательно должны быть неполярные бумажные с рабочим напряжением не ниже 300 В. Подойдут, к примеру, МБЧГ, КБГ-МН, МБГО, МБГП, МБМ, МБГЧ. Подобные конденсаторы, имеющие форму кубиков, широко использовались как фазосдвигающие для электромоторов бытовой техники. В качестве PU1 использован вольтметр постоянного тока типа М5−2 с пределом измерения 30 В. PA1 - амперметр того же типа с пределом измерения 30 А.
Схема проста, если собрать её из исправных деталей, то в налаживании не нуждается. Это устройство подойдёт и для зарядки шестивольтовых батарей, но «вес» каждого из переключателей S2-S5 будет иным. Поэтому ориентироваться в зарядных токах придётся по амперметру.
С плавной регулировкой тока
По этой схеме собрать зарядник для аккумулятора автомобиля своими руками сложнее, но она возможна в повторении и тоже не содержит дефицитных деталей. С её помощью допустимо заряжать 12-вольтовые аккумуляторы ёмкостью до 120 А/ч, ток заряда плавно регулируется.
Зарядка батареи производится импульсным током, в качестве регулирующего элемента используется тиристор. Помимо ручки плавной регулировки тока, эта конструкция имеет и переключатель режима, при включении которого зарядный ток увеличивается вдвое.
Режим зарядки контролируется визуально по стрелочному прибору RA1. Резистор R1 самодельный, выполненный из нихромовой или медной проволоки диаметром не менее 0.8 мм. Он служит ограничителем тока. Лампа EL1 - индикаторная. На её месте подойдёт любая малогабаритная индикаторная лампа с напряжением 24–36 В.
Понижающий трансформатор можно применить готовый с выходным напряжением по вторичной обмотке 18–24 В при токе до 15 А. Если подходящего прибора под рукой не оказалось, то можно сделать самому из любого сетевого трансформатора мощностью 250–300 Вт. Для этого с трансформатора сматывают все обмотки, кроме сетевой, и наматывают одну вторичную обмотку любым изолированным проводом с сечением 6 мм. кв. Количество витков в обмотке - 42.
Тиристор VD2 может быть любым из серии КУ202 с буквами В-Н. Его устанавливают на радиатор с площадью рассеивания не менее 200 см. кв. Силовой монтаж устройства делают проводами минимальной длины и с сечением не менее 4 мм. кв. На месте VD1 будет работать любой выпрямительный диод с обратным напряжением не ниже 20 В и выдерживающий ток не менее 200 мА.
Налаживание устройства сводится к калибровке амперметра RA1. Сделать это можно, подключив вместо аккумулятора несколько 12-вольтовых ламп общей мощностью до 250 Вт, контролируя ток по заведомо исправному эталонному амперметру.
Из компьютерного блока питания
Чтобы собрать это простое зарядное устройство своими руками, понадобится обычный блок питания от старого компьютера АТХ и знания по радиотехнике. Но зато и характеристики прибора получатся приличными. С его помощью заряжают батареи током до 10 А, регулируя ток и напряжение заряда. Единственное условие - БП желателен на контроллере TL494.
Для создания автомобильной зарядки своими руками из блока питания компьютера придётся собрать схему, приведённую на рисунке.
Пошагово необходимые для доработки операции будут выглядеть следующим образом:
- Откусить все провода шин питания, за исключением жёлтых и чёрных.
- Соединить между собой жёлтые и отдельно чёрные провода - это будут соответственно «+» и «-» ЗУ (см. схему).
- Перерезать все дорожки, ведущие к выводам 1, 14, 15 и 16 контроллера TL494.
- Установить на кожух БП переменные резисторы номиналом 10 и 4,4 кОм - это органы регулировки напряжения и тока зарядки соответственно.
- Навесным монтажом собрать схему, приведённую на рисунке выше.
Если монтаж выполнен правильно, то доработку закончена. Осталось оснастить новое ЗУ вольтметром, амперметром и проводами с «крокодилами» для подключения к АКБ.
В конструкции возможно использовать любые переменные и постоянные резисторы, кроме токового (нижний по схеме номиналом 0.1 Ом). Его рассеиваемая мощность - не менее 10 Вт. Сделать такой резистор можно самостоятельно из нихромового или медного провода соответствующей длины, но реально найти и готовый, к примеру, шунт от китайского цифрового тестера на 10 А или резистор С5−16МВ. Ещё один вариант - два резистора 5WR2J, включённые параллельно. Такие резисторы есть в импульсных блоках питаниях ПК или телевизоров.
Что необходимо знать при зарядке АКБ
Заряжая автомобильный аккумулятор, важно соблюдать ряд правил. Это поможет вам продлить срок службы аккумулятора и сохранить своё здоровье:
Вопрос о создании простого зарядного устройство для аккумулятора своими руками выяснен. Все достаточно просто, осталось запастись необходимым инструментом и можно смело приступать к работе.
Автомобильную бортовую сеть до тех пор, пока силовая установка не запустится питает аккумуляторная батарея. Но сама она электрическую энергию не вырабатывает. Аккумулятор просто является вместилищем электроэнергии, которая храниться в нем и при надобности отдается потребителям. После израсходованная энергия восстанавливается за счет работы генератора, который ее вырабатывает.
Но даже постоянная подзарядка АКБ от генератора не способна полностью восстанавливать израсходованную энергию. Для этого периодически нужна зарядка от внешнего источника, а не генератора.
Конструкция и принцип работы зарядного устройства
Чтобы произвести используются зарядные устройства. Данные приборы работают от сети 220 В. На самом деле зарядное устройства является обычным преобразователем электрической энергии.
Он берет переменный ток сети 220 В, понижает его и преобразовывает в постоянный ток напряжением до 14 В, то есть до напряжения, которое выдает сам АКБ.
Сейчас производится большое количество всевозможных зарядных устройств – от примитивных и простейших до приборов с большим количеством всевозможных дополнительных функций.
Продаются и зарядные устройства, которые помимо возможной подзарядки АКБ, установленной на авто, могут еще и произвести запуск силовой установки. Такие устройства называются зарядно-пусковыми.
Есть и автономные зарядно-пусковые приборы, которые могут подзарядить АКБ или запустить мотор без подключения самого устройства к сети 220 В. Внутри же такого прибора помимо оборудования, преобразующего электрическую энергию, имеется еще и , что и делает такой прибор автономным, хотя батарее прибора тоже после каждой отдачи электроэнергии требуется зарядка.
Видео: Как сделать простейшее зарядное устройство
Что касается обычных зарядных устройств, то простейшее из них состоит всего из нескольких элементов. Основным элементом у такого устройства является понижающий трансформатор. В нем производится понижение напряжение с 220 В до 13,8 В, которые являются самыми оптимальными для зарядки АКБ. Однако трансформатор только понижает напряжение, а вот преобразование его с переменного тока на постоянный выполняется другим элементом устройства – диодным мостом, который производит выпрямление тока и разделение его на положительный и отрицательный полюса.
За диодным мостом обычно в схему включен амперметр, который показывает силу тока. В простейшем устройстве используется стрелочный амперметр. В более дорогих приборах, он может быть цифровым, также помимо амперметра может быть встроен и вольтметр. В некоторых зарядных устройствах существует возможность выбора напряжения, к примеру, им можно заряжать как 12-вольтовые АКБ, так и 6-вольтовые.
От диодного моста выходят провода с «плюсовой» и «минусовой» клеммами, которыми и производится подключение прибора к аккумулятору.
Все это заключено в корпус, из которого выходит провод с вилкой для подключения к сети, и провода с клеммами. Чтобы обезопасить всю схему от возможного повреждения, в нее включен плавкий предохранитель.
В целом, это и вся схема простого зарядного устройства. Выполнить им зарядку аккумулятора сравнительно просто. К разряженной батарее подключаются клеммы прибора, при этом важно не перепутать полюса. Затем прибор подключается к сети.
В самом начале зарядки прибор будет подавать напряжение с силой тока в 6-8 ампер, но по мере зарядки, сила тока будет уменьшаться. Все это будет отображаться на амперметре. Если батарея полностью зарядится, то стрелка амперметра опустится до нуля. Это и есть весь процесс зарядки аккумулятора.
Простота схемы зарядного устройства обеспечивает возможность самостоятельного его изготовления.
Самостоятельное изготовление автомобильного зарядного устройства
Теперь рассмотрим самые простые зарядные устройства, которые можно изготовить самому. Первым будет устройство, которое по принципиальной схеме очень сходно с описанным.
На схеме обозначено:
S1 - выключатель питания (тумблер);
FU1 - предохранитель на 1А;
T1 - трансформатор ТН44;
D1-D4 - диоды Д242;
C1 - конденсатор 4000 мкФ, 25 В;
A - амперметр на 10А.
Итак, для изготовления самодельного зарядного устройства понадобиться понижающий трансформатор ТС-180-2. Такие трансформаторы использовались на старых ламповых телевизорах. Его особенностью является наличие двух первичных и вторичных обмоток. При этом каждая их вторичных обмоток на выходе имеет по 6,4 В и 4,7 А. Поэтому чтобы добиться необходимых для зарядки АКБ 12,8 В, на которые способен этот трансформатор, нужно произвести последовательное соединение этих обмоток. Для этого используется короткий провод с сечением не менее 2,5 мм. кв. перемычкой соединяется не только вторичные обмотки, но и первичные.
Видео: Самое простое зарядное устройство для АКБ
Далее потребуется наличие диодного моста. Для его создания берутся 4 диода, рассчитанных на силу тока не менее 10 А. Эти диоды можно закрепить на текстолитовой пластине, а затем произвести правильное их соединение. К выходным диодам подсоединяются провода, которые устройство и будет подключаться к АКБ. На этом сборку прибора можно считать завершенной.
Теперь о правильности процесса зарядки. При подключении устройства к аккумулятору, нельзя перепутывать полярность, иначе можно вывести из строя и батарею, и прибор.
При подключении к АКБ, устройство должно быть полностью обесточено. Включать его в сеть можно только после подсоединения к батарее. Отключать от батареи его тоже следует после отключения от сети.
Сильно разряженную батарею нельзя подключать к прибору без средства, понижающего напряжение и силу тока, иначе прибор на АКБ будет подавать ток высокой силы, который может навредить батарее. В качестве понижающего средства может выступать обычная 12-вольтовая лампа, которая подсоединяется к выводным клеммам перед АКБ. Лампа при работе устройства будет гореть, тем самым частично забирая на себя напряжение и ток. Со временем, после частичной зарядки батареи, лампу из цепи можно исключить.
При зарядке периодически нужно проверять степень зарядки батареи, для чего можно воспользоваться мультиметром, вольтметром или нагрузочной вилкой.
Полностью заряженная батарея при проверке на ней напряжения должна показывать не менее 12,8 В, если значение ниже – требуется дальнейшая зарядка, для доведения этого показателя до нужного уровня.
Видео: Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками
Поскольку данная схема не имеет защитного корпуса, не стоит оставлять устройство без присмотра во время работы.
И пусть этот прибор не обеспечивает оптимальные 13,8 В на выходе, но для подзарядки аккумулятора вполне годиться, хотя примерно через два года пользования батареей все же понадобиться выполнить ее зарядку заводским устройством, обеспечивающим все оптимальные параметры для зарядки батареи.
Бестрансформаторное зарядное устройство
Интересной по конструкции является схема самодельного устройства, которое не имеет трансформатора. Его роль в данном устройстве выполняет набор конденсаторов, рассчитанных на напряжение в 250 В. Таких конденсаторов должно быть не менее 4. Сами конденсаторы подключаются параллельно.
К набору конденсаторов параллельно подключается резистор, предназначенный для гашения остаточного напряжения после отключения прибора от сети.
Далее потребуется диодный мост для работы с допустимым током не менее 6 А. Он подключается в схему после набора конденсаторов. А далее уже к нему подсоединяются провода, которыми устройство будет подключаться к АКБ.