А. ЕВСЕЕВ, г. Тула. Радио №5, 1998
Вопросам грамотного обслуживания автомобильных аккумуляторных батарей журнал всегда уделял много внимания. Так, например, предыдущая статья на эту тему была опубликована в прошедшем году (Н. Герцен. "Приставка-автомат к зарядному устройству" в "Радио", 1997, № 7, с. 45, 46). Помещенная ниже работа - очередной шаг в указанном направлении.

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4
В процессе длительного - несколько месяцев - хранения автомобильных аккумуляторных батарей происходит их саморазрядка, в связи с чем рекомендуется не реже одного раза в месяц подзаряжать батарею. Однако обычная подзарядка не в состоянии предотвратить сульфатацию пластин, постепенно приводящую к уменьшению емкости батареи и снижению срока ее службы [1]. Поэтому батарею время от времени подвергают разрядке током, в амперах, численно равным 1/20 номинальной емкости, выраженной в ампер-часах, до напряжения 10,5 В, с последующей зарядкой до напряжения 14,2...14,5 В. Такой зарядно-разрядный цикл следует повторить неоднократно, если батарея сильно засульфатирована или длительное время находилась в полуразряженном состоянии.
Описываемая ниже приставка предназначена для работы совместно с зарядными устройствами, обеспечивающими необходимый зарядный ток и имеющими на выходе пульсирующее зарядное напряжение. Подойдут, например, выпускаемые промышленностью устройства УЗ-А-6/12 (г. Выборг), УЗР-П-12-6,3 (г. Юрьев-Польский), а также любительские, описанные в [2, 3]. Приставка позволяет разряжать батарею до напряжения 10,5 В и по окончании разрядки автоматически начать зарядку током с разрядной составляющей (при соотношении зарядной и разрядной составляющих 10:1). Устройство прекращает зарядку при достижении напряжения на зажимах батареи 14,2...14,5 В, что соответствует ее 100 %-ной заряженности. Оно контролирует напряжение, когда зарядного тока нет. При пропадании сетевого напряжения устройство прекращает разрядку батареи. Циклы разрядка-зарядка могут быть однократными или многократными.
Принципиальная схема приставкиавтомата показана на Рис.1. Питание приставки - комбинированное - от сети, от зарядного устройства и от заряжаемой батареи GB1 в то время, когда оптронный динистор U3 закрыт.
В качестве порогового элемента, вырабатывающего сигнал при двух значениях напряжения на батарее - 14,2...14,5 В при зарядке и 10,5 В при разрядке, - использованы компараторы таймера DA1 [4] с делителями напряжения R7R10 и R8R11. На его входах R и S происходит сравнение напряжения на заряжаемой или разряжаемой батарее с указанными выше пороговыми значениями, определяемыми напряжением питания таймера, сопротивлением резисторов внутреннего делителя напряжения таймера, напряжением на его входе UR (оно снимается со стабилитрона VD2). Нижний и верхний пороги срабатывания компаратора можно изменять подстроечными резисторами R10 и R11. Питается таймер от параметрического стабилизатора VD3R9. Напряжение не слишком сильно разряженной двенадцативольтной батареи обычно равно 12...12,6 В. При включении устройства в сеть с подключенной батареей таймер установится в состояние, соответствующее напряжению высокого уровня на его выходе, транзистор VT1 будет открыт. Откроется динистор оптрона U3, и начнется зарядка батареи, на что и укажет включившийся светодиод HL1.
Однако, как правило, степень заряженности подключаемой батареи неизвестна, поэтому перед началом зарядки ее целесообразно разрядить до напряжения 10,5 В. Для включения режима разрядки после подключения батареи кратковременно нажимают на кнопку SB1 "Пуск". Через контакты SB1.1 на вход R таймера поступит напряжение с подключенной к выходу батареи и переключит его в противоположное состояние (на выходе - низкий уровень), транзистор VT1 закроется и выключит светодиод HL1.
Одновременно через замкнувшиеся контакты SB1.2 на верхний по схеме вход RS-триггера, собранного на элементах DD1.1, DD2.2, приходит низкий уровень. Триггер устанавливается в такое состояние, когда на выходе элемента DD1.1 появляется напряжение высокого уровня.
При показанном на схеме положении контактов переключателя SA1 на выходе элементов DD1.3, DD1.4, включенных инверторами, действует напряжение низкого уровня. Поскольку фототранзистор оптопары U2 открыт (а он открыт все время, пока на приставку подано напряжение сети), через базу транзистора VT4, резистор R23, фототранзистор оптопары и выход логических элементов DD1.3 и DD1.4 протекает ток, достаточный для насыщения этого транзистора. Через лампу накаливания EL1 протекает разрядный ток батареи - около 2,5 А, - что соответствует 20-часовому режиму разрядки батареи 6СТ55. При обслуживании батареи иной емкости следует применять лампу соответствующей мощности.
Напряжение сети через гасящий резистор R1 поступает на диодный мост VD1 и после выпрямления питает последовательно соединенные светодиоды оптронов U1 и U2. Конденсатор С1 и резистор R2 образуют сглаживающий фильтр для светодиода оптрона U2. При пропадании сетевого напряжения фототранзистор этого оптрона закрывается, что приводит к закрыванию транзистора VT4 и прекращению разрядки батареи. По мере разрядки батареи напряжение на ее зажимах уменьшается. Когда оно достигнет 10,5 В, таймер переключится, откроются транзисторы VT1 и VT2. Открывание транзистора VT1 вызовет переход устройства в режим зарядки, переключение RS-триггера и закрывание транзистора VT4, а также открывание транзистора VT3.
Ток зарядки устанавливают с помощью зарядного устройства в соответствии с инструкцией по эксплуатации аккумуляторной батареи, т. е. равным 1/10 или 1/20 емкости батареи. Если зарядка идет без контроля оператора, следует обеспечить ограничение колебаний зарядного тока при колебаниях сетевого напряжения. Самый простой способ стабилизации тока - включение цепи из двух-трех параллельно соединенных автомобильных ламп мощностью 40...50 Вт в разрыв одного из выходных проводов зарядного устройства [5]. Такой же эффект дает включение лампы напряжением 220 В и мощностью 200...300 Вт в один из входных (сетевых) проводов зарядного устройства.
Зарядный ток содержит дозированную разрядную составляющую, что благотворно сказывается на протекании электрохимических процессов в батарее [1]. Ток разрядной составляющей определяет резистор R19 (примерно 0,5 А).
В процессе зарядки напряжение на полюсных выводах батареи плавно увеличивается. Известно, что напряжение полностью заряженной батареи равно 14,2...14,5 В [1]. Это напряжение измеряется в отсутствие зарядного тока, поскольку зарядные импульсы в зависимости от степени разряженности батареи увеличивают мгновенное значение напряжения на ее зажимах на 1...3 В. Для обеспечения такого режима измерения в устройстве использованы элементы U1, R4, VT2. В режиме зарядки транзистор VT2 открыт. На Рис.2 показаны диаграммы напряжения и тока, поясняющие работу оптронов U1 и U2. Напряжение сети выпрямляется диодным мостом (диагр. 1) и поступает на светодиоды оптронов U1 и U2.
Фототранзистор оптрона U1 открывается в моменты, когда ток через светодиод оптрона U1 (диагр. 2) превышает ток открывания фототранзистора. При этом резистор R4 шунтирует подстроечный резистор R11 и верхний порог срабатывания таймера DA1 увеличивается. В моменты перехода сетевого напряжения через нуль фототранзистор закрывается и порог срабатывания таймера уменьшается до значения 14,2...14,5 В. Именно в это время через батарею не протекает ток зарядки. Измерение происходит в каждом полупериоде сети, т. е. 100 раз в секунду. Длительность измерения - 1...3 мс.
Ток через светодиод оптрона U2 протекает все время, пока на приставку подано сетевое напряжение, благодаря чему фототранзистор оптрона U2 открыт.
Как только напряжение на батарее достигнет в отсутствие тока зарядки 14,2...14,5 В, таймер DA1 переключится (на выходе появится низкий уровень) и зарядка прекратится. Поскольку на выходе RS-триггера по-прежнему остается высокий уровень, устройство может оставаться в таком состоянии долго, вплоть до нескольких суток. Потребляемый от батареи ток невелик (20...30 мА) и не может вызвать ее существенной разрядки.
Если необходима многократная тренировка батареи разрядно-зарядными циклами, контакты переключателя SA1 переводят в нижнее по схеме положение. В этом случае RS-триггер оказывается выведенным из работы и зарядка и разрядка будут чередоваться до тех пор, пока есть сетевое напряжение и подключена заряжаемая батарея. Конденсаторы С2, С3 повышают помехоустойчивость работы таймера. Резисторы R19, R22 обеспечивают надежное удержание транзисторов VT3, VT4 закрытыми в отсутствие тока базы. Вместо КТ608Б в устройстве можно применять любые транзисторы из серий КТ603, КТ608, КТ3117, КТ815; КТ503Б - КТ315, КТ501, КТ503, КТ3117; КТ814Б - КТ814, КТ816, КТ818, КТ837 и вместо КТ825Г - любой из этой серии. Оптронный динистор ТО125-10 можно заменить на ТО125-12,5, ТО2-10, ТО2-40, ТСО-10. Диодный мост КЦ407А заменим на КЦ402, КЦ405 с буквенными индексами А, Б, В. Стабилитрон VD3 желательно использовать с небольшим ТКН стабилизации, годятся любые стабилитроны серии Д818. Оксидный конденсатор С1 - К50-16, К50-35 или К50-29; С2, С3 - КМ-6б, К10-23, К73-17 и др. Подстроечные резисторы R10, R11- любые многооборотные, например СП5-2. Резистор R20 - ПЭВ мощностью 10 или 15 Вт (в крайнем случае 7,5 Вт); остальные - МЛТ, ОМЛТ, С2-23. Кнопка SB1 и переключатель SA1 - любые, например, КМ2-1 и МТ1 соответственно. Большая часть элементов устройства смонтирована на печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (Рис.3). Оптронный динистор U3 и транзистор VT4 установлены на теплоотводах с поверхностью охлаждения 100...150 см 2 . Плату укрепляют в любом корпусе подходящих размеров (в авторском варианте - 260(100(70 мм). Соединения, по которым протекает ток зарядки и разрядки, должны быть выполнены проводом сечением не менее 2 мм 2 . Провода, соединяющие устройство с аккумуляторной батареей, желательно выбрать гибкими. Для налаживания устройства потребуются лабораторный источник постоянного тока с напряжением, регулируемым в пределах от 9 до 15 В при токе нагрузки не менее 0,6 А, и вольтметр. Сначала зарядное устройство и лампу EL1 временно отключают, а заряжаемую батарею заменяют лабораторным источником тока. Установив по вольтметру напряжение источника 10,5 В, подстроечным резистором R10 устанавливают нижний порог срабатывания компаратора по включению светодиода HL1, а затем, установив напряжение 14,2...14,5 В, подстроечным резистором R11 устанавливают верхний порог по включению светодиода HL2.
Внешний вид собранной приставки показан на Рис.4.
ЛИТЕРАТУРА
1. Болотовский В.И., Вайсгант З. И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1988, 208 с.
2. Кудинов Г., Савчук Г. Автоматическое зарядное устройство. - Радио, 1982, № 1, с. 44-48.
3. Таланов Н., Фомин В. Зарядное устройство для стартерных батарей аккумуляторов. - Радио, 1994, № 7, с. 29.
4. Зельдин Е. Применение интегрального таймера КР1006ВИ1. - Радио, 1986, № 9, с. 36, 37.
5. Коробков А. Прибор для автоматической тренировки аккумуляторов: Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 96, с. 61-70. -М.: ДОСААФ, 1987.
6. Газизов М. Автоматическое устройство для зарядки и восстановления аккумуляторных батарей. : Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 94, с. 3-7. - М.: ДОСААФ, 1986.
От редакции. Для обеспечения электробезопасности всей зарядной установки в целом необходимо, чтобы нагрузка (батарея) была гальванически развязана (отделена) от питающей сети. Роль элементов развязки в приставке играют оптроны U1 и U2. К сожалению, выбранные автором оптроны серии АОТ110 не в состоянии устранить опасность поражения током, так как их номинальное напряжение изоляции не превышает 100 В. Для приставки подойдут только те оптроны, напряжение изоляции которых не менее 500 В, фототранзистор - составной (особенно это касается оптрона U2), например, из серии АОТ127.