ПЕРЕЗАРЯД АККУМУЛЯТОРА? ИСКЛЮЧАЕТСЯ!

Одной из проблем для горожан-владельцев автомашин является состояние аккумуляторных батарей. Частые остановки с последующими запусками двигателя разряжают аккумулятор, полный заряд которого от бортового генератора происходит в лучшем случае за один час. Причем, как утверждают специалисты, только 90 процентов растрачиваемой электроемкости восстанавливается быстро, за каких-нибудь десять — пятнадцать минут. Ток при этом снижается, и дальнейший заряд затягивается.

Реле-регуляторы обычно работают в импульсном, ключевом режиме. Кроме того, резкие скачки напряжения из-за неравномерной нагрузки (сигналы поворотов, стоп-сигналы) разряжают аккумулятор. Токи зарядки становятся уже сравнимыми с потерями на лампочках. Поэтому-то скептики и утверждают, что генератор автомобиля подчас не может обеспечить аккумулятору полный заряд.

Обслуживание аккумуляторной батареи — не тяжелый, но длительный и нудный процесс, а постоянный дефицит времени не позволяет поддерживать ее полный заряд. Ставить же аккумуляторы на зарядку без контроля тоже нельзя. Это приводит к их преждевременному выходу из строя. При перезарядке окисляется решетка положительных пластин, и те начинают осыпаться. В результате снижается рабочая поверхность пластин, а их обломки могут вызвать замыкание в банках.

Однако многих неурядиц, связанных с аккумуляторами, можно избежать, если обзавестись разработанным мною универсальным зарядным аппаратом. Самодельный, достаточно компактный и надежный, он позволяет автоматически проводить контрольно-тренировочный цикл (КТЦ) с замером реальной емкости батареи в режиме ЦИКЛИЧЕСКИЙ, а также подзаряжать (режим ДЕЖУРНЫЙ) до номинала автомобильную СТ-60 или ее аналог. При большеемкостном аккумуляторе просто увеличится потребное время работы аппарата, способного обеспечить номинальный зарядный ток 3 А, максимальный 5 А, разрядный ток до 7 А. Режим работы — длительный. Номинальная потребляемая мощность в режиме ЗАРЯД — 180 Вт, максимальная — 250 Вт. В режимах же РАЗРЯД и ДЕЖУРНЫЙ мощность составляет всего лишь 36 Вт.

Аппарат включает в себя блок управления с зарядным и разрядным устройствами и часы. Блок управления контролирует напряжение лучше, чем самый добросовестный аккумуляторщик, — заряжает до необходимого уровня, не допуская перезарядки. Он же автоматически переходит от заряда к разряду при достижении на аккумуляторе предельных значений напряжения (соответственно 10 или 14,5 В), а также в контрольнотренировочный цикл, необходимый, как минимум, два раза в год, и в ДЕЖУРНЫЙ (дозарядка при снижении напряжения до 12,5—13 В). Оператору остается только подсоединить аккумулятор и выбрать необходимый режим работы.

Принципиальная электрическая схема универсального аппарата для зарядки аккумуляторов (блок электронных часов условно не показан)

Тумблер АВАРИЙНЫЙ ЗАРЯД (SA2) включают, если на клеммах менее 8 В и этого напряжения не хватает для срабатывания реле К1. При этом SAЗ должен находиться в положении ДЕЖУРНЫЙ, чтобы разрядное устройство пребывало в отключенном состоянии. Автоматический режим работы здесь невозможен, необходим личный контроль за напряжением. Выключают же SA2 при достижении 8—10 В на клеммах аккумулятора.

Если реле K1 уже сработало, а зарядный ток не упал до нуля, то следует переключить SAЗ в положение ЦИКЛИЧЕСКИЙ. Аппарат перейдет в автоматический режим. Если же ток упал до нуля, то потребуется вновь включить SA2 АВАРИЙНЫЙ ЗАРЯД и через некоторое время повторить действия, изложенные в предыдущем абзаце.

Тумблер SA3 определяет режим работы аппарата: ЦИКЛИЧЕСКИЙ и ДЕЖУРНЫЙ. Первый осуществляется при замкнутых контактах. С переключением SA3 во второе положение цикл остановится, но только после полной зарядки аккумулятора.

При автоматической работе в других периодах цикл не прервется. Уже начавшийся период РАЗРЯД будет завершен через контакты реле К2, включенные параллельно SA3. По окончании разряда реле К1, переключившись в положение ЗАРЯД, обесточит разрядное устройство и реле К2. Контакты К2.1 разомкнутся.

После зарядки аккумулятора реле К1 переключится в режим РАЗРЯД, однако разрядный блок отключен и аппарат переходит в состояние ДЕЖУРНЫЙ. В автоматическом режиме переход из ЦИКЛИЧЕСКИЙ в ДЕЖУРНЫЙ режим может продолжаться сутки и более. Это зависит от момента переключения БАЗ (фазы цикла), емкости аккумулятора и установленных токов заряда и разряда. Реле К2 позволяет сделать окончательный или разовый замер емкости аккумулятора в автоматическом режиме, не прибегая к постоянному контролю напряжения на аккумуляторе.

Кнопки SB1 и SB2 включают принудительно РАЗРЯД и, соответственно, ЗАРЯД, если тот возможен при данном напряжении на аккумуляторе. В частности, первый не зафиксируется при напряжении меньше 10 В, а второй — при превышении 14,5 В.

Контролировать напряжение позволяет использование транзистора VT6, делителя R13—R16, шунтирующих диодов VD7, VD9 и стабилитрона VD8. Причем последний усиливает крутизну порогов переключения. Резистор R15 устанавливает нижний (10-вольтный) порог, а R14 — верхний (14,5-вольтный). С резистора R16 снимается напряжение смещения для VT6.

В режиме РАЗРЯД резисторы R13, R14 зашунтированы диодом VD9. Протекая по цепочке VD9VD8R15R16, электрический ток по мере разряда аккумулятора будет уменьшаться, а вместе с ним снижаться напряжение смещения на R16.

Транзистор VT6 остается открытым до напряжения 10 В (устанавливается резистором R15). Закрываясь, этот полупроводниковый триод открывает VT5, в коллекторной цепи которого — реле К1. Срабатывая, оно отключает разрядное устройство, и напряжение на аноде VD9 исчезает.

Заработает цепь R13R14VD8R15R16. Добавившиеся резисторы R13R14 еще сильнее уменьшат ток через делитель, и VT6 полностью закроется.

По мере зарядки аккумулятора (в районе 14 В), когда напряжение на базе VT6 приблизится к рабочей точке, свое отрицательное влияние начнут проявлять зарядные импульсы. Они станут превышать верхний порог срабатывания, VT6 — усиливать их амплитуду. Транзистор VT7 будет закрываться на время зарядного импульса, следствием чего может быть дребезг контактов реле.

Для предотвращения этого нежелательного явления эмиттер VT6 подключен непосредственно к минусовой клемме аккумулятора, а не к общему проводу. Имея амплитуду до 0,7 В, зарядные импульсы, выделяемые на FU2, нейтрализуют последствия всего, что выделяется на R16 (0,1—0,3 В). Конденсатор С3 окончательно сглаживает пульсации напряжения, исключая дребезг контактов.

Графики, поясняющие формирование зарядного импульса

При достижении на клеммах критических 14,5 В ток через через делитель возрастет настолько, что напряжение на R16 повысит порог отпирания транзистора VT6. Открываясь, этот полупроводниковый триод закроет VT7 и отключит реле К1. Аппарат перейдет в режим РАЗРЯД. Резисторы R13, R14 вновь окажутся зашунтированными диодом VD9. Ток через делитель значительно возрастет, VT6 откроется полностью, перейдя в насыщение, и будет пребывать в таком состоянии, пока напряжение не упадет до 10 В, что приведет к повторению цикла.

Диод VD7 работает только в режиме ДЕЖУРНЫЙ и шунтирует лишь R13, повышая нижний порог до 12,5—13 В. Указанный параметр не регулируется и зависит от разброса напряжения стабилизации VD8. К аккумулятору оказываются подключенными только блок управления и часы. Ток потребления при этом не превышает 60 мА, но его вполне хватает для контроля напряжения.

При снижении напряжения до 12,5—13 В включается режим ЗАРЯД. За несколько минут (в зависимости от установленных значений тока заряда, марки и состояния аккумулятора) напряжение на клеммах доходит до 14,5 В, после чего только лишь блок управления вновь допускается к контролю за снижением напряжения. Подобная профилактическая зарядка позволяет на один — два года продлить срок службы аккумулятора.

Зарядное устройство представляет собой однополупериодный вентиль с тиристорным регулятором мощности. Выпрямляется переменное напряжение 17,5 В диодом VD2. Транзисторы VT1 и VT2 с резисторами R2, R3, R5 образуют регулируемый стабилизатор тока для зарядки С1. От величины Iст, устанавливаемой резистором R2, зависит крутизна нарастания пилообразного напряжения на этом конденсаторе.

Зарядившись до порога срабатывания ключа (VT2, VT4), С1 разряжается. И одновременно подается управляющий импульс на тиристор. В оставшуюся часть положительной полуволны будет происходить заряд аккумулятора.

А теперь подробнее.

В стабилизаторе тока режим задается цепочкой R2R3, напряжение на которой поддерживается на уровне 0,6 В. Когда же Iвых вдруг становится больше, VT3 приоткрывается, уменьшая базовый ток VT2. А тот, в свою очередь, уменьшает ток через цепочку R2R3. И наоборот: поворот движка переменного резистора R2 приводит к изменению тока, проходящего через стабилизатор. Чем меньше сопротивление, тем больше ток.

Элементы VT2, VT4, VD4, VD5, R4 и R7 — R9 образуют пороговый ключ. Напряжение на базе VT2 задается стабилитроном VD5, VT4 закрыт и пока не оказывает никакого влияния. А чтобы в начале положительной полуволны напряжение на эмиттере VT2 не становилось меньше, чем на его базе, что недопустимо, эмиттерный переход в данный промежуток времени защищен диодом VD4.

По мере зарядки конденсатора С1 (участок I верхнего графика) потенциал эмиттера тоже возрастает и отстает на 0,6 В из-за диода VD4. Достигнув порога, то есть когда напряжение на эмиттере на 0,5 В выше напряжения базы, VT2 начнет открываться. Протекающий через него ток отпирает VT4. Открываясь, тот понижает, в свою очередь, напряжение на базе VT2, увеличивая напряжение смещения. Оба транзистора лавинообразно переходят в режим насыщения. При этом VT2 разряжает конденсатор С1, а VT4 подает отпирающий импульс на VS1. Тиристор открывается, и в оставшуюся часть положительной полуволны на аккумулятор поступает зарядный импульс (нижний график).

Цепочка VD2R1VT3 обеспечивает безопасную установку нулевого тока зарядки аккумулятора. В каждый отрицательный полупериод она разряжает конденсатор С1.

Иначе говоря, если ток зарядки названного конденсатора слишком мал, то напряжение на нем к концу положительного полупериода не достигнет порога открывания ключа (даже на 0,1—0,2 В) и тот не откроется, а конденсатор С1 останется заряженным. Ключ сработает в самом начале следующего положительного полупериода. Вместо уменьшения ток зарядки скачкообразно возрастет, грозя достичь в импульсе непомерно больших значений. Поэтому в отрицательную половину конденсатор разряжается через VD3 и R1 до напряжения — 0,6 В (часть III верхнего графика). Затем открывается диод VD1, фиксируя это напряжение. Ток проходит по цепочке VD1R2VD3 (часть IV верхнего графика).

С началом следующего положительного периода аналогичные процессы повторяются.

Автомобильная лампочка EL1 (3 Вт, 12В) разряжает аккумулятор в период между зарядными импульсами, обеспечивая переменный асимметричный ток зарядки аккумулятора. Причем данный способ позволяет оперативно снимать уже начинающуюся сульфатацию пластин, поднимая плотность электролита до начальной (как при заливке). А это тоже способствует продлению срока службы аккумулятора.

Разрядное устройство представляет собой стабилизатор тока. Задающая цепочка R19R20R21 с помощью VD11 питается от источника напряжения 9 В, предназначенного для часов. Такая двойная стабилизация обеспечивает точное удержание установленного разрядного тока. База VT8 соединяется с движком переменного резистора R20 в этой цепочке. Напряжение, снимаемое с «переменника», является задающим и опорным.

Датчиком тока являются параллельно соединенные R25—R29. Малое сопротивление, большая рассеиваемая мощность обеспечивают минимальный температурный дрейф. Напряжение, снимаемое с R25—R29, подается на эмиттер VT8. Конденсатор С3, включенный между базой и коллектором VT8, предотвращает самовозбуждение стабилизатора тока. Полупроводниковый триод VT9 согласует по фазе управляющий транзистор VT8 и каскад VT10—VT12. В коллекторной цепи выходного транзистора служит EL2 — автомобильная фара 90—100 Вт (совместные лампы «дальнего» и «ближнего» света или две раздельные, с одной сгоревшей нитью).

Использование такой нагрузки значительно облегчает работу VT12 при больших токах. Максимум мощности, рассеиваемой на выходном транзисторе, приходится на 4 А и составляет 50 Вт. При дальнейшем увеличении тока напряжение, а следовательно, и мощность рассеивания на коллекторе VT12 падает, а EL2 начинает светить ярче. Напряжение на такой нагрузке не поднимается выше 10 В, поэтому фара и прослужит долго.

При разрядке аккумулятора снижается Iразр. Как следствие этого — напряжение на датчике (R25—R29) уменьшается, транзистор VT8 приоткрывается, а VT9, наоборот, запирается, увеличивая потенциал на базе VT10. Транзисторы VT10—VT12 приоткрываются, восстанавливая заданное значение тока.

Столь жесткая стабилизация тока разрядки позволяет легко вычислять емкость, отдаваемую аккумулятором нагрузке. Для этого достаточно одного лишь арифметического действия — умножения (установленный ток х время разрядки). Прямой отсчет требующегося здесь второго сомножителя осуществляется при помощи электронных часов. Причем не обязательно (но желательно) встроенных; конструкция удобного и надежного хронометра будет рассмотрена позднее.

С. ХРИСТОФОРОВ, г. Йошкар-Ола

(Продолжение следует)