[ Pobierz całość w formacie PDF ]
28
r
OD i DO CZY
TELNIKÓW
URZ¥DZENIE DO BEZPIECZNEGO £ADOWANIA
AKUMULATORÓW SAMOCHODOWYCH
dy jedzimy z w³¹czonymi wia-
t³ami mijania, czêsto u¿ywamy
rozrusznika i pokonujemy krótkie
odcinki drogi, to zagra¿a nam
wyst¹pieniem niemi³ego zjawiska _ roz³ado-
wania siê akumulatora.
Zdarzy³o siê to i mnie, pod³¹czy³em go wiêc
do prostownika i... nieco siê zagapi³em. Trze-
ba by³o kupiæ nowy akumulator.
Aby historia z prze³adowaniem akumulatora
siê nie powtórzy³a, musia³em nauczyæ siê
czego wiêcej o akumulatorach, a do pilnowa-
nia ³adowania zatrudniæ elektronikê, która siê
nie zagapia. Jak informuj¹ publikacje, no-
woczesnych akumulatorów kwasowych nie
mo¿na ³adowaæ napiêciem wy¿szym ni¿ 2,4
V na ogniwo przy pracy cyklicznej (naprze-
mienne ³adowanie i roz³adowanie) lub 2,28
V na ogniwo przy pracy buforowej (sta³e do-
³adowywanie ród³a zasilania rezerwowego).
Nie jest zalecana du¿a pulsacja pr¹du ³ado-
wania oraz nadmierny jego wzrost w pocz¹t-
kowej fazie ³adowania, bo powoduj¹ znaczny
spadek trwa³oci akumulatora.
Przed zbudowaniem w³asnej ³adowarki próbo-
wa³em wykorzystaæ gotowe rozwi¹zania, pu-
blikowane w czasopismach, ale albo by³y
zbyt rozbudowane jak na funkcjê, któr¹ mia-
³y spe³niaæ, albo w razie zainstalowania ogra-
nicznika napiêcia nie mia³y stabilizacji pr¹du
(lub odwrotnie). Te na du¿y pr¹d ³adowania by-
³y zbudowane z tyrystorami, co siê wi¹¿e
z du¿¹ pulsacj¹ pr¹du i wysokim poziomem
zak³óceñ. Zrobi³em opracowanie w³asne.
Schemat urz¹dzenia do bezpiecznego ³ado-
wania akumulatorów samochodowych jest
przedstawiony na rys. 1. Jest to prosty uk³ad,
bez specjalizowanych uk³adów scalonych
i wykonany z dostêpnych podzespo³ów. Za-
wiera sprawdzone w praktyce uk³ady stoso-
wane w regulatorach napiêcia i uk³adach za-
p³onowych. Po w³¹czeniu zasilania sieciowe-
go i do³¹czeniu akumulatora p³ynie przezeñ
pr¹d ³adowania o sta³ej wartoci, ustawionej
rezystorem R8. Napiêcie ³adowania powoli
wzrasta do poziomu 14,4 V (Ua1, rys. 2).
Wtedy zaczyna przewodziæ dioda Zenera D3
wysterowuj¹c tranzystor T1. Przewodz¹cy
tranzystor T1 otwiera tranzystor T2, który
ogranicza wysterowanie uk³adu Darlingtona
z tranzystorami T4 i T5, nie dopuszczaj¹c do
dalszego wzrostu napiêcia przez zmniejsze-
nie pr¹du ³adowania. Do dok³adnego usta-
wienia koñcowego napiêcia akumulatora s³u-
¿y rezystor R6. Ogranicznik pr¹du jest typowy
i objanieñ nie wymaga.
Osi¹gniêcie napiêcia 14,4 V nie oznacza je-
szcze, ¿e akumulator jest w pe³ni na³adowa-
ny (faktycznie, jest on na³adowany do ok.
80% pojemnoci), pe³n¹ pojemnoæ osi¹ga
dopiero po kilkugodzinnym do³adowywaniu
coraz mniejszym pr¹dem bez silnego gazo-
wania i bez mo¿liwoci prze³adowania. Pr¹d
do³adowania pod koniec procesu zale¿y od
ustalonego napiêcia koñcowego akumulato-
ra, które _ jak podano wy¿ej zale¿y od rodza-
ju eksploatacji. Przyk³adowe przebiegi pr¹-
dów i napiêæ akumulatora 34 Ah przedsta-
wiono na rys. 2.
Kondensatory C2 i C3 s³u¿¹ do t³umienia
oscylacji, jakie mog¹ pojawiæ siê przy zasto-
sowaniu tranzystorów T1
¸
T3 o du¿ym wzmoc-
nieniu. Dioda D4 jest wykorzystywana w sytu-
acji, kiedy do ³adowarki do³¹czany jest najpierw
akumulator, a potem sieæ nie zalecane, ale
nie mo¿na wykluczyæ, ¿e siê zdarzy. Konden-
sator C1 ³aduje siê wtedy z akumulatora i
przy braku diody D4 mog³oby nast¹piæ
uszkodzenie tranzystorów T2 i T4.
Prostownik z diodami D1 i D2 i kondensatorem
C1 powinien dostarczyæ napiêcia ok. 17 V przy
obci¹¿eniu znamionowym. Oznacza to, ¿e
transformator Tr1 powinien mieæ uzwojenie
wtórne z odczepem w rodku 2 x 14 V /2 x 2 A
(uk³ad dwupo³ówkowy jak na rys. 1) lub
15 V/4 A przy prostowniku w uk³adzie mostko-
wym. Przy obci¹¿eniu 3,0
¸
3,5 A wystarczy
C1 = 10 000
m
F, ale przy 4,0
¸
4,5 A jego pojem-
noæ trzeba zwiêkszyæ do 15
¸
20 000
m
F. Nie
nale¿y stosowaæ zbyt d³ugich lub zbyt cienkich
przewodów, poniewa¿ miêdzy ³adowark¹
a akumulatorem wyst¹pi¹ zbyt du¿e spadki na-
piêcia. Optymalna d³ugoæ przewodu
1,0
¸
1,5 m, przekrój 1,5
¸
2,5 mm
2
. Aby zmniej-
szyæ mo¿liwoæ pomy³ki, przewód plus powi-
nien byæ w czerwonej izolacji.
Uk³ad elektroniczny jest zmontowany ze
sprawdzonych podzespo³ów na p³ytce dru-
kowanej (rys. 3). P³ytkê nale¿y zainstalowaæ
tak, aby rezystor R8 by³ umieszczony najwy-
¿ej i nie nagrzewa³ pozosta³ych elementów.
Wlutowaæ go trzeba bardzo solidnie, np. sk³a-
daj¹c koñcówki podwójnie lub zginaj¹c
koñcówki o d³ugoci 5 mm i k³ad¹c je przed
przylutowaniem na miedzianej folii. Tranzystor
mocy T5 nale¿y umieciæ bez podk³adki
izolacyjnej _ na u¿ebrowanym radiatorze
o masie ok. 200 g. Diody D1 i D2 wymagaj¹
radiatora kilkakrotnie l¿ejszego.
Rys. 2. Charakterystyki urz¹dzenia z ograniczni-
kiem pr¹du i napiêcia ³adowania. I³1 przebieg pr¹-
du ³adowania akumulatora 34 Ah przeznaczonego do
pracy cyklicznej (np. w samochodzie); I³2 przebieg pr¹-
du tego samego akumulatora przeznaczonego do pra-
cy buforowej; Ua1 napiêcie na zaciskach wyjcio-
wych przy typowym ³adowaniu akumulatora samocho-
dowego 34 Ah; Ua2 napiêcie akumulatora pracuj¹ce-
go buforowo (ci¹gle do³adowywane ród³o napiêcia
rezerwowego); Id1 minimalny pr¹d do³adowania po
d³ugim czasie przerwy; Id2 minimalny pr¹d do³adowa-
nia akumulatora pracuj¹cego buforowo. Podane na
rysunku pr¹dy dotycz¹ akumulatora kilkuletniego, dla
dwuletniego s¹ trzykrotnie mniejsze
Uruchomienie uk³adu sprowadza siê do dobra-
nia rezystora R6 w koñcowej fazie ³adowania.
Zwarcie zacisków wyjciowych nie powoduje
¿adnych uszkodzeñ, poniewa¿ pr¹d zostaje
ograniczony do wartoci takiej, jak przy ³ado-
waniu. Wprawdzie ca³a moc wydzieli siê
w tranzystorze T5, ale nadmierne jego
nagrzanie powsta³oby tylko wtedy, gdyby
zwarcie trwa³o bardzo d³ugo. Pr¹d znamiono-
wy pop³ynie równie¿ w razie pomylenia prze-
wodów (plus zamiast minusa i odwrotnie), ale
wtedy moc tracona w tranzystorze T2 bêdzie
ok. dwa razy wiêksza ni¿ przy zwarciu. I ten
tranzystor uszkodzi siê jako pierwszy (wraz
z rezystorem R8) po mniej wiêcej 30 minutach,
w tym te¿ czasie bêdzie siê roz³adowywa³
Rys. 1.
Schemat urz¹dzenia
w wersji podstawowej
do akumulatorów 12 V
Radioelektronik Audio-HiFi-Video 5/2002
G
a)
Rys. 4 Uk³ad sygnalizacji niew³aciwego
do³¹czenia akumulatora
Rys. 3 P³ytka drukowana ³adowarki (skala 1:1)
a widok od strony druku, b rozmieszczenie elementów na p³ytce
Uwaga: Rezystor R8 powinien znajdowaæ siê ok. 3 mm od p³ytki
akumulator. Pomy³kowe od-
wrotne do³¹czenie akumu-
latora nie zmienia wartoci
pr¹du, co mog³oby zmyliæ
u¿ytkownika. St¹d wynika
potrzeba zainstalowania
uk³adu sygnalizacji
niew³aciwego do³¹czenia
akumulatora, który przedsta-
wiono na rys. 4. Zaleca siê tu
u¿ycie LED o du¿ej wiat³o-
ci. Przy normalnym ³ado-
waniu LED nie wieci, przy
zwarciu koñcówek wyjcio-
wych wieci doæ jasno,
a przy odwrotnym do³¹cze-
niu akumulatora bardzo ja-
sno. Dobrym rozwi¹zaniem
by³oby zastosowanie w tym
miejscu piezoelektrycznego brzêczyka, najle-
piej pe³nego uk³adu z wewnêtrznym genera-
torem.
Jeli urz¹dzenie ma s³u¿yæ do ³adowania ró¿-
nych akumulatorów, rezystor R8 mo¿e byæ
prze³¹czany (ale tu uwaga na rezystancjê prze-
wodów!). Instaluj¹c transformator sieciowy
o nieco wy¿szym napiêciu po stronie wtórnej,
nale¿y zmierzyæ napiêcie na kondensatorze
C1 i jeli w jakichkolwiek warunkach osi¹ga
25 V, zastosowaæ na jego miejsce kondensa-
tor o napiêciu pracy 0 V. Wzrosn¹ te¿ straty na
tranzystorze T5 potrzebny wiêc bêdzie wiêk-
szy radiator. Ze wzglêdu na te problemy, takich
sytuacji nale¿y raczej unikaæ. W ostatecznoci
mo¿na odwin¹æ parê zwojów z uzwojenia wtór-
nego (co jest na ogó³ bardzo k³o
potliwe) albo
zmniejszyæ C1 do 4700
m
F.
Wykaz elementów
Rezystory
R1 _ 8,2 k
W
/ 0,25 W
R2
¸
R4 _ 1,5 k
W
/ 0,25 W
R5 47
W
/ 0,5 W
R6 _ 2,7 k
W
dobierany
R7 _ 2,7 k
W
/0,25 W
R8 _ 0,2
W
/ 5
¸
10 W dla I = 3,4 A
Kondensatory
C1 _ 10
¸
20 000
m
F/25 V
C2
¸
C3 _ 100 nF/100
¸
250 V MKSE-020
Tranzystory
T1 _ BC307A lub podobny
T2 _ BC237A lub podobny
T3 _ BC237A, B lub podobny
T4 _ BD135 lub podobny
T5 _ KD202, 2N3055 lub
dowolny 15
¸
20 A/ ok. 150 W
Diody
D1, D2 dowolne 5
¸
10 A, 100 V lub wiêcej
D3 _ Zenera 6V2, 0,4 W
D4 _ BYP401 (1N4001
¸
6)
Inne
B1 _ Wta-T 630 mA (zw³oczny)
B2 _ WtaT 6,3 A (zw³oczny) lub bezpiecznik termi-
czny przyklejony do uzwojenia Tr1
Tr1 transformator dowolny 90
¸
120 VA z uzw. jak
w tekcie lub nawiniêty na rdzeniu EI 102/35, I 740
zw. DNE 0,50, II 2 x 56 zw. DNE 1,1
n
Stefan Roguski
L I T E R A T U R A
[1]. Biliñski J.: Zasilacz do ³adowania akumulatorów.
ReAV 5/93
[2]. Mazurkiewicz A.: Prostownik stabilizuj¹cy pr¹d ³ado-
wania akumulatora. ReAV 4/97
[3]. Warda J. : Zasilacz do prawid³owego ³adowania
akumulatorów. ReAV 4/99
[4]. Akumulatory. cz. 1 Elektronika dla wszystkich
10/96, cz. 2 _ 11/96
Radioelektronik Audio-HiFi-Video 5/2002
[ Pobierz całość w formacie PDF ]