Aby sa vozidlo mohlo naštartovať, potrebuje energiu. Takáto energia je získavaná z batérie. Spravidla sa dobíja z generátora počas prevádzky motora. Ak sa vozidlo dlhšiu dobu nepoužíva alebo ak je batéria pokazená, vybije sa do stavu , že sa už nemôže naštartovať . V takom prípade je potrebné externé nabíjanie. Takéto zariadenie je možné kúpiť alebo zostaviť samostatne, ale na to potrebujete nabíjací obvod.
Ako funguje autobatéria
Batéria do auta dodáva energiu rôznym zariadeniam vo vozidle s vypnutým motorom a je navrhnutá na jeho spustenie. Podľa typu výkonu sa používa olovená batéria. Konštrukčne je zložený zo šiestich batérií s menovitým napätím 2, 2 voltov, vzájomne prepojených do série. Každý prvok je súbor dosiek mriežky olova. Doštičky sú potiahnuté aktívnym materiálom a ponorené do elektrolytu.
Roztok elektrolytu obsahuje destilovanú vodu a kyselinu sírovú . Odolnosť batérie proti mrazu závisí od hustoty elektrolytu. Nedávno sa objavili technológie, ktoré umožňujú adsorbovať elektrolyt v sklenenom vlákne alebo ho zahusťovať pomocou silikagélu do gélového stavu.
Každá doska má negatívny a pozitívny pól a sú medzi sebou izolované pomocou plastového separátora. Teleso výrobku je vyrobené z propylénu, ktorý sa pri pôsobení kyseliny nerozpadá a slúži ako dielektrikum. Kladný pól elektródy je potiahnutý oxidom olovnatým a negatívny elektródou z huby. Nedávno sa začali vyrábať batérie s elektródami zo zliatiny olova a vápnika. Tieto batérie sú úplne utesnené a nevyžadujú údržbu.
Keď je záťaž spojená s akumulátorom, aktívny materiál na doštičkách vstupuje do chemickej reakcie s roztokom elektrolytu a dochádza k elektrickému prúdu. Elektrolyt sa v priebehu času vyčerpáva v dôsledku ukladania síranu olovnatého na doštičky. Batéria (batéria) sa začína vybíjať. Počas nabíjania dochádza k chemickej reakcii v opačnom poradí, dochádza k premene síranu olovnatého a vody, zvyšuje sa hustota elektrolytu a obnovuje sa hodnota náboja.
Batérie sú charakterizované hodnotou samovybíjania. Vyskytuje sa v batérii, keď nie je aktívna. Hlavnou príčinou je kontaminácia povrchu batérie a destilát zlej kvality. Rýchlosť samovybíjania je urýchlená zničením olovených dosiek.
Druhy nabíjačiek
Bolo vyvinutých veľa schém pre nabíjačky automobilov, ktoré používajú rôzne základné prvky a základný prístup. Podľa princípu činnosti sú nabíjacie zariadenia rozdelené do dvoch skupín:
- Odpaľovacie zariadenia určené na naštartovanie motora, keď batéria nefunguje. Krátko sa na svorky batérie privedie veľké množstvo prúdu, štartér sa zapne a naštartuje sa motor a potom sa batéria nabije z generátora vozidla. Vydávajú sa iba na určitú aktuálnu hodnotu alebo s možnosťou stanovenia jej hodnoty.
- Pred spustením nabíjačky sú terminály zo zariadenia pripojené k batériovým terminálom a prúd je napájaný dlhú dobu. Jeho hodnota nepresahuje desať ampérov, počas tohto času sa obnovuje energia batérie. Na druhej strane sa delia na postupné (doba nabíjania od 14 do 24 hodín), zrýchlené (až tri hodiny) a kondicionovanie (asi hodinu).
Podľa ich obvodov sa rozlišujú impulzné a transformačné zariadenia. Prvý typ sa používa pri práci s vysokofrekvenčným prevodníkom signálu, ktorý sa vyznačuje malými rozmermi a hmotnosťou. Druhý typ používa ako základňu transformátor s usmerňovacou jednotkou, ktorý sa ľahko vyrába, ale má veľkú hmotnosť a nízky koeficient výkonu (COP).
Vyrobená nabíjačka pre autobatérie vlastnými rukami alebo zakúpená v mieste predaja, požiadavky na ňu sú rovnaké, a to:
- stabilita výstupného napätia;
- vysoká hodnota účinnosti;
- ochrana proti skratu;
- kontrolka nabíjania.
Jednou z hlavných charakteristík nabíjacieho zariadenia je množstvo prúdu, ktoré nabíja batériu. Správne nabite batériu a jej výkon bude fungovať len pri výbere požadovanej hodnoty. V tomto prípade je dôležitá aj rýchlosť nabíjania. Čím vyšší je prúd, tým vyššia je rýchlosť, ale vysoká hodnota rýchlosti vedie k rýchlej degradácii batérie. Predpokladá sa, že správna aktuálna hodnota bude hodnota rovná desiatim percentám kapacity batérie. Kapacita je definovaná ako množstvo prúdu dané batériou za jednotku času, meria sa v ampérhodinách.
Domáce nabíjačka
Každý automobilový nadšenec by mal mať nabíjacie zariadenie, takže ak nie je žiadna príležitosť alebo túžba kúpiť si hotové zariadenie, nezostane už nič iné, než nabíjať batériu sami. Je ľahké vyrobiť z vlastných rúk najjednoduchšie aj multifunkčné zariadenie. Na to potrebujete obvod a sadu rádiových prvkov. Existuje tiež možnosť prerobiť neprerušiteľný zdroj energie (UPS) alebo počítačovú jednotku (AT) do zariadenia na nabíjanie batérií.
Transformátorová nabíjačka
Takéto zariadenie je najjednoduchšie zostaviteľné a neobsahuje vzácne časti. Okruh pozostáva z troch uzlov:
- transformátor;
- usmerňovací blok;
- regulátor.
Napätie z priemyselnej siete sa privádza do primárneho vinutia transformátora. Samotný transformátor môže byť použitý akéhokoľvek druhu. Skladá sa z dvoch častí: jadra a vinutia. Jadro je zostavené z ocele alebo feritu, vinutia z materiálu vodiča.
Princíp činnosti transformátora je založený na výskyte striedavého magnetického poľa počas priechodu prúdu primárnym vinutím a jeho prenosu do sekundárneho. Na získanie požadovanej úrovne napätia na výstupe je počet závitov v sekundárnom vinutí menší ako v primárnom. Úroveň napätia na sekundárnom vinutí transformátora je zvolená rovná 19 voltov a jeho výkon by mal poskytovať trojnásobný náboj napájacieho prúdu.
Z transformátora prechádza znížené napätie cez usmerňovací mostík a vstupuje do reostatu, ktorý je sériovo pripojený k batérii. Reostat je určený na reguláciu veľkosti napätia a prúdu zmenou odporu. Odpor reostatu nepresahuje 10 ohmov. Aktuálna hodnota je riadená ampérom zapojeným do série pred batériou. Takáto schéma nebude fungovať na nabíjanie batérie s kapacitou viac ako 50 Ah, pretože reostat sa začne prehrievať.
Okruh môžete zjednodušiť odstránením reostatu a na vstupe pred transformátorom nainštalovať sadu kondenzátorov, ktoré sa používajú ako reaktancia na zníženie sieťového napätia. Čím menšia je nominálna hodnota kapacity, tým menšie napätie je privádzané do primárneho vinutia v sieti.
Zvláštnosťou takého obvodu je potreba zaistiť hladinu signálu na sekundárnom vinutí transformátora jeden a polkrát väčšiu, ako je prevádzkové napätie záťaže. Takýto obvod môže byť použitý bez transformátora, ale je veľmi nebezpečný. Bez galvanickej izolácie môže dôjsť k úrazu elektrickým prúdom.
Impulzné nabíjacie zariadenie
Výhoda pulzných zariadení vo vysokej účinnosti a kompaktnej veľkosti. Prístroj je založený na čipe s pulznou šírkovou moduláciou (PWM). Výkonnú nabíjačku impulzov si môžete zostaviť sami:
Ovládač IR2153 sa používa ako ovládač PWM. Po usmerňovacích diódach sa paralelný s batériou umiestni polárny kondenzátor Cl s kapacitanciou v rozsahu 47 až 470 μF a napätím najmenej 350 voltov. Kondenzátor odstraňuje prepätia v sieťovom napätí a šum v sieti. Diódový mostík sa používa s menovitým prúdom viac ako štyri ampéry as reverzným napätím najmenej 400 voltov. Ovládač riadi výkonné N-kanálové tranzistory s poľným efektom IRFI840GLC namontované na radiátoroch. Prúd takéhoto nabíjania bude až 50 ampérov a výstupný výkon až 600 wattov.
Pulznú nabíjačku pre auto môžete vyrobiť vlastnými rukami pomocou konvertovaného zdroja energie počítača vo formáte AT. Ako radič PWM používajú spoločný čip TL494. Samotná zmena má zvýšiť výstupný signál na 14 voltov. Aby ste to dosiahli, budete musieť správne nainštalovať ladiaci rezistor.
Odpor, ktorý spája prvé rameno TL494 so stabilizovanou + 5 V zbernicou, sa odstráni a namiesto druhého sa pripojí k 12 V zbernici, spájkuje sa rezistor s odporom 68 kΩ. Tento rezistor nastavuje požadovanú úroveň výstupného napätia. Napájanie sa zapína mechanickým vypínačom podľa obvodu uvedeného na kryte napájacieho zdroja.
Zariadenie na čipe LM317
Na integrovanom obvode LM317 sa ľahko vykonáva pomerne jednoduchý, ale stabilne fungujúci nabíjací obvod. Čip poskytuje úroveň signálu 13, 6 voltov s maximálnym prúdom 3 ampéry. LM317 je vybavený integrovanou ochranou proti skratu.
Napätie do obvodu zariadenia je dodávané cez svorky z nezávislej jednosmernej napájacej jednotky 13-20 voltov. Prúd prechádzajúci indikátorovou LED HL1 a tranzistorom VT1 vstupuje do stabilizátora LM317. Z výstupu priamo na batériu cez X3, X4. Delič, zostavený z R3 a R4, nastavuje požadovanú hodnotu napätia pre otvorenie VT1. Variabilný odpor R4 nastavuje obmedzenie nabíjacieho prúdu a úroveň výstupného signálu R5. Výstupné napätie je nastavené na 13, 6 až 14 voltov.
Schéma sa môže čo najviac zjednodušiť, ale jej spoľahlivosť sa zníži.
V ňom rezistor R2 vyberie prúd. Ako odpor sa používa výkonný prvok z nichrómového drôtu. Keď je batéria vybitá, nabíjací prúd je maximálny, LED VD2 sa rozsvieti jasne, keď sa nabíja, prúd sa začne znižovať a LED zhasne.
Nepretržité napájanie
Nabíjačku môžete navrhnúť z bežného neprerušiteľného zdroja napájania aj pri poruche elektroniky. Za týmto účelom sa zo zariadenia odstráni všetka elektronika okrem transformátora. Do vysokonapäťového vinutia transformátora 220 V sa pridá usmerňovací obvod, stabilizácia prúdu a obmedzenie napätia.
Usmerňovač je zostavený na akýchkoľvek výkonných diódach, napríklad na domácom D-242 a sieťovom kondenzátore 2200 μF pri 35 až 50 voltoch. Výstupom je signál s napätím 18 - 19 voltov. Ako stabilizátor napätia sa používa čip LT1083 alebo LM317 s povinnou inštaláciou na radiátor.
Pripojením batérie sa nastaví napätie 14, 2 V. Je vhodné ovládať úroveň signálu pomocou voltmetra a ampéra. Voltmeter je pripojený paralelne k pólom batérie a ampérmeter v sérii. Keď sa batéria nabíja, jej odpor sa zvýši a prúd klesne. Je ešte jednoduchšie spustiť regulátor pomocou triaka pripojeného k primárnemu vinutiu transformátora ako stmievač.
Keď robíte zariadenie sami, mali by ste pamätať na elektrickú bezpečnosť, keď pracujete so sieťou striedavého prúdu 220 V. Správne vykonávané dobíjacie zariadenie zo servisných častí sa spravidla začína okamžite spúšťať, stačí nastaviť iba nabíjací prúd.