Всем привет, вы давно просите написать статью про устройство для восстановления автомобильных, свинцово-кислотных аккумуляторов. Наверное любой автолюбитель сталкивался с явлением, когда аккумулятор полежав некоторое время без дела, перестает отдавать номинальную ёмкость.
Крутит стартёр полсекунды затем задыхается, но напряжение на нём нормальное — 12 вольт, в этом случае в народе часто говорят «аккумулятор не держит ток», с этим может столкнулся каждый.
Но почему это происходит?
Автомобильный аккумулятор состоит из свинцовых пластин находящихся в растворе электролита, в данном случае электролитом является серная кислота. Процесс заряда и разряда аккумулятора не что иное, как окислительно-восстановительный процесс. Протекает химическая реакция в ходе которой, свинцовая пластина вступает в реакцию с оксидами на соседней пластине.
В ходе данной реакции образуются сульфаты, которыми со временем обрастают пластины, сульфаты препятствуют протеканию тока, так как являются плохим проводником и со временем аккумулятор теряет ёмкость и не способен отдавать большой ток для работы стартёра.
Предлагаемое устройство, отныне — «десульфатор» создаёт короткие импульсы высокой амплитуды и чистоты, импульс длится определённое время, затем простой, затем снова импульс.
Такие ударные процессы могут разрушить сульфатную плёнку и в теории это возможно, на практике не все аккумуляторы удаётся восстановить, из-за конструктивных особенностей последних. Но судя по статистике, около 80-85 % старых аккумуляторов подлежат восстановлению. Естественно если причиной неработоспособности является сульфатация, а не обрыв свинцовых пластин или иное механическое повреждение.
Как пользоваться устройством?
Данный вариант является зарядно-десульфатирующим устройством, обычный десульфатор питается от аккумулятора, который он десульфатирует и постепенно разряжает его, в этом же случае устройство заряжает аккумулятор короткими всплесками высокого напряжения высокой частоты.
Схема изначально создана для зарядки аккумуляторов малой ёмкости, но её успешно используют и для десульфатации автомобильных аккумуляторов.
Перед тем, как начать процесс заряда с десульфатацией, нужно слегка подзарядить автомобильный аккумулятор.
- Для начала нужно найти любой источник питания или зарядное устройство с напряжением от 8 до 12 вольт и подключить его на вход десульфатора. Но не напрямую, а через лампу накаливания 12 вольт с мощностью в 21 ватт, чтобы не превысить ток заряда.
- К выходу прибора подключается аккумулятор, который нужно восстановить, ну и в принципе всё.
Так, как прибор работает в звуковом диапазоне, вы скорее всего услышите слабый свист, силовые компоненты схемы слегка должны нагреваться.
Осциллографом можно убедиться, что аккумулятор заряжается импульсами тока высокой частоты.
Как работает схема?
Напряжение зарядного устройства через предохранитель и диод поступает на схему десульфатора, для маломощной части схемы, питание подаётся через токоограничивающий резистор R1, затем сглаживается небольшим электролитическим конденсатором.
На микросхеме NE555 собран генератор прямоугольных импульсов, частота этих импульсов около 1 килогерц, коэффициент заполнения 90%, то есть сигнал высокого уровня длится большУю часть времени, именно этот импульс нам нужен для того, чтобы открыть полевой транзистор.
Но проблема заключается в том, что при подаче такого импульса на полевой транзистор он большую часть времени будет находиться в открытом состоянии и лишь 10% в закрытом, это приведёт к тому, что транзистор будет прокачивать слишком большой ток и как следствие мы получим сильный нагрев всех силовых элементов и большое потребление тока всей схемы в целом.
Это неэффективно и может навредить аккумулятору.
Один из вариантов — это снижение длительности сигнала высокого уровня, тогда транзистор будет открыт на короткое время и всё станет на свои места. Но к сожалению в таком включении конструктивные особенности таймера NE555 не позволяют сделать этого, так как же быть?
Микросхема CD4049 представляет из себя логику, которая содержит в своём составе 6 логических инверторов «не», каждый инвертор имеет один вход и один выход, их задача «отрицание». Если на вход поступает высокий уровень, на выходе получаем обратное, иначе говоря инвертированный или перевёрнутый сигнал. Каждый инвертор имеет один вход и один выход, их задача «отрицание».
Полевой транзистор 10 % времени у нас открыт, 90% закрыт, открываясь он замыкает дроссель на массу питания, в дросселе накапливается некоторая назовём это энергией, а когда транзистор закрыт цепь разрывается и за счёт явления самоиндукции, которая свойственна индуктивным нагрузкам, дроссель отдаёт накопленную энергию.
Это кратковременный всплеск напряжения с высокой амплитудой, притом напряжение самоиндукции в разы выше напряжения питания, этот всплеск напряжения выпрямляется и подается на аккумулятор.
Процесс происходит больше тысячи раз в секунду, то есть на аккумулятор подаются кратковременные импульсы высокого напряжения с высокой частотой, именно это и разрушает сульфатную плёнку.
Я подключил на вход схемы накопительный конденсатор и стало ясно, что амплитудное значение выходного напряжения при питания от источника 12 вольт доходит до 70-75 вольт и зависит исключительно от индуктивности накопительного дросселя.
В схеме задействован предохранитель и ещё один выпрямительный диод.
Я думаю все поняли как это работает.
Ну с таймером и логикой думаю всё понятно, в моём случае они установлены на панельке для безпаечного монтажа, но вам советую после проверки схемы запаять их напрямую.
Полевой транзистор IRF3205 или любые другие n-канальные с напряжением от 60 до 200 вольт и с током от 30 ампер.
Транзистор советую установить на небольшой радиатор.
Дроссель имеет индуктивность около 200 микрогенри, намотан на кольце из порошкового железа, такие кольца можно найти в компьютерных БП, размеры кольца внешний диаметр-20.5мм, внутренний 12мм и ширина кольца 6.6мм.
Обмотка намотана проводом 1мм, количество витков 60, в моём случае прОвода чуть-чуть не хватило и индуктивность получилась слегка меньше, но работает устройство хорошо. Размеры кольца особо не критичны, главное соблюдать индуктивность и мотать обмотку проводом 1 -1.2 миллиметра.
Конденсатор С1 на 100- 220 микрофарад, очень желательно взять с низким внутренним сопротивлением, так как схема генератора фактически питается от данного конденсатора, а значит он постоянно будет накапливать и отдавать энергию, даже слегка греется во время работы.
Оба диода нужно взять с током в 5-10 ампер, можно обычные, но желательно взять импульсные диоды.
На самом зарядном, нужно выставить ток не более 2 ампер, иначе сгорит предохранитель на плате десульфатора.
Кто-то скажет 2 ампера зарядного тока это мало?
-Да согласен, но не забываем, что у нас в большей степени не зарядка, а десульфатация.
В холостую прибор потребляет от источника питания ток всего в 100 миллиампер, его можно подключить к любому зарядному устройству с напряжением 12-15 вольт, ограничить ток на уровне 2 ампер и всё.
Ограничение можно сделать мощным резистором или лампочкой накаливания соответствующей мощности, подключённой в разрыв плюса питания.
Можно использовать и более низковольтные блоки питания с напряжением 8-10 вольт, так как наша схема всё равно повышает начальное питание до нескольких десятков вольт.
Сколько должен длиться процесс десульфатации?
Автор данной схемы говорит, что в течение двух недель регулярной зарядки полностью можно восстановить старый аккумулятор и конечно же без проверки я бы не стал писать эту статью.
В наличии у меня несколько 6 вольтовых аккумуляторов на 10 амперчасов, которые не были в эксплуатации несколько лет, в течение пяти дней я регулярно заряжал один из этих аккумуляторов десульфатором, затем разряжал.
В самом начале подопытный аккумулятор отдавал ёмкость всего 700-800 миллиамперчасов, не помогла и заливка дистилированной воды, но десульфатор помог..
Спустя 5 дней аккумулятор отдаёт аж 4 ампера из 10, это я думаю очень хороший показатель.
Схема десульфатирующего зарядного устройства
Схема десульфатирующего зарядного устройства предложена Самунджи и Л. Симеоновым.
Зарядное устройство выполнено но схеме одпополупериодного выпрямителя на диоде VI с параметрической стабилизацией напряжения (V2) и усилителем тока (V3, V4). Сигнальная лампочка Н1 горит при включенном в сеть трансформаторе. Средний зарядный ток около 1,8 А регулируется подбором резистора R3. Разрядный ток задается резистором R1.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 21 В (амплитудное значение 28 В). Напряжение на аккумуляторе при номинальном зарядном токе равно 14 В. Поэтому зарядный ток аккумулятора возникает лишь тогда, когда амплитуда выходного напряжения усилителя тока превысит напряжение аккумулятора.
За время одного периода переменного напряжения формируется один импульс зарядного то-ка в течение времени Тi. Разряд аккумулятора происходит в течение времени Тз= 2Тi. Поэтому амперметр показывает среднее значение зарядного тока, равное примерно одной трети от амплитудного значения суммарного зарядного и разрядного токов.
В зарядном ycтройстве можно использовать трансформатор ТС-200 от телевизора. Вторичные обмотки с обеих катушек трансформатора снимают и проводом ПЭВ-2 1,5 мм наматывают новую обмотку, состоящую из 74 витков (по 37 витков на каждой катушке). Транзистор V4 устанавливают на радиатор с эффективной площадью поверхности около 200 см кв.
Диоды VI типа Д242А. Д243А, Д245А. Д305, V2 один или два включенных последовательно стабилитрона Д814А, V5 типа Д226: транзисторы V3 типа КТ803А, V4 типа КТ803А или КТ808А.
При настройке зарядного устройства следует подобрать напряжение на базе транзистора V3. Это напряжение снимается с движка потенциометра (470 Ом), подключенного параллельно стабилитрону V2. В этом случае резистор R2 выбирают с сопротивлением около 500 Ом. Перемещением движка потенциометра добиваются, чтобы среднее значение зарядного тока разнялось 1,8 А.
Я разработал схему по просьбе друга для зарядки и восстановления его убитого аккумулятора на 80 АЧ к машине. Естественно данные радиоэлементов там были другими (соответственно зарядному току батареи).
Не смотря на простоту схемы (все гениальное — просто) год эксплуатации данного устройства показал отличную его эффективность в отношении десульфатации батареи. Купив себе не новый мотоцикл, я повторил схему, изменив данные элементов под батарею на 9 АЧ. После трех циклов заряд-разряда батарея ожила и показала емкость около 8 АЧ (до этого ее хватало на 2-3 включения стартера по 5 сек.).
Схема проста и легкоповторима даже для неопытных радиолюбителей. Она включает в себя
- 1 трансформатор
- 2 полярных конденсатора большой емкости
- 4 диода
- 2 лампы накаливания.
Для большей повторяемости я специально указал на схеме не конкретные типы диодов, а лишь их максимальные обратное напряжение и прямой ток.
Схема работает следующим образом.
Цепь С1, HL1, D3 формирует асимметричный переменный ток для процесса десульфатации. При этом номинальный ток лампы HL1 должен быть равен 0,3 номинального зарядного тока батареи, а напряжение вдвое больше рабочего напряжения батареи. Отрицательный полупериод напряжения через диод D3 заряжает конденсатор С1, создавая через батарею короткий импульс разрядного тока большой силы.
Во время положительного полупериода конденсатор С1 через лампу HL1 отдает полученную энергию назад в батарею, создавая импульс зарядного тока не большой силы, но гораздо большей длительности.
Цепь С2, HL2, D2, D4 работает по принципу удвоения напряжения и формирует чисто зарядный импульсный ток, совпадающий по фазе с зарядными импульсами цепи С1, HL1, D3. При этом номинальный ток лампы HL2 должен составлять 0,6 номинального зарядного тока батареи, а напряжение равно рабочему напряжению батареи.
Если в конце заряда плотность электролита в банках не одинакова, стоит дать «покипеть» батарее некоторое время до достижения максимально одинаковой плотности в банках. При этом следите за уровнем электролита, своевременно доливая дистиллированную воду в банки до максимального уровня.
Если к отключенному от сети устройству подключить батарею в обратной полярности, то она будет разряжаться в щадящем режиме через цепи HL1, D1, II Tr1 и D4, HL2, D2. Таким образом, включая-выключая устройство с одновременной сменой полярности подключения батареи можно осуществлять циклы заряд-разряда батареи. При желании для этого можно разработать автоматику.
Батарею не следует разряжать ниже 10,8 вольта (измеряется под нагрузкой). Конец заряда — 14,4 вольта на включенном устройстве.
Номинальный зарядный ток батареи равен 0,1 от ее емкости. При изготовлении устройства для батареи другой емкости следует увеличить емкость конденсаторов в столько раз, во сколько раз увеличится ее емкость по отношению к указанной на схеме. То же касается максимального прямого тока диодов и тока вторичной обмотки трансформатора (о расчете его мощности читайте в других источниках).
Недавно собрал зарядно-десульфатирующий автомат, практически под все 12-ти вольтовые аккумуляторы, так как есть плавная регулировка тока. Автомат успешно заряжает как гелевые АБ 12В 4,5А/ч для безперебойника, так и аккумуляторные батареи для автомобиля – 80А/ч. Не содержит дорогих и дефицитных деталей и нескложен в сборке. Выкладываю схему и фото внешнего вида ЗУ.
Модуль контроля напряжения
Для более стабильной работы автомата поставил маленький кулер от процессора, что вполне оправдало себя. Теперь температура стабильная, а значит и параметры заряда практически не меняются от нагрева.
При выборе схемы хотелось сделать полный автомат и обязательно с десульфатацией, чтобы заряжал асиметричным током. Данный зарядный автомат работает стабильно, испытывал 3 недели в непрерывном цикле.
Функция десульфации тоже работает исправно – вылечил один аккумулятор, который начал брать ток и держать ёмкость.
Микросхема 554СА3 здесь работает стабильно, особенно если грамотно и чётко настроить.
При проектировании устройства учтите, что тепла эта микросхема не любит, её нужно устанавливать в том месте, где тепло не доходит. Желательно внизу и подальше от греющихся резисторов.
Корпус десульфатирующего ЗУ можно использовать металлический, а можно и из прочной пластмассы. Естественно надо предусмотреть отверстия для вентиляции.
Обязательно снабдите зарядное устройство стрелочными индикаторами тока и напряжения. Это будет удобно и наглядно. Сразу видна динамика процесса заряда и восстановления АКБ.
