Abstract

Abstract

Разработаны структурные схемы зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов модельного ряда, реализующих функцию формовки для точного определения остаточной емкости.

Full Text

Аккумуляторы широко применяются в технике, в том числе и свинцово-кислотные для запуска автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Срок службы автомобильных аккумуляторов составляет 3–5 лет. Инструкция по эксплуатации [1] рекомендует заряжать автомобильные аккумуляторы при потере емкости более 25 % зимой и 50 % летом. Эти же критерии используются при выбраковке аккумуляторов для надежной работы автомобилей в любых условиях эксплуатации. Существующие экспресс-методы определения работоспособности аккумуляторов (испытание нагрузочной вилкой, измерение напряжения на аккумуляторе и плотности электролита) не дают достаточной точности. Самым точным способом определения остаточной емкости аккумулятора является способ полной его зарядки, полной разрядки током определенной величины и повторной зарядки [2]. Емкость при этом определяется произведением разрядного тока на время разряда. Этот процесс называют «формовка», и его рекомендуют проводить для новых аккумуляторов. В крупных автоколоннах этим занимались специальные исполнители – «аккумуляторщики», использующие, как правило, групповое оборудование. Современные зарядные устройства розничной торговли не имеют функции формовки. В условиях рыночной экономики для потребителя разной квалификации и широкого ценового предела в зависимости от степени автоматизации процесса необходим ряд устройств, реализующих эту функцию. Поэтому поставлена задача разработки модельного ряда устройств, позволяющих реализовать функцию формовки. 1. Разработка дополнительного простейшего устройства-приставки на реле к типовому зарядному устройству (модель № 1). Устройство выполняет две функции: а) заряд батареи с отключением тока заряда при полном заряде аккумулятора и переходе в «ждущий режим», б) реализация функции формовки, при этом после заряда аккумулятора он разряжается на нормированную нагрузку, а время разряда определяется по подключаемым широко распространенным стандартным «шаговым» часам. После разряда аккумулятор автоматически заряжается полностью, после чего переходит в «ждущий режим». Остаточная емкость определяется путем ручного перемножения времени разряда на ток разряда. Устройство предназначено для потребителей, уже имеющих стандартные зарядные устройства, и которым кроме функции «формовка» дополнительно нужна функция автоматического перехода заряженного аккумулятора в режим «ожидания», чтобы не перегружать аккумулятор. Устройство имеет наименьшую стоимость и рассчитано на квалифицированного исполнителя (рис. 1). Рис. 1. Структурная схема модели № 12: ЗУ – зарядное устройство; АКБ – аккумуляторная батарея; 1 – схема управления (блок реле); 2 – датчики пороговых напряжений; 3 – переключатель; 4 – нагрузка и электронно-механические часы 2. Разработка простого зарядного устройства (модель № 2), имеющего те же функции, что и модель № 1, но с собственным источником вторичного питания и счетчиком времени. Устройство выполненно на широко распространенной элементной базе. Определение остаточной емкости определяется перемножением вручную. Устройство рассчитано на квалифицированных автолюбителей, не имеющих ЗУ, и имеет соответствующую стоимость. 3. Разработка зарядного устройства (модель № 3), имеющего те же функции, но с автоматическим расчетом остаточной емкости аккумулятора и электронным отображением информации об этапах выполняемых процессов. Устройство рассчитано на не очень подготовленного потребителя и имеет наибольшую стоимость (рис. 2). Рис. 2. Структурная схема модели № 3: 1 – источник вторичного питания инверторного типа; 2 – переключатель; 3 – стабилизатор тока; 4 – устройство управления; 5 – устройство отображения; 6 – ключ; 7 – нагрузка; 8 – АКБ Зарядное устройство модели № 1, автоматизирующее процесс заряда-разряда АКБ, состоит из нескольких реле, составляющих схему управления работой устройства, а также двух датчиков для задания напряжений верхнего и нижнего порогов отключения. При включении устройства в сеть и выборе функции «Заряд» начинается заряд батареи нестабилизированным током до напряжения 14,6±0,1В, при достижении верхнего данного значения срабатывает датчик и схема управления переводит устройство в режим «Ожидание». В режиме «Формовка» устройство после заряда батареи отключает цепь заряда и подключает цепь разряда, состоящую из нормированной нагрузки, например, ламп накаливания, сопротивление которых определяет ток разряда. Одновременно с этим подается напряжение на часы, которые начинают отсчет времени заряда. При достижении нижнего порогового напряжения 10,2±0,1В вновь начинается процесс заряда АКБ, тем самым останавливая работу часов. Модель № 2 ЗУ в соответствии с поставленной задачей выполняет функции типового зарядного устройства, а также реализует функцию формовки. Принцип работы аналогичен ЗУ модели № 1, т.е. в устройстве управления схемой имеются два датчика, контролирующих пороговые напряжения АКБ. Устройство управления циклом заряда-разряда содержит счетчик времени с устройством отображения часов, а также измерители тока заряда-разряда и напряжения на АКБ. Устройство построено на источнике вторичного питания инверторного типа. Оно ориентировано на потребителя, которому необходимо ЗУ с функцией формовки. Устройство модели № 3 реализует следующие режимы: 1. Заряд. В этом режиме устройство управления измеряет напряжение на клеммах аккумулятора, и, если оно ниже 13,8 В, переключателем включается стабилизатор и происходит заряд стабилизированным током. При достижении напряжения 13,8 В устройство управления отключает стабилизатор тока, и будет происходить заряд аккумуляторной батареи нестабилизированным током, ток в цепи будет постепенно падать из-за растущего напряжения на аккумуляторе. При достижении напряжения 14,8 В устройство управления выключает всю схему, и процесс прекращается. 2. Формовка. В этом режиме устройство управления заряжает аккумулятор, как в режиме «заряд», до значения 14,8 В, после чего выключает схему заряда и включает нагрузку. Аккумулятор разряжается нормированным током до напряжения 10,2 В. Устройство управления выведет на дисплей (устройство отображения) значение остаточной емкости аккумулятора и снова включит схему на заряд аккумулятора. При достижении напряжения 14,8 В устройство управления выключит всю схему. Процесс расчета остаточной емкости АКБ осуществляется программно в блоке управления. Разработанные блоки зарядных устройств в составе модельного ряда могут использоваться как для нужд организаций, эксплуатирующих автомобильный транспорт, так и для нужд автолюбителей и пользователей аккумуляторов через розничную продажу. Также разработанные ЗУ могут применяться для исследования влияния различных внешних и внутренних факторов (температуры, плотности электролита и т.д.) на емкость аккумулятора, так как автоматизация процесса определения емкости аккумулятора практически исключает человеческий фактор – ошибки пользователя. Согласно принципам, по которым разработаны ЗУ, могут быть разработаны ЗУ для автоматического определения емкости аккумуляторов с другими параметрами или универсальные ЗУ на группу аккумуляторов с близкими параметрами (6 и 24 В с различной номинальной емкостью).