Существует
несколько способов определения момента
окончания
зарядки аккумулятора:
1. При зарядке
акк-ра постоянным, не
изменяющимся и
неизмеряемым током, ее прекращают вручную по истечении
времени,
достаточного для полной зарядки. На
такой режим ориентированы
многие наиболее дешевые зарядные устройства.
Зарядный ток при
этом должен составлять около 10% от численного значения
емкости
аккумулятора, а лучше
- еще меньше.
Например, для зарядки
аккумуляторя емк-ю 600 мА-ч достаточно, чтобы ток был
около 60
мА. Зарядка идет
медленно, однако даже
при значительной
перезарядке аккумулятор поврежден не будет.
2.
Аккумулятор заряжают постоянным током,
зарядка
прекращается по истечении заданного времени. При таком
способе,
из соображений безопасности,
зарядное устройство также
должно
работать в режиме тока
зарядки, соответствующему указанному
в
первом примере, так как оно не может определить, не
подключены ли
к нему уже заряженные аккумуляторы.
Однако возможно и
двадцатикратное увеличение зарядного тока,
но тогда необходимо
соблюдать следующие условия:
должна быть
гарантирована предварительная разрядка аккумулятора;
обеспечены
строгая зависимость продолжительности зарядки от
установленного
зарядного тока или аварийное отключение устройства,
например, при
превышении определенной температуры аккумулятора.
Так работают
многие дешевые устройства, но далеко
не все они
обеспечивают
безопасность.
3. Ток зарядки не
обязательно постоянный, зарядку прекращают
при увеличении температуры аккумулятора. Этот способ
возможен, но
практически не применяется, так как аккумулятор
всегда заметно
перезаряжается, а это сокращает срок
его службы. Более
того,
поскольку тепловой контакт между датчиком температуры и корпусом
аккумулятора
ненадежен, такой способ,
особенно при зарядке
большим током, вообще следует считать непригодным и даже опасным.
Контроль
температуры чатсо используют
как авариный признак
необходимости прекращения зарядки.
4. Ток зарядки -
фиксированный, а напряжение на заряжаемом
аккумуляторе - контролируемое. При достижении заданного значения
напряжения зарядка заканчивается
автоматически. Этот принцип
долго использовался в самых лучших зарядных устройствах.
Сейчас
он вытесняет зарядку
малым током, поскольку
контролировать
напряжение проще,
чем продолжительность зарядки,
а ошибочное
отключение зарядного устройства ничем не грозит.
Установка
порогового напряжения весьма критична
и должна
быть очень стабильной. Обычно его выбирают в пределах 1.45..1.55
В на аккумулятор, а чаще - 1.48 В. Пороговое
напряжение сильно
зависит от температуры и
"возраста"
аккумулятора. Более того,
заряженный
аккумулятор необходимо рассматривать
еще и как
источник напряжения
с определенным внутренним
сопротивлением.
Нельзя пренебрегать и сопротивлением соединительных проводов
и
контактов - на
них при протекании
тока возникает падение
напряжения, которое складывается с ЭДС аккумулятора.
Неизменность
тока необходима для того, чтобы это добавочное напряжение
можно
было бы
скомпенсировать
соответствующим изменением порогового
напряжения. Если
установить порог слишком
низким, будет
обеспечена безопасность за счет зарядки
аккумулятора всего на
70-80% его
емкости, но при
установке порога всего
на один
милливольт выше
реального напряжения на
аккумуляторе процесс
зарядки никогда не
закончится, и только
от установленного
зарядного тока будет
зависеть, взорвется ли
перезаряженный
аккумулятор или только
сильно нагреется. Имеет
смысл при
достижении заданного поргового напряжения автоматически
перейти
на режим зарядки
безопасным током и
довести таким образом
аккумулятор до номинальной емкости.
5. Процесс зарядки
можно контролировать по
скорости
увеличения напряжения
на аккумуляторе. Достижению
заряженного
состояния аккумулятора предшествует быстрый рост
напряжения на
нем. Отследив этот момент,
зарядное устройство переключают
на
режим дозарядки безопасным
током. И в
этом случае желателен
неизменный ток
зарядки, благодаря чему
можно скомпенсировать
внутреннее сопротивление аккумулятора и соединительных проводов.
Можно заряжать током
до 200% от
численного значения емкости
аккумулятора. Правда,
такой способ используется
редко, но с
появлением на рынке
микросхемы U2402B он,
возможно, станет
перспективным.
6. Как и
в предыдущем случае,
при зарядке постоянным
постоянным током заряженное состояние аккумулятора
определяют по
скачку напряжения на нем.
Для получения хороших
характеристик
зарядка должна вестись
током, не менее
чем двадцатикратно
превышающим значение безопасного. Чаще для
контроля напряжения
используются
специальные микросхемы с
аналогово-цифровыми
преобразователями
(примером может служить
микросхема TEA1100
фирмы Philips). Они позволяют "уловить" скачок
напряжения на 1%
относительно
достигнутого максимума и
прекратить зарядку.
Зарядному устройству, собранному на базе
такой микросхемы, не
нужны никакие регулировки,
связанные с изменением числа
заряжаемых аккумуляторов в широких пределах. В качестве защитной
меры используется измерение продолжительности зарядки.
Современные зарядные
устройства часто дополнительно
контролируют температуру аккумулятора, длительность его
зарядки
или максимальное напряжение
и в случае
превышения допустимых
значений автоматически прекращают процесс зарядки.
Ни один из
рассмотренных здесь способов
сам по себе
не
является оптимальным.
Поэтому конструкторы зарядных
устройств
часто
пользуются несколькими способами одновременно.
Профессиональным высшего класса можно считать зарядное
устройство
ULTRA DUO. В нем
зарядка заканчивается при
всплеске ЭДС
аккумулятора (как в варианте 6), но значение
зарядного тока в
процессе зарядки регулируется так,
что обеспечивается
максимальная скорость без перезарядки.
Другим примером
профессионального зарядного устройства
служит MULTI-CHARGE-A-MATIC CG-325
фирмы HITEC.
Окончание
зарядки определяется
как и в
предыдущем случае, но
зарядка
происходит установленным постоянным током (максимально
4.5 А).
Кроме таких обычных функций, как разрядка аккумулятора
перед его
зарядкой,
проверка его емкости,
защита от неправильного
подключения,
контроль длительности зарядки
и звуковая
сигнализация ее окончания, это устройство
позволяет (благодаря
встроенному
преобразователю
напряжения) заряжать от
аккумуляторной
батареи автомобиля десять
последовательно
соединенных никель-кадмиевых аккумуляторов, напряжение на
которых
в заряженном состоянии доходит до 16 В.
По устоявшейся
терминологии зарядка может быть очень быстрой
(до 15 мин), быстрой (до 1 ч), ускоренной (до 3..4 ч),
нормальной
(от 12 до 16 ч) и медленной. Реальная емкость
аккумулятора сильно
зависит от
температуры и значения
тока зарядки и
разрядки.
Номинальную емкость аккумулятора, указываемую производителем на
этикетке, измеряют при
определенных условиях, чаще
всего при
температуре 20 C
и зарядке-разрядке током,
соответствующем
десятой части емкости
аккумулятора. Обычно изготовитель
не
пренебрегает
некоторым запасом, поэтому
реальная емкость
аккумуляторов всегда больше
номинальной. Наибольшая измеренная
емкость
получается при зарядке
большим током и
последующей
медленной разрядке.
Зарядное устройство,
схема которого показана
на рис.1,
предназначено
для зарядки батареи
из семи никель-кадмиевых
аккумуляторов
емкостью 500 мА-ч.
Оно нечувствительно к
внутреннему и переходному сопротивлениям заряжаемой
батареи. Для
питания
устройства используют источник
постоянного тока
напряжением 12..15 В.
Микросхема DA1
- таймер, работающий
в режиме генератора
импульсов положительной полярности с периодом следования
примерно
1.5 с и соотношением паузы к длительности импульса
около 1/30.
Эти импульсы открывают транзистор VT1, а
он, в свою
очередь,
открывает транзистор VT2. Ток зарядки батареи GB1,
подключенной к
разъему X1, определяется
сопротивлением резистора R6.
При
указанном на схеме его номинале (10 Ом) и питании устройства
от
источника напряжением 15 В ток через предварительно разряженную
батарею, равный 150%
значения ее емкости,
к концу зарядки
уменьшается до 80%.
Применение
резистора (R6) вместо привычного источника тока с
мощным транзистором
объясняется не только
желанием упростить
устройство, но и
лучшей способностью резистора
выдерживать
кратковременные
перегрузки по сравнению
с полупроводниковым
прибором. Резистор выдержит перегрев до 200 C, а при
еще большей
перегрузке он просто
перегорит, не причинив
вреда заряжаемой
батарее.
Источником
образцового напряжения служит микросхема DA4.
На
ее выводе 6 устанавливают пороговое напряжение заряженной
батареи
равное 10.5 В. ОУ
DA2, работающий в
режиме компаратора,
сравнивает
напряжение батареи с
установленным пороговым.
Благодаря транзистору VT3 состояние батареи
"Заряжено" не может
быть зафиксировано во время протекания зарядного тока. Когда
же
батарея заряжена,
открывается тринистор VS1
и выходная цепь
оптрона U1 блокирует
генератор импульсов DA1
в состоянии,
соответствующем выключению тока зарядки батареи.
На разрядку
батарея GB1 переключается
контактами K1.1
электромагнитного
реле K1, которое
срабатывает при
кратковременном нажатии на кнопку SB2
"Разрядка". Ток зарядки
батареи течет через резистор R12. Компаратор,
выполненный на ОУ
DA3, сравнивает напряжение
батареи с напряжением
на движке
подстроечного резистора R14 - его устанавливают равным
примерно
6.3 В. Пока напряжение батареи больше этого
порога, транзистор
VT4 открыт и удерживает реле в сработавшем состоянии.
Как только
реле отпустит и его контакты переключатся в исходное
положение,
начнется зарядка батареи.
Диод VD2
защищает устройство от
ошибочной полярности
подключения
питющего напряжения, а
диод VD4 и
плавкий
предохранитель
FU1 защищают батарею
в случае неправильной
полярности подключения ее к разъему X1. Если батарея
разряжена до
нуля, то вторая из этих систем защиты не срабатывает.
Режимы
работы зарядного устройства
индицируют светодиоды
HL1-HL3. После подключения источника питания первый
же импульс
генератора DA1 открывает
транзисторы VT1 и
VT2, на
неинвертирующем входе компаратора появляется
напряжение, близкое
к напряжению
источника питания. При
этом выходной сигнал
компаратора DA2 открывает тринистор VS1 и
загорается светодиод
HL2 - устройство принимает состояние "Заряжено".
Затем к разъему
X1 подключают на зарядку батарею и кратковременно нажимают
кнопку
SB1. Теперь светодиод HL2
гаснет, а зажжется
и будет гореть
светодиод HL1, пока
электрохимическое напряжение батареи
не
достигнет заданного значения. После этого устройство
переходит в
состояние
"Заряжено". В свечении
светодиода HL2 могут
быть
замечены короткие перерывы,
соответствующие моментам измерения
напряжения.
Если перед
зарядкой батарею необходимо
разрядить, то
нажимают кнопку SB2. Одновременно загораются
светодиоды HL1 и
HL3. Когда батарея разрядится до напряжения 6.3 В,
светодиод HL3
погаснет и начнется зарядка батареи.
На рис. 2 приведена
схема простого устройства для разрядки
одиночного аккумулятора. Подключенный к устройству
аккумулятор G1
разряжается постепенно уменьшающимся током до напряжения 0.9 В.