Автомобільні акумуляторні батареї нерідко заряджають пристроями, не мають стабілізатора струму. Пропоноване в цій статті пристрій дозволяє і цьому випадку об'єктивно визначити момент закінчення зарядки батареї. Більш того, вона виконає це при довільних формі і середньому значенні зарядного струму.
Закінчення зарядки акумулятора стабільним струмом зазвичай визначають по закінченню відомого тимчасового відрізка (так звана зарядка по часу). Однак в насправді зарядний струм змінюється за дії різних дестабілізуючих факторів. Оскільки внутрішній опір акумуляторів дуже мало, навіть невелика зміна зарядного напруги здатне викликати значну зміну струму.
З іншого боку, введення в зарядний пристрій стабілізатора струму значно ускладнює конструкцію апарату і знижує коефіцієнт корисної дії. Так чи інакше, автомобільні зарядні пристрої промислового виготовлення, як правило, не забезпечують стабілізації зарядного струму.
Відомо, що для повної зарядки акумулятора йому необхідно повідомити певний електричний заряд (кількість електрики), рівний добутку час зарядки на середній струм. Іншими словами, момент закінчення зарядки можна визначати значенням повідомленого заряду акумулятора. При цьому зміни струму в процесі зарядки не вплинуть на заряд, а лише призведуть до збільшення або зменшення часу зарядки.
Необхідність вимірювання заряду виникає і в інших випадках. Наприклад, при проведення тренувальної зарядки акумулятора завжди потрібно дізнатися ємність, яка буде їм віддана при розрядці до мінімально допустимого напруги. При виконання різних електрохімічних процесів (наприклад, гальванопластики) також буває корисно виміряти кількість електрики, що пройшла через розчин.
Для вимірювання заряду, пропущеного через вимірювальну ланцюг, що в умовах нестабільного струму було розроблено описуване нижче пристрій. Його принципова схема показана на рис. 1.
(натисніть для збільшення)
Основа пристрою - перетворювач напруги в частоту, виконаний на мікросхемі DA1. Напруга на його вхід, пропорційне струму зарядки, надходить з токоизмерительных резисторів R1, R2 (або з одного, або з них обох, в залежності від обраного тумблером SA1 межі вимірювання). Оскільки функція перетворення лінійна, частота на виході мікросхеми DA1 прямо пропорційна струму зарядки. Робота інтегрального перетворювача КР1008ПП1 докладно описана в літературі [1,2]. тому тут опущена.
Вихідна імпульсна напруга перетворювача поступає на вхід дільника частоти DD1. Частоту вхідних імпульсів він зменшує в 32768·60 = 1 966 080 раз. Коефіцієнт перетворення і коефіцієнт розподілу частоти обрані такими, що при напрузі на вході перетворювача 1 В імпульси на виході лічильника випливають з інтервалом в 0.1 год (або в 360 с). Інакше кажучи, один імпульс на виході лічильника відповідає пройшов через вимірювальну ланцюг електричного заряду 0.1 А·ч. коли контакти тумблера SA1 розімкнуті, або 1 А·год, коли замкнуті.
Нескладний розрахунок дозволяє визначити необхідний коефіцієнт перетворення: 1966080/360=5461 Гц/В. Оскільки ця частота значно (більш ніж у 50 разів) перевищує 100 Гц. похибка перетворення при вимірюванні заряду, перенесеного пульсуючим (після двуполуперіодного випрямлення) струмом, повинна бути незначною, що і було підтверджено експериментально.
Двуразрядный двійково-десятковий лічильник імпульсів, виконаний на двох лічильниках по модулю 10 DD2. DD3 з цифровими індикаторами HG1. HG2. підраховує кількість ампер-годин або їх десятих часток. Децимальная точка індикатора HG1 включена в режимі "10 А·ч", децимальная точка індикатор HG2 блимає при протіканні зарядного струму в ланцюзі навантаження і тим частіше, чим більше струм.
Для встановлення моменту відключення джерела зарядного струму після протікання заданого заряду в пристрої передбачений інсталяційний блок, що складається з двох десяткових лічильників-дешифраторів DD4. DD5. перемикача SA3, SA4 і логічного вузла на елементах DD6.1. DD6.2.
Зміна стану лічильників DD2 - DD5 відбувається по спаду вхідних імпульсів, а встановлення в початковий стан подачею напруги високого рівня на вхід R.
У режимі вимірювання заряду перемикачами SA3 і SA4 встановлюють необхідну значення заряду, тумблером SA1 вибирають ємність лічильника "10 А·ч" або "100 А·год" (ціна поділки молодшого розряду лічильника 0.1 або 1 А·год відповідно). Вхід приладу включають в розрив ланцюга навантаження у відповідності зі схемою, представленою на рис. 2, а, подають на прилад напруга мережі і замикають контакти тумблера SA2 "Пуск".
На цьому малюнку показана функціональна схема установки для вимірювання кількості електрики, сообщаемого зарядженої акумуляторної батареї GB1. За такою ж схемою збирають установку для проведення електрохімічного процесу.
Через деякий час на тих виходах лічильників DD4. DD5. які виявляться з'єднаними з рухомим контактом перемикача SA3, SA4. з'явиться напруга високого рівня. Цей же рівень виникне на виході елемента DD6.2. В внаслідок, по-перше. почне працювати генератор, виконаний на елементах DD6.3. DD6.4, виробляє імпульсну послідовність частотою близько 2 кГц. а звуковий випромінювач BF1 подасть сигнал, який вказує на те, що через заряжаемую батарею протекло задану кількість електрики.
По-друге, відкриється транзистор VT1 і спрацьовує електромагнітне реле К1, контакти До 1.1 якого, розімкнувшись, знеструмлять навантаження. В такому стані установка буде перебувати до тих пір. поки її не відключать від мережі.
Вимірювач заряду живиться від двополярного стабілізатора напруги 2х9 Ст. виконаного на мікросхеми DA2, DA3. Мережевий понижуючий трансформатор Т1 - уніфікований з серії ТПП. Конденсатори С6-С10. захищають мікросхеми пристрої від перешкод, встановлюють по одному біля кожної з мікросхем DD1 - DD5.
При напрузі 1 В на вході перетворювача напруга-частота децимальная точка індикатор HG2 включається з періодом приблизно 3 с. індиціюючи протікання струму через ланцюг навантаження. Чим більше цей струм. тим частіше включення точки.
Нитки катода люмінесцентних індикаторів HG1 і HG2 живляться від мінусового плеча стабілізатора. Це зроблено для збільшення різниці напруги між анодами - елементами і катодом індикатора, що дає можливість збільшити яскравість світіння табло. Люмінесцентні індикатори у вимірювачі харчуються зниженим напругою (паспортне напруга 20...30 В), тому їх аноди - елементи підключені до виходів лічильників К176ИЕ4 безпосередньо, без додаткових транзисторів.
Замість ВЕРБ-ЗА підійдуть індикатори ІВ-б, проте вони більші і споживають більший струм розжарення катода, тому потрібно підібрати резистори R7. R8. Транзистор VT1 - будь-який кремнієвий малопотужний структури n-p-n (наприклад, з серій КТ312, КТ315, КТ503, КТ3117). Діодні мости VD1, VD2 - будь-які з серій КЦ402-КЦ405: діод VD3 - будь із серій КД503 КД509, КД510, КД513, КД521, КД522.
Конденсатори С4, С11 - оксидні. К50-16 або К50-35; C3 - керамічний (КМ-4. КМ-5. К10-7В. До 10-47) або слюдяної, причому він повинен мати невелику ТКЕ (МПВ), оскільки від цього залежить стабільність коефіцієнта перетворення; інші - будь-яких типів, Резистор R1 складається з двох паралельно з'єднаних С5 - 16В номіналом 0.2 Ом і потужністю 5 Вт. Його можна виготовити самостійно з відрізка товстого дроту високого опору. Підлаштування резистор R4 - багатооборотний СП5-2; інші - МЛТ, С2-23, С2-33, причому R2 складено з двох резисторів, з'єднаних паралельно (наприклад, з номіналами 1 і 10 Ом).
Реле К1 використано імпортне. Best BS902CS (його обмотка має опір 500 Ом. контакти розраховані на комутацію постійного і змінного струму до 10 А при напрузі 220 В) Воно має габарити 20х15х15 мм. Відповідне вітчизняне реле для вимірювача заряду можна підібрати з групи автомобільних [3].
Трансформатор ТПП232-127/220-50 може бути замінений на будь-який з ряду ТЛЛ23) -127/220-50-ТПП235-127/220-50. при цьому слід з'єднати вторинні обмотки таким чином, щоб на діодні мости VD1 і VD2 надходило напруга 12... 15 Ст. Мережевий трансформатор можна виготовити і самостійно. Його намотують на стрічковому магнітопроводі ШЛ16х20 Обмотка I містить 2400 витків дроту ПЕВ-1 0.08. обмотки II і III - по 140 витків дроту ПЕВ-1 0.25.
Звуковий п'єзоелектричний випромінювач BF1 - будь-який з серії ЗП. Тумблер SA1 - П2Т або інший, розрахований на струм не менше 5 A; SA2 - будь. Галетные перемикачі SA3 - мп н-1.
Вимірювач заряду зібрано у пластмасовому корпусі розмірами 200х80х65 мм. Деталі розміщені на двох платах з текстоліту, монтаж виконаний навісними провідниками. На одній з них розмірами 190 130 мм, прикріпленої до днища корпуса встановлені елементи Т1. VD1. VD2. DA2. DA3, С4, С5, C11, С12, R1, R2, К1, BF1. Інші деталі розпаяні на другий платі (165х45 мм), пригвинченої до передньої панелі Стабілізатори напруги DAI. DA2 змонтовані на тепловідводах з охолоджуючою поверхнею 30...40 см2 кожна.
Калібрують пристрій наступним чином. Вхідні контакти вимірювача включають в розрив ланцюга навантаження за схемою рис. 2,а і задають робочий струм дорівнює 1 А. Контакти тумблера SA1 при цьому повинні знаходитися в розімкнутому положенні, а тумблер SA2 - замкнутому. Вимірюючи багаторазово період проходження імпульсів на виході перетворювача DA1 (висновок 7). підлаштування резистором R4 встановлюють їх шес-тисекундный період. Потім перевіряють точність шестихвилинного періоду імпульсів на виході М (висновок 10) лічильника DD1 і. якщо необхідно, коригують тим же резистором.
Слід зазначити, що об'єктивно встановити заряд, який повинен прийняти акумулятор, можна, якщо відома його реальна ємність і він розряджений до нижньої допустимої межі.
Для визначення ємності батареї збирають розрядну установку за схемою на рис. 2.6.
Максимальний постійний струм. який можна пропускати через вхідну ланцюг в положенні" 100А·ч" перемикача SA1 - 10 А. а в положенні" 10 А · год". - 1А. Якщо вимірюваний струм має форму імпульсів (наприклад, при зарядці батареї акумуляторів), то середнє значення струму потрібно зменшити до 6...7 А. інакше резистор R1 перегріється. При розімкнутих контактах тумблера ЅА1ток не повинен перевищувати 1 А.
Література
Автор: А. Євсєєв, Тула р.