Ladegerät für Auto- und Motorradbatterien. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen

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Es ist bekannt, dass der Betrieb und die Lagerung halbgeladener Batterien einer der Hauptgründe für die Verkürzung ihrer Lebensdauer ist. Ein geladener Akku im Lager geht nach einiger Zeit durch Selbstentladung in einen halbgeladenen Zustand über. Bei neuen Blei- und Miniatur-Nickel-Cadmium-Batterien beträgt die Selbstentladung 0,5...2 % ihrer Kapazität pro Tag, bei gebrauchten ist sie deutlich höher. Um die Lebensdauer von Batterien zu erhöhen, sollten diese ständig in einem voll geladenen Zustand gehalten werden und die Selbstentladung durch einen relativ geringen Strom aus einem Ladegerät mit geringer Leistung ausgeglichen werden.

Als optimaler Lademodus gilt, wenn der Ladestrom numerisch 0,1 der Nennbatteriekapazität beträgt. Mittlerweile empfehlen einige Batteriehersteller jedoch zur Verlängerung ihrer Lebensdauer einen 5-Stunden-Lademodus mit einem Strom, der numerisch XNUMX % der Nennkapazität entspricht. Mit anderen Worten: Das Laden des Akkus mit einem Strom, der deutlich unter dem optimalen liegt, wirkt sich positiv auf die Lebensdauer aus, benötigt aber entsprechend mehr Zeit.

So können in vielen praktischen Fällen komplexe und schwere Ladegeräte, oft mit automatischer Steuerung ausgestattet, durch einfache, kleine und kostengünstige Ladegeräte ersetzt werden. Ein solches Gerät wird unten beschrieben.

Es kann zum Aufladen von Autobatterien mit einer Kapazität von bis zu 100 Ah, zum nahezu optimalen Laden von Motorradbatterien und (mit einfachen Modifikationen) auch als Laborstromversorgung verwendet werden.

Das Ladegerät basiert auf einem Transistor-Gegentakt-Spannungswandler mit Spartransformator-Kopplung und kann in zwei Modi betrieben werden – einer Stromquelle und einer Spannungsquelle. Wenn der Ausgangsstrom einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, arbeitet er wie gewohnt – im Quellen- und Spannungsmodus. Wenn Sie versuchen, den Laststrom über diesen Wert hinaus zu erhöhen, sinkt die Ausgangsspannung stark – das Gerät wechselt in den Stromquellenmodus. Der Stromquellenbetrieb (mit hohem Innenwiderstand) wird durch die Einbindung eines Ballastkondensators in den Primärkreis des Wandlers sichergestellt.

Das schematische Diagramm des Ladegeräts ist in Abb. 1 dargestellt.

Fig. 1

Die Netzspannung wird über den Ballastkondensator C1 der Gleichrichterbrücke VD1 zugeführt. Der Kondensator C2 glättet Wellen und die Zenerdiode VD2 stabilisiert die gleichgerichtete Spannung. Der Spannungswandler wird aus den Transistoren VT1, VT2 und dem Transformator T1 aufgebaut. Die VD3-Diodenbrücke richtet die von der Sekundärwicklung des Transformators entfernte Spannung gleich. Der Kondensator C3 ist ein Glättungskondensator.

Der Wandler arbeitet mit einer Frequenz von 5...10 kHz. Die Zenerdiode VD2 schützt gleichzeitig die Transistoren des Wandlers vor Überspannung im Leerlauf sowie bei Kurzschluss des Geräteausgangs, wenn die Spannung am Ausgang der Brücke VD1 ansteigt. Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass bei geschlossenem Ausgangskreis die Erzeugung des Wandlers unterbrochen werden kann, während der Laststrom des Gleichrichters abnimmt und seine Ausgangsspannung ansteigt. In solchen Fällen begrenzt die Zenerdiode VD2 die Spannung am Ausgang der Brücke VD1.

Die experimentell gemessene Belastungskennlinie des Ladegeräts ist in Abb. 2 dargestellt. Bei einem Anstieg des Laststroms auf 0,35...0,4 A ändert sich die Ausgangsspannung geringfügig, bei weiterem Stromanstieg nimmt sie stark ab. Wenn eine unterladene Batterie an den Ausgang des Geräts angeschlossen wird, sinkt die Spannung am Ausgang der Brücke VD1, die Zenerdiode VD2 verlässt den Stabilisierungsmodus und da der Kondensator C1 mit hoher Reaktanz im Eingangskreis enthalten ist, arbeitet das Gerät im aktuellen Quellenmodus.

Sinkt der Ladestrom, schaltet das Gerät stufenlos in den Spannungsquellenmodus. Dadurch ist es möglich, das Ladegerät als stromsparendes Labornetzteil zu nutzen. Wenn der Laststrom weniger als 0,3 A beträgt, überschreitet die Welligkeit bei der Betriebsfrequenz des Wandlers 16 mV nicht und der Ausgangswiderstand der Quelle sinkt auf mehrere Ohm. Die Abhängigkeit des Ausgangswiderstandes vom Laststrom ist in Abb. 2 dargestellt.

Das Ladegerät passt problemlos in eine Box mit den Maßen 155x80x70 mm. Die Box sollte aus isolierendem Material bestehen.

Der Transformator T1 ist auf einen Ringmagnetkern der Standardgröße K40x25x11 aus 1500NM1 Ferrit gewickelt. Die Primärwicklung enthält 2x160 Windungen PEV-2 0,49-Draht, die Sekundärwicklung enthält 72 Windungen PEV-2 0,8-Draht. Die Wicklungen sind durch zwei Lagen lackiertes Gewebe gegeneinander isoliert.

Die Zenerdiode VD2 ist auf einem Kühlkörper mit einer Nutzfläche von 25 cm2 installiert. Die Transistoren des Wandlers benötigen keine zusätzlichen Kühlkörper, da sie im Schaltbetrieb arbeiten. Der Kondensator C1 besteht aus Papier und ist für eine Nennspannung von mindestens 400 V ausgelegt.

Wenn es erforderlich ist, ein Gerät zum Laden kleiner Batterien mit einer Kapazität von bis zu mehreren Amperestunden und zur Regeneration galvanischer Zellen zu verwenden, empfiehlt es sich, den Ladestrom zu regulieren. Dazu sollte anstelle eines Kondensators C1 ein Satz kleinerer Kondensatoren vorgesehen werden, die über einen Schalter geschaltet werden. Mit ausreichender Genauigkeit für die Praxis ist der maximale Ladestrom – der Schließstrom des Ausgangsziels – proportional zur Kapazität des Ballastkondensators (bei 4 μF beträgt der Strom 0,46 A).

Wenn Sie die Ausgangsspannung eines Labornetzteils reduzieren müssen, reicht es aus, die VD2-Zenerdiode durch eine andere mit einer niedrigeren Stabilisierungsspannung zu ersetzen.

Die Installation beginnt mit der Überprüfung der korrekten Installation. Anschließend stellen sie sicher, dass das Gerät funktioniert, wenn der Ausgangsstromkreis geschlossen ist. Der Stromkreis muss mindestens 0,45...0,46 A betragen. Ansonsten sollten die Widerstände R1, R2 gewählt werden, um eine zuverlässige Sättigung der Transistoren VT1, VT2 zu gewährleisten. Ein höherer Fehlerstrom entspricht einem geringeren Widerstandswert der Widerstände.

Autor: N. Khukhtikov, Sergiev Posad. Moskau Region

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