Введение 6
1 Обзор аналогов разрабатываемого устройства 8
1.1 Конструкция свинцово-кислотных аккумуляторных батарей 8
1.2 Конструкции и схемы современных зарядных устройств 11
2 Разработка структурной и функциональной схем зарядного устройства 33
2.1 Разработка структурной схемы 33
2.2 Разработка функциональной схемы 40
3 Разработка принципиальной схемы зарядного устройства 44
3.1 Разработка схемы преобразователя напряжения 44
3.2 Разработка схемы управления зарядом 52
4 Расчет показателей надежности 57
Заключение 63
Список использованной литературы 64
Автомобильный аккумулятор является важной частью электронного оборудования современного автомобиля. Аккумуляторная батарея, для обеспечения уверенного запуска двигателя во всем рабочем диапазоне температур, должна быть заряжена до номинального значения. Внутреннее сопротивление такой батареи должно быть низким для возможности выдачи пусковых токов большой величины.
Как показывает практика, 80% свинцово-кислотных аккумуляторов выходят из строя из-за сульфатирования пластин. Сульфатирование происходит из-за общего старения, неидеальной зарядки – разрядки или слишком долгого хранения в разряженном состоянии. Последнее случается часто с аккумуляторами в мотоциклах и автомобилях летней эксплуатации, так как они обычно простаивают в течение зимних месяцев. Сульфатирование – это состояние, при котором сернокислый свинец, образующийся на пластинах батареи во время разрядки, оседает на их поверхности. Когда сформируются достаточно большие кристаллы сульфата, они блокируют поры свинцовых пластин и, следовательно, уменьшают их активную поверхность. Это снижает емкость аккумулятора, который не может отдавать большие токи, и не может заряжаться эффективно в обычном режиме. Когда такой сульфатированный аккумулятор заряжается, появляются перемычки (короткие замыкания) между пластинами, которые уже невозможно удалить. Для аккумулятора это означает конец срока службы.
В течение последних лет появилось множество устройств десульфатации свинцово-кислотных аккумуляторов. Технологии восстановления, в своей основе, базируются на импульсной зарядке. Это контрастирует с обычными процедурами зарядки, которые, главным образом, используют постоянное напряжение. Зарядные устройства – десульфататоры формируют короткие импульсы зарядного тока и небольшой разрядный ток в промежутках между ними. Такой алгоритм десульфатации весьма эффективен и позволяет восстановить сульфатированную аккумуляторную батарею в 70% случаев.
Помимо сульфатации крайне негативно на сроке службы аккумуляторных батарей сказывается заряд их большим током и перезаряд. Поэтому, в современных зарядных устройствах вводиться обязательная регулировка зарядного тока, позволяющая установить ток, необходимый для данного аккумулятора. Для устранения перезаряда используется так называемый автоматический режим заряда, в котором происходит отключение зарядного тока при заряде аккумуляторной батареи до степени 90%. По мере саморазряда аккумулятора реализуется также автоматическая подача зарядного тока. Подобный режим позволяет заряжать батарею сколько угодно долго без риска вывести ее из строя.
Цель работы: разработать зарядное автоматическое устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов.
Для достижения поставленной цели в ходе выполнения работы решались следующие задачи:
1) обзор аналогов разрабатываемого устройства;
2) разработка структурной и функциональной схем зарядного устройства;
3) разработка принципиальной схемы зарядного устройства;
4) расчет показателей надежности.
Объект исследования – конструкции и схемы современных зарядных устройств.
Предмет исследования – автоматическое зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов.
В ходе выполнения работы проведен обзор существующих конструкций и схем зарядных устройств. В качестве аналогов были выбраны схемы, показанные на рисунке 1.6 и рисунке 1.11. Однако, эти схемы нуждались в ряде усовершенствований, направленных на увеличение точности контроля степени заряженности аккумуляторной батареи и введении режима простого заряда и заряда с десульфатацией.
Была проведена разработка структурной и функциональной схем, разработана принципиальная схема устройства. Принципиальная схема зарядного устройства содержит два крупных узла: импульсный преобразователь напряжения и схему управления зарядом. Эти узлы конструктивно собираются на отдельных печатных платах. Наиболее важными элементами схемы управления зарядом будут: двухпороговый компаратор; генератор импульсов; электронный ключ.
В работе разработанного зарядного устройства реализуется автоматический и ручной режим заряда, а также позволяет организовывать режим десульфатации аккумуляторов.
Для разработанного устройства вероятность безотказной работы в наиболее неблагоприятных условиях в течение 8 часов (длительность рабочей смены) составляет 0,99, а среднее время наработки до отказа – 4600 часов.
