Как сделать зарядное устройство для автомобиля своими руками: рассматриваем обстоятельно

Как подобрать трансформатор

Чтобы сделать прибор самостоятельно, достаточно найти подходящий трансформатор, а для уверенного пуска он должен выдавать не менее 100 А и напряжение 12 В, если мы говорим о легковушке. Если попросить пятиклассника, то он сможет рассчитать мощность. В нашем случае — это 1,2, а лучше 1,4 кВт. Без АКБ запустить мотор таким током едва ли удастся, потому что стартеру нужно минимум 200 А.  Штатный АКБ поможет раскрутить коленвал, а вращаясь, стартер  стартер потребляет не более 100 А, что и выдаст наш прибор.

Площадь сердечника не может быть меньше 37 см², а провод первичной обмотки — минимум 2 мм². Вторичка наматывается медным проводом сечением 10 квадратов, а количество витков подбирается опытным путём так, чтобы напряжение холостого хода было не больше 13,9В.

Как проверить зарядное устройство?

Для диагностики аккумуляторная батарея подключается к ЗУ и производится замер величины напряжения. Процедура измерения выполняется на клеммных зажимах, которые идут от бортовой сети к АКБ. Для измерения используется мультиметр. В идеале эта величина должна составить около 14,4 вольт.

Если рабочий параметр при диагностике показал менее 13 вольт либо напряжение скачет, но аккумулятор рабочий, то ЗУ подлежит ремонту. Выполнить проверку можно посредством замера величины силы тока в электроцепи.

Для проведения диагностики необходимо разряженный аккумулятор соединить с зарядным прибором через тестер. Клеммы мультиметра устанавливаются между клеммным зажимом и самим контактом АКБ. Величина силы тока, которая подается на аккумулятор, должна быть около 10% от общей емкости батареи. Если полученные значения не соответствуют норме, то ЗУ нерабочее и его надо менять либо ремонтировать.

Проверка без аккумулятора

При отсутствии тестера диагностику зарядного прибора допускается произвести по другой схеме. Вместо мультиметра будет использоваться обычная лампа, рассчитанная на работу в 12-вольтной сети. Подключение источника освещения выполняется аналогичным образом. Если в результате соединения лампа загорелась, это говорит о корректной работе зарядного прибора. В случае, если световой источник не включился, ЗУ подлежит ремонту.

Проверка диодного моста

Для диагностики этой составляющей необходимо подать напряжение на зарядное оборудование. Если диодный мост нерабочий, то ток можно увидеть как на выходе, так и на входе. Иначе выполняется диагностика каждого диодного элемента составляющей. Если диоды работоспособны, то величина сопротивления с одной стороны будет минимальной, а с другой стороны — стремиться к бесконечности. Нерабочие диодные элементы подлежат удалению и замене на новые.

Неисправности в амперметре

Если предыдущие действия по диагностике не дали результатов, выполняется проверка работы амперметра. Простой вариант убедиться в работоспособности устройства — соединить клеммные зажимы друг с другом. Если в результате выполненных действий появилось напряжение, но до этого оно отсутствовало, то амперметр подлежит замене или ремонту.

Канал Maysternya TV подробно рассказал о диагностике автомобильного зарядного оборудования в гаражных условиях.

Разновидности индикаторов заряда аккумулятора

Разделяют индикаторы по методу подключения и индикации сигнала. Зарядка – это сложный процесс, поэтому в основном индикаторы информируют только об окончании зарядки в аналоговом или цифровом виде.

Для каждого типа аккумулятора необходимы адекватные схемы и конструкции зарядки, электроизмерительные или электронные. Так, для телефонов и ноутбуков используются импульсные зарядки, которые должны обладать интеллектом, в них используют микропроцессоры. Электронный контроллер ШИМ Weswen применяется для зарядки аккумуляторных батарей для независимого электроснабжения домов.

Одним из простых является встроенный индикатор заряда батареи, который выполнен в виде глазка. Устанавливается в одну из банок автомобильного аккумулятора. Разновидность работы индикатора с двумя шариками показана на рис. ниже.

Встроенный индикатор зарядки аккумулятора

Индикатор представляет собой пластмассовый цилиндр с плавающими шариками зелёного и красного цветов. В работе индикатора используется принцип ареометра. Красный шарик реагирует только на уровень электролита, зелёный – на уровень и плотность электролита. Есть варианты и с одним зелёным шариком.

Используются ещё и электроизмерительные индикаторы в виде стрелочных вольтметров. Один из них показан на рис. ниже. Подключается параллельно, в цепи аккумулятора.

Электроизмерительный индикатор напряжения на батареи

Устанавливается как на приборной панели, так и в удобном месте. При нормальном напряжении на аккумуляторе стрелка должна находиться в пределах последнего зелёного сектора. Если стрелка показывает ниже 75%, то требуется подзарядка. Нахождение стрелки в начале шкалы (красный сектор) говорит о том, что аккумулятор неисправен.

Опытные владельцы аккумуляторов могут использовать простые готовые цифровые индикаторы. Один из таких изображён на рис. ниже

Цифровой вольтметр

Он просто показывает напряжение в данное время. Владельцу самому решать, что делать. При диагностике аккумулятора можно использовать стрелочный или цифровой тестер.

Радиолюбители могут использовать индикацию, сделанную своими руками. В основном изготавливают схемы разнообразных индикаторов для контроля заряда аккумулятора на световых индикаторах, двух или больше. Схемное решение устройств индикации зависит от сложности зарядки.

Важно! Чем проще зарядка, тем сложнее должна быть схема индикации. На рис. ниже изображена схема проверки степени зарядки на 5 индикаторах

ниже изображена схема проверки степени зарядки на 5 индикаторах

На рис. ниже изображена схема проверки степени зарядки на 5 индикаторах.

Схема контроля напряжения на светодиодах

На рисунке изображена одна из возможных эл.схем, собранная на компараторе Lm339 с термокомпенсацией. HL1 будет гореть при недозаряженном или плохом аккумуляторе. HL2 – это недозаряд, значит, требуется зарядка. HL3 – напряжение в норме. HL4 – небольшой перезаряд. HL5 – недопустимый перезаряд. Остановить зарядку необходимо при загорании HL4.

Нужно отметить! Во время работы будет гореть только один световой индикатор. Таких вспомогательных плат можно разработать столько, на сколько хватит знаний и необходимости.

В современных гаджетах, использующих питание от аккумуляторных батарей, зарядки делают более сложными, чтобы создать оптимальные условия работы батареи. Например, в зарядках для шуруповёртов используются импульсные блоки с применением запрограммированных контроллеров. В таких автоматических зарядках два состояния индикации: разряжен и заряжен. Для удобства в качестве световых индикаторов применяются и жидкокристаллические индикаторы.

В нынешних авто за состоянием аккумулятора следят главный модуль, модуль управления двигателем и датчик, который следит за параметрами батареи. Электронная система автомобиля сама следит за правильной эксплуатацией аккумулятора. Водителю остаётся только наблюдать за информацией на экране дисплея.

Развивается использование батарей при автономном электроснабжении домов. Ветрогенераторы и солнечные панели объединяются в общую электросеть, и аккумуляторы управляются с помощью ШИМ контроллера, например, от компании WESWEN.

Необходимо постоянно следить за работоспособностью аккумуляторных батарей. Для этого предназначены указатели заряда. Простые устройства – просто следят, а контроллеры контролируют и управляют подзарядкой аккумулятора.

Немного теории об аккумуляторах

Любой аккумулятор (АКБ) — накопитель электрической энергии. При подаче на него напряжения энергия накапливается, благодаря химическим изменениям внутри батареи. При подключении потребителя происходит противоположный процесс: обратное химическое изменение создаёт напряжение на клеммах устройства, через нагрузку течёт ток. Таким образом, чтобы получить от батареи напряжение, его сначала нужно «положить», т. е. зарядить аккумулятор.

Практически любой автомобиль имеет собственный генератор, который при запущенном двигателе обеспечивает электроснабжение бортового оборудования и заряжает аккумулятор, пополняя энергию, потраченную на пуск мотора. Но в некоторых случаях (частый или тяжёлый запуск двигателя, короткие поездки и пр.) энергия аккумулятора не успевает восстанавливаться, батарея постепенно разряжается. Выход из создавшегося положения один — зарядка внешним зарядным устройством.

Как узнать состояние батареи

Чтобы принимать решение о необходимости зарядки, нужно определить, в каком состоянии находится АКБ. Самый простой вариант — «крутит/не крутит» — в то же время является и неудачным. Если батарея «не крутит», к примеру, утром в гараже, то вы вообще никуда не поедете. Состояние «не крутит» является критическим, а последствия для аккумулятора могут быть печальными.

Оптимальный и надёжный метод проверки состояния аккумуляторной батареи — измерение напряжения на ней обычным тестером. При температуре воздуха около 20 градусов зависимость степени зарядки от напряжения на клеммах отключённой от нагрузки (!) батареи следующая:

• 12.6…12.7 В — полностью заряжена;
• 12.3…12.4 В — 75%;
• 12.0…12.1 В — 50%;
• 11.8…11.9 В — 25%;
• 11.6…11.7 В — разряжена;
• ниже 11.6 В — глубокий разряд.

Нужно отметить, что напряжение 10.6 вольт — критическое. Если оно опустится ниже, то «автомобильная батарейка» (особенно необслуживаемая) выйдет из строя.

Правильная зарядка

Существует два метода зарядки автомобильной батареи — постоянным напряжением и постоянным током. У каждого свои особенности и недостатки:

• Зарядка постоянным напряжением — годится для восстановления заряда не полностью разряженных батарей, напряжение на клеммах которых не ниже 12.3 В. Процесс заключается в следующем: к клеммам батареи подключают источник постоянного тока напряжением 14.2–14.7 В. Окончание процесса контролируют по току потребления: когда он упадёт до нуля, зарядка считается оконченной. Недостаток такого способа — возможно большой начальный зарядный ток; чем сильнее батарея разряжена, тем выше ток. Преимущества метода очевидны — вам не нужно постоянно регулировать ток зарядки, аккумулятору не грозит перезарядка, если вы про него забудете.
• Зарядка постоянным током — самый распространённый и надёжный способ. В этом режиме ЗУ выдаёт постоянный ток, равный 1/10 ёмкости батареи. Окончание процесса зарядки определяется по напряжению на батарее — когда оно достигнет 14.7 В, заряжать батарею прекращают. Недостаток такого метода — батарею можно испортить, не сняв вовремя с зарядки.

Это интересно: Нож с пяткой для снятия изоляции своими руками: разъясняем в общих чертах

Простая электронная схема

Основой многих современных зарядных устройств служат наиболее простые импульсные схемы блокинг-генераторов, содержащие всего лишь один высоковольтный транзистор. Они отличаются компактными размерами и способны выдавать требуемую мощность. Эти устройства совершенно безопасны в эксплуатации, поскольку любая неисправность ведет к полному отсутствию напряжения на выходе. Таким образом, исключается попадание в нагрузку высокого нестабилизированного напряжения.

Выпрямление переменного напряжения сети осуществляется диодом VD1. Некоторые схемы включают в себя целый диодный мост из 4-х элементов. Ограничение импульса тока в момент включения производится резистором R1, мощностью 0,25 Вт. В случае перегрузки он просто сгорает, предохраняя всю схему от выхода из строя.

Для сборки преобразователя используется обычная обратноходовая схема на основе транзистора VT1. Более стабильная работа обеспечивается резистором R2, запускающим генерацию в момент подачи питания. Дополнительная поддержка генерации происходит за счет конденсатора С1. Резистор R3 ограничивает базовый ток во время перегрузок и перепадов в сети.

Что такое импульсное зарядное устройство?

В отличие от трансформаторных собратьев импульсные зарядные устройства заряжают батарею не постоянным током какого-либо значения, а импульсами. Для их образования используется современная элементная база – громоздкие трансформаторы при этом не потребуются. Импульсная зарядка аккумулятора происходит в режиме как постоянного тока, так и постоянного напряжения, плюс комбинированный цикл

А это очень важно, например, для необслуживаемых АКБ

Принцип действия

Если смотреть по конструкции, речь идёт об устройстве, восстанавливающем заряд автомобильной АКБ особым образом. В импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора входят:

• небольшой импульсный трансформатор;
• диодный выпрямитель;
• блок стабилизации;
• система индикации (аналоговые приборы или цифровой дисплей);
• электронный модуль, контролирующий процесс заряжания.

Как действует ИЗУ? Электронная схема и трансформатор генерируют высокую частоту, с помощью которой входное напряжение от сети повышается. При этом активно применяются фильтры (в состав которых входят электролитические конденсаторы), задерживающие помехи и сглаживающие напряжение на выходе. Далее происходит его преобразование с одновременным понижением до требуемого значения. К аккумулятору поступает ток, величина которого контролируется дополнительными электронными блоками. По окончании процесса диодный выпрямитель блокируется, зарядка прекращается.

Особенности

Все импульсные зарядки несложны в эксплуатации и имеют свою классификацию. В магазине вы встретите ИЗУ нескольких типов:

1. Ручные: относительно недорогие устройства, требующие постоянного контроля над процессом заряжания: то есть придётся периодически подстраивать U и I, следить за временем процесса.
2. Полуавтоматы: здесь часть процессов происходит без участия автовладельца – ему необходимо лишь учитывать продолжительность процедуры.
3. Автоматы: программируемые устройства, способные сначала определять состояние АКБ, потом выбирать оптимальный режим её восстановления и заряжать с последующим автоматическим отключением.

Специальный режим зарядки

С помощью ИЗУ батарею можно зарядить постоянным током, напряжением либо использовать комбинированный режим, о чём будет написано далее. Но у многих импульсников существует и специальный метод восстановления АКБ, называемый BOOST. Это чрезвычайный режим, обеспечивающий подзарядку аккумулятора в течение максимум 10 минут. По окончании такого срока двигатель запустится, даже если аккумулятор был разряжен очень сильно.

Но часто пользоваться подобным режимом нежелательно: постоянное сильное воздействие на пластины-электроды быстро приведёт к их разрушению, и батарея потеряет работоспособность окончательно через 2–3 месяца. Применять BOOST можно лишь в крайних случаях: когда нужно срочно ехать, а батарея оказалась разряженной.

Преимущества и недостатки

Чем же обусловлена популярность импульсных устройств у автолюбителей? На это есть довольно веские причины:

1. Небольшие габариты: некоторые импульсники можно свободно поместить даже в бардачок авто. Поэтому зарядник легко взять с собой в длительную поездку при сильном морозе, чтобы после ночёвки не испытывать проблем с запуском мотора.
2. Лёгкость в эксплуатации: разобраться с управлением прибором сможет даже человек, не искушённый в тонкостях электроники.
3. Программное обеспечение в самых современных ИЗУ исключает присутствие человека при процессе заряжания, в крайнем случае его участие сводится к минимуму.
4. Импульсные зарядки имеют всевозможные виды защиты от замыканий, переполюсовок и т. п.
5. Автоматический режим работы не допускает перегрев АКБ и продлевает эксплуатационный ресурс батареи.
6. В некоторые ИЗУ интегрирована система подсказок. При неправильном подключении или неверном выборе режима тревожный сигнал, информация на дисплее подскажут, что нужно делать, чтобы правильно зарядить АКБ.

А что можно сказать об отрицательных сторонах этого зарядного устройства? Здесь стоит выделить пару главных моментов. Первый заключается в относительно высокой стоимости аппарата. Взглянув на цену, большинство покупателей тут же переходят к полке с трансформаторными ЗУ. Поэтому импульсники чаще можно встретить в автосервисах, на станциях ТО, в частных мастерских.

Второе – наличие множества датчиков, приборов, сложной электронной схемы. Всё это очень сильно помогает в процессе работы. Но в случае поломки одного из элементов ремонт может вылиться в копеечку. Да такую, что, возможно, придётся задуматься о приобретении другого аппарата.

Как сделать своими руками

Сделать зарядное устройство с диодным мостом самому по вышеприведенной схеме не составит особого труда. Достаточно руководствоваться следующими рекомендациями.

Подготовить необходимые комплектующие и инструменты

• Трансформатор. Если зарядник изготавливается для АКБ  легкового автомобиля «Жигули» емкостью 60 А×ч, то автомобильные характеристики трансформатора должны иметь следующие параметры:
  • мощность не менее 150 Вт, чтобы обеспечить зарядный ток величиной 6 А (оптимальная зарядка по времени с обеспечением стойкости пластин аккумулятора достигается на режиме 10 % от емкости АКБ);
  • напряжение на вторичной обмотке должно быть выше 12 Вольт для нормального прохождения тока через разряженную батарею — в районе 14.4 Вольт.

  Трансформатор с такими характеристиками можно найти в старых электроламповых телевизорах или потертых временем музыкальных центрах, вышедших из строя микроволновых печах и источниках бесперебойного питания. В конце концов в специализированных магазинах можно купить такое устройство за небольшие деньги.

  Старые трансформаторы используют в обмотках алюминиевый провод в отличие от медного он сильнее нагревается. Поэтому возникает необходимость борьбы с перегревом таких трансформаторов. Кулер от неисправного источника питания компьютера поможет решить проблему:

• Выпрямитель. Для диодного моста следует использовать достаточно мощные диоды, работающие на токе около 10 А. Такими параметрами обладают электронные элементы типа Д246. Возможно найти и другие подобные варианты. Наличие меток с указанием полярности диодов облегчает сборку моста.
• При работе мощные диоды выделяют большое количество тепла. Монтировать диодный мостик рекомендуется на радиаторе охлаждения, например, имеющихся в старых запасных частях от системного блока компьютера. В случае невозможности найти промышленный радиатор охлаждения можно воспользоваться алюминиевым профилем, как показано на изображении:
• Для подключения зарядника к бытовой сети необходима сетевая вилка.
• Монтаж лучше производить на текстолитовой пластине, подходящей по габаритам.
• Необходим кусок нихромовой проволоки.
• Амперметр, вольтметр.
• Диэлектрическая бумага, изолента.
• Кроме слесарного, основным рабочим инструментом будет паяльник с материалами необходимыми в технологии пайки.

Порядок выполнения работ

1. Так как трансформатор для самодельного зарядника обычно берется с другого электротехнического устройства, то весьма редко напряжение и сила тока на вторичной обмотке соответствуют требованиям. Следует в таком случае полностью удалить вторичную обмотку, оставив первичную. Выполнить расчеты из школьного курса физики для определения количества витков и диаметра проволоки, подходящими для необходимого напряжения и силы тока. Аккуратно уложить проволоку виток к витку не составит труда. Не стоит забывать делать изоляцию (диэлектрической бумагой, изолентой) между слоями. Концы проволоки вывести и закрепить на корпусе. Для уменьшения вибраций следует пропитать обмотку парафином.
2. На текстолитовой пластине разместить радиатор охлаждения с установленными на нем четырьмя диодами Д246. Собрать диодный мостик с выводами к клеммам аккумулятора. Зачистить концы выводов.
3. В разрыв между диодным мостом и аккумулятором подключается амперметр и устанавливается  кусок нихромовой проволоки. Один конец ее жестко закрепляется, а второй остается подвижным, чтобы была возможность менять длину нихромовой проволоки и варьировать величиной сопротивления. Такой самодельный переменный резистор позволит производить регулирование тока подаваемого на аккумулятор.
4. Все соединения необходимо заизолировать изолентой. Готовое устройство для обеспечения электробезопасности следует поместить в подходящий корпус.
5. Амперметр будет отслеживать процесс зарядки. Когда показания силы тока на нем будут в районе 1 А, можно сделать вывод, что аккумулятор зарядился.
6. Контролировать зарядку можно и с помощью вольтметра, однако при подключенном зарядном устройстве его показания будут немного выше.

Зарядка для АКБ из блока питания компьютера

Для зарядки любого аккумулятора хватит 5-6 ампер-часов, это является около 10% от емкости всей батареи. Произвести его, может, любой блок питания емкостью от 150 Вт.

Итак, рассмотрим 2 способа самостоятельного изготовления зарядного устройства из компьютерного блока питания.

Способ первый

Для изготовления нужны следующие детали:

• блок питания, мощностью от 150 Вт;
• резистор 27 кОм;
• регулятор тока R10 или блок резисторов;
• провода длиной от 1 метра с клеммами;

Ход выполнения работ:

1. Для начала нам потребуется разобрать блок питания.
2. Извлекаем неиспользуемые нами провода, а именно -5в, +5в, -12в и +12в.
3. Совершаем замену резистора R1 на заранее заготовленный резистор 27 кОм.
4. Удаляем провода 14 и 15, а 16 просто отключаем.
5. Из блока выводим сетевой шнур и провода к аккумуляторной батарее.
6. Устанавливаем регулятор тока R10. В отсутствие такого регулятора, можно изготовить самодельный блок резисторов. Состоять будет он из двух резисторов 5 Вт, которые будут соединены параллельно.
7. Для настройки зарядного устройства, в плату устанавливаем переменный резистор.
8. К выходам 1,14,15,16 припаиваем провода, а резистором устанавливаем напряжение 13,8-14,5в.
9. На окончание проводов присоединяем клеммы.
10. Остальные ненужные дорожки удаляем.

Важно: придерживайтесь полного руководства, малейшее уклонение может привести к перегоранию прибора.

Способ второй

Для изготовления нашего устройства по данному способу, потребуется блок питания немного мощнее, а именно на 350 Вт. Так как он может выдать 12-14 ампер, что удовлетворит наши потребности.

Ход выполнения работ:

1. В блоках питания от компьютера импульсный трансформатор имеет несколько обмоток, Одна из них на 12в, а вторая на 5в. Для изготовления нашего устройства нужна только обмотка на 12в.
2. Для запуска нашего блока потребуется найти зеленый провод и замкнуть его с черным проводом. При использовании дешевого китайского блока, возможно, там будет не зеленый, а серый провод.
3. Если у вас блок питания старого образца с кнопкой включения, вышеуказанная процедура не нужна.
4. Далее, составляем из желтых и черных проводов 2 толстые шины, а ненужные провода обрезаем. Черная шина будет минусом, желтая соответственно плюсом.
5. Для повышения надежности нашего устройства можно осуществить замену местами диодов. Дело в том, что на 5в шине стоит более мощный диод, чем на 12в.
6. Так как в блоке питания стоит встроенный вентилятор, то ему не страшны перегревы.

Способ третий

Для изготовления нам потребуются следующие детали:

• блок питания, мощностью 230 Вт;
• плата с микросхемой TL 431;
• резистор 2,7 кОм;
• резистор 200 Ом мощностью 2 Вт;
• резистор 68 Ом мощностью 0,5 Вт;
• резистор 0,47 Ом мощностью 1 Вт;
• реле на 4 контакта;
• 2 диода 1N4007 или подобные диоды;
• резистор 1кОм;
• светодиод яркого цвета;
• длина провода не менее 1 метра и сечением не меньше 2,5 мм 2, с клеммами;

Ход выполнения работ:

1. Выпаиваем все провода кроме 4 черных и 2 желтых проводов, так как по ним поступает питание.
2. Замкнуть перемычкой контакты, отвечающие за защиту от перенапряжения, чтобы наш блок питания не выключался от перенапряжения.
3. Заменяем на плате с микросхемой TL 431 встроенный резистор на резистор 2,7 кОм, для установки выходного напряжения 14,4в.
4. Добавляем резистор 200 Ом мощностью 2 Вт на выход с канала 12в, для стабилизации напряжения.
5. Добавляем резистор 68 Ом мощностью 0,5 Вт на выход с канала 5в, для стабилизации напряжения.
6. Выпаиваем транзистор на плате с микросхемой TL 431, для устранения препятствий при установке напряжения.
7. Заменяем стандартный резистор, в первичной цепи обмотки трансформатора, на резистор 0,47 Ом мощностью 1 Вт.
8. Собираем схему защиты от неправильного подключения к аккумулятору.
9. Выпаиваем из блока питания ненужные части.
10. Выводим необходимые провода из блока питания.
11. Припаиваем клеммы к проводам.

Для удобства пользования зарядным устройством подключите амперметр.

Преимуществом такого самодельного устройства является отсутствие возможности перезарядки батареи.