Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят вполне определенным током значение которого можно определить по формуле

I = 0,1Q — для кислотных аккумуляторных батарей или

I = 0,25Q — для щелочных аккумуляторных батарей.
Здесь Q— паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи в ампер-часах, I — средний зарядный ток в амперах.

Установлено, что зарядка чрезмерно большим током приводит к деформации пластин аккумуляторов и даже разрушению их; зарядка малым током вызывает сульфатацию пластин и снижение емкости аккумуляторной батареи. Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в течение длительного времени. Степень заряженности аккумуляторной батареи можно контролировать как по значению плотности электролита и напряжению (для кислотных), так и по напряжению (для щелочных) на полюсных выводах.

Рис. 1. Упрощенная схема зарядного устройства

Окончание зарядки кислотной аккумуляторной батареи определяют по следующим признакам: напряжение на каждом аккумуляторе батареи достигает 2,5...2,6 В; плотность электролита достигает определенного значения и больше не изменяется; происходит обильное газовыделение — электролит "кипит"; электрическая емкость, сообщенная батарее, на 15 ... 20 % больше емкости, отданной в процессе разрядки.

Кислотные аккумуляторные батареи чувствительны к недозарядкам и перезарядкам, поэтому своевременно надо заканчивать их зарядку.

Щелочные аккумуляторные батареи менее критичны к режиму эксплуатации. Для них окончание зарядки характеризуется установлением на каждом аккумуляторе напряжения 1,6 ... 1,7 В и сообщением батарее 150 ... 160 % емкости, отданной ею в процессе разрядки.

Зарядное устройство обычно состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока обычно используют проволочные реостаты и транзисторные стабилизаторы тока. В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная схема такого устройства приведена на рис. 1. В нем тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах V1 — V4 выпрямительного моста и в трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен. Ток зарядки аккумуляторной батареи GB1 поддерживается на определенном уровне. В процессе зарядки напряжение на батарее увеличивается, а ток, текущий через нее, стремится уменьшиться. Но при этом возрастает приведенное сопротивление первичной обмотки трансформатора Т1, напряжение на ней увеличивается, в результате чего ток через батарею GB1 меняется незначительно.

Как показывают расчеты, наибольшее значение тока через аккумуляторную батарею при заданной емкости конденсатора С1 будет при равенстве падений напряжения на этом конденсаторе и первичной обмотке трансформатора. Первичную обмотку рассчитывают на полное напряжение сети для большей надежности устройства и применения готовых понижающих трансформаторов. Вторичную обмотку рассчитывают на напряжение в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки.

В соответствии с этими рекомендациями и расчетами было собрано устройство, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А. Предусмотрена возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Устройство не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.

Его схема приведена на рис.2. Магазин конденсаторов состоит из конденсаторов С1 — С4, суммарная емкость которых составляет 37,5 мкФ. Тумблерам и S2— S5 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки. Например, для тока зарядки, равного 11 А, необходимо замкнуть контакты тумблеров S2, S3 и S5.

Рис. 2. Схема зарядного устройства

Как работает устройство? Допустим, что к зажимам Х2 и ХЗ подключена аккумуляторная батарея и тумблерами S2—S5 установлен требуемый зарядный ток. В этом случае при нажатии кнопки S1 "Пуск" сработает реле К1, контактами К 1.1 оно заблокирует кнопку S1,a контактами К1.2 подключит к заряжаемой батарее цепь автоматического отключения устройства. Контакты К1.2 необходимы для того, чтобы батарея не разряжалась после отключения устройства от сети через диод V6 и резисторы R3—R5. Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания реле К2.-оно должно срабатывать при напряжении на гнездах Х2 и ХЗ, равном напряжению полностью заряженной батареи). Когда напряжение батареи достигнет заданного значения, откроются стабилитрон V10 и транзистор V9. При этом сработает реле К2, которое контактами К2.1 обесточит обмотку реле К1, а оно, отпуская, контактами К1.1 разорвет цепь питания устройства. При нарушении контакта в цепи нагрузки напряжение на гнездах Х2 и ХЗ резко возрастет, отчего также сработает реле К2 и отключит устройство от сети.

Аварийное отключение устройства происходит при любом положении движка переменного резистора R4. Но такие случаи нежелательны, так как в течение времени срабатывания реле К2 и отпускания реле К1 конденсаторы С1 — С4 будут находиться под повышенным напряжением (превышающем сетевое). Поэтому зарядное устройство следует включать в сеть лишь после того, как аккумуляторная батарея подсоединена к выходным гнездам. При коротком замыкании в цепи нагрузки ток через гнезда Х2 и ХЗ несколько увеличивается, но для устройства это не страшно.

Все постоянные резисторы устройства — типа МЛТ-0,5; переменный резистор R4 — типа СП-1. Вместо транзистора КТ801 (V8) можно применить КТ602, КТ603, П702 с любыми буквенными индексами, вместо транзистора МП38А (V9) — КТ315, КТ312, КТ601 — КТ603 с любыми буквами. Измерительные приборы РА1 и PU1 — типа М5-2, рассчитанные соответственно на ток 30 А и напряжение 30 В. Реле К1 — типа PC-13 (паспорт РС4.523.029), его контакты К1.1 — параллельно соединенные три группы контактов. Возможно применение реле типа МКУ-48, рассчитанного на переменное напряжение 220 В. В этом случае надобность в диоде V1 и конденсаторе С5 отпадает. Реле К2 — типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.129). Диоды Д305 двухполупериодного выпрямителя установлены на радиаторе с поверхностью охлаждения 300 см3, от радиатора они электрически изолированы слюдяными прокладками. Радиатор крепится к шасси из дюралюминия, которое является как бы продолжением радиатора.

Вместо диодов Д305 можно применить Д214, Д242, но в этом случае в три-четыре раза возрастет тепловая мощность, рассеиваемая на них, поэтому размеры радиатора придется увеличить. Конденсаторы С1 — С4 составлены из параллельно соединенных конденсаторов КБГ-МН, МБГЧ, МБГО, МБГП, МБМ соответствующих емкостей. Номинальное напряжение конденсаторов КБГ-МН и МБГЧ, рассчитанных на работу в цепях переменного тока, должно быть не менее 350 В, всех других типов конденсаторов - не менее 600 В. Конденсаторы С5 - С7 — типов К50-3, ЭГЦ. Тумблеры S2 т S5 - типа ТВ2-1 -2 или ТП 1 -2.

Сетевой трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ32Х32. Обмотка 1 содержит 880 витков провода ПЭВ-1 0,86, обмотка II — 95 витков провода ПБД 2,63. Вторичную обмотку можно выполнять несколькими проводами меньшего диаметра, сложенными вместе.

В качестве корпуса зарядного устройства можно использовать металлическую коробку размерами 360Х220Х220 мм, просверлив в ее стенках отверстия для свободной циркуляции воздуха.

Налаживание смонтированного устройства сводится к подбору шунта амперметра РА1 на ток 30 А и подбору емкостей конденсаторов С1 — С4, обеспечивающих требуемые зарядные токи.

При зарядке 12-вольтовых аккумуляторных батарей током 15 А КПД устройства достигает 75 %, а температура внутри корпуса после 10 ч непрерывной работы не поднимается выше 40° С.

Такое устройство можно применять и для зарядки аккумуляторных батарей с напряжением менее 12 В, например мотоциклетных. Но тогда надписи возле тумблеров S2 — S5 не будут соответствовать фактическим значениям зарядных токов. Фактический зарядный ток в этом случае не должен превышать 15 А.

Это зарядное устройство можно дополнить измерителем заряда, сообщенного аккумулятору. Принцип работы такого измерителя заряда может быть основан на преобразовании напряжения в частоту (схемы преобразователей "напряжение — частота" нередко приводятся в журнале "Радио"). А напряжение следует снимать с резистора небольшого сопротивления (0,05 ... 0,1 Ом), включенного в цепь зарядки аккумулятора. При наличии цифрового счетчика заряда несложно обеспечить автоматическое отключение устройства от сети при сообщении батарее заданного заряда.