Создание портативного пуско - зарядного устройства

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Стерлитамакский химико-технологический колледж «Ярмарка научных идей -2021» Создание портативного пуско - зарядного устройства Площадка №2 «Научно-техническая» Выполнил                                          Гомин Д. В., студент группы К-31                                                              Газиев В. М., студент группы К-31 Руководитель                                         Сагинбаева Э.Х., преподаватель Стерлитамак, 2021

СОДЕРЖАНИЕ

Введение	3
Осноная часть 1. Теоретическая часть 2.Практическая часть Заключение	4        4        7       17
Используемая литература и другие источники	18

ВВЕДЕНИЕ

Любой автомобильный аккумулятор рано или поздно начинает утрачивать свою рабочую емкость, заявленную производителем. Это неминуемо приводит к сложности запуска мотора автомобиля и особенно проявляется с приходом холодной погоды. Компактные пуско-зарядные устройства могут стать в этих случаях надежным помощником автомобилиста. Покажем свой вариант, исполнение аналогичного пускового устройства.

Основной целью нашей работы является:

Создание экономически выгодного устройства для запуска автомобиля и зарядного устройства для гаджетов.

Перед нами стояли следующие задачи:

- обобщить и углубить знания о аккумуляторных батареях;

- создать своё портативное пусковое устройство;

- сформировать умения и навыки ведения исследований, о схемотехнике, радиодеталях и умении пайки.

ОСНОНАЯ ЧАСТЬ

1. Теоретическая часть

1.1. Немного, о заводских пусковых устройствах

Специальные пуско зарядные устройства для автомобиля разработаны для того, чтобы суметь «оживить» даже полностью севшую батарею. За последние годы на рынке появилось множество компактных приборов, которые отличаются малыми габаритами и весом, поэтому предназначены они не только для гаражного, но домашнего хранения. Раньше такие устройства и сами требовали периодического подзаряда, а теперь для их работы достаточно подключения к любой электросети на 220 Вольт. Поскольку пусковые приборы стали небольшими и автономными, воспользоваться их помощью может каждый без навыков предыдущего применения. Еще одно преимущество, которым производители наделили современные ПЗУ для автомобилей — они оснащаются литий-полимерными батареями. Достаточно сказать, что такие же устанавливаются в мобильные гаджеты для длительной автономной работы. Можно обеспечить поступление заряда как небольшими порциями, так и большой интенсивностью (удобно для оперативного восстановления АКБ).

1.2. Общая характеристика портативного пускового устройства

Начинка портативного пускового устройства, в простонародье именуемого «джамп-стартером», «бустером» или «пускачом», не слишком отличается от начинки пауэрбанка, который сегодня, в эпоху быстроразряжающихся смартфонов, лежит в кармане у каждого второго.

Рис 1. Схема портативного пускового устройства.

Главное отличие «пускачей» от телефонных пауэрбанков – чрезвычайно высокая токоотдача батареи, позволяющая кратковременно выдавать в пике ток в несколько сотен ампер, а также наличие защит от переполюсовки и короткого замыкания. Эти устройства выпускаются сегодня самыми разными брендами и неплохо себя зарекомендовали в автомобильной среде, реально выручая в ситуациях, когда аккумулятор сел, а ехать нужно срочно.

Ток потребления стартера Для начала немного познавательной информации – для многочисленной категории автовладельцев, которые до сих пор сомневаются в возможности гаджетов размером с пару пачек сигарет крутить автомобильный двигатель вместо привычной батареи массой 15-17 килограммов. «Как карманный «пускач» выдаст ток в 300-400 ампер, которые потребляет стартер?!» — возмущаются они, подозревая лукавство. Но на деле все достаточно просто и легко объяснимо.

Во-первых, начнем с тех самых пресловутых «сотен ампер» среднестатистического стартера. На такую величину ток подскакивает чрезвычайно коротким импульсом, лишь при страгивании ротора стартера с места. Сразу после того, как началось вращение, и шестерня бендикса придала движение коленвалу, средний ток потребления стартера среднестатистического легкового автомобиля падает до значений в несколько раз меньше пускового. Обычно исправный современный двигатель пускается секунды за полторы, а то и быстрее – после щелчка втягивающего реле аккумулятор отдает 250-300 ампер не более 0,1-0,2 секунды, после чего этот ток падает вдвое, а при начале устойчивого вращения якоря стартера – до 60-70 ампер.

Во-вторых, стандартный свинцово-кислотный аккумулятор автомобиля весит под два десятка кило вовсе не с целью отдать все ресурсы своей массы стартеру! После запуска мотора в батарее остаётся, упрощенно говоря, 95% ее энергии. Поэтому из любого автомобиля можно вынуть его штатный АКБ, поставить на его место батарею в 2-3 раза меньшей емкости, и двигатель, скорее всего, без особенных затруднений заведется. Избыточный запас емкости нужен для беспроблемной работы электросистемы авто при частых запусках и «минусовом» электробалансе, который возникает в холода и при постоянных коротких поездках, типичных для города. Если все эти нюансы убрать, то для «сферически-вакуумного» пуска почти любого мотора было бы достаточно батарей размером с два кулака. И в подтверждение этого возможности «джамп-стартера» весьма наглядно показывает нагрузочная вилка.

2. Практическая часть

2.1. Реализация идеи

У меня давно была идея создания, портативного  пускового устройства.

Для основы «джамп-стартерах», мы использовали литий-полимерный (Li-Po) аккумулятор, модель HRB(1400Р).

Рис.2 Аккумулятор.

Характеристики данного аккумулятора:

·              Емкость 3000 mAh

·              Номинальное напряжение батареи 11.1V, полностью заряженная батарея выдает 12,6V

·              Токоотдача 60С - Номинальная токоотдача, 120С-Пиковая токоотдача.

         Формула расчета: С - емкость в Аh

60*3=180 Ампер

120*3=360 Ампер

Чего хватает для запуска двигателей объемом до 4 литров

 Далее мы использовали:

·              Понижающий модуль, для быстрой зарядки гаджетов(100Р)

·              10 диодных сборок, каждая по 20А(100Р)

·              3 модуля зарядки TP4056, для зарядки аккумуляторов (70р)

·              3 блока зарядки 1А (были дома)

·              Провод 8GA 3 метра (Был дома)

·              Провода, маленького сечения

·              Изолента, термоусадка

·              2 крокодила (50р за 1шт.)

Что бы все подсоединить понадобился паяльник (был дома).

Итого: 1770Р

Когда похожий аналог по параметрам обошелся бы 4500р                                    

Рисунок 3. Самодельная Зарядка

Рисунок 4. Крокодилы

Рисунок 5. Готовое пусковое устройство

2. 2. Сравнительные характеристики, самодельного и заводского пускового устройства.

Рисунок 6. Fubag Drive 300

Пусковое устройство Fubag Drive 300

Общие характеристики.

Тип:

пусковое устройство

Напряжение АКБ:

12 В

Максимальный ток пуска:

300 А

Напряжение питания от сети:

220 В

Емкость встроенной батареи:

4000 мА·ч

Функции:

встроенный фонарь, зарядка мобильных устройств (Powerbank)

Вес:

0.23 кг

Комплектация:

клеммы для запуска двигателя, USB-кабель

В характеристиках указано, что данный бустер способен запускать двигатели , объемом до 1,5л.

Это было сравнение с аналогом, цена которого-4000р. 

Теперь с более дорогим аналогом : Пусковое устройство BERKUT JSL-18000, цена которого-10000р.

Общие характеристики

Тип:

пусковое устройство

Напряжение АКБ:

12 В

Минимальный ток пуска:

300 А

Максимальный ток пуска:

600 А

Встроенная батарея:

есть

Емкость встроенной батареи:

18000 мА·ч

Функции:

встроенный фонарь, зарядка мобильных устройств (Powerbank)

Вес:

0.61 кг

В характеристиках указано, что данный бустер способен запускать двигатели , объемом до 4л.

Рисунок 7. Berkut JSL-18000.

Итого.

По сравнению с этими 2-мя пусковыми устройствами, делаем вывод, что самодельное пусковое устройство, за свою цену не уступает более дорогим конкурентам, т.к за цену Fubag Drive 300 можно заказать еще 1 аккумулятор, включить его в параллель и мощность увеличится в 2 раза. Что позволит запускать автомобиль с объемом двигателя до 6л. И по своим характеристикам не будет уступать или будет превосходить Пусковое устройство BERKUT JSL-18000, которое будет дороже в 3 раза.

Принцип работы.

Зарядка.

В зарядном устройстве используется:

3 Блока питания, для зарядки смартфонов 5V=1A

3 модуля зарядки литиевых аккумуляторов

Использован вольтмет, для просмотра напряжения.

Мы вязли 3  блока питания для того что бы была гальваническая развязка, иначе будет короткое замыкание.

Гальваническая развязка. Обеспечение электробезопасности при работе с оборудованием согласно ГОСТам на электробезопасность. Для электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения применяют ГОСТ 12.2.091-2012, согласно которому определяют требования к стойкости изоляции (испытательному напряжению). Важно отметить, что гальваническая изоляция – это одна из технических мер обеспечения электробезопасности, поэтому требования к изоляции конкретной цепи всегда следует рассматривать в совокупности с другими мерами электобезопасности (защитное заземление, цепи ограничения тока и напряжения и т.д.), принятыми в данном конкретном случае. В любом случае, испытательное напряжение изоляции, указанное в документации на оборудование, должно многократно превышать номинальные напряжения изолируемых цепей. 

Следует отметить, что гальваническая развязка цепей может обеспечиваться разными техническими способами: трансформаторная (индуктивная) гальваноразвязка (трансформаторы, цифровые изоляторы на высокочастотном трансформаторном принципе), оптическая гальваноразвязка (оптроны, оптореле), ёмкостная гальваноразвязка (цифровые изоляторы на ёмкостном принципе), электромеханическая развязка (электромеханические реле). Эти способы отличаются не только очевидными эксплуатационными параметрами "по назначению", но и, например, менее очевидными параметрами обеспечения "степени независимости" изолируемых цепей. Например, обычный сетевой трансформатор питания может иметь межобмоточную ёмкость – тысячи пФ, в то время как оптрон – десятые доли пФ. Эта ёмкость гальваноразвязки существенно влияет на сквозные токи высокой частоты через гальваноразвязку и фактически определяет независимость изолируемых цепей для синфазного напряжения с высокой скоростью нарастания.   

                                                                                   Рисунок 8. Схема зарядки аккумулятора

Рисунок 9. Зарядное устройство, вид снаружи

Рисунок 10.  Зарядное устройство, вид внутри

     

                                      Рисунок 11. Схема аккумулятора.    

2.3. Практическое применение

Данное устройство, применялось по своему назначению не один  раз, во время суровых зимних морозов. Когда аккумулятор в моей машине, замерз и мог с достаточной скоростью крутить стартер. Подключил свое устройство зажимами к аккумулятору и смог завести свой автомобиль. Это устройство ни раз меня выручало.

Мы подробно распишем простую последовательность 4-х действий при аварийном запуске двигателя пусковым устройством с севшим аккумулятором, потому что многие забывают или попросту теряют инструкцию и вопросы о том, как пользоваться пуско зарядным устройством периодически возникают. Это важный момент, который позволит продлить срок службы купленного вами пускового устройства до 5 лет, потому что любая электроника требует соблюдения правил эксплуатации.

Несоблюдение этих правил может привести к критическим последствиям. Более 90% рекламаций связанных с обращением клиентов, вызваны именно несоблюдением элементарных правил.

1. Подключите клеммы (крокодилы) к аккумулятору вашего автомобиля
Сначала достаем провода из сумки и зажимы подключаем к клеммам аккумулятора плюс к плюсу «+» (красный цвет), минус к минусу «-» (черный цвет).

2. Подсоедините провода к пусковому устройству и включите его
Только после того как мы подсоединили провода к аккумулятору автомобиля, мы соединяем провод с пусковым устройством, далее включаем пусковое устройство.

3. Заведите свой автомобиль Садимся в машину и производим запуск.

Внимание! Запуск следует производить не более 3 секунд, именно в это время бустер выдает пиковые (максимальные) показатели тока необходимые для запуска.

После того, как вы успешно произвели запуск автомобиля, выходим из машины и отключаем пусковое устройство.

4. Отсоедините клеммы от пускового устройства и от аккумулятора, выключите устройство.

Последовательность действий при отключении производим в обратном порядке.  Сначала отсоединяем провод от пускового устройства (это необходимо сделать в течении 30 секунд, после запуска двигателя), далее отсоединяем провода от аккумулятора, выключаем пусковое устройство.

Рисунок 12. Портативное пусковое устройство подключенное к аккумулятору.

Рисунок 13. Двигатель запущен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом на основании выше изложенного, можно сделать вывод, что данное устройство может помочь в сложной ситуации, будь то разряженный аккумулятор автомобиля или вашего гаджета т.к есть возможность его подзарядить. Так же данное устройство не уступает по характеристикам и получилось вдвое, а то и трое дешевле заводских аналогов.

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Ходасевич А.Г., Ходасевич Т.И. Зарядные и пуско-зарядные устройства. Выпуск 2 Электроника, НТ-Пресс, 2005-с.192

2.     Ходасевич А. Г., Ходасевич Т. И., Автоэлектроника. Зарядные устройства. Пуско-зарядные устройства., 2005

3.     http://archive.espec.ws/section530/file27264.html

4.     https://booksee.org/book/628310

5.     https://bookskeeper.ru/knigi/obrazovanie/120627-zaryadnye-i-pusko-zaryadnye-ustroystva-vypusk-2.html