Система заряда аккумуляторной батареи

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для импульсного заряда аккумуляторных батарей (АБ). Система содержит источник постоянного тока, генератор импульсов, распределитель, блок коммутации, схемы управления, транзисторные ключи, источник эталонного напряжения, схему И-НЕ и ключевой элемент. Система обеспечивает импульсный заряд аккумуляторов батареи с одновременным контролем степени их заряженности. По мере заряда аккумуляторов происходит ускорение процесса заряда оставшихся аккумуляторов. Технический результат - повышение эксплуатационного ресурса системы заряда АБ и снижение энергопотребления аппаратуры цепей управления за счет отключения цепей питания аппаратуры управления при отсутствии запросов на заряд аккумуляторов. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для импульсного заряда аккумуляторных батарей (АБ).

Схема предлагаемого устройства изображена на фиг.1, а фиг.2 поясняет принцип ее работы.

Известно устройство [1], в котором осуществляется циклический поаккумуляторный заряд АБ от источника постоянного тока (ИПТ) через полупроводниковые ключи. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности контроля степени заряженности каждого аккумулятора.

Также известно устройство для заряда АБ [2], содержащее ИПТ, задающий генератор (ЗГ), распределитель (Р), транзисторные ключи (ТК), источник эталонного напряжения (ИЭН) и схемы управления (СУ).

Недостатком этого устройства является наличие "холостых тактов", то есть ситуаций, когда при отключении СУ заряженных аккумуляторов ИПТ на отдельных временных интервалах не подключен ни к одному из аккумуляторов. Это снижает коэффициент использования источника по мощности и увеличивает время заряда АБ. Кроме того, в процессе функционирования устройства постоянно находится во включенном состоянии вся аппаратура цепей управления, что приводит к повышенному энергопотреблению по цепям питания данных элементов и снижению эксплуатационного ресурса при непрерывном длительном, порядка 5-9 лет, функционировании устройства.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является система для заряда аккумуляторной батареи [3], содержащая (фиг.2) источник постоянного тока 3, задающий генератор, 1, распределитель 2, блок коммутации 17, источник эталонного напряжения 16, схемы управления 7-9 и транзисторные ключи 10-15, через которые источник постоянного тока соединен с соответствующими зажимами аккумуляторов батареи, выход задающего генератора соединен с входом распределителя, первые входы схем управления подключены к выходу источника эталонного напряжения, их вторые и третьи входы соединены с выводами для подключения положительных и отрицательных зажимов аккумуляторов батареи, выходы схем управления подключены к информационным входам блока коммутации, счетные входы которого подключены к выходам распределителя, первая шина цепей питания задающего генератора, распределителя и блока коммутации подключена непосредственно к источнику постоянного тока.

Недостатками этой системы является повышенное энергопотребление цепей управления и пониженный эксплуатационный ресурс элементов системы для заряда АБ.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационного ресурса и снижение энергопотребления аппаратуры цепей управления.

Поставленная цель достигается тем, что в систему заряда аккумуляторной батареи, содержащую источник постоянного тока, задающий генератор, распределитель, блок коммутации, источник эталонного напряжения, схемы управления и транзисторные ключи, через которые источник постоянного тока соединен с соответствующими зажимами аккумуляторов батареи, выход задающего генератора соединен с входом распределителя, первые входы схем управления подключены к выходу источника эталонного напряжения, их вторые и третьи входы соединены с выводами для подключения положительных и отрицательных зажимов аккумуляторов батареи, выходы схем управления подключены к информационным входам блока коммутации, счетные входы которого подключены к выходам распределителя, первая шина цепей питания задающего генератора, распределителя и блока коммутации подключена непосредственно к источнику постоянного тока, введены новые элементы и связи.

В частности, в систему заряда аккумуляторной батареи дополнительно введены схема И-НЕ с числом входов, равным числу аккумуляторов, и ключевой элемент, имеющий управляющий вход и два силовых вывода, выходы блока коммутации подключены к управляющим входам соответствующих пар транзисторных ключей, входы схемы И-НЕ соединены с выходами схем управления, ее выход подключен к управляющему входу ключевого элемента, первый силовой вывод которого соединен с источником постоянного тока, а второй с другой шиной цепей питания элементов задающего генератора, распределителя и блока коммутации.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая система принципиально отличается дополнительным введением схемы И-НЕ и ключевого элемента, а также их подключением.

Данная совокупность связей и элементов обеспечивает выполнение алгоритма функционирования системы заряда АБ с включением в работу элементов блока коммутации, распределителя и тактового генератора только при наличии сигнала запроса на заряд аккумуляторов и их выключение при его отсутствии, что позволяет сократить энергопотребление по цепям питания и сохранить эксплуатационный ресурс.

Введение совокупности отличительных признаков позволяет сократить время нахождения во включенном состоянии элементов системы заряда, что обеспечивает повышение эксплуатационного ресурса.

Отсутствие в технической и патентной литературе сведений (рекомендаций) по выполнению заявленной схемы в целях достижения описанного в заявке эффекта (результата) показывает новизну взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и положительным эффектом. Это обеспечивает существенное отличие данного изобретения от всех известных систем аналогичного назначения и его изобретательский уровень.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы заряда аккумуляторной батареи, состоящей из трех аккумуляторов.

Система заряда АБ содержит задающий генератор 1, распределитель 2, источник постоянного тока 3, аккумуляторы 4-6 (Ак) заряжаемой АБ, схемы управления 7-9, транзисторные ключи 10-15, источник эталонного напряжения 16, блок коммутации 17, схему И-НЕ 18 и ключевой элемент (КЭ) 10. Подключение ИПТ 3 к заряжаемым Ак 4-6 осуществляется через соответствующие пары ТК 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15. Подключение ИПТ 3 к ЗГ 1, Р 2 к БК 17 производится через КЭ 19.

Управление подключением Ак (4-6) на заряд (управление состоянием ТК 10-15) осуществляет БК 17, имеющий число выходов по числу пар ТК. Информационные входы БК 17 подключены к выходам соответствующих СУ (7-9), а его счетные входы к соответствующим выходам Р 2.

Первые входы СУ (7-9) подключены к выходу ИЭН 16, их вторые и третьи входы соединены с клеммами Ак (4-6). Входы схемы И-НЕ 18 соединены с выходами СУ (7-9), ее выход подключен к управляющему входу КЭ 19, первый силовой вывод которого соединен с ИПТ 3, а второй с другой шиной цепей питания элементов ЗГ 1, Р 2 и БК 17.

Если напряжение на выходных клеммах любого Ак ниже номинального значения (разряжен), то на выходе его СУ - сигнал низкого уровня (логический нуль), а если превышает заданное значение (заряжен), то на выходе СУ сигнал высокого уровня (логическая единица). Для реализации данной логики достаточно использовать схему компаратора.

Блок коммутации реализуется в виде информационных трактов и содержит схемы ИЛИ, И, НЕ. Подробная схема приведена в прототипе.

Система работает следующим образом.

Если заряжены все Ак батареи, то на выходах всех СУ сигналы высокого уровня (соответственно и на входах схемы И-НЕ). Тогда КЭ закрыт. Питание на ЗГ, Р и БК не подается. При разряде хотя бы одного Ак его СУ через схему И-НЕ открывает КЭ, который подключает цепи питания ЗГ, Р и БК. ЗГ вырабатывает импульсы заданной частоты, которые поступают на вход Р. По приходу очередного импульса последовательно на каждом из выходов Р появляется сигнал, который поступает на соответствующий счетный вход БК. Разрешающий сигнал на соответствующем выходе БК появляется только в том случае, если присутствует сигнал низкого уровня на его соответствующем информационном входе. БК открывает соответствующие пары ТК 10-11 или 12-13, или 14-15. Производится заряд соответствующего Ак от ИПТ в импульсном режиме.

Допустим, что Ак 4,5 и 6 разряжены, тогда напряжение на клеммах Ак, поступающее на вторые и третьи входы соответствующей СУ, меньше номинального, подаваемого на их первые входы от ИЭН. БК последовательно открывает пары ТК 10-11, 12-13 и 14-15. Последовательно все Ак заряжаются в импульсном режиме. При заряде любого Ак БК закрывает его пару ТК и заряд происходит только для разряженных Ак.

БК работает по следующему алгоритму:

1) разряжены все Ак: зарядные импульсы подаются на все Ак по циклу;

2) заряженный Ак выпадает из общего цикла и его зарядные импульсы БК через ТК передает следующему по номеру Ак.

В случае, если зарядились все Ак батареи, то схема И-НЕ через КЭ отключает цепи питания ЗГ, Р и БК.

В связи с тем что действующая в лаборатории система для заряд АБ, спроектированная по патенту № 2013842, характеризуется лучшими энергетическими показателями среди известных систем аналогичного назначения, это действующее устройство авторами принимается и за базовый объект данного изобретения.

Таким образом, использование изобретения позволит повысить эксплуатационный ресурс и снизить энергопотребление цепей управления, что обеспечивается технической реализацией отключения аппаратуры цепей управления при отсутствии запросов на заряд аккумуляторов.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР № 913522 H 02 J 7/34, 1982.

2. Авт. свид. СССР № 1317561 H 02 J 7/00, 1987.

3. Патент РФ № 2013842 H 02 J 7/00, 1994.

Формула изобретения

Система заряда аккумуляторной батареи, содержащая источник постоянного тока, задающий генератор, распределитель, блок коммутации, источник эталонного напряжения, схемы управления по числу аккумуляторов и транзисторные ключи, через которые источник постоянного тока соединен с соответствующими зажимами аккумуляторов батареи, выход задающего генератора соединен с входом распределителя, первые входы схем управления подключены к выходу источника эталонного напряжения, их вторые и третьи входы соединены с выводами для подключения положительных и отрицательных зажимов аккумуляторов, выходы схем управления подключены к информационным входам блока коммутации, счетные входы которого подключены к выходам распределителя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены схема И-НЕ с числом входов, равным числу аккумуляторов, и ключевой элемент, имеющий управляющий вход и два силовых вывода, при этом выходы блока коммутации подключены к управляющим входам соответствующих пар транзисторных ключей, входы схемы И-НЕ подключены к выходам схем управления, ее выход - к управляющему входу ключевого элемента, первый силовой вывод которого соединен с источником постоянного тока, а второй - с другой шиной цепей питания элементов задающего генератора, распределителя и блока коммутации, причем ключевой элемент подключает цепи питания задающего генератора, распределителя и блока коммутации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2