Устройство для зарядки аккумуляторной батареи



Устройство для зарядки аккумуляторной батареи
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи

Владельцы патента RU 2530877:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи АБ, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, устройство управления и клеммы для подключения АБ. Источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, а выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения АБ. Выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока. В устройство введены измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока. Измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения АБ. Измерительный преобразователь выходного напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения АБ, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения. Выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления. Задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления. Такое выполнение устройства позволило выполнять полный цикл зарядки АБ через один силовой регулирующий элемент, а именно стабилизатор тока, и обеспечить технический результат - автоматическое отключение процесса зарядки АБ при снижении тока зарядки на втором этапе до заданного значения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для зарядки аккумуляторных батарей.

Известно зарядное устройство (патент RU №2118032 МПК H02J 7/00, Н01М 10/46, 1994 г.) Известное устройство содержит силовой трансформатор, выпрямитель, ограничитель тока, реле максимального напряжения, реле времени и клеммы для подключения аккумулятора. При этом контакты реле времени включены в цепь включения клемм аккумулятора, а контакты реле максимального напряжения включены в цепь включения реле времени. Недостатком устройства является отсутствие контроля над режимом на заключительной стадии процесса зарядки, т.е. отключение процесса зарядки выполняется с заданной уставкой по времени, а значение тока при этом не контролируется.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа двухступенчатое зарядное устройство (заряд по методу IU) Научно-производственно-монтажного предприятия «Связьэнергосервис» г. Харьков (http://www.kupol.com.ua/consumer_3.html).

В этом устройстве зарядка аккумуляторной батареи (АБ) происходит в два этапа. Первый этап - зарядка стабилизированным током (I), второй этап - зарядка стабилизированным напряжением (U). Устройство содержит источник питания, стабилизатор тока, стабилизатор напряжения, устройство управления, ключ и клеммы для подключения АБ, при этом выходы стабилизатора тока и стабилизатора напряжения подключены к АБ, к этим же клеммам подключен вход устройства управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа так, что в зависимости от напряжения батареи электрическая энергия источника питания через ключ поступает на стабилизатор тока (первый этап зарядки) или на стабилизатор напряжения (второй этап зарядки).

К недостатку известного устройства следует отнести наличие двух силовых регуляторов, обеспечивающих процесс регулирования зарядного тока, при этом один регулятор (стабилизатор тока) выполняет зарядку АБ на первом этапе, а второй (стабилизатор напряжения) - на втором этапе. Силовой регулятор по сравнению с сигнальным регулятором имеет увеличенные габариты и стоимость. Кроме этого в устройстве отсутствует контроль параметров зарядки, соответствующих окончанию этого процесса. При зарядке АБ, например, автономных необитаемых подводных аппаратов существует необходимость последующего их ввода после зарядки в эксплуатацию и преждевременное отключение процесса зарядки АБ приведет к неполной зарядке батареи, а неоправданное увеличение времени зарядки - к снижению эффективности установки, в которой используются АБ.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача исключить указанные недостатки, т.е. обеспечить отключение АБ от зарядного устройства при уменьшении тока зарядки до заданного значения на втором этапе процесса зарядки и упростить схему силовой части зарядного устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для зарядки аккумуляторной батареи, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, устройство управления и клеммы для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, а выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока, дополнительно в устройство введены измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока, при этом измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.

В заявленном устройстве общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:

- источник питания;

- ключ;

- стабилизатор напряжения;

- стабилизатор тока;

- устройство управления;

- клеммы для подключения аккумуляторной батареи;

- источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока;

- выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа;

- выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения аккумуляторной батареи.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного зарядного устройства и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:

- выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока;

- в устройство дополнительно введены: измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока;

- измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения аккумуляторной батареи;

- измерительный преобразователь выходного напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения;

- выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления;

- задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения;

- задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.

Указанные существенные признаки, отличающие заявленное зарядное устройство от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивают достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Введение в устройство измерительных преобразователей зарядного тока и выходного напряжения, задатчиков тока и напряжения, а также создание необходимых связей между элементами устройства позволило выполнять полный цикл зарядки АБ через стабилизатор тока, т.е. через один силовой регулирующий элемент. Кроме этого в устройстве обеспечивается автоматическое отключение процесса зарядки АБ при снижении тока зарядки на втором этапе до заданного значения.

Таким образом, все существенные признаки заявленного устройства для зарядки аккумуляторной батареи обеспечивают достижение технического результата, т.е. находятся с техническим результатом в причинно-следственной связи и решают поставленную задачу.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: на фиг.1 представлена структурная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи; на фиг.2 представлены графики изменения напряжения Uн(t) и тока заряда IАБ(t) аккумуляторной батареи, поясняющие работу устройства. На фиг.2 обозначены: U0 - напряжение аккумуляторной батареи в начале процесса зарядки; Uзн - напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи; Iоткл - значение зарядного тока, при котором выполняется отключение процесса зарядки.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи содержит источник 1 питания, ключ 2, стабилизатор 3 напряжения, стабилизатор 4 тока, устройство 5 управления и клеммы 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник 1 питания посредством ключа 2 подсоединен к стабилизатору 4 тока, выход устройства 5 управления подключен к управляющему входу ключа 2, а выходные зажимы стабилизатора 4 тока соединены с клеммами 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, стабилизатор 3 напряжения подключен к первому входу стабилизатора 4 тока, измерительный преобразователь 8 зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора 4 тока с клеммами 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь 9 выходного напряжения подсоединен параллельно клеммам 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора 3 напряжения, выход измерительного преобразователя 8 зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора 4 тока и первым входом устройства 5 управления, задатчик 10 напряжения подключен ко второму входу стабилизатора 3 напряжения, а задатчик 11 тока подключен к второму входу устройства 5 управления.

Зарядное устройство работает следующим образом. При включении АБ на зарядку в стабилизаторе 3 напряжения определяется рассогласование между заданным напряжением АБ (сигнал Uзн) и фактическим напряжением АБ (сигнал Uн). Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе напряжения может быть, например, следующий:

UçÒ=∫(Uçí-Uí)dt, (1),

где Uзт - выходной сигнал стабилизатора напряжения, максимальное значение которого определяет заданное значение тока зарядки.

Этот сигнал является входным (задающим) для стабилизатора 4 тока, в котором определяется рассогласование между сигналом Uзт и сигналом UT, пропорциональным фактическому значению тока зарядки. Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе 4 тока может быть, например, следующий:

IÀÁ=∫(UçÒ-UÒ)dt (2),

где IАБ - выходной сигнал стабилизатора тока, т.е. ток зарядки АБ.

По мере зарядки АБ напряжение UH возрастает, рассогласование в стабилизаторе 3 напряжения уменьшается и наступает момент (t1), когда его выходной сигнал Uзт также начинает уменьшаться. Стабилизатор 4 тока отрабатывает уменьшение задания на его входе, что приводит к уменьшению зарядного тока при поддержании постоянного значения напряжения UH=Uзн на АБ. В устройстве управления 5 выполняется сравнение двух сигналов: сигнала Uт, пропорционального фактическому значению тока зарядки и сигнала UTоткл, который соответствует току отключения процесса зарядки.

Когда рассогласование между этими сигналами достигает заданного значения (момент t2), ключ 2 отключается и зарядка АБ прекращается. Графики изменения напряжения UH(t) и тока заряда IАБ(t) аккумуляторной батареи, приведенные на фиг.2, поясняют работу устройства.

Лабораторные испытания макета устройства для зарядки аккумуляторной батареи подтвердили работоспособность устройства и показали высокую точность регулирования тока и напряжения в процессе зарядки АБ.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, устройство управления и клеммы для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, а выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока, а в устройство дополнительно введены измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока, при этом измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь выходного напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области техники связи, использующей электронные устройства с аккумуляторной батареей, и предназначено для замедления старения аккумуляторной батареи, вызываемого зарядным током и повторяющимися циклами зарядки-разрядки при практически максимальной зарядной емкости.

Изобретение касается системы для зарядки конденсатора (100), включающей модуль зарядки конденсатора (110), изолированный модуль получения данных (120) и цифровой управляющий модуль (130).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам заряда электрохимических источников тока (ЭХИТ). .

Изобретение относится к устройству заряда аккумуляторной батареи. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве источников питания с повышенными электрическими характеристиками, включающих высокочастотные преобразователи постоянного напряжения в постоянное.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ускоренного заряда аккумуляторных батарей на основе заряд-разрядных выпрямительно-инверторных преобразователей.

Изобретение относится к устройствам зарядки аккумуляторных батарей. Технический результат - увеличение срока службы батарей. Предложены устройство и способы сверхбыстрой зарядки одной или нескольких аккумуляторных батарей, в т.ч., например, ионно-литиевых. Определяют зарядный ток путем оптимизации модели, основанной на функциях набора переменных внутреннего состояния аккумуляторной батареи, и набора параметров модели или непараметрических данных, характеризующих аккумуляторную батарею. Определяют переменные текущего внутреннего состояния, а на аккумуляторную батарею подают оптимизированный зарядный ток, который зависит от ряда ограничений, характерных для конкретной батареи. Рекурсивно обновляют переменные внутреннего состояния аккумуляторной батареи на основе ее характеристик в процессе зарядки, а также характеристик батарей одного класса, хранящихся в базе данных или полученных по сети. 3 н. и 35 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных системах электрических транспортных средств. Техническим результатом является возможность осуществления в сочетании с электромотором выборочного управления скоростью и восстановления заряда аккумулятора в соответствии с выходными параметрами мотора. Аккумулятор переменной конфигурации содержит по меньшей мере один блок соединенных последовательно аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет положительный и отрицательный полюсы. Полюсы соединены посредством переключателей с соответствующими выходными соединениями. Включение набора переключателей с процессорным управлением изменяет конфигурацию по меньшей мере нескольких аккумуляторных элементов на конфигурацию, в которой напряжение подают на выходные соединения. Выходное напряжение аккумулятора может изменяться от 0 В до максимального напряжения, производимого последовательно соединенными аккумуляторными элементами. Альтернативная конфигурация переключателей разделяет группы последовательно соединенных аккумуляторных элементов на отдельные аккумуляторные блоки, которые позволяют создавать другие конфигурации аккумуляторных элементов. Управление рабочим циклом переключателей позволяет реализовать промежуточное управление выходным напряжением при уменьшенных переходных процессах при переключении. 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам. Устройство управления подачей энергии, установленное на транспортном средстве, содержит: генератор, приводимый в действие двигателем; первый и второй аккумуляторы, соединенные параллельно с генератором; SOC-датчик состояния заряда первого аккумулятора и контроллер заряда. Контроллер управляет зарядкой первого аккумулятора посредством генератора на основе рекуперативной предсказываемой величины, оцениваемой согласно информации о состоянии транспортного средства, когда SOC первого аккумулятора больше определенного порогового значения. Выполняется управление зарядом независимо от рекуперативной предсказываемой величины, когда SOC первого аккумулятора меньше определенного порогового значения. Контроллер получает избыточную величину заряда второго аккумулятора и, когда она больше недостающей величины заряда первого аккумулятора, управляет зарядом на основе рекуперативной предсказываемой величины, несмотря на то, что SOC первого аккумулятора меньше порогового значения. Снижается расход топлива и увеличивается срок службы аккумулятора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование - в области электротехники. Технический результат - обеспечение стабильной величины энергии аккумуляторной батареи. Устройство (100) управления батареей включает в себя: измерительный модуль (110), который индивидуально измеряет величину разрядного тока разряжающейся аккумуляторной батареи из числа множества аккумуляторных батарей, которые независимо заряжаются и разряжаются; модуль (120) вычисления времени, который вычисляет время, требуемое для того, чтобы аккумуляторная батарея имела постоянную емкость батареи для каждой разряжающейся аккумуляторной батареи, на основе номинального значения разрядного тока для каждой аккумуляторной батареи, которое вычисляется на основе величины разрядного тока, и SOC аккумуляторной батареи; модуль (130) вычисления количества, который вычисляет ожидаемое количество аккумуляторных батарей, которые станут полностью заряженными за требуемое время, на основе номинального значения зарядного тока для каждой аккумуляторной батареи, которое вычисляется на основе величины зарядного тока заряжающейся аккумуляторной батареи, SOC аккумуляторной батареи и требуемого времени, и вычисляет суммарное значение ожидаемого количества и существующего количества аккумуляторных батарей, которые уже являются полностью заряженными; и модуль (140) управления, который определяет, повышать ли или нет номинальное значение зарядного тока на основе суммарного значения. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и безопасности эксплуатации зарядной станции. Согласно изобретению зарядная станция встроена в трансформаторную подстанцию с силовым трансформатором и соединена с блоком промышленного логического контроллера, который осуществляет этапы: а) в режиме реального времени считывает информацию об абсолютных значениях фазных токов в цепи на выходе силового трансформатора; б) на основе которой вычисляет суммарную мощность в цепи на выходе силового трансформатора; в) сравнивает вычисленную суммарную мощность с заранее заданным максимальным значением мощности, г) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то вычисляет величину снижения мощности, потребляемой электромобилем, необходимую для выполнения условия не превышения заранее заданного максимального значения мощности; д) если при зарядке электромобиля мощность на выходе силового трансформатора не превышает заранее заданное максимальное значение мощности, то повторяет этапы а)-в); е) вычисляет необходимое снижение величины зарядного тока с учетом заранее определенного количества фаз подключения для зарядки электромобиля; ж) передает на зарядную станцию управляющий сигнал о снижении величины зарядного тока. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование – в области электротехники, транспорта. Технический результат – снижение потерь мощности при работе гибридного и/или электрического транспортного средства. Представлено устройство для зарядки и разрядки электрического устройства в транспортном средстве, содержащее переключатель, первый и второй источники питания, первый и второй контакторы. Первый источник питания выполнен с возможностью подачи низкого напряжения. Переключатель выполнен с возможностью активации/деактивации первого источника питания. Второй источник питания выполнен с возможностью подачи высокого напряжения для зарядки электрического устройства. Первый контактор функционально соединен с первым источником питания и со вторым источником питания, первый контактор выполнен с возможностью активации подачи высокого напряжения вторым источником питания для зарядки электрического устройства в ответ на активацию переключателем первого источника питания. Второй контактор функционально соединен с первым источником питания и со вторым источником питания, второй контактор переходит в разомкнутое состояние в ответ на активацию переключателем первого источника питания. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение компактности и надежности. Согласно изобретению автономный интеллектуальный источник питания содержит по меньшей мере одну батарею, цилиндрическую солнечную батарею из хотя бы двух солнечных элементов, к которой присоединены блоки заряда аккумулятора и конденсатора, к которым в свою очередь присоединены аккумулятор и буферный конденсатор соответственно, причем выходы батареи, цилиндрической солнечной батареи, аккумулятора и буферного конденсатора соединены со входами блока измерения, управления и связи и входами коммутатора, выход которого соединен со входом преобразователя/стабилизатора, выход которого соединен со одним из входов блока измерения, управления и связи, выходы которого соединены с управляющим входом коммутатора и управляющими входами блоков заряда аккумулятора и конденсатора. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение SOC аккумулятора и сокращение периода восстанавливающей зарядки при повышении экономии топлива. Модуль управления зарядкой используется в системе, имеющей двигатель, электрогенератор и аккумулятор, заряженный посредством электрической мощности, вырабатываемой посредством электрогенератора и выполненной с возможностью выполнения управления остановкой для запрещения перезапуска двигателя в состоянии, в котором двигатель остановлен. Устройство управления зарядкой содержит модуль вычисления скорости зарядки и разрядки, вычисляющий скорость зарядки и разрядки, причем скорость зарядки и разрядки представляет собой отношение абсолютного значения интегрированного значения тока зарядки аккумулятора к абсолютному значению интегрированного значения тока разрядки аккумулятора после полной зарядки аккумулятора; модуль выполнения предварительной зарядки, обеспечивающий возможность выполнения управления остановкой, заряжающий аккумулятор посредством электрической мощности, вырабатываемой посредством электрогенератора, и выполняющий предварительную зарядку для увеличения средней оставшейся емкости аккумулятора, причем модуль выполнения предварительной зарядки сокращает период, в течение которого выполняется предварительный заряд, когда вычисленная скорость зарядки и разрядки является высокой, и модуль выполнения восстанавливающей зарядки, выполняющий восстанавливающую зарядку для зарядки аккумулятора посредством электрической мощности, вырабатываемой посредством электрогенератора, без выполнения управления остановкой, после выполнения предварительной зарядки, и предоставляющий возможность полной зарядки аккумулятора. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи состоит из источника питания, ключа, стабилизатора напряжения, стабилизатора тока, управляющего устройства, клемм для подключения аккумуляторной батареи, измерительных преобразователей тока и напряжения, задатчика напряжения и задатчика тока. В устройство дополнительно введен демпфирующий элемент, который включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока. Такое выполнение позволяет ограничить выброс зарядного тока при включении устройства и разгрузить его силовые элементы - источник питания, ключ и стабилизатор тока. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ускоренного заряда никель-кадмиевых батарей, формирования и восстановления их емкости при вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании, регламентных работах. Техническим результатом является увеличение надежности работы устройства заряда и разряда аккумуляторных батарей, снижение требований к емкости буферного накопителя и расширение его функциональных возможностей. Способ включает синхронизированное смещение по времени разрядных импульсов, контроль скорости нарастания тока, а также управление скоростью изменения тока для уменьшения уровня излучаемых помех. В качестве устройства, реализующего способ, использована многоканальная автоматизированная система заряда аккумуляторных батарей с блоком управления режимом асимметричного тока, блоком рекуперации энергии разрядного импульса и разрядного постоянного тока и буферным накопителем энергии. В разрядно-зарядные блоки каждого канала данной системы введены блок синхронизации режима асимметричного тока, блок управления скоростью изменения тока и блок управления режимом работы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2014-10-20 2014-10-19T22:29:34
Наверх