УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для заряда электрохимических источников тока, а именно аккумуляторных батарей для автомобилей.
Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи [RU 2126581 С1, Мкл 6 H02J 7/00] содержащее источник постоянного тока и блок управления.
Известна система для заряда аккумуляторной батареи [RU 2013842 С1, Мкл 5 H02J 7/00], содержащая источник постоянного тока, схему (блок) управления.
Наиболее близким техническим решением является устройство для заряда аккумуляторной батареи [RU 2072605 С1, Мкл 6 H02J 7/00], содержащее управляемый источник постоянного тока, отрицательный вывод которого через датчик тока соединен с одноименным выводом аккумуляторной батареи.
Недостатки данных устройств
- Управление осуществляется через дополнительный силовой элемент, в результате чего имеют место дополнительные потери мощности
- Не обеспечивается автоматизированный режим заряда аккумуляторных батарей.
Техническим результатом заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение заряда аккумулятора непосредственно от управляемого источника постоянного тока и различных режимов заряда (заряд при постоянном напряжении, при постоянном токе и автоматизированном режиме - автоматический переход от режима заряда постоянства тока к режиму постоянства напряжения), что в свою очередь снижает трудоемкость по обслуживанию аккумуляторных батарей и увеличение их срока службы.
Этот технический результат достигается тем, что известное устройство для заряда аккумуляторов, содержащее управляемый источник тока, отрицательный вывод которого через датчик тока соединен с одноименным выводом аккумулятора, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит блок управления, задатчик тока и задатчик напряжения выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами блока управления третий вход которого соединен с выходом датчика тока, группа выходов блока управления соединена с группой входов управляемого источника тока, положительный выход которого одновременно соединен с через коммутирующий элемент с положительным
выводом аккумуляторной батареи и непосредственно с четвертым входом блока управления.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается наличием новых конструктивных элементов и связей между ними. Эти конструктивные решения направлены на достижение поставленных технических результатов. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что новые элементы, введенные в заявляемое техническое решение, в отдельности известны или выполнены с помощью известных устройств. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы известного устройства, проявляют новые свойства, направленные на возможность получения технического результата, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные" отличия.
Представлены следующие графические материалы:
Фиг.1. Схема зарядного устройства.
Фиг.2. Пример выполнения блока управления.
Фиг.3. Пример исполнения управляемого источника тока.
На фиг.1 представлено устройство для зарядки аккумуляторов содержащее управляемый источник постоянного тока 1, отрицательный вывод которого через датчик 4 тока соединен с одноименным выводом аккумуляторной батареи 7, положительный вывод которой, через коммутирующий элемент 6 соединен с одноименным выходом управляющего источника тока 1, группа управляющих входов которого соединена с группой выходов блока 5 управления первый, второй, третий и четвертый входы блока 5 управления соединены соответственно с выходами задатчика тока 2, задатчика напряжения 3, датчика тока 4 и положительным выходом управляемого источника тока 1.
На фиг.2 представлен пример выполнения задатчика 2 тока, задатчика 3 и блока 5 управления он содержит два суммирующих интегратора, выполненных на операционных усилителях 8 и 9, генератор прямоугольных импульсов, состоящий из двухполупериодного выпрямителя 14 и компаратора выполненного на операционном усилителе 10. генератор пилообразного напряжения выполненного на интеграторе - операционный усилитель 11, два компаратора - инвертирующий на операционном усилителе 12 и суммирующий выполненный на операционном усилителе 13, второго генератора прямоугольных импульсов выполненных на компараторах - операционные усилители 15 и 16, два транзисторных
ключа 17 и 18 и двух оптических пар 19 и 20, служащих для гальванической развязки силовой и управляющих цепей.
На фиг.3 приведен пример выполнения управляемого источника тока 1, представляющий собой силовой трансформатор 21 выпрямительный мост 22, состоящий из двух диодов и двух тиристоров.
Устройство для заряда аккумуляторов работает следующим образом.
Имеются три основных режима работы:
1. Заряд по способу постоянства напряжения.
2. Заряд по способу постоянства зарядного тока.
3. Заряд комбинированным способом в автоматическом режиме. В этом режиме заряд осуществляется в два этапа. Ток заряда на первом этапе Iзар. И конечное напряжение U зар.кон. (напряжение при котором происходит автоматический переход на второй этап заряда) определяются из инструкции по эксплуатации заряжаемых аккумуляторных батарей и их фактического состояния.
Принцип работы устройства основан на автоматическом регулировании зарядного тока и напряжения. Основную роль в этом процессе играет блок 5 управления. Принцип его работы (алгоритм) следующий. На первый и второй входы этого блока подаются управляющие напряжения пропорциональные соответственно зарядному току и напряжению, которое должно обеспечивать заявляемое устройство. Эти напряжения снимаются соответственно с задатчиков тока 3 и напряжения 2. Кроме того на третий и четвертый входы блока 5 подаются напряжения обратной связи пропорциональные соответственно фактическим зарядному току и напряжению имеющим место в любой момент времени при зарядке аккумуляторной батареи. Напряжение пропорциональное зарядному току снимается с выхода датчика тока 4. который может быть выполнен, например в виде шунта, напряжение пропорциональное фактическому напряжению заряда аккумуляторной батареи 7 снимается непосредственно с вывода положительной полярности источника постоянного тока 1. Очевидно, что ток заряда аккумуляторной батареи определяется уровнем ее заряда и напряжением, приложенным к ее выводам, следовательно, регулировка тока заряда будет определяться регулировкой выходного напряжения источника постоянного тока 1.
Пример выполнения источника 1 постоянного тока приведен на фиг.3. В данном примере он в качестве управляющих элементов выбраны два тиристора. Поэтому группа входов источника состоит из двух входов. Для более глубокого управления в выпрямительном мосту могут быть использованы все четыре тиристора, тогда группа входов будет состоять из четырех входов. Тиристоры открываются при поступлении на его управляющие входы импульса напряжения и чем больше длительность этого импульса в течении
периода переменного напряжения тем дольше тиристор будет пропускать ток, а следовательно и на нагрузке этого источника в данном случае аккумуляторе будет большее напряжение и зарядный ток. При отсутствии управляющих импульсов и отключенной аккумуляторной батарее напряжение на выходе источника будет близким к нулю, а при длительности импульсов близкой длительности одного полупериода будет максимальным. Таким образом, на выходах блока 2 управления в зависимости от напряжений на его входах длительность управляющих импульсов будет изменяться от 0 до значения одного полупериода.
При напряжениях с задатчиков 2 и 3 равными нулю на выходах блока 2 импульсы управления будут отсутствовать. И зарядный ток будет равен нулю.
1. Заряд по способу постоянства напряжения. При заряде по способу постоянства напряжения с помощью коммутирующего элемента 6 к источнику 1 постоянного тока подключается аккумуляторная батарея, следовательно напряжение обратной связи на четвертом входе блока 5 управления по напряжению будет соответствовать напряжению аккумуляторной батареи и напряжение на выходе управляемого источника постоянного тока 1 не будет превышать напряжения батареи 7, ток заряда при этом будет равным нулю. Затем с помощью задатчика тока 3 устанавливается максимальное по абсолютной величине напряжение, что соответствует максимально возможному току заряда. В этом случае на выходах блока 2 управления появятся импульсы управления по длительности обеспечивающие напряжение с выхода управляемого источника питания равного напряжению аккумуляторной батареи 7, ток заряда при этом будет также равен нулю. Установка начального тока заря осуществляется задатчиком 2 установки напряжения. Другими словами на выходе источника 1 тока выставляется напряжение превышающее напряжение аккумуляторной батареи. Для этого с помощью задатчика 2 напряжения устанавливается такое напряжение на выходе управляемого источника 1 тока, при котором обеспечивается необходимый зарядный ток. Далее по мере заряда аккумуляторной батареи 7 напряжение на ней увеличивается, следовательно, уменьшается зарядный ток, при этом напряжение на выходе управляемого источника 1 тока будет оставаться неизменным. За счет наличия обратной связи по напряжению четвертом на входе блока 5 управления. При этом обратная связь по току влияния оказывать не будет, т.к. изначально выставлен максимально возможное значение тока.
2. Заряд по способу постоянства тока. При заряде по способу постоянства тока процесс аналогичен предыдущему, только в начале на максимальное значение устанавливается задатчик 2 напряжения, следовательно, имеется возможность регулировать ток от максимального определяемого разностью напряжения управляемого источника тока 1 и аккумуляторной батареи 7 до нулевого. В этом случае с помощью задатчика 3 тока устанавливается
необходимый зарядный ток, определяемый напряжением с задатчика 3 тока на первом входе блока 5 управления, которое сравнивается с напряжением с датчика 4 тока. В результате на выходах блока 2 формируется такая длительность управляющих импульсов, при которой выходное напряжение управляемого источника питания 1 соответствует заданному току. По мере заряда аккумуляторной батареи 7 напряжение на ней увеличивается, тогда для поддержания зарядного тока неизменным, автоматически происходит увеличение напряжения на выходе управляемого источника тока 1 до его максимально возможного значения.
При комбинированном автоматическом заряде устройство работает следующим образом. До подключения аккумуляторной батареи 7 к источнику постоянного тока 1 задатчик тока 3 устанавливается в положение, соответствующее максимальному зарядному току. Это необходимо, для того чтобы на выходах блока 5 управления появились управляющие импульсы, в результате чего на выходе управляемого источника тока 1 появляется напряжение. Затем с помощью задатчика 2 напряжения устанавливается конечное напряжение, при котором произойдет переход от заряда по методу постоянства зарядного тока к методу заряда постоянства зарядного напряжения. Далее оператор с помощью коммутирующего элемента 6 подключает к управляемому источнику тока 1 аккумуляторную батарею 7 и с помощью задатчика тока 3 устанавливает необходимый ток заряда, при этом на выходе управляемого источника тока 1 напряжение возрастает до значения обеспечивающего установленный задатчиком 3 ток заряда. По мере заряда аккумуляторной батареи ее напряжение будет увеличиваться, для поддержания неизменным установленного тока заряда будет возрастать и напряжение на выходе управляемого источника тока 1 (см. пункт 2). Этот рост будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на выходе управляемого источника тока 1 не достигнет значения конечного напряжения выставленного до подключения аккумуляторной батареи. Далее процесс заряда аккумуляторной батареи 7 происходит по методу постоянства напряжения как описано в пункте 1.
Таким образом, данное техническое решение позволяет получить технические результаты: а именно обеспечение заряда аккумулятора непосредственно от управляемого источника постоянного тока и различных режимов заряда, что в свою очередь снижает трудоемкость по обслуживанию аккумуляторных батарей и увеличение их срока службы.