Устройство для заряда и десульфатации аккумуляторов
DEVICE FOR CHARGING AND DESULPHATING ACCUMULATORS

Изобретение относится к электротехнической области техники, а именно, к устройствам заряда аккумуляторов асимметричным током и может быть использована во всех областях народного хозяйства.
Известно устройство для заряда химического источника тока асимметричным током, включающее аккумулятор, зарядную и разрядную цепи с возможностью чередования импульсов, управляемых с помощью транзисторов и стабилитронов [RU №2006132, кл. H02J/10, опубл. 01.05.1994]. Устройство гарантирует получение на выходе стабильного тока с заданной асимметрией и определенным соотношением между длительностями зарядных и разрядных импульсов.
Однако разрядная цепь непрерывно подключена к аккумулятору, отчего при прохождении зарядных импульсов часть энергии теряется в разрядной цепи, поэтому КПД устройства невысок. В данном устройстве десульфатация осуществляется на частоте напряжения питающей сети, так как нет блока регулировки. Кроме того, в устройстве отсутствует защита от переполюсовки, перегрева и несанкционированного отключения входного напряжения, что значительно понижает надежность работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для заряда аккумуляторов [SU №1167684, кл. H02J/10, опубл. 15.07.1985], содержащее две входные клеммы для подключения источника питания и две выходные клеммы для подключения к аккумулятору, мультивибратор, зарядную цепь, включенную между источником питания и выходными клеммами, разрядную цепь, одним выводом соединенную с выходной клеммой, а другим с линией входа аккумулятора. При этом мультивибратор, выполненный на биполярных транзисторах, а также полевые транзисторы с возможностью регулирования периода и скважности импульсов ассиметричного тока. Заряд аккумулятора происходит за счет автоматического переключения устройства в режимы заряда и разряда с определенным отношением времени протекания импульса тока в прямом и обратном направлении.
Недостатком этого устройства является низкая надежность работы устройства из-за отсутствия защиты от перегрева и подключения неисправного аккумулятора. Кроме того, использование блока фазоимпульсного управления двухполупериодным выпрямителем тока заряда, работающего от сети переменного напряжения, что не позволяет устройству работать от источника постоянного напряжения и исключает использование альтернативных источников энергии.
Проблемой изобретения является создание устройства для заряда и десульфатации аккумуляторов с возможностью использования источников как переменного, так и постоянного напряжения и создание нового алгоритма защиты устройства.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства.
Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что устройство для заряда и десульфатации аккумуляторов асимметричным током содержит две входные клеммы для подключения источника питания и две выходные клеммы для подключения к аккумулятору, мультивибратор, зарядную цепь, включенную между источником питания и выходными клеммами, разрядную цепь, одним выводом соединенную с выходной клеммой, а другим с линией входа аккумулятора. Согласно изобретению устройство дополнительно включает параллельно мультивибратору блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения, включающую реле, диод и индикатор, при этом мультивибратор содержит блок силового коммутатора с возможностью коммутации постоянного и переменного напряжения, а также в мультивибратор включены времязадающие цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов с возможностью регулировки частоты и скважности колебаний, и интегрирующие цепи с возможностью стабилизации частоты колебаний.
Блок силового коммутатора включает реле, диод с возможностью защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакт для подключения зарядной и разрядной цепей.
Блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения выполнен на основе электромагнитного реле и блок защиты от перегрева на термопредохранителях, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную.
В качестве индикатора блока защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения используют светодиод, включенный параллельно обмотке электромагнитного реле.
Зарядная цепь через зарядные резисторы связана с аккумулятором, при этом содержит переключатель с возможностью регулировки амплитуды зарядного тока.
Разрядная цепь содержит RC-цепь для регулировки амплитуды и резистор для разряда конденсатора.
Дополнительное включение в устройство параллельно мультивибратору блока защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения, содержащего реле, диод и индикатор, обеспечивает совершенствование алгоритма защиты устройства.
Введение в мультивибратор блока силового коммутатора с целью коммутации постоянного и переменного напряжения позволяет реализовать возможность использования источников как переменного, так и постоянного напряжения, то есть альтернативных источников энергии (например, солнечных батарей и ветрогенераторов).
Включение в мультивибратор времязадающих цепей, состоящих из резисторов и конденсаторов с возможностью регулировки частоты и скважности колебаний, и интегрирующих цепей с возможностью стабилизации частоты колебаний позволяет создать устройство для заряда и десульфатации аккумуляторов с необходимыми параметрами зарядной и разрядной составляющих асимметричного тока.
Выполнение блока силового коммутатора в виде реле, диода для защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакта для подключения зарядной и разрядной цепей обеспечивает реализацию возможности использования наряду с источниками переменного напряжения альтернативных источников энергии.
Выполнение блока защиты от подключения неисправного аккумулятора на основе биполярных транзисторов, входящих в состав мультивибратора, и блока защиты от перегрева на термопредохранителях, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную, обеспечивает повышение надежности работы устройства.
Использование в качестве индикатора блока защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения светодиода, включенного параллельно обмотке электромагнитного реле, позволяет установить момент срабатывания защиты.
Соединение зарядной цепи через зарядные резисторы с аккумулятором, при этом включение переключателя с возможностью регулировки амплитуды зарядного тока обеспечивает задание необходимых параметров зарядной составляющей асимметричного тока.
Содержание в разрядной цепи RC-цепи для регулировки амплитуды и резистора для разряда конденсатора необходимо для задания требуемых параметров разрядной составляющей асимметричного тока.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит две входные клеммы 1 и 2 для подключения источника питания и две выходные клеммы 3 и 4 для подключения к аккумулятору, мультивибратор 5 и блок силового коммутатора 6, расположенный в правой части мультивибратора 5, зарядную цепь 7, включенную между источником питания и выходными клеммами, разрядную цепь 8, одним выводом соединенную с выходной клеммой, а другим с линией входа аккумулятора, и блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения 9, подключенный параллельно мультивибратору 5.
Мультивибратор 5 содержит два биполярных транзистора 10 и 11 для формирования электрических колебаний и управления силовым коммутатором 6. Для регулировки частоты и скважности колебаний в мультивибратор 5 включены времязадающие цепи, состоящие из резисторов 12, 13 и конденсаторов 14, 15. Для стабилизации частоты колебаний в мультивибратор 5 включены интегрирующие цепи 16 и 17.
Силовой коммутатор 6 состоит из электромагнитного реле 18 для формирования импульсов зарядного и разрядного тока, диода 19 для защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакта 20 для подключения зарядной и разрядной цепей 7 и 8.
Зарядная цепь 7 служит для подачи зарядного импульса на аккумулятор через зарядные резисторы 21, 22 и содержит переключатель 23 для регулировки амплитуды зарядного тока.
Разрядная цепь 8 служит для подачи разрядного импульса с аккумулятора, содержит RC - цепь 24 для регулировки амплитуды и резистор 25 для разряда конденсатора.
Для индикации заряда и разряда служат светодиоды 26, 27.
Блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения 9 представляет собой релейную защиту, исключающую возможность разряда аккумулятора на внутреннее сопротивление устройства, содержит реле 28 для отключения аккумулятора от нагрузок, диод 29 для защиты устройства от ЭДС самоиндукции и светодиод 30 для индикации включения устройства.
Диоды 31-34, включенные в цепях последовательно элементам, служат для защиты от возможных переполюсовок.
Защита от перегрева выполнена на двух термопредохранителях 35 и 36, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную.
Устройство работает следующим образом.
Напряжение подается с источника питания через блок защиты от несанкционированного отключения входного напряжения 9 на мультивибратор 5 и силовой коммутатор 6. При подаче питания в схему мультивибратора 5 возникают автоколебания. Мультивибратор 5 на двух биполярных транзисторах 10 и 11 управляет силовым коммутатором 6 с целью генерации асимметричного тока. Управление осуществляется следующим образом.
При подключении аккумулятора к выходным клеммам возбуждается мультивибратор 5. Во время прохождения импульса через правую часть мультивибратора 5 включается реле 18 силового коммутатора 6, его контакт 20 соединяет аккумулятор с источником питания через зарядную цепь 7, и на аккумулятор поступает зарядный импульс через зарядные резисторы 21, 22. Мощный резистор исключает большой ток, нагрев и выделение водорода при заряде и десульфатации аккумулятора. Для регулировки амплитуды зарядного тока в зависимости от емкости заряжаемого аккумулятора предусмотрен переключатель 23. Индикация заряда осуществляется посредством светодиода 26.
При переходе мультивибратора 5 в другое состояние в момент отсутствия импульса в правой части - контакт 20 реле 18 силового коммутатора 6 соединяет аккумулятор с разрядной цепью 8 и от аккумулятора поступает разрядный импульс. Регулировки амплитуды разрядного тока осуществляет RC-цепь второго рода 24. Для разряда конденсатора служит резистор 25. Индикация разряда осуществляется посредством светодиода 27. Контакт 20 заряда-разряда управляется биполярным транзистором 11. Данные процессы чередуются с частотой работы мультивибратора 5 около 1 Гц.
Заряд аккумуляторной батареи происходит за счет автоматического переключения устройства в режимы заряда и разряда с определенным соотношением времени протекания импульса тока в прямом и обратном направлении. Это осуществляется посредством времязадающих цепочек в правой и левой частях мультивибратора 5, реализованных на резисторах 12, 13 и конденсаторах 14, 15. Для стабильности частоты импульсов в широких пределах периода и скважности при малых значениях хронирующих конденсаторов 14 и 15 с температурной стабильностью частоты, не зависимой от выбора хронирующих резисторов 12 и 13, в схему мультивибратора 5 дополнительно введены интегрирующие цепи 16 и 17 для подавления дифференциальных токов.
Блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения 9 представляет собой релейную защиту, которая исключает возможность разряда аккумулятора на внутреннее сопротивление устройства при перебоях питания, в случае длительной эксплуатации устройства в автоматическом режиме заряда и десульфатации. Работает следующим образом - когда происходит несанкционированное отключение, отключается реле 28, отсоединяя аккумулятор от всех нагрузок. Диод 29 реализует защиту устройства от импульсов ЭДС самоиндукции. Индикация включения устройства осуществляется посредством светодиода 30.
Мультивибратор 5 разделен на две части - левая часть подключена к источнику питания, а правая часть к аккумулятору - таким образом, осуществляется защита от короткого замыкания и от переполюсовки полярности зарядной цепи 7. В случае отключения устройства от аккумулятора - напряжение перестает подаваться на правую часть, генерация колебаний в мультивибраторе 5 срывается и силовой коммутатор 6 выключается, обесточивая выходные провода, - короткое замыкание обесточенных проводов не представляет опасности. В случае переполюсовки полярности зарядной цепи 7 - закрывается диод 34, включенный последовательно с правой частью мультивибратора 5, и генерация колебаний в нем не возбуждается. В случае верного подключения выходных проводов устройства к аккумулятору - напряжение аккумулятора запускает мультивибратор 5 и работа устройства возобновляется. В случае использования источника постоянного напряжения - диод 33, включенный последовательно с левой частью мультивибратора 5, защищает его от возможной переполюсовки источника напряжения, а диод 31, включенный последовательно с блоком защиты 9, защищает устройство от возможной переполюсовки источника напряжения. Диод 32, включенный последовательно с разрядной цепью 8, защищает конденсатор RC-цепи второго рода 24 от переполюсовки аккумулятора.
Осуществление защиты от подключения неисправного аккумулятора реализуется с помощью мультивибратора 5. В случае попытки подключить устройство к глубоко разряженному или засульфатированному аккумулятору в мультивибраторе 5 не возникнут колебания - устройство не включится, светодиод индикации заряда 26 не засветится, просигнализировав о том, что аккумулятор не подлежит восстановлению.
Защита от перегрева выполнена на двух термопредохранителях 35 и 36, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную. В случае если температура внутри корпуса устройства превысит безопасный предел - термопредохранители сработают, обеспечив защиту.
Изобретение находится на стадии лабораторных исследований.