НЕБОРТОВОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электромашиностроению, а именно к области силовой электроники и к области автомобилестроения, в частности к зарядным устройствам высоковольтных аккумуляторных батарей комбинированных энергоустановок.
По мере развития и распространения мобильных устройств все более широкое применение находят вторичные источники тока - аккумуляторные батареи высокой емкости, такие как никель-кадмиевые или никель-гидридные аккумуляторы, используемые в качестве источников питания в портативных персональных компьютерах, устройствах связи, электромобилях, автомобилях с гибридной силовой установкой. Литиевые аккумуляторы, будучи одним из видов аккумуляторов с высокой электрической емкостью, привлекают внимание с точки зрения их использования в электрических колесных транспортных средствах в силу того, что литиевый аккумулятор способен производить больше электрической энергии, нежели аккумуляторы других типов.
Номинальное напряжение литиевого аккумулятора приблизительно в два-три раза больше, чем напряжение никель-кадмиевого или никель-гидридного аккумулятора. Удельная энергия литиевого аккумулятора примерно в три раза выше, чем удельная энергия никель-кадмиевого аккумулятора. К тому же, литиевый аккумулятор имеет малые габариты, вес и высокую эффективность разряда. Аккумулятор может разряжаться даже при относительно низких температурах окружающей среды и давать постоянное напряжение в широком диапазоне температур.
При эксплуатации электромобиля или автомобиля с комбинированной силовой установкой в течение длительного времени, энергия аккумуляторной батареи значительно снижается. В результате возникает необходимость зарядки аккумуляторной батареи, зачастую в ситуациях, когда температурные условия зарядки отличаются от оптимальных. В этой связи, разработка конструкции небортового зарядного устройства с расширенными функциональными возможностями, обеспечивающего быстрый эффективный заряд высоковольтных накопителей энергии, в том числе, при неблагоприятных климатических условиях является особенно актуальной.
Из уровня техники известны зарядные устройства в конструкции которых реализована функция управления температурой внешней окружающей среды аккумулятора.
Например, из опубликованной 31.03.1995 г.заявки JPH 0787673, МПК H02J 7/02, известно зарядное устройство, в котором до начала зарядки аккумулятора устанавливается заданное значение его внешней температуры, так что ухудшения разрядной емкости аккумулятора не возникает.
Зарядка аккумулятора при слишком низких температурах приводит к тому, что из электролита выделяется нежелательный газ. Зарядка аккумулятора при слишком высоких температурах будет сокращать срок его службы.
Из заявки JPH 08185897, МПК H01M 10/50, опубликованной 16.07.1996 известно зарядное устройство, в котором устанавливается нижняя температурная граница, которая равна или выше заданного значения, и устанавливается верхняя температурная граница, которая равна или ниже заданного значения.
Из заявки JPH 08223815, МПК H02J 7/35, H01L 31/04, H01M 10/44 опубликованной 30.08.1996 известно зарядное устройство, в котором осуществляется регулирование внешней температуры аккумулятора, например свинцовой аккумуляторной батареи, путем применения нагревательного устройства с целью предотвратить снижение емкости аккумулятора.
Из опубликованной 26.02.1999 г. заявки JPH 1155869, МПК H02J 7/10, известно зарядное устройство, в котором осуществляется регулирование внешней температуры аккумулятора в заданном интервале температур от 0 до +40°C, с целью не допустить снижения характеристик аккумулятора.
Из заявки JPH 11288744, МПК H01M 10/50, H01M 10/46, опубликованной 19.10.1999, известно зарядное устройство, которое заряжает аккумуляторы при некоторой заданной температуре, одновременно управляя значениями температуры нескольких аккумуляторов, составляющих аккумуляторную батарею, и поддерживая их температуры на том же уровне.
Из патента JP 4543208, МПК H01M 10/44, B64G 1/44, B64G 1/66, H01M 10/48, H01M 10/50, H01M 10/40, от 15.09.2010 известно устройство для заряда литиевых аккумуляторов для применения на искусственных спутниках, которое препятствует замерзанию при низких температурах аккумуляторов с неводным электролитом, и препятствует ухудшению характеристик аккумуляторов при высоких температурах, обеспечивая тем самым стабильные заряд-разрядные характеристики.
Известные устройства обеспечивают заряд никель-гидридных аккумуляторов постоянным током в определенном интервале температур. При этом отсутствует возможность сокращения времени заряда и увеличения срока службы аккумулятора, поскольку число циклов заряда-разряда никель-гидридных аккумуляторов ограничено.
Литиевый аккумулятор, как вторичный источник тока, по своей природе отличается от никель-гидридного аккумулятора. Для сохранения заряд-разрядные характеристик и обеспечения длительного срока службы, литиевый аккумулятор требуется заряжать при условиях, отличающихся от вышеизложенных. Учитывая, что температура саморазогрева при зарядке литиевого аккумулятора относительно невысока, его зарядку при температуре ниже оптимальной, например, из диапазона от +15°C до +35°C, по соображениям сохранения эксплуатационных характеристик, следует проводить низким током.
Задача, реализуемая предлагаемой полезной моделью, направлена на создание небортового зарядного устройства, предназначенного для зарядки литиевых аккумуляторов, например, входящих в состав литиевого батарейного источника питания электромобилей или автомобилей с комбинированной силовой установкой, которое позволяет увеличить скорость заряда батарей, улучшить эксплуатационные характеристики, в частности, долговечность, выраженную числом циклов заряда-разряда.
Технический результат, получаемый в результате использования полезной модели, заключается в преобразовании напряжения подаваемого к батарее электрического накопителя энергии с сохранением оптимальных температурных условий заряда батарей с использованием устройства управления.
Технический результат достигается тем, что в небортовом зарядном устройстве содержащем корпус, установленные в этом корпусе печатные платы, радиатор, крышку, вентилятор, входную цепь питания от внешнего источника, линию передачи цифровых данных и выходную линию заряда высоковольтной батареи электрического накопителя энергии, радиатор выполнен с внешними ребрами охлаждения, близким по форме к параллелепипеду, с основанием, повторяющим контур силовой платы, на которой размещены электрически соединенные радиоэлектроэлементы входного фильтра, выпрямителя, схемы плавного заряда сглаживающего фильтра, драйверов, ключей, трансформатора, выпрямителя, выходного фильтра, датчика температуры устройства, выход которого подключен к вентилятору, присоединена плата вспомогательного источника напряжения содержащая радиоэлектроэлементы сглаживающего фильтра, широтно-импульсного модулятора, а также плата управления содержащая радиоэлектроэлементы стабилизаторов обратной отрицательной связи по току и по напряжению, присоединена плата контроллера содержащая радиоэлектроэлементы микроконтроллера и импульсного преобразователя DC-DC, при этом выходная линия устройства выполнена объединенной в стандартный разъем с силовой линией передачи заряда к высоковольтной батарее электрического накопителя энергии с возможностью передачи данных по шине CAN, а крышка, установленная над радиатором, содержит сквозное отверстие и крепежные элементы предназначенные для установки вентилятора.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах:
на фиг. 1 показан общий вид небортового зарядного устройства
на фиг. 2 показана схема функциональной структуры небортового зарядного устройства;
на фиг. 3 показана схема соединения печатных плат небортового зарядного устройства;
на фиг. 4 показан вид продольного сечения небортового зарядного устройства;
на фиг. 5 показан общий вид радиатора;
на фиг. 6 показан общий вид корпуса;
на фиг. 7 показан вид сверху на небортовое зарядное устройство.
Небортовое зарядное устройство содержит корпус 1, установленные в этом корпусе 1 печатные платы 2, 3, 4, 5, радиатор 6, крышку 7, вентилятор 8, входную цепь питания от внешнего источника 9, линию передачи цифровых данных 10 и выходную линию заряда 11 высоковольтной батареи электрического накопителя энергии (не показана). Радиатор 6 небортового зарядного устройства выполнен с внешними ребрами охлаждения 12, близким по форме к параллелепипеду, с основанием, повторяющим контур силовой платы 2, на которой размещены электрически соединенные радиоэлектроэлементы входного фильтра 13, выпрямителя 14, схемы плавного заряда сглаживающего фильтра 15, драйверов 16, ключей 17, трансформатора 18, выпрямителя 19, выходного фильтра 20, датчика температуры 21 устройства, выход которого подключен к вентилятору 8, присоединена плата вспомогательного источника напряжения 3 содержащая радиоэлектроэлементы сглаживающего фильтра 22, широтно-импульсного модулятора 23, а также плата управления 4 содержащая радиоэлектроэлементы стабилизаторов обратной отрицательной связи 24 по току и по напряжению, присоединена плата контроллера 5 содержащая радиоэлектроэлементы микроконтроллера и импульсного преобразователя DC-DC, при этом, выходная линия устройства выполнена объединенной в стандартный разъем 25 с силовой линией передачи заряда 11 к высоковольтной батарее электрического накопителя энергии с возможностью передачи цифровых данных по шине CAN 10, а крышка 7, установленная над радиатором 6, содержит сквозное отверстие и крепежные элементы 26 предназначенные для установки вентилятора 8.
Устройство по полезной модели работает следующим образом.
Схема небортового зарядного устройства представляет собой импульсную инверторную схему с преобразованием на высокой частоте с применением тороидальных дросселей и трансфюрматора. Сетевое напряжение подается в устройство по силовому кабелю электрической энергии 9 от внешнего источника переменного тока на входной фильтр 20, который обеспечивает фильтрацию помех, генерируемых устройством во внешнюю сеть, далее через выпрямитель сетевого напряжения 14 на схему плавного заряда сглаживающего фильтра 15. В качестве схемы формирующей импульсы запуска драйверов 16 используется контроллер широтно-импульсной модуляции 23, к которому подключены датчик температуры 21 и стабилизатор с отрицательной обратной связью 25 по току и напряжению. Плата контроллера 5 обеспечивает управление устройства по шине CAN 10, получая команды с блока управления высоковольтной батареи электрического накопителя энергии (не показана). При повышении температуры небортового зарядного устройства выше значений диапазона оптимальных температур зарядки, например, от +15°C до +35°C, производится включение исполнительного устройства вентиляции, например, осевого вентилятора 8, смонтированного на крышке 7, установленной над радиатором 6 с внешними ребрами охлаждения 12, выполненным близким по форме к параллелепипеду с основанием повторяющим контур силовой платы 2, элементы которой, в процессе работы, являются основным источником тепловой нагрузки. За счет конструкции устройства производится эффективный теплоотвод и сохраняются оптимальные температурные условия для заряда высоковольтной батареи электрического накопителя энергии.