УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ САМОРАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
DEVICE TO COMPENSATE SELF-DISCHARGE OF ACCUMULATOR BATTERIES

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах для подзаряда аккумуляторных батарей, находящихся на хранении, с целью компенсации их саморазряда.
Известна установка для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей, (Свинцово-кислотные стартерные аккумуляторные батареи. Руководство. - М.: Воениздат, 1983), содержащая стабилизатор напряжения, выпрямитель и ответвительные коробки для подключения батарей, находящихся на хранении, в которой заряд батарей осуществляется токами фиксированных значений 50, 100 или 150 мА.
Недостатками данной установки являются отсутствие защиты от коротких замыканий, неточная компенсация саморазряда, так как на все батареи подается одинаковое напряжение, а фиксированные значения токов подзаряда не позволяют установить их равными току саморазряда. Кроме того, в данной установке отсутствует корректировка уровня зарядного напряжения в зависимости от температуры окружающей среды, что также снижает точность компенсации саморазряда. Все это снижает срок службы аккумуляторных батарей, так как одни батареи перезаряжаются, другие - недозаряжаются. Это требует систематического периодического контроля за состоянием батареи, что снижает эксплуатационные свойства установки. Эта установка так же требует постоянного контроля по требованиям безопасности, так как питается от сети 220В.
Известно устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей (Патент РФ №2006133 C1 H02J 7/18 от 15.01.94. Бюл. №1), содержащее выпрямитель, к выходу которого подсоединены входы ответвительных коробок, на выходы которых, подключаются аккумуляторные батареи, находящиеся на хранении, стабилизатор напряжения, подстроенный потенциометр, диод температурной компенсации, схему защиты от коротких замыканий. Это устройство так же питается от сети 220В, что требует систематического контроля от обслуживающего персонала. Кроме того, все батареи питаются от общего выпрямителя, что требует создания электросетей для подключения батарей, что существенно уменьшает сферу применения установки.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей (заявка №2011153943/07. 29.12.11, опубл. 20. 07. 2013 г. Бюл. №20), содержащее фотоэлемент в качестве источника тока, диод защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, последовательно соединенные дроссель и диод, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента и анодом диода защиты; накопительный элемент, включенный между анодом диода защиты и минусовой шиной устройства; коммутирующий транзистор, включенный между средней точкой соединения дросселя и диода, и минусовой шиной устройства, пороговое устройство и задающий генератор импульсов, выходы которых соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента. Недостатком данного устройства является низкая надежность, так как устройство может выйти из строя при коротком замыкании его выхода.
Технический результат направлен на повышение надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей, содержащее фотоэлемент в качестве источника тока, диод защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, последовательно соединенные дроссель и диод, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента и анодом диода защиты; накопительный элемент, включенный между анодом диода защиты и минусовой шиной устройства; коммутирующий транзистор, включенный между средней точкой соединения дросселя и диода и минусовой шиной устройства; пороговое устройство и задающий генератор импульсов, выходы которых соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента, дополнительно введена схема защиты от коротких замыканий, включающая в себя управляющий транзистор, включенный между дросселем и диодом; резистор, включенный между базой управляющего транзистора и плюсовым выводом фотоэлемента; пороговый транзистор, коллектор которого соединен с базой управляющего транзистора, а эмиттер с анодом диода, катод которого соединен с плюсовой клеммой устройства и последовательно соединенные второй резистор и два диода, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента и минусовой шиной, а средняя точка между вторым резистором и диодами соединена с базой порогового транзистора.
Отличительными признаками является то, что в устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей, содержащее фотоэлемент в качестве источника тока, диод защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, последовательно соединенные дроссель и диод, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента и анодом диода защиты; накопительный элемент, включенный между анодом диода защиты и минусовой шиной устройства; коммутирующий транзистор, включенный между средней точкой соединения дросселя и диода и минусовой шиной устройства; пороговое устройство и задающий генератор импульсов, выходы которых соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента, введена схема защиты от коротких замыканий, включающая в себя управляющий транзистор, включенный между дросселем и диодом; резистор, включенный между базой управляющего транзистора и плюсовым выводом фотоэлемента; пороговый транзистор, коллектор которого соединен с базой управляющего транзистора, а эмиттер с анодом диода, катод которого соединен с плюсовой клеммой устройства; и последовательно соединенные второй резистор и два диода, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента и минусовой шиной, а средняя точка между вторым резистором и диодами соединена с базой порогового транзистора.
Введение указанных элементов повышает надежность устройства, так как защищает элементы схемы в случае короткого замыкания выхода устройства.
На рисунке представлена схема устройства для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей.
Устройство содержит фотоэлемент 1 в качестве источника тока; диод 2 защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, между плюсовым выводом фотоэлемента 1 и анодом диода 2 защиты включены последовательно соединенные дроссель 3, управляющий транзистор 4 схемы защиты 5 и диод 6, а между анодом диода 2 и минусовой шиной 7 устройства включен накопительный элемент 8; резистор 9, включенный между базой управляющего транзистора 4 и плюсовым выводом фотоэлемента 1; пороговый транзистор 10 схемы защиты 5, коллектор которого соединен с базой управляющего транзистора 4, а эмиттер с анодом диода 11, катод которого соединен с плюсовой клеммой 12 устройства; последовательно соединенные второй резистор 13 и два диода 14 и 15, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента 1 и минусовой шиной 7, а средняя точка между вторым резистором 13 и диодами 14, 15 соединена с базой порогового транзистора 10. Между средней точкой соединения управляющего транзистора 4 и диода 6 и минусовой шиной 7 включен коммутирующий транзистор 16, к базе которого подключены выходы задающего генератора 17 и порогового устройства 18, состоящего из резистора 19, потенциометра 20, стабилитрона 21, диода 22, резистора 23, транзистора 24, причем на входе порогового устройства 18 включен регулируемый делитель напряжения из резистора 19 и потенциометра 20, подключенный параллельно накопительному элементу 8. Между средней точкой соединения резистора 19 и потенциометра 20 и минусовой шиной 7 включены последовательно соединенные стабилитрон 21, диод 22 и резистор 23, подключенный параллельно переходу база-эмиттер транзистора 24. Выход порогового устройства 18 через коллектор транзистора 24 подключен к базе коммутирующего транзистора 16. Резистор 25 задает смещение на базе коммутирующего транзистора 16. Аккумуляторная батарея 26 подключается к устройству между плюсовой клеммой 12 и минусовой шиной 7.
Устройство работает следующим образом. Фотоэлемент 1 вырабатывает напряжение, которое при открытом состоянии управляющего транзистора 4 и коммутирующего транзистора 16 вызывает ток через дроссель 3. Коммутирующий транзистор 16 периодически открывается и закрывается под действием управляющих импульсов задающего генератора 17. В момент закрытия коммутирующего транзистора 16 на дросселе 3 наводится ЭДС, по величине значительно большая напряжения фотоэлемента 1. Под действием ЭДС дросселя 3 заряжается накопительный элемент 8 через диод 6. Диод 4 исключает разряд накопительного элемента 8 через фотоэлемент 1. В качестве накопительного элемента используются конденсаторы большой емкости или ионисторы. Величина напряжения заряда накопительного элемента выставляется с помощью потенциометра 20 порогового устройства 18. Как только напряжение на накопительном элементе 8 достигнет требуемой величины, стабилитрон 21 пробивается, транзистор 24 открывается, а коммутирующий транзистор 16 закрывается и заряд накопительного элемента 8 прекращается. Диод 2 защищает схему устройства от инверсного включения аккумуляторной батареи. Диод 22 имеет температурный коэффициент для увеличения напряжения на накопительном элементе 8 при понижении температуры с целью лучшего заряда аккумуляторной батареи.
При коротком замыкании выхода устройства пороговый транзистор 10 открывается, шунтируя базу управляющего транзистора 4, последний закрывается, прекращая ток через дроссель 3 и диоды 6 и 2, тем самым защищая их от токов короткого замыкания и выхода из строя.
На заряд для компенсации саморазряда устанавливаются исправные аккумуляторные батареи в заряженном состоянии. С помощью потенциометра 20 устанавливают уровень напряжения на накопительном элементе 8, равный ЭДС заряженной батареи. Соответствующий уровень напряжения определяют по нулевым показаниям миллиамперметра, который включается последовательно с подключением батареи к выходу устройства, а затем отключается.
Затем в процессе саморазряда батареи величина ЭДС снижается, и она начинает заряжаться от накопительного элемента 6, напряжение на нем тоже снижается, что приводит к закрытию стабилитрона 21 и транзистора 24. При этом начинает работать задающий генератор 17 и переключаться коммутирующий транзистор 16, а на дросселе 3 наводится ЭДС, что приводит к заряду накопительного элемента 8 до установленного уровня.
Таким образом, введение в устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей дополнительных элементов: схемы защиты от коротких замыканий, включающую в себя управляющий транзистор, включенный между дросселем и диодом; резистор, включенный между базой управляющего транзистора и плюсовым выводом фотоэлемента; пороговый транзистор, коллектор которого соединен с базой управляющего транзистора, а эмиттер с анодом диода, катод которого соединен с плюсовой клеммой устройства; и последовательно соединенные второй резистор и два диода, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента и минусовой шиной, а средняя точка между вторым резистором и диодами соединена с базой порогового транзистора, что защищает элементы схемы при коротком замыкании выхода устройства и повышает его надежность.
Технико-экономическое обоснование на предлагаемое изобретение «Устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей»
Предлагаемое изобретение является новым изделием для технического обслуживания стартерных аккумуляторных батарей и может быть применено в устройствах для подзаряда аккумуляторных батарей, находящихся на хранении, с целью компенсации их саморазряда.
Предлагаемое устройство позволяет производить компенсацию саморазряда стартерных аккумуляторных батарей от автономного источника тока на фотоэлементах и позволяет производить индивидуальную настройку компенсации саморазряда для каждой батареи. Использование предлагаемого устройства в сравнении с прототипом повышает надежность устройства, что значительно увеличивает его ресурс и обеспечивает экономический эффект.
Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает работоспособность и сохранение ресурса аккумуляторных батарей, а это обеспечивает готовность к использованию автомобильной техники и снижает затраты на техническое обслуживание.