СИСТЕМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Система заряда аккумуляторных батареи.
Предложение относится к технике заряда аккумуляторных батарей (АБ) и предназначена для использования, преимущественно, при реализации автоматического контроля и управления процессами заряда до номинальной емкости АБ шахтных головных светильников.
Известна автоматизированная система заряда АБ, включающая в себя центральную станцию, оборудованную аппаратурой для контроля напряжений АБ путем сравнения их с пороговыми значениями, и управляемые с центральной станции зарядно-коммутационные блоки, включающие в себя силовые источники питания (DE 3412541, Н 0217/00,31.10.85).
Недостаток известной системы определяется несоверщенной конструктивной компоновкой, не предусматривающей, в частности, применение укрупненных функциональных модулей.
Наиболее близкой к предложенной является автоматизированная система заряда АБ, содержащая объединенные общей шиной адресов и данных ЭВМ, выполненную с возможностью контроля тока и напряжения АБ, и М функциональных модулей, каждый из которых имеет объединенные собственной локальной шиной адресов и данных контроллер, аналого-цифровой преобразователь и от 1 до J заряднокоммутационных блоков, соединенных локальной силовой шиной с силовым источником питания и включающих в себя зарядно-разрядные каналы с устройством управления цветом светового индикатора состояния зарядной ячейки, устройством разряда, устройством управления током заряда и коммутаторами силовых и сигнальных цепей подключения к зарядной ячейке и сигнальных цепей подключения к световому индикатору состояния зарядной ячейки (RU 2134477 С1, Н 02 J 7/10, 10.08.99).
Недостатки указанной системы связаны с неэффективными контролем и управлением процессом заряда АБ, обусловленными низкой информативностью измеряемых тока и напряжения, и с невысокой надежностью работы, предопределенной использованием для электроснабжения составных узлов и для заряда АБ общего и к тому же нестабилизированного силового источника питания.
Задачей предложения является обеспечение оптимального заряда АБ, а также повышение эффективности и экплуатационной надежности автоматизированной системы заряда АБ.
Поставленная задача решается тем, что в автоматизированной системе заряда АБ, содержащей объединенные общей щиной адресов и данных ЭВМ и М функциональных модулей, каждый из которых имеет силовой источник питания и объединенные собственной локальной щиной адресов и данных контроллер, аналогоцифровой преобразователь и от 1 до J зарядно-коммутационных блоков, включающих в себя коммутаторы силовых и сигнальных цепей подключения к зарядным ячейкам и сигнальных цепей подключения к индикаторам состояния зарядных ячеек, - ЭВМ выполнена с возможностью контроля степени заряженности АБ по релаксации напряжения на вьшодах коммутаторов силовых цепей подключения к зарядным ячейкам при кратковременном прерывании ими тока заряда в зарядных ячейках, в каждом из функциональных модулей для электроснабжения составных узлов применен дополнительный источник питания, а в каждый из зарядно-коммутационных блоков введены L стабилизаторов тока заряда-разряда, включенных перед коммутаторами силовых цепей подключения к зарядным ячейкам, при этом дополнительный источник питания подключен к упомянутой локальной щине адресов и данных, стабилизаторы тока заряда-разряда соединены локальной силовой щиной с силовым источником питания, а общее число N зарядных ячеек определяется как N  MJL.
На фиг.1 показана электрическая схема, на фиг.2,а-в показаны возможные временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие подлежащее измерению напряжение релаксации в предложенном способе заряда АБ, а на фиг.З приведена функциональная схема предложенной автоматизированной системы заряда АБ.
Предложенная автоматизированная система заряда АБ состоит из ЭВМ 1, которая может быть отнесена на расстояние до 500 м, М функциональных модулей 2, каждый из которых содержит дополнительный источник 3 питания, предназначенный для электроснабжения составных узлов, контроллер 4, аналого-цифровой преобразователь 5, от 1 до J зарядно-коммутационных блоков 6 с L стабилизаторами 7 тока заряда-разряда и коммутаторами 8 силовых и сигнальных цепей подключения к зарядным ячейкам и сигнальных цепей подключения к световым индикаторам состояния зарядных ячеек, силовых источников 9 питания, зарядных ячеек 10 и световых индикаторов 11 состояния зарядных ячеек. Общее число N зарядных ячеек 10 определяется как N  MJL. Количество К коммутаторов 8 в общем случае не совпадает с количеством L стабилизаторов 7. ЭВМ 1 и функциональные модули 2 объединены
общей шиной (магистралью) адресов и данных. В каждом модуле 2 контроллер 4, аналого-цифровой нреобразователь 5 и зарядно-коммутационные блоки 6 объединены собственной локальной шиной, в которой подключен дополнительный источник 3 питания. Стабилизаторы 7 тока заряда-разряда соединены локальной силовой шиной с силовым источником 9 питания.
Автоматизированная система заряда АБ работает следующим образом.
ЭВМ 1, оснащенная программным обеспечением для контроля и управления процессом заряда-разряда с анализом измеренных электрических характеристик АБ, а именно, напряжения на клеммах каждой зарядной ячейки 10, протекающего через ячейку 10 тока и напряжение релаксации на выводах коммутаторов 8 силовых цепей подключения к зарядным ячейкам, регулярно, например. 8 раз в час, посылает команды на измерение электрических параметров всех зарядных ячеек 10 системы. Команды передаются по общей шине адресов и данных контроллерам 4 и от них по локальным шинам адресов и данных модулей 2 - на аналого-цифровые преобразователи 5 и соответствующие коммутаторы 8. Измеренные же значения параметров посредством коммутаторов 8 сигнальных цепей подключения к зарядным ячейкам передаются в контроллеры 4, а от них - в ЭВМ 1. Полученные ЭВМ данные заносятся в соответствующую базу данных, анализируются и при необходимости сохраняются в базах данных. По результатам анализа полученных данных принимаются решения о начале /продолжении/ прекращении заряда/разряда АБ и включении/выключении световых индикаторов 11. Команды на реализацию принятых решений передаются от ЭВМ 1 к контроллерам 4 и далее на соответствующие коммутаторы 8 силовых цепей подключения к зарядным ячейкам для ввода в действие стабилизаторов 7 тока заряда-разряда.
Заряд АБ осуществляется следующим образом.
АБ подсоединяют к зарядной ячейке (ЗЯ), которая обеспечивает заряд АБ соответствующим током. Через определенный промежуток времени, за который АБ сообщается зарядная емкость 0,5-0,7 А.ч, процесс заряда АБ прерывают выключателем В. Производят контроль степени заряженности АБ, для чего измеряют напряжение релаксации Up на выводах выключателя В непосредственно после его выключения и оценивают полярность и величину первого импульса напряжения релаксации Up.
Например, заряд герметичных АБ ЗНКГ -11Д шахтных головных светильников осуществляют стабилизированным током величиной 1А и каждые 1/2 часа заряд прерывают и проводят измерение напряжения релаксации Up разомкнутой цепи.
При положительной полярности первого импульса напряжения релаксации Up (фиг.2,а), свидетельствующей о превышении напряжением ЗЯ напряжения АБ, делают вывод о недозаряженности АБ, причем меру недозаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса. В этом случае заряд АБ продолжают.
При нулевой величине амплитуды (фиг.2,6) и отрицательной полярности первого импульса напряжения релаксации Up (фиг.2,в), свидетельствующей о превышении напряжением АБ напряжения ЗЯ, делают вьшод соответственно о полной заряженности и перезаряженности АБ, причем меру перезаряженности определяют по величине амплитуды указанного импульса. В этом случае заряд прекращают.
Предложенная система позволяет, таким образом, осуществить полный заряд АБ и исключить ее перезаряд. Тем самым обеспечивается оптимизация режима заряда АБ, при этом на заряд может быть поставлена АБ с любой степенью заряженности.
Контроль степени заряженности АБ по напряжению релаксации на выводах коммутаторов 8 силовых цепей подключения к зарядным ячейкам характеризуется высокой информативностью и позволяет делать однозначный вывод о состоянии АБ.
Питание составных узлов системы от дополнительного маломощного источника исключает паразитное влияние на слаботочные сигнальные цепи контроля и управления импульсных бросков напряжения в силовых цепях заряда АБ.
Паличие в зарядно-коммутационных блоках 6 стабилизаторов 7 тока зарядаразряда предопределяет повышенное качество заряда АБ.
Система представляет собой гибкую, наращиваемую, перестраиваемую структуру и обеспечивает:
определение факта подключения АБ к зарядным ячейкам со свето-цветовой индикацией;
-включение режима заряда АБ стабилизированным током;
-измерение электрических характеристик АБ в режиме реального времени; отключение (отбраковку) от зарядных ячеек неисправных АБ;
-накопление, хранение и анализ полученных данных по АБ каждого светильника;
-проведение контроля работоспособности аппаратных средств и состояния линий связи;
-использование параллельно и автономно друг от друга отдельных зарядных ячеек или групп для работы в других режимах, например, для формовки или восстановительно-тренировочного циклирования АБ в настраиваемом режиме «заряд-рязряд.
Таким образом, предложенная система заряда АБ характеризуется расширенными функциональными возможностями. Помимо того, что в данном случае с высокими эффективностью и надежностью обеспечиваются автоматический контроль за состоянием АБ в процессе заряда и управление процессом заряда на основе данных о состоянии АБ, создаются предпосылки для организации автоматического режима формовки АБ и параллельного табельного учета горнорабочих, пользующихся головными светильниками с АБ.