РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02J7/00 H02J7/24 

Изобретение относится к системам зарядки аккумуляторной батареи от электрических генераторов, вращающихся с переменной скоростью, преимущественно автомобильных.

Известен регулятор напряжения на базе микроЭВМ, содержащий датчик температуры аккумулятора, датчик напряжения аккумулятора, аналого-цифровой преобразователь и коммутационный транзистор, подключенный к обмотке возбуждения генератора. МикроЭВМ поддерживает на выводах аккумулятора оптимальное, с учетом его температуры, зарядное напряжение, изменяющееся в пределах заданных максимальным и минимальным уровнями напряжения. Недостатком этого регулятора является его сложность и высокая стоимость, а также отсутствие связи между величиной мощности, отбираемой от двигателя на привод генератора, и режимом движения автомобиля.

Известен регулятор напряжения, содержащий первый компаратор напряжения, который включается, когда напряжение на аккумуляторе меньше первого порогового значения, второй компаратор напряжения, который включается, когда напряжение больше первого, но меньше второго порогового уровня, схему логики, которая включается, когда на нее поступает одновременно сигнал со второго компаратора и сигнал торможения, коммутатор, который подает напряжение на обмотку возбуждения генератора при поступлении сигнала с первого компаратора или схемы логики. Данный регулятор обеспечивает повышение зарядного напряжения за счет увеличения доли мощности, затрачиваемой двигателем на привод генератора во время торможения, т.е. когда имеется избыток мощности. Недостатком этого регулятора является отсутствие учета температуры аккумулятора и его сложность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является регулятор напряжения, содержащий термодатчик, подключенный к выводам аккумулятора и через резисторы ко входам компаратора, выход которого соединен с базой транзистора, через который напряжение питания поступает на обмотку возбуждения генератора. К шинам питания также подключены последовательно соединенные резистор и стабилитрон, к точке соединения которых подключен делитель напряжения из трех последовательно соединенных резисторов, причем к выводам среднего резистора делителя подключены анод и катод диодов, вторые выводы которых соединены с первым входом компаратора. Недостатком этого регулятора является нерациональное использование мощности двигателя для привода генератора, не учитывающее режим движения автомобиля, что снижает полезную мощность двигателя и его топливную экономичность.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности и динамических свойств автомобиля за счет преобразования избыточной кинетической энергии автомобиля в режиме торможения в дополнительный заряд аккумулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор напряжения, содержащий термодатчик, первый и второй выводы которого соединены с положительным и отрицательным выводами аккумулятора, а третий и четвертый через резисторы соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, выход которого через транзистор соединен с обмоткой возбуждения генератора, а к шинам питания подключены последовательно соединенные резистор и стабилитрон, к точке соединения которых параллельно стабилитрону подключен делитель напряжения из трех последовательно соединенных резисторов, причем выводы среднего резистора делителя соединены с анодом и катодом диодов, вторые выводы которых соединены с первым входом компаратора, дополнительно введены последовательно соединенные диод и резистор, причем анод диода подключен к выключателю стоп-сигнала, связанного с педалью тормоза, а резистор подключен к первому входу компаратора.

Возможность достижения цели изобретения обусловлена наличием в предлагаемом регуляторе электрической связи между выключателем стоп-сигнала и первым входом компаратора, на который с термодатчика поступает опорное напряжение. При нажатии на педаль тормоза через замкнутые контакты выключателя стоп-сигнала напряжение бортовой сети поступает на анод дополнительного диода и открывает его. В результате во входную цепь компаратора подается дополнительный ток, который вызывает увеличение опорного напряжения и соответствующий рост напряжения на клеммах аккумулятора. Это вызывает увеличение зарядного тока аккумулятора и сопровождается соответствующим увеличением доли мощности двигателя, отбираемой для привода генератора, что позволяет преобразовать часть кинетической энергии автомобиля, бесполезно поглощаемой тормозной системой и двигателем при торможении в дополнительный электрический заряд, накапливаемый аккумулятором. В результате повышается эффективность торможения при включенной передаче.

В момент прекращения режима торможения размыкание контактов выключателя стоп-сигнала приводит к прекращению протекания дополнительного тока и восстановлению исходного уровня опорного напряжения, определяемого термодатчиком. Поскольку напряжение на аккумуляторе не может уменьшиться скачком до прежнего уровня, то компаратор на некоторое время переходит в устойчивое состояние, обесточивающее обмотку возбуждения генератора. При этом генератор практически не потребляет мощность от двигателя, а все потребители электроэнергии питаются от аккумулятора, расходуя дополнительный заряд энергии, полученный при торможении. Чем продолжительнее предшествующий режим торможения и чем больше соответствующий ему уровень зарядного напряжения, тем дольше при прочих равных условиях генератор будет обесточен.

Таким образом, при движении автомобиля в циклическом режиме, когда за торможением следует разгон (наиболее типичный режим движения в городских условиях), доля мощности двигателя, затрачиваемая на привод генератора, возрастает тогда, когда имеется ее избыток (при торможении) и снижается тогда, когда имеется ее недостаток (при последующем разгоне), что улучшает динамические качества автомобиля и топливную экономичность. Так, для автомобиля ЗАЗ-1102 с двигателем мощностью нетто 37,5 кВт и генератором Г222 мощностью 660 Вт с КПД около 70% использование подобного регулятора позволяет увеличить полезную мощность двигателя в режиме разгона, следующего за торможением примерно на 2,5%
Предлагаемое изобретение поясняется принципиальной электрической схемой, изображенной на чертеже.

Регулятор напряжения содержит термодатчик 1, подключенный выводами 2 и 3 к клеммам аккумулятора и состоящий из двух параллельно соединенных делителей напряжения, выходы 4 и 5 которых соединены через резисторы 6 и 7 соответственно с первым и вторым входами компаратора 8, выход которого через транзистор 9 связан с параллельно соединенными обмоткой возбуждения генератора 10 и диодом 11. К шинам питания также подключены последовательно соединенные резистор 12 и стабилитрон 13, к точке соединения которых параллельно стабилитрону подключен делитель напряжения из трех последовательно соединенных резисторов 14, 15, 16, верхний и нижний выводы среднего резистора 15 соединены соответственно с анодом и катодом диодов 17 и 18, вторые выводы которых соединены с первым входом компаратора 8 и цепочкой из последовательно соединенных резистора 19 и диода 20, анод которого подключен к выключателю стоп-сигнала.

Термодатчик 1 предназначен для формирования двух уровней напряжения. Первый уровень, снимаемый с первого делителя (вывод 4), зависит от температуры аккумулятора и не зависит от его напряжения, поскольку нижнее плечо этого делителя образовано термочувствительными элементами (например, стабисторами КС119). Второй уровень напряжения, снимаемый со второго делителя (вывод 5) термодатчика 1, пропорционален напряжению на аккумуляторе и не зависит от его температуры.

Параметрический стабилизатор на резисторе 12 и стабилитроне 13 совместно с цепочкой резисторов 14, 15, 16 формирует два уровня напряжения, не зависящие от напряжения в бортовой сети. Они используются в качестве опорных при экстремальных значениях температуры аккумулятора.

Регулятор работает следующим образом. При движении с ненажатой педалью тормоза контакты выключателя стоп-сигналов разомкнуты и на дополнительный диод 20 напряжение бортовой сети не поступает, а анод диода 20 через низкоомное сопротивление ламп стоп-сигнала соединен с отрицательной шиной питания. Поскольку на катод диода 20 через резисторы 6 и 19 подается опорное напряжение с вывода 4 термодатчика, составляющее примерно половину напряжения бортовой сети, то диод 20 оказывается заперт и не влияет на работу регулятора. Опорное напряжение при этом в зависимости от температуры аккумулятора определяется термодатчиком или напряжением, поступающим с резистора 15 через диод 18 или 17 соответственно при чрезмерно высокой или чрезмерно низкой температуре аккумулятора.

При нажатии на педаль тормоза контакты выключателя стоп-сигнала замыкаются и на анод диода 20 поступает напряжение бортовой сети. Диод 20 открывается, и через него начинает протекать ток, величина которого определяется в основном сопротивлением резистора 19. Этот дополнительный ток, протекая по цепи +Еп диод 20 резистор 19 резистор 6 нижнее плечо первого делителя термодатчика, вызывает увеличение опорного напряжения на первом входе компаратора и соответствующее увеличение напряжения на клеммах аккумулятора. При этом мощность, отбираемая от двигателя генератором, максимальна, что улучшает параметры режима торможения двигателем, а аккумулятор получает дополнительный заряд.

В момент прекращения режима торможения контакты выключателя стоп-сигнала размыкаются, дополнительный ток через элементы 19 и 20 прекращается, что приводит к скачкообразному восстановлению прежнего опорного напряжения, определяемого термодатчиком. Поскольку напряжение на клеммах аккумулятора не может уменьшится скачком до соответствующего более низкого уровня, то обмотка возбуждения генератора будет обесточена до тех пор, пока дополнительный заряд аккумулятора не будет израсходован потребителями электроэнергии автомобиля. При этом потери мощности двигателя на привод генератора отсутствуют, что увеличивает полезную мощность двигателя и улучшает параметры режима разгона.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет простыми средствами преобразовать часть бесполезно рассеиваемой при торможении кинетической энергии автомобиля в электрическую, запасаемую в аккумуляторе, что обеспечивает уменьшение затрат мощности двигателя на привод генератора и улучшение динамических характеристик автомобиля.

Использование: для зарядки аккумуляторной батареи от электрических генераторов, вращающихся с переменной скоростью, преимущественно автомобильных. Сущность изобретения: изобретение, обеспечивая изменение напряжения на аккумуляторе при торможении автомобиля, позволяет повысить его топливную экономичность и динамические характеристики. В регулятор, содержащий термодатчик 1, резисторы 6, 7, компаратор 8, транзистор 9, стабилизатор на резисторе 12 и стабилитроне 13, делитель напряжения на резисторах 14, 15, 16 и диоды 17, 18, введены последовательно соединенные диод 20 и резистор 19, второй конец которого соединен с первым входом компаратора 8, а анод диода 20 подключен к выключателю стоп-сигнала. При торможении увеличивается опорное напряжение на первом входе компаратора и соответственно на клеммах аккумулятора. При этом мощность, отбираемая от двигателя генератором, максимальна, что улучшает режим торможения. 1 ил.

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий термодатчик, подключенный к аккумулятору и состоящий из термочувствительного и термонезависимого делителей напряжения, выходы которых через резисторы соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, выход которого через транзистор связан с параллельно соединенными обмоткой возбуждения генератора и диодом, а к положительной шине питания подключены последовательно соединенные резистор и стабилитрон, параллельно которому подключен делитель напряжения из трех последовательно соединенных резисторов, причем верхний и нижний вывод среднего резистора соединены с анодом первого и катодом второго диодов соответственно, вторые выводы которых соединены с первым входом компаратора, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные диод и резистор, второй конец которого соединен с первым входом компаратора, а анод диода подключен к выключателю стоп сигнала.