АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСКОРЕННОГО ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ Российский патент 2006 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ускоренного заряда аккумуляторных батарей (АБ) на основе преобразователей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Известно устройство [Патент Российской Федерации №2134476, В 02 J 7/10, 1999] для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, представляющий собой однокристальный микропроцессор (ОМП), блок индикации, блок задания алгоритма заряда, блок задания режима заряда, блок синхронизации, состоящий из блоков рабочей и начальной синхронизации, входы которых объединены, а выходы подключены к блоку управления, блок питания, соединенный выходом с входом блока синхронизации, а входом с выходом блока задания режима заряда, блок датчика напряжения, вход которого соединен с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, а выход подключен к входу блока управления, и схему управления силовой частью, включающую блок фильтров, блоки зарядных и разрядных конденсаторов, два встречно-параллельно включенных блока управляемых выпрямителей, блоки усилителей, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков управляемых выпрямителей, а входы - к соответствующим выходам блока управления. Блок управления формирует сигналы в соответствии с алгоритмом заряда и синхронизацией от сети для управления встречно-параллельно включенными управляемыми выпрямителями. В качестве нагрузки к выпрямителям подключается аккумуляторная батарея. Одни обкладки токоограничивающих конденсаторов подключены к питающей сети, другие - к управляемым выпрямителям. Ограничение тока в зарядный и разрядный периоды работы позволяет управлять выпрямителями без фазового управления.

Недостатками известного устройства является фиксированный режим заряда, который соответствует определенным типам АБ, и сложность его изменения, что ограничивает функциональные возможности устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство [Патент Российской Федерации № 2216087, Н 02 J 7/10, 2003] для автоматического ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащим схему управления силовой частью, включающую два блока фильтров, два блока усилителей, блок регулируемого источника зарядного тока, блок регулируемого источника разрядного тока, два диода, блок подключения АБ, и схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, блок задания алгоритма заряда, блок задания режима заряда, блок питания, блок датчика тока, блок датчика напряжения, блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блок звуковой сигнализации, блок индикации и блок ШИМ.

К недостаткам данного устройства можно отнести большое количество индуктивных элементов, необходимых для реализации технического решения, слабое использование конструктивных решений современных силовых приборов, а следовательно, и большой объем силовой части.

Задачей изобретения является построение силовой схемы, позволяющей использовать одни и те же элементы в цепи зарядного и разрядного токов, уменьшение количества элементов силовой схемы, сокращение объема силовой части и повышение к.п.д. устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство для автоматического ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащим схему управления силовой частью, включающую диод, блок фильтров, блок подключения аккумуляторных батарей, и схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, блок задания алгоритма заряда, блок задания режима заряда, блок питания, блок датчика тока, блок датчика напряжения, блок АЦП, блок звуковой сигнализации, блок индикации и блок ШИМ, введен блок симметричных заряд-разрядных ключей, с одной стороны соединенный с выходом блока фильтров, а с другой стороны с введенным дополнительно блоком фильтров, вход введенного блока симметричных заряд-разрядных ключей соединен с выходом введенного блока усилителей, вход которого соединен с блоком ШИМ-схемы управления по заданному алгоритму, другой конец введенного дополнительно блока фильтров соединен с блоком подключения аккумуляторных батарей.

Подключение введенного дополнительно блока фильтров к введенному блоку симметричных заряд-разрядных ключей, образующее понижающий и повышающий ШИМ-преобразователи, позволяет использовать индуктивный элемент фильтра и для создания зарядного тока, и для создания разрядного тока, создание ШИМ-преобразователя на симметричных ключевых элементах позволяет управлять ключами с использованием алгоритма синхронного выпрямления как для создания зарядного, так и для создания разрядного токов, данное схемотехническое решение, позволяет сократить количество дискретных элементов в силовой части и повысить к.п.д. устройства.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство включает схему управления по заданному алгоритму (СУЗА) 1 и схему управления силовой частью (СУСЧ) 2. Блок 3, который представляет собой однокристальный микропроцессор, состоящий из блока 4 управления, блока 5 задания алгоритма заряда, блока 6 ШИМ, блока 7 АЦП, блока 8 задания режима заряда, соединен с блоком 9 индикации, блоком 10 звуковой сигнализации, блоком 11 подключения аккумуляторных батарей, блоком 12 датчика тока и блоком 13 датчика напряжения. Входы блоков 12 и 13 датчика тока и датчика напряжения соответственно соединены с соответствующими выходами блока 11 подключения аккумуляторных батарей, входы которого соединены с блоком 14 аккумуляторных батарей, выходы блоков 12 и 13 соединены со входами блока 7 АЦП, выход блока 6 ШИМ соединен с входом введенного дополнительно блока 15 усилителей, выход которого соединен с входом блока 16 симметричных заряд-разрядных ключей. Питающее напряжение подается на вход блока 17 питания и анод диода 18, катод которого соединен с входом блока 19 фильтров, выход блока 19 фильтров соединен с одной стороной блока 16 симметричных заряд-разрядных ключей, другая сторона которого соединена с введенным дополнительно блоком 20 фильтров, выход введенного дополнительно блока 20 фильтров соединен с блоком 11 подключения аккумуляторных батарей.

Устройство работает следующим образом. Питающее напряжение поступает на блок 17 питания, который вырабатывает постоянные стабилизированные напряжения для питания блока 3 однокристального микропроцессора, блока 9 индикации, блока 10 звуковой сигнализации, блока 8 задания режима заряда, блока 12 датчика тока, блока 13 датчика напряжения и введенного блока 15 усилителей. При включении устройства сигналы с выхода блока 3 однокристального микропроцессора запирают блоки усилителей, что препятствует открытию силовых элементов схемы управления силовой частью 2, блок 3 однокристального микропроцессора инициирует записанную в блоке 5 задания алгоритма заряда программу, которая устанавливает выходные сигналы портов ввода-вывода в начальное состояние, контролирует входные сигналы портов ввода-вывода и АЦП. При нормальном завершении опроса на блок 10 звуковой сигнализации выдается сигнал длительностью 500 мс с частотой 2 кГц. При возникновении запрещенной комбинации на входах ОМП 3 выдает сигнал аварии на блок 10 звуковой сигнализации частотой 1 кГц длительностью 230 мс и паузой 20 мс и на блок 9 индикации сигнал частотой 4 Гц и скважностью 0,1. После предварительной обработки и установки соответствующих сигналов блок 3 однокристального микропроцессора переходит в режим ожидания, периодически опрашивая выходы блока 8 задания режима заряда и блока 13 датчика напряжения. При подключении аккумуляторной батареи к блоку 11 подключения аккумуляторных батарей коммутируется переключатель, соответствующий типу подключаемой батареи, сигнал с которого поступает в блок 8 задания режима заряда и с его выхода - на блок 4 управления. Напряжение батареи поступает на вход блока 13 датчика напряжения и с его выхода - на блок 7 АЦП. Блок управления 4 анализирует полученные сигналы и выбирает из блока 5 задания алгоритма заряда алгоритм заряда, соответствующий типу батареи. Блок 4 управления выдает сигналы управления зарядом на блок 6 ШИМ и на блок 9 индикации сигнал постоянного свечения. Сигналы с блока 6 ШИМ, поступающие на введенный блок 15 усилителей и далее на введенный блок 16 симметричных заряд-разрядных ключей, устанавливают и поддерживают амплитуды и длительности зарядных и разрядных импульсов согласно выбранному алгоритму заряда. Амплитуды зарядного и разрядного токов контролируются с помощью сигнала с блока 12 датчика тока, поступающего на блок 7 АЦП. В ходе заряда в соответствии с алгоритмом контролируется напряжение аккумуляторной батареи. По окончании процесса заряда блок 4 управления прекращает подачу сигналов управления на блок 6 ШИМ, на выходах которого устанавливается уровень, запирающий блок 16 симметричных заряд-разрядных ключей, батарея отключается от зарядных и разрядных цепей, блок 4 управления подает сигналы о нормальном завершении процесса заряда в блок 9 индикации с частотой 2 Гц и скважностью 0,5 и блок 10 звуковой сигнализации с частотой 1 кГц длительностью 250 мс и паузой 250 мс. В ходе заряда контролируются параметры тока на соответствие выбранному режиму заряда. При несоответствии токов параметрам режима заряд прекращается и включаются аварийные звуковая сигнализация и индикация, что говорит о неисправности батареи.

Цепь заряда состоит из диода 18, служащего для предотвращения обратного тока через источник питания от аккумуляторной батареи при пропадании входного напряжения, блока 19 фильтров, осуществляющего защиту питающего напряжения от низкочастотной и высокочастотной помехи, возникающей при коммутациях в блоке 16 симметричных заряд-разрядных ключей, а также функцию накопления заряда на емкости при протекании разрядного импульса тока, введенного блока 16 симметричных заряд-разрядных ключей, управляемого через введенный дополнительно блок 15 усилителей от блока 3 однокристального микропроцессора, служащего для поддержания уровня зарядного тока в соответствии с режимом заряда, введенного дополнительно блока 20 фильтров, необходимого для сглаживания высокочастотных пульсаций зарядного тока и использования индуктивного элемента фильтра для создания ШИМ-преобразователя зарядного тока, блока 11 подключения аккумуляторных батарей.

Цепь разряда состоит из блока 11 подключения аккумуляторных батарей, введенного дополнительно блока 20 фильтров, необходимого для сглаживания высокочастотных пульсаций разрядного тока и использования индуктивного элемента фильтра для создания ШИМ-преобразователя разрядного тока, введенного блока 16 симметричных заряд-разрядных ключей, управляемого через введенный дополнительно блок 15 усилителей от блока 3 однокристального микропроцессора, энергия импульса разрядного тока преобразуется в заряд конденсатора блока 19 фильтров и используется для создания зарядного тока. Такое построение силовой части позволяет с минимальными потерями возвращать энергию разрядного импульса в аккумуляторную батарею.

Введение в СУСЧ 2 блока 16 симметричных заряд-разрядных ключей и блока 15 усилителей позволяет управлять ключами с использованием алгоритма синхронного выпрямления как для создания зарядного, так и для разрядного токов, данное схемотехническое решение позволяет повысить к.п.д. устройства и создавать ШИМ-преобразователи с минимальным количеством дискретных элементов, а также позволяет использовать модули из двух ключей, что делает силовую часть еще более компактной, введение блока 20 фильтров дает возможность использовать индуктивный элемент фильтра для создания и зарядного, и разрядного токов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ускоренного заряда аккумуляторных батарей (АБ) на основе заряд-разрядных ШИМ-преобразователей. Сущность: при подключении АБ к устройству автоматически определяется тип батареи и выбирается алгоритм заряда, соответствующий типу АБ. Устройство содержит схему управления по заданному алгоритму и схему управления силовой частью. Блок управления в виде однокристального микропроцессора (ОМП) формирует сигналы в соответствии с алгоритмом заряда для управления высокочастотным ШИМ-преобразователем. Сигнал с датчика тока подается в ОМП, который задает и поддерживает необходимый уровень зарядного и разрядного тока в соответствии с алгоритмом заряда. Сигнал с датчика напряжения АБ подается в ОМП для контроля процесса заряда и определения критериев окончания заряда. Техническим результатом является использование одних и те же элементов в цепи зарядного и разрядного токов, уменьшение количества элементов силовой схемы, сокращения объема силовой части и повышение к.п.д. устройства. Устройство предназначено для ускоренного заряда NiCd, NiMH вентилируемых, полугерметичных и герметичных АБ и Li-Ion АБ. 1 ил.

Устройство для автоматического ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащее схему управления силовой частью, включающую диод, соединенный анодом с положительным выводом питающего напряжения, блок фильтров, соединенный с катодом диода, блок усилителей, блок подключения аккумуляторных батарей, входы которого имеют клеммы для подключения аккумуляторных батарей, и схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, соединенный с блоком задания алгоритма заряда, блоком задания режима заряда, блоком индикации, блоком звуковой сигнализации, блоком ШИМ, блоком АЦП, блок задания режима заряда соединен с блоком подключения аккумуляторных батарей, блок ШИМ соединен с блоком усилителей схемы управления силовой частью, блок датчика тока, соединенный с блоком подключения аккумуляторных батарей и блоком АЦП, блок датчика напряжения, соединенный с блоком подключения аккумуляторных батарей и блоком АЦП, блок питания, соединенный с питающим напряжением, отличающееся тем, что в схему управления силовой частью введен блок симметричных заряд-разрядных ключей, с одной стороны соединенный с выходом блока фильтров, а с другой стороны - с введенным дополнительно блоком фильтров, вход введенного блока симметричных заряд-разрядных ключей соединен с выходом введенного блока усилителей, вход которого соединен с блоком ШИМ схемы управления по заданному алгоритму, другой конец введенного дополнительно блока фильтров соединен с блоком подключения аккумуляторных батарей.