УСТРОЙСТВО НЕПРЕРЫВНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И ВЫРАВНИВАНИЯ СТЕПЕНИ ЗАРЯЖЕННОСТИ АККУМУЛЯТОРОВ БЛОКА Российский патент 2019 года по МПК H01M10/48 H02J7/00 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для непрерывного автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока последовательно соединенных аккумуляторов, установленном на транспортном средстве, например, гибридном автомобиле или электромобиле.

Из уровня техники известно устройство подзарядки аккумуляторных батарей гибридного автомобиля, установленных на транспортном средстве по патенту на изобретение (RU 2524352, МПК (2006.01): Н021М 10/48, H02J 7/2, Н02М 9/4, H02J 7/34, опубликовано 27.07.2014), содержащее источник питания, накопительную емкость, датчик тока и электронные электромеханические ключи, причем, в режиме подзарядки аккумуляторная батарея в блоке одним из электронных ключей, подключается по сигналу датчика тока к предварительно заряженному от источника питания конденсатору. Устройство обеспечивает оценку состояния заряда каждой аккумуляторной батареи и их заряда посредством источника питания.

К недостаткам известного аналога относится, в частности то, что оно не позволяет контролировать аккумуляторные батареи в блоке с общим напряжением свыше сотен вольт, поскольку мультиплексоры и полевые транзисторы, используемые в этой схеме, не выдерживают такие напряжения, а также не позволяют контролировать каждый отдельный аккумулятор в батарее.

Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому изобретению, является устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки по патенту на изобретение (RU 2626378, МПК (2016.01):Н01М 10/48, опубликованное 26.07.2017), содержащее источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, систему режима потребления и зарядки аккумуляторов блока, группу однопозиционных нормально-разомкнутых ключей с малым внутренним сопротивлением, две электрические шины, при этом положительные полюса из последовательно соединенных рабочих аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к первой электрической шине, а все положительные полюса последовательно соединенных рабочих аккумуляторов блока с четными номерами ко второй электрической шине, микроконтроллер, связанный с блоком формирования отклонений напряжений от среднего значения, информационной шиной с цифровым индикатором порядковых номеров проблемных аккумуляторов блока и с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора, установленного с возможностью последовательного подключения аккумуляторов блока к двум электрическим шинам.

К недостаткам прототипа относится отсутствие возможности непрерывного контроля и выравнивания степени заряженности каждого из аккумуляторов блока, невысокая точность выравнивания и повышенная вероятность сбоев в работе системы из-за остановок на подзарядку.

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации блока аккумуляторов, повышении точности и сокращении времени балансировки при непрерывной работе в режиме энергопотребления и зарядки блока аккумуляторов.

Технический результат заключается в том, что повысить надежность и увеличить срок эксплуатации блока из нескольких аккумуляторов возможно посредством эффективного автоматического контроля и управления процессом выравнивания степени заряженности каждого аккумулятора в блоке аккумуляторов за счет непрерывного выравнивания всех аккумуляторов блока при строгом дозировании подачи длительности импульсов тока балансировки, как при перезаряде, так и при недозаряде аккумуляторов блока, последовательно приближая степень их заряженности к среднему значению в режиме работы энергопотребления и зарядки блока аккумуляторов.

Технический результат достигается за счет того, что устройство непрерывного автоматического контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока, содержит источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, систему режима потребления и зарядки аккумуляторов блока, группу однопозиционных нормально разомкнутых ключей с малым внутренним сопротивлением, две электрические шины, при этом положительные полюса из последовательно соединенных рабочих аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к первой электрической шине, а все положительные полюса последовательно соединенных рабочих аккумуляторов блока с четными номерами ко второй электрической шине, микроконтроллер, связанный с блоком формирования отклонений напряжений от среднего значения, а информационной шиной с цифровым индикатором порядковых номеров проблемных аккумуляторов блока и с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора, установленного с возможностью последовательного подключения аккумуляторов блока к двум электрическим шинам. Отличие, согласно изобретения состоит в том, что устройство снабжено блоком измерения отклонений напряжений каждого из аккумуляторов блока от среднего значения напряжения, приходящегося на один аккумулятор по всему блоку аккумуляторов, включающем согласующую цепочку из конденсатора и резистора, аналого-цифровой преобразователь и таймер, при этом, согласующая цепочка из резистора и конденсатора общей точкой их соединения подключена к выводу вторичной обмотки измерительного трансформатора, вторыми концами резистор подключен на землю, а конденсатор к входу аналого-цифрового преобразователя, на входы которого подаются тактовые сигналы от микроконтроллера и сигнал разрешения на работу от таймера, управляемого от микроконтроллера, а цифровой выход аналого-цифрового преобразователя связан через шину с микроконтроллером, с выхода которого в случае недопустимых отклонений напряжения перезаряда и недозаряда на аккумуляторах выдается информация на цифровой индикатор порядковых номеров проблемных аккумуляторов блока; блоком компенсации при перезаряде, включающем согласующую цепочку, состоящую из конденсатора с параллельно подключенным к нему резистором, силовой трансформатор с одной первичной и двумя вторичными (I) и (II) обмотками, диодный блок из двух однонаправленных диодов, однопозиционный нормально разомкнутый ключ и нагрузочный резистор, при этом силовой трансформатор связан одним концом первичной обмотки с шиной (а), а другим через общую точку параллельного соединения конденсатора и резистора согласующей цепочки с шиной (б), общая точка соединения последовательно включенных (I) и (II) вторичных обмоток силового трансформатора включена на землю, а внешние выводы подключены к анодам двух однонаправленных диодов, катоды которых объединены между собой и подключены через выводы однопозиционного нормально разомкнутого ключа и нагрузочного резистора с m-ым аккумулятором блока аккумуляторов, причем, длительность временного интервала замыкания однопозиционного нормально разомкнутого ключа регулируется управляющим сигналом от микроконтроллера; блоком компенсации при недозаряде включающем согласующую цепочку, состоящую из конденсатора с параллельно подключенным к нему резистором, силовой трансформатор с одной первичной и двумя вторичными (I) и (И) обмотками, два однопозиционных нормально разомкнутых ключа, один для коммутации нечетных аккумуляторов блока, а другой для коммутации четных аккумуляторов блока, блок длительностью из двух логических элементов схемы совпадений, триггер четности и ограничительный резистор, при этом силовой трансформатор связан одним выводом первичной обмотки с шиной (а), другим выводом через общую точку параллельного соединения конденсатора и резистора согласующей цепочки с шиной (б), вторичные (I) и (II) обмотки силового трансформатора, включенные встречно, одними выводами подсоединены к двум однопозиционным нормально разомкнутым ключам, а вторыми выводами на землю; блок из двух логических элементов схемы совпадений одними входами связан с выходом триггера четности, а другими входами связан с управляющим сигналом длительностью временного интервала замыкания ключей от микроконтроллера; триггер четности связан с управляющим выходом микроконтроллера; ограничительный резистор, соединен одним концом с общим выводом двух однопозиционных нормально разомкнутых ключей, а другим концом с m-ым аккумулятором блока аккумуляторов, причем, длительность временного интервала замыкания каждого однопозиционного нормально разомкнутого ключа регулируется управляющим сигналом от микроконтроллера.

Отличия также заключаются еще в том, что цепочка из резистора и конденсатора блока измерения отклонений напряжений каждого из аккумуляторов блока от среднего значения, установлена последовательно для формирования знакопеременного импульсного сигнала, не содержащего постоянной составляющей; аналого-цифровой преобразователь выполнен с возможностью автоматического ступенчатого увеличения коэффициента усиления аналого-цифрового преобразователя по мере уменьшения степени, разбалансированности аккумуляторов блока; аналого-цифровой преобразователь выполнен с симметричным диапазоном измерения входного сигнала относительно нуля и передаче информации в микроконтроллер об амплитуде и знаке входного знакопеременного импульсного сигнала; однопозиционные нормально-разомкнутые ключи выполнены в виде оптопары с малым контактным сопротивлением.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства непрерывного автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока последовательно соединенных аккумуляторов.

Устройство предложенного изобретения содержит:

источник питания в виде блока последовательно соединенных (n) аккумуляторов 1(А₁ А₂, …, A_m, А_m+1,… А_n-1, А_n);

систему режима потребления и зарядки 2 (СПЗ) блока аккумуляторов 1 в условиях эксплуатации;

группу однопозиционных нормально разомкнутых (например, электромеханических или оптопары) ключей 3 (SF₁, SF₂, …, SF_m, SF_m+1, …, SF_n, SF_n+1) с малым внутренним сопротивлением;

общие электрические шины 4(а) и 5(б), при этом положительные полюса из последовательно соединенных (n) аккумуляторов 1 блока с нечетными номерами (SF₁, SF₃, …) подключены к электрической шине 4 (а), а с четными номерами (SF₂, SF₄, …) подключены к другой электрической шине 5(б);

микроконтроллер 6 (МК) общими шинами связанный с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора 7 (DMS) и цифровым индикатором 8 (ЦИ) порядковых номеров проблемных аккумуляторов 1 блока;

блок 9 формирования предельных отклонений от среднего значения последовательно подключенный к шинам 4 (а) и 5 (б) включающий:

диодный блок 10, состоящий из двух встречно включенных диодов (D₁, D₂), обеспечивающий накопление постоянного напряжения соответственно по всем четным аккумуляторам 1 блока на (I) первичной обмотке измерительного трансформатора 11 (T₁) и нечетным аккумуляторам 1 блока на (II) первичной обмотке измерительного трансформатора 11 (Т₁);

измерительный трансформатор 11 (T₁) с двумя (I), (II) первичными и одной вторичной обмотками, связанный с шинами коммутации 4(а) и 5(б), при этом через диодный блок 10 с шиной 4(а), посредством того, что катод диода (D₁) подключен к нижнему выводу (II) первичной обмотки, анод диода (D₂) к верхнему выводу (I) первичной обмотки измерительного трансформатора 11 (T₁), а с шиной 5(б) через согласующую цепочку 12 посредством объединения нижнего вывода (I) первичной обмотки и верхнего вывода (II) первичной обмотки измерительного трансформатора 11 (Т₁);

согласующую цепочку 12 состоящую из конденсатора C₁ с параллельно подключенным к нему постоянным резистором R₁;

блок 13 состоящий из двух конденсаторов (С₂, С₃) подключенных параллельно каждой из первичных (I) и (II) обмоток измерительного трансформатора 11 (T₁), при этом одним концом вторичная обмотка измерительного трансформатора 11 (T₁) подсоединена к земле, а другим концом к общей точке согласующей цепочки 15 (R₂, C₄), включенной в дополнительно введенный блок 14 измерения отклонений напряжений на аккумуляторах 1 блока от среднего значения.

Дополнительно в блок-схему устройства введены новые блоки

блок 14 измерения отклонений напряжений каждого из аккумуляторов блока от среднего значения включающий:

согласующую цепочку 15 из резистора (R₂) и конденсатора (С₄) общей точкой соединения они подключены к выводу вторичной обмотки измерительного трансформатора 11 (T₁), вторыми концами резистор R₂ подключен на землю, а конденсатор С₄ к входу аналого-цифрового преобразователя 16 (АЦП);

аналого-цифровой преобразователь 16 (АЦП) на входы которого подаются тактовые сигналы от микроконтроллера 6 (МК) и сигнал разрешения на работу от таймера 17 (Тм), управляемого от микроконтроллера 6 (МК), а цифровой выход АЦП 16 связан через шину с микроконтроллером 6 (МК), с выхода которого в случае недопустимых отклонений напряжения перезаряда и недозаряда на аккумуляторах выдается информация на цифровой индикатор 8 (ЦИ) порядковых номеров проблемных аккумуляторов 1 блока;

таймер 17 (Т_м) связанный с микроконтроллером 6 (МК) и АЦП 16, которому дает разрешение на работу;

блок 18 компенсации при перезаряде включающий:

согласующую цепочку 19 состоящую из конденсатора (С₅) с параллельно подключенным к нему резистором (R₃), связанную одним концом с выводом первичной обмотки силового трансформатора 20 (Т₂), а другим концом с общей шиной 5 (б);

силовой трансформатор 20 (Т₂) с одной первичной и двумя (I) и (II) вторичными обмотками, связанный одним концом первичной обмотки с шиной 4 (а), а другим через общую точку параллельного соединения конденсатора (С₅) и резистора (R₃) согласующей цепочки 19 с шиной 5(б), при этом общая точка соединения последовательно включенных (I) и (II) вторичных обмоток включена на землю, а внешние выводы подключены к анодам двух однонаправленных диодов (D₃, D₄), катоды которых объединены между собой и подключены через вывод однопозиционного нормально разомкнутого ключа 22 связанного черезнагрузочный резистор 23 (R₄) с m-ым аккумулятором блока аккумуляторов 1;

диодный блок 21 из двух однонаправленных диодов (D₃, D₄);

однопозиционный нормально разомкнутый ключ 22, одним концом присоединенный к общей точке катодов диодного блока 21, другим с нагрузочным резистором 23 (R₄), при этом длительность временного интервала замыкания однопозиционного нормально разомкнутого ключа 22 осуществляется управляющим сигналом от микроконтроллера 6 (МК);

нагрузочный резистор 23 (R₄) соединенный одним концом с однопозиционным нормально разомкнутым ключом 22 блока компенсации перезаряда 18, а другим концом с m-ым аккумулятором блока аккумуляторов 1;

блок 24 компенсации при недозаряде включающий:

согласующую цепочку 25 состоящую из конденсатора (С₆) с параллельно подключенным к нему резистором (R₅), связанную одним концом с выводом первичной обмотки силового трансформатора 26 (Т₃), а другим концом с общей шиной 5(б);

силовой трансформатор 26 (Т₃) с одной первичной и двумя вторичными (I) и (II) обмотками, связанный одним концом первичной обмотки с шиной 4(а), а другим через общую точку параллельного соединения конденсатора (С₆) и резистора (R₅) согласующей цепочки 25 с шиной 5(б); одними выводами вторичные (I) и (II) обмотки силового трансформатора (Т₃) подсоединены к однопозиционным нормально разомкнутым ключам 27 и 28, а вторыми выводами на землю;

однопозиционный нормально разомкнутый ключ 27 коммутации нечетных аккумуляторов 1 блока компенсации недозаряда 24;

однопозиционный нормально разомкнутый ключ 28 коммутации четных аккумуляторов 1 блока компенсации недозаряда 24;

блок длительностью 29 из двух логических элементов (&₁, &₂) схемы совпадений одними входами связан с выходом триггера четности 30 (Т_ч), а другими входами связан с управляющим сигналом длительности временного интервала замыкания однопозиционных нормально разомкнутых ключей от микроконтроллера 6 (МК);

триггер четности 30 (Т_ч) связан с управляющим выходом микроконтроллера 6 (МК);

ограничительный резистор 31 (R₆), соединенный одним концом с общим выводом однопозиционных нормально разомкнутых ключей 27 и 28 блока компенсации недозаряда 24, а другим концом с m-ым аккумулятором блока аккумуляторов 1.

Предложенное устройство работает следующим образом.

По сигналам микроконтроллера 6 (МК), подаваемым на вход адресной коммутации сдвоенного демультиплексора 7 с числом выходов n в каждом демультиплексоре, осуществляется последовательное подключение аккумуляторов 1 блока через n+1 однопозиционных нормально разомкнутых ключей 3 с малым внутренним сопротивлением к общим шинам 4(а) и 5(б).

Так как все положительные полюса аккумуляторов 1 блока с нечетными номерами (SF₁, SF₃, …), подключены к одной общей электрической шине 4 (а), а с четными номерами (SF₂, SF₄, …) подключены к другой общей электрической шине 5(б), то при последовательном попарном опросе однопозиционных нормально разомкнутых ключей 3 от сдвоенного демультиплексора 7 на шинах 4(a) и 5(б) происходит чередование положительных и отрицательных напряжений аккумуляторов 1 блока, которые через электрическую шину 4(а) и диодный блок 10 из двух встречно включенных диодов (D₁, D₂) подаются на первичные (I) и (II) обмотки измерительного трансформатора 11 (T₁), а от общей точки соединения первичных (I) и (II) обмоток измерительного трансформатора 11 (T₁), через согласующую цепочку 12 из параллельно включенных конденсатора (C₁) и резистора (R₁) подключены к шине коммутации 5(б).

При последовательном опросе напряжений на каждом из аккумуляторов 1 блока на первичных обмотках (I) и (II) измерительного трансформатора 11 (T₁) блока 9 формирования предельных отклонений от среднего значения, накапливаются постоянные напряжения, отличающиеся от средних значений по каждому из четных и по каждому из нечетных аккумуляторов 1 блока на величину падения напряжения на открытых диодах (D₁, D₂) диодного блока 10.

При отличии амплитуды напряжения рассогласования на любом из аккумуляторов 1 блока от среднего значения, на вторичной обмотке измерительного трансформатора 11 (Т₁) появляется импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна величине напряжения рассогласования, а длительность обратно пропорциональна тактовой частоте опроса, причем, положительное значение напряжения рассогласования соответствует перезаряду, а отрицательное значение недозаряду контролируемого аккумулятора 1 блока.

Блок 13 из двух конденсаторов (С₂, С₃), каждый из которых параллельно подсоединен к двум первичным (I) и (II) обмоткам измерительного трансформатора 11 (Т₁) предназначен для гашения импульсных помех, возникающих при коммутации однопозиционных нормально разомкнутых ключей 3.

Для точного измерения величин отклонений напряжений каждого из аккумуляторов блока аккумуляторов 1 от среднего значения, согласно изобретения используется блок 14 измерения отклонений напряжений на аккумуляторах блока от среднего значения, который с помощью цепочки 15 из резистора (R₂) и согласующего конденсатора (С₄) формирует знакопеременный импульсный сигнал, не содержащий постоянной составляющей, который с помощью аналого-цифрового преобразователя 16 (АЦП) с симметричным диапазоном измерения относительно нуля, например, +-2,5 вольт, измеряется и передается в цифровом коде в микроконтроллер 6 (МK), причем, при обработке сигнала в микроконтроллере 6 (МK) учитывается знак (плюс и минус) +- измеряемого сигнала, поскольку положительные импульсы напряжения разбаланса соответствуют перезаряду, а отрицательные недозаряду аккумуляторов 1 блока.

В микроконтроллере 6 (МK) программно измеренные значения преобразуются в пропорциональный временной интервал и в виде управляющих сигналов поступают соответственно на управление однопозиционным нормально разомкнутым ключом 22 блока 18 компенсации при перезаряде и однопозиционных нормально разомкнутых ключей 27 и 28 блока 24 компенсации при недозаряде на время, пропорциональное амплитуде рассогласования относительно среднего значения на каждом из аккумуляторов 1 блока.

При этом при поступлении на АЦП 16 положительных отклонений относительно среднего значения напряжения на аккумуляторах 1 блока замыкается ключ 22 на время пропорциональное амплитуде рассогласования, а при поступлении на АЦП 16 отрицательных отклонений относительно среднего значения замыкается один из однопозиционных нормально разомкнутых ключей 27, 28, на время пропорциональное амплитуде рассогласования. Выбор замыкаемого однопозиционного нормально-разомкнутого ключа 27 или 28 определяется состоянием триггера четности 30 (Тч), управляемого от микроконтроллера 6 (МК) тактовым сигналом.

При превышении измеренных в АЦП 16 допустимых от среднего значения напряжений на проблемных аккумуляторах блока допустимых предельных величин, микроконтроллер 6 (МK) индицирует на цифровом индикаторе 8 (ЦИ) порядковый номер проблемного аккумулятора блока аккумуляторов 1 и характер неисправности (перезаряд, недозаряд).

Запуск АЦП 16 осуществляется синхронно с коммутацией каждого из аккумуляторов 1 блока тактовым сигналом, таймер 17 (Тм) дает разрешение на работу АЦП 16 через промежуток времени, необходимый для завершения переходных процессов, например, один цикл опроса n аккумуляторов блока аккумуляторов 1, связанный с накоплением компенсирующего напряжения на первичных (I) и (II) обмотках измерительного трансформатора 11 (T₁) и управляется программно от микроконтроллера 6 (МK).

Блок 18 компенсации при перезаряде представляет собой двухполупериодный выпрямитель на силовом трансформаторе 20 (Т₂) с одной первичной и двумя вторичными (I) и (II) обмотками с заземленной средней точкой последовательно соединенных вторичных (I) и (II) обмоток и диодного блока 21 из двух однонаправленных диодов (D₃, D₄).

Блок 18 компенсации при перезаряден исходном состоянии (при разомкнутом однопозиционном нормально- разомкнутом ключе 22)работает в режиме холостого хода и практически не потребляет энергии, а подключение к нагрузке, представляющей собой из m последовательно соединенных относительно земли аккумуляторов блока аккумуляторов 1 на время пропорциональное амплитуде рассогласования, осуществляется через однопозиционный нормально-разомкнутый ключ 22 и нагрузочный резистор 23 (R₄).

Блок 18 компенсации при перезаряде подключается к шинам 4(а) и 5(б) через последовательно соединенные первичную обмотку силового трансформатора 20 (Т₂) и согласующую цепочку 19, при этом один вывод первичной обмотки трансформатора 20 (Т₂) подсоединяется к шине 4(а), а второй вывод через согласующую цепочку 19 к шине 5(б). Согласующая цепочка 19 служит для ограничения тока выравнивания на перезаряженном блоке аккумуляторов 1.

При поступлении от микроконтроллера 6 (МК) управляющего импульса длительностью, пропорциональной амплитуде напряжения перезаряда на контролируемом аккумуляторе блока аккумуляторов 1,однопозиционный нормально-разомкнутый ключ 22 замыкается на время, пропорциональное напряжению разбаланса, и через нагрузочный резистор 23 (R₄) подключает нагрузку в виде m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторов блока аккумуляторов 1.

Количество аккумуляторов m и коэффициент трансформации силового трансформатора 20 (Т₂) выбирается так, чтобы напряжение на каждой из вторичных обмоток (I) и (II) силового трансформатора 20 (Т₂) было больше, чем напряжение на m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторе блока 1.

В результате, ток нагрузки и ток, снимаемый с перезаряженного аккумулятора блока аккумуляторов 1 значительно возрастает и эта энергия широтно-модулированного импульса идет на подзарядку m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторов блока аккумуляторов 1, то есть происходит выравнивание за счет передачи энергии от перезаряженного аккумулятора блока аккумуляторов 1на m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторов блока аккумуляторов 1, что обеспечивает высокий КПД преобразования энергии.

Блок 24 компенсации при недозаряде подключается к шинам 4(а) и 5(б) через последовательно соединенные первичную обмотку трансформатора 26 (Т₃) и согласующую цепочку 25, причем, первичная обмотка трансформатора 26 (Т₃) подсоединяется к шине 4(а), а согласующая цепочка 25 к шине 5(б). Согласующая цепочка 25 служит для ограничения тока выравнивания на недозаряженном аккумуляторе блока аккумуляторов 1.

Блок 24 компенсации при недозяряде обеспечивает подачу подзарядных широтно-модулированных импульсов напряжения с вторичных обмоток (I) и (II) силового трансформатора 26 (Т₃) на первичную и, следовательно, на недозаряженный аккумулятор блока аккумуляторов 1 при его подключении к шинам 4(a) и 5(б).

При поступлении от микроконтроллера 6 (МК) управляющего импульса длительностью, пропорциональной амплитуде напряжения недозаряда на один из нормально разомкнутых ключей 27, 28 на время, пропорциональное напряжению разбаланса, через ограничительный резистор 31 (R₆) подключается источник напряжения в виде m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторов блока аккумуляторов 1 и на недозаряженный аккумулятор блока аккумуляторов 1 поступает импульс подзарядки длительностью, пропорциональной величине разбаланса.

Количество аккумуляторов m и коэффициент трансформации силового трансформатора 26 (Т₃) выбирается так, чтобы напряжение на каждой из вторичных (I) и (II) обмоток силового трансформатора 26 (Т₃) было меньше, чем напряжение на m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторах блока аккумуляторов 1.

Поскольку к первичной обмотке силового трансформатора 26 (Т₃) подключаются аккумуляторы блока аккумуляторов Чередующейся полярности напряжения (четный, нечетный) необходимо обеспечить синхронизацию подачи подзаряжающих импульсов, учитывающую изменение полярности напряжения. Эта синхронизация осуществляется посредством триггера четности 30 (Т_ч), запускаемого от микроконтроллера 6 (МК) тактовыми импульсами и подключаемого через блок 29 из двух логических элементов (&₁, &₂) схемы совпадений.

Управляющий импульс на замыкание одного из однопозиционных нормально разомкнутых ключей коммутации 27 и 28 подается для подключения источника напряжения в виде m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторов блока аккумуляторов 1 на одну из двух встречно включенных вторичных (I) и (II) обмоток силового трансформатора 26 (Т₃), необходимого в данный момент для обеспечения положительного импульса подзарядки.

Здесь также как и в случае выравнивания напряжения перезаряженного аккумулятора происходит перераспределение энергии, но в обратном направлении от источника напряжения в виде m последовательно подключенных относительно земли аккумуляторов к недозаряженному аккумулятору блок аккумуляторов 1, то есть выравнивание происходит за счет перераспределения энергии между двумя источниками напряжения, что обеспечивает высокий КПД преобразования энергии.

Таким образом, достигается повышение надежности и увеличение срока эксплуатации аккумуляторов блока посредством непрерывного автоматического контроля и адресного выравнивания напряжения каждого из аккумуляторов с высокой точностью при выравнивании токами в импульсе достигающих нескольких ампер, высоким КПД преобразования энергии с возможностью индикации порядковых номеров с недопустимым отклонением напряжения недозаряда и перезаряда аккумуляторов блока при минимальных затратах оборудования и стоимости, приходящихся на один рабочий аккумулятор блока аккумуляторов, особенно этот эффект пропорционально растет при увеличении количества аккумуляторов в блоке.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для непрерывного автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока последовательно соединенных аккумуляторов, установленных на транспортном средстве. Технический результат заключается в повышении надежности и увеличении срока службы блока из нескольких аккумуляторов. Устройство содержит источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов 1, систему режима потребления и зарядки 2, группу однопозиционных нормально разомкнутых ключей 3, общие электрические шины 4 и 5, микроконтроллер 6, сдвоенный демультиплексор 7, цифровой индикатор 8 порядковых номеров проблемных аккумуляторов блока, блок 9 формирования предельных отклонений от среднего значения, содержащий диодный блок 10, обеспечивающий накопление постоянного напряжения, измерительный трансформатор 11, согласующую цепочку 12, блок 13, состоящий из двух конденсаторов; блок 14 измерения отклонений напряжений каждого из аккумуляторов блока от среднего значения, содержащий согласующую цепочку 15, аналого-цифровой преобразователь 16 (АЦП) и таймер 17; блок 18 компенсации при перезаряде, содержащий силовой трансформатор 20, согласующую цепочку 19, диодный блок 21, однопозиционный нормально-разомкнутый ключ 22, связанный через нагрузочный резистор 23 с m-м аккумулятором блока аккумуляторов 1; блок 24 компенсации при недозаряде, содержащий силовой трансформатор 26, согласующую цепочку 25, однопозиционные нормально-разомкнутые ключи 27 и 28, блок 29 из двух логических элементов схемы совпадений, триггер четности 30; ограничительный резистор 31. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство непрерывного автоматического контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока, содержащее источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, систему режима потребления и зарядки аккумуляторов блока, группу однопозиционных нормально разомкнутых ключей с малым внутренним сопротивлением, две электрические шины, при этом положительные полюса из последовательно соединенных рабочих аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к первой электрической шине, а все положительные полюса последовательно соединенных рабочих аккумуляторов блока с четными номерами ко второй электрической шине, микроконтроллер, связанный с блоком формирования отклонений напряжений от среднего значения, а информационной шиной - с цифровым индикатором порядковых номеров проблемных аккумуляторов блока и с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора, установленного с возможностью последовательного подключения аккумуляторов блока к двум электрическим шинам, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком измерения отклонений напряжений каждого из аккумуляторов блока от среднего значения напряжения, приходящегося на один аккумулятор по всему блоку аккумуляторов, включающим согласующую цепочку из конденсатора и резистора, аналого-цифровой преобразователь и таймер, при этом согласующая цепочка из резистора и конденсатора общей точкой их соединения подключена к выводу вторичной обмотки измерительного трансформатора, вторым концом резистор подключен на землю, а конденсатор к входу аналого-цифрового преобразователя, на входы которого подаются тактовые сигналы от микроконтроллера и сигнал разрешения на работу от таймера, управляемого от микроконтроллера, а цифровой выход аналого-цифрового преобразователя связан через шину с микроконтроллером, с выхода которого в случае недопустимых отклонений напряжения перезаряда и недозаряда на аккумуляторах выдается информация на цифровой индикатор порядковых номеров проблемных аккумуляторов блока; блоком компенсации при перезаряде, включающим согласующую цепочку, состоящую из конденсатора с параллельно подключенным к нему резистором, силовой трансформатор с одной первичной и двумя вторичными (I) и (II) обмотками, диодный блок из двух однонаправленных диодов, однопозиционный нормально разомкнутый ключ и нагрузочный резистор, при этом силовой трансформатор связан одним концом первичной обмотки с шиной (а), а другим через общую точку параллельного соединения конденсатора и резистора согласующей цепочки с шиной (б), общая точка соединения последовательно включенных (I) и (II) вторичных обмоток силового трансформатора включена на землю, а внешние выводы подключены к анодам двух однонаправленных диодов, катоды которых объединены между собой и подключены через выводы однопозиционного нормально разомкнутого ключа и нагрузочного резистора с m-м аккумулятором блока аккумуляторов, причем длительность временного интервала замыкания однопозиционного нормально разомкнутого ключа регулируется управляющим сигналом от микроконтроллера; блоком компенсации при недозаряде, включающим согласующую цепочку, состоящую из конденсатора с параллельно подключенным к нему резистором, силовой трансформатор с одной первичной и двумя вторичными (I) и (II) обмотками, два однопозиционных нормально разомкнутых ключа, один для коммутации нечетных аккумуляторов блока, а другой для коммутации четных аккумуляторов блока, блок из двух логических элементов схемы совпадений, триггер четности и ограничительный резистор, при этом силовой трансформатор связан одним выводом первичной обмотки с шиной (а), другим выводом через общую точку параллельного соединения конденсатора и резистора согласующей цепочки с шиной (б), вторичные (I) и (II) обмотки силового трансформатора, включенные встречно, одними выводами подсоединены к двум однопозиционным нормально разомкнутым ключам, а вторыми выводами на землю; блок из двух логических элементов схемы совпадений одними входами связан с выходом триггера четности, а другими входами связан с управляющим сигналом длительностью временного интервала замыкания ключей от микроконтроллера; триггер четности связан с управляющим выходом микроконтроллера; ограничительный резистор соединен одним концом с общим выводом двух однопозиционных нормально разомкнутых ключей, а другим концом с m-м аккумулятором блока аккумуляторов, причем длительность временного интервала замыкания каждого однопозиционного нормально разомкнутого ключа регулируется управляющим сигналом от микроконтроллера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цепочка из резистора и конденсатора блока измерения отклонений напряжений каждого из аккумуляторов блока от среднего значения установлена последовательно для формирования знакопеременного импульсного сигнала, не содержащего постоянной составляющей.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аналого-цифровой преобразователь выполнен с возможностью автоматического ступенчатого увеличения коэффициента усиления аналого-цифрового преобразователя по мере уменьшения степени разбалансированности аккумуляторов блока.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аналого-цифровой преобразователь выполнен с симметричным диапазоном измерения входного сигнала относительно нуля и передаче информации в микроконтроллер об амплитуде и знаке входного знакопеременного импульсного сигнала.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что однопозиционные нормально разомкнутые ключи выполнены в виде оптопары с малым контактным сопротивлением.