Устройство для заряда и десульфатации аккумуляторов Российский патент 2020 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнической области техники, а именно, к устройствам заряда аккумуляторов асимметричным током и может быть использована во всех областях народного хозяйства.

Известно устройство для заряда химического источника тока асимметричным током, включающее аккумулятор, зарядную и разрядную цепи с возможностью чередования импульсов, управляемых с помощью транзисторов и стабилитронов [RU №2006132, кл. H02J/10, опубл. 01.05.1994]. Устройство гарантирует получение на выходе стабильного тока с заданной асимметрией и определенным соотношением между длительностями зарядных и разрядных импульсов.

Однако разрядная цепь непрерывно подключена к аккумулятору, отчего при прохождении зарядных импульсов часть энергии теряется в разрядной цепи, поэтому КПД устройства невысок. В данном устройстве десульфатация осуществляется на частоте напряжения питающей сети, так как нет блока регулировки. Кроме того, в устройстве отсутствует защита от переполюсовки, перегрева и несанкционированного отключения входного напряжения, что значительно понижает надежность работы устройства.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для заряда аккумуляторов [SU №1167684, кл. H02J/10, опубл. 15.07.1985], содержащее две входные клеммы для подключения источника питания и две выходные клеммы для подключения к аккумулятору, мультивибратор, зарядную цепь, включенную между источником питания и выходными клеммами, разрядную цепь, одним выводом соединенную с выходной клеммой, а другим с линией входа аккумулятора. При этом мультивибратор, выполненный на биполярных транзисторах, а также полевые транзисторы с возможностью регулирования периода и скважности импульсов ассиметричного тока. Заряд аккумулятора происходит за счет автоматического переключения устройства в режимы заряда и разряда с определенным отношением времени протекания импульса тока в прямом и обратном направлении.

Недостатком этого устройства является низкая надежность работы устройства из-за отсутствия защиты от перегрева и подключения неисправного аккумулятора. Кроме того, использование блока фазоимпульсного управления двухполупериодным выпрямителем тока заряда, работающего от сети переменного напряжения, что не позволяет устройству работать от источника постоянного напряжения и исключает использование альтернативных источников энергии.

Проблемой изобретения является создание устройства для заряда и десульфатации аккумуляторов с возможностью использования источников как переменного, так и постоянного напряжения и создание нового алгоритма защиты устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства.

Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что устройство для заряда и десульфатации аккумуляторов асимметричным током содержит две входные клеммы для подключения источника питания и две выходные клеммы для подключения к аккумулятору, мультивибратор, зарядную цепь, включенную между источником питания и выходными клеммами, разрядную цепь, одним выводом соединенную с выходной клеммой, а другим с линией входа аккумулятора. Согласно изобретению устройство дополнительно включает параллельно мультивибратору блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения, включающую реле, диод и индикатор, при этом мультивибратор содержит блок силового коммутатора с возможностью коммутации постоянного и переменного напряжения, а также в мультивибратор включены времязадающие цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов с возможностью регулировки частоты и скважности колебаний, и интегрирующие цепи с возможностью стабилизации частоты колебаний.

Блок силового коммутатора включает реле, диод с возможностью защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакт для подключения зарядной и разрядной цепей.

Блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения выполнен на основе электромагнитного реле и блок защиты от перегрева на термопредохранителях, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную.

В качестве индикатора блока защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения используют светодиод, включенный параллельно обмотке электромагнитного реле.

Зарядная цепь через зарядные резисторы связана с аккумулятором, при этом содержит переключатель с возможностью регулировки амплитуды зарядного тока.

Разрядная цепь содержит RC-цепь для регулировки амплитуды и резистор для разряда конденсатора.

Дополнительное включение в устройство параллельно мультивибратору блока защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения, содержащего реле, диод и индикатор, обеспечивает совершенствование алгоритма защиты устройства.

Введение в мультивибратор блока силового коммутатора с целью коммутации постоянного и переменного напряжения позволяет реализовать возможность использования источников как переменного, так и постоянного напряжения, то есть альтернативных источников энергии (например, солнечных батарей и ветрогенераторов).

Включение в мультивибратор времязадающих цепей, состоящих из резисторов и конденсаторов с возможностью регулировки частоты и скважности колебаний, и интегрирующих цепей с возможностью стабилизации частоты колебаний позволяет создать устройство для заряда и десульфатации аккумуляторов с необходимыми параметрами зарядной и разрядной составляющих асимметричного тока.

Выполнение блока силового коммутатора в виде реле, диода для защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакта для подключения зарядной и разрядной цепей обеспечивает реализацию возможности использования наряду с источниками переменного напряжения альтернативных источников энергии.

Выполнение блока защиты от подключения неисправного аккумулятора на основе биполярных транзисторов, входящих в состав мультивибратора, и блока защиты от перегрева на термопредохранителях, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную, обеспечивает повышение надежности работы устройства.

Использование в качестве индикатора блока защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения светодиода, включенного параллельно обмотке электромагнитного реле, позволяет установить момент срабатывания защиты.

Соединение зарядной цепи через зарядные резисторы с аккумулятором, при этом включение переключателя с возможностью регулировки амплитуды зарядного тока обеспечивает задание необходимых параметров зарядной составляющей асимметричного тока.

Содержание в разрядной цепи RC-цепи для регулировки амплитуды и резистора для разряда конденсатора необходимо для задания требуемых параметров разрядной составляющей асимметричного тока.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит две входные клеммы 1 и 2 для подключения источника питания и две выходные клеммы 3 и 4 для подключения к аккумулятору, мультивибратор 5 и блок силового коммутатора 6, расположенный в правой части мультивибратора 5, зарядную цепь 7, включенную между источником питания и выходными клеммами, разрядную цепь 8, одним выводом соединенную с выходной клеммой, а другим с линией входа аккумулятора, и блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения 9, подключенный параллельно мультивибратору 5.

Мультивибратор 5 содержит два биполярных транзистора 10 и 11 для формирования электрических колебаний и управления силовым коммутатором 6. Для регулировки частоты и скважности колебаний в мультивибратор 5 включены времязадающие цепи, состоящие из резисторов 12, 13 и конденсаторов 14, 15. Для стабилизации частоты колебаний в мультивибратор 5 включены интегрирующие цепи 16 и 17.

Силовой коммутатор 6 состоит из электромагнитного реле 18 для формирования импульсов зарядного и разрядного тока, диода 19 для защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакта 20 для подключения зарядной и разрядной цепей 7 и 8.

Зарядная цепь 7 служит для подачи зарядного импульса на аккумулятор через зарядные резисторы 21, 22 и содержит переключатель 23 для регулировки амплитуды зарядного тока.

Разрядная цепь 8 служит для подачи разрядного импульса с аккумулятора, содержит RC - цепь 24 для регулировки амплитуды и резистор 25 для разряда конденсатора.

Для индикации заряда и разряда служат светодиоды 26, 27.

Блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения 9 представляет собой релейную защиту, исключающую возможность разряда аккумулятора на внутреннее сопротивление устройства, содержит реле 28 для отключения аккумулятора от нагрузок, диод 29 для защиты устройства от ЭДС самоиндукции и светодиод 30 для индикации включения устройства.

Диоды 31-34, включенные в цепях последовательно элементам, служат для защиты от возможных переполюсовок.

Защита от перегрева выполнена на двух термопредохранителях 35 и 36, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение подается с источника питания через блок защиты от несанкционированного отключения входного напряжения 9 на мультивибратор 5 и силовой коммутатор 6. При подаче питания в схему мультивибратора 5 возникают автоколебания. Мультивибратор 5 на двух биполярных транзисторах 10 и 11 управляет силовым коммутатором 6 с целью генерации асимметричного тока. Управление осуществляется следующим образом.

При подключении аккумулятора к выходным клеммам возбуждается мультивибратор 5. Во время прохождения импульса через правую часть мультивибратора 5 включается реле 18 силового коммутатора 6, его контакт 20 соединяет аккумулятор с источником питания через зарядную цепь 7, и на аккумулятор поступает зарядный импульс через зарядные резисторы 21, 22. Мощный резистор исключает большой ток, нагрев и выделение водорода при заряде и десульфатации аккумулятора. Для регулировки амплитуды зарядного тока в зависимости от емкости заряжаемого аккумулятора предусмотрен переключатель 23. Индикация заряда осуществляется посредством светодиода 26.

При переходе мультивибратора 5 в другое состояние в момент отсутствия импульса в правой части - контакт 20 реле 18 силового коммутатора 6 соединяет аккумулятор с разрядной цепью 8 и от аккумулятора поступает разрядный импульс. Регулировки амплитуды разрядного тока осуществляет RC-цепь второго рода 24. Для разряда конденсатора служит резистор 25. Индикация разряда осуществляется посредством светодиода 27. Контакт 20 заряда-разряда управляется биполярным транзистором 11. Данные процессы чередуются с частотой работы мультивибратора 5 около 1 Гц.

Заряд аккумуляторной батареи происходит за счет автоматического переключения устройства в режимы заряда и разряда с определенным соотношением времени протекания импульса тока в прямом и обратном направлении. Это осуществляется посредством времязадающих цепочек в правой и левой частях мультивибратора 5, реализованных на резисторах 12, 13 и конденсаторах 14, 15. Для стабильности частоты импульсов в широких пределах периода и скважности при малых значениях хронирующих конденсаторов 14 и 15 с температурной стабильностью частоты, не зависимой от выбора хронирующих резисторов 12 и 13, в схему мультивибратора 5 дополнительно введены интегрирующие цепи 16 и 17 для подавления дифференциальных токов.

Блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения 9 представляет собой релейную защиту, которая исключает возможность разряда аккумулятора на внутреннее сопротивление устройства при перебоях питания, в случае длительной эксплуатации устройства в автоматическом режиме заряда и десульфатации. Работает следующим образом - когда происходит несанкционированное отключение, отключается реле 28, отсоединяя аккумулятор от всех нагрузок. Диод 29 реализует защиту устройства от импульсов ЭДС самоиндукции. Индикация включения устройства осуществляется посредством светодиода 30.

Мультивибратор 5 разделен на две части - левая часть подключена к источнику питания, а правая часть к аккумулятору - таким образом, осуществляется защита от короткого замыкания и от переполюсовки полярности зарядной цепи 7. В случае отключения устройства от аккумулятора - напряжение перестает подаваться на правую часть, генерация колебаний в мультивибраторе 5 срывается и силовой коммутатор 6 выключается, обесточивая выходные провода, - короткое замыкание обесточенных проводов не представляет опасности. В случае переполюсовки полярности зарядной цепи 7 - закрывается диод 34, включенный последовательно с правой частью мультивибратора 5, и генерация колебаний в нем не возбуждается. В случае верного подключения выходных проводов устройства к аккумулятору - напряжение аккумулятора запускает мультивибратор 5 и работа устройства возобновляется. В случае использования источника постоянного напряжения - диод 33, включенный последовательно с левой частью мультивибратора 5, защищает его от возможной переполюсовки источника напряжения, а диод 31, включенный последовательно с блоком защиты 9, защищает устройство от возможной переполюсовки источника напряжения. Диод 32, включенный последовательно с разрядной цепью 8, защищает конденсатор RC-цепи второго рода 24 от переполюсовки аккумулятора.

Осуществление защиты от подключения неисправного аккумулятора реализуется с помощью мультивибратора 5. В случае попытки подключить устройство к глубоко разряженному или засульфатированному аккумулятору в мультивибраторе 5 не возникнут колебания - устройство не включится, светодиод индикации заряда 26 не засветится, просигнализировав о том, что аккумулятор не подлежит восстановлению.

Защита от перегрева выполнена на двух термопредохранителях 35 и 36, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную. В случае если температура внутри корпуса устройства превысит безопасный предел - термопредохранители сработают, обеспечив защиту.

Изобретение находится на стадии лабораторных исследований.

Изобретение относится к электротехнической области техники, а именно к устройствам заряда аккумуляторов асимметричным током, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства. Устройство дополнительно включает параллельно мультивибратору блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения, включающий реле, диод и индикатор, при этом мультивибратор содержит блок силового коммутатора с возможностью коммутации постоянного и переменного напряжения, а также в мультивибратор включены времязадающие цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов с возможностью регулировки частоты и скважности колебаний, и интегрирующие цепи с возможностью стабилизации частоты колебаний. Блок силового коммутатора включает реле, диод с возможностью защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакт для подключения зарядной и разрядной цепей. Блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения выполнен на основе биполярных транзисторов и на термопредохранителях, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную. В качестве индикатора блока защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения используют светодиод, включенный параллельно обмотке электромагнитного реле. Зарядная цепь через зарядные резисторы связана с аккумулятором, при этом содержит переключатель с возможностью регулировки амплитуды зарядного тока. Разрядная цепь содержит RC-цепь для регулировки амплитуды и резистор для разряда конденсатора. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для заряда и десульфатации аккумуляторов асимметричным током, содержащее две входные клеммы для подключения источника питания и две выходные клеммы для подключения к аккумулятору, мультивибратор, зарядную цепь, включенную между источником питания и выходными клеммами, разрядную цепь, одним выводом соединенную с выходной клеммой, а другим с линией входа аккумулятора, отличающееся тем, что устройство дополнительно включает параллельно мультивибратору блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения, содержащий реле, диод и индикатор, при этом мультивибратор включает блок силового коммутатора с возможностью коммутации постоянного и переменного напряжения, а также в мультивибратор включены времязадающие цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов с возможностью регулировки частоты и скважности колебаний, и интегрирующие цепи с возможностью стабилизации частоты колебаний.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок силового коммутатора включает реле, диод с возможностью защиты устройства от ЭДС самоиндукции и контакт для подключения зарядной и разрядной цепей.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок защиты от несанкционированного отключения питающего напряжения выполнен на основе электромагнитного реле с использованием в качестве индикатора светодиода, включенного параллельно обмотке электромагнитного реле.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в устройство включены термопредохранители, один из которых последовательно включен во входную цепь, а другой - в выходную.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зарядная цепь через зарядные резисторы связана с аккумулятором, при этом содержит переключатель с возможностью регулировки амплитуды зарядного тока.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разрядная цепь содержит RC-цепь для регулировки амплитуды и резистор для разряда конденсатора.