ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2021 года по МПК H02J7/02 H01M10/42 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для заряда аккумуляторных батарей (аккумуляторов).

Известно зарядное устройство (Авторское свидетельство СССР №1775797, кл. H02J 7/02, 1988 г.), которое вначале разряжает аккумулятор стабилизированным током до минимально допустимого напряжения, соответствующего полностью разряженному аккумулятору, а затем автоматически переходит в режим заряда и в течение фиксированного времени заряжает его стабилизированным током. При этом переход из режима разряда в режим заряда аккумулятора блокируется при отключении от клемм аккумулятора, чем обеспечивается устойчивость к ударным воздействиям.

К недостаткам этого зарядного устройства можно отнести:

- возможность избыточного заряда аккумуляторов, при ошибочных действиях оператора, когда до окончания заряда одного аккумулятор на его место устанавливается другой, предварительно не разряженный;

- наличие на клеммах напряжения, при ошибочном отключении от клемм аккумуляторов в режиме заряда, что может привести при случайном замыкании клемм к выходу из строя зарядного устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является зарядное устройство (патент РФ на изобретение №2280304, кл. H02J 7/02, 2005 г.), содержащее клеммы для подключения аккумулятора, устройство сравнения, являющееся анализатором уровня сигнала, вход которого подключен к клеммам, а выход - ко входу третьего таймера, выполняющего функцию анализатора временных характеристик сигнала, выход которого подключен ко входу задатчика режима работы, являющегося устройством управления стабилизаторами, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко входам стабилизатора тока разряда и стабилизатора тока заряда, выходы которых подключены к клеммам, источник вторичного питания.

В рассматриваемом зарядном устройстве анализируется время отключения аккумулятора от клемм зарядного устройства, за счет чего исключаются как ложные переходы при ударах из одного режима в другой, так и перезаряд аккумулятора, а также присутствие напряжения на клеммах при снятом аккумуляторе при ошибочных действиях оператора.

К недостаткам данного зарядного устройства относятся сбои в его работе при сбоях внешнего напряжения питания, т.е. при кратковременном отключении внешнего питающего напряжения или кратковременном его снижении ниже допустимого уровня, приводящего к пропаданию вторичного напряжения питания. В этом случае после восстановления напряжения питания зарядное устройство вновь включается и устанавливается в исходное состояние, т.е. процесс разряда-заряда начинается сначала.

Таким образом, при периодичности сбоя меньшей, чем цикл разряд-заряд, заряд аккумулятора становится невозможным, т.к. каждый раз до окончания заряда зарядное устройство будет автоматически переводиться в режим разряда.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности заряда аккумуляторов за счет сохранения работоспособности зарядного устройства при сбоях внешнего напряжения питания, путем исключения при кратковременных сбоях внешнего питающего напряжения перевода зарядного устройства, работающего в режиме заряда, в режим разряда.

Указанная цель достигается тем, что в зарядное устройство, содержащее клеммы для подключения аккумулятора, анализатор уровня сигнала, вход которого подключен к клеммам, а выход - к входу анализатора временных характеристик сигнала, выход которого подключен к первому входу устройства управления стабилизаторами, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам стабилизатора тока разряда и стабилизатора тока заряда, выходы которых подключены к клеммам, источник вторичного питания, дополнительно введено устройство фиксации сбоя питания, содержащее компаратор выход которого является выходом устройства фиксации сбоя питания, источник опорного напряжения, устройство временного хранения информации, выполненное в виде последовательно соединенных диода, анод которого является входом устройства временного хранения информации, первого резистора и конденсатора, точка соединения которых является выходом устройства временного хранения информации и подключена к неинвертирующему входу компаратора, и второго резистора, подключенного параллельно конденсатору, при этом вход устройства фиксации сбоя подключен к выходу источника вторичного питания, а выход – ко второму входу устройства управления стабилизаторами.

На фиг. 1 представлена функциональная схема зарядного устройства.

Зарядное устройство содержит клеммы 1 для подключения аккумулятора 2, анализатор 3 уровня сигнала, вход которого подключен к клеммам 1, а выход - к входу анализатора 4 временных характеристик сигнала, выход которого подключен к первому входу устройства 5 управления стабилизаторами, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам стабилизатора 6 тока заряда и стабилизатора 7 тока разряда, источник 8 вторичного питания, устройство 9 фиксации сбоя питания, вход которого подключен к выходу источника 8 вторичного питания, а выход - ко второму входу устройства 5 управления стабилизаторами.

Функциональная схема устройства 9 фиксации сбоя питания представлена на фиг. 2.

Устройство 9 фиксации сбоя питания может содержать компаратор 10, выход которого является выходом устройства 9 фиксации сбоя питания, источник 12 опорного напряжения, устройство 11 временного хранения информации, выполненное, например, в виде последовательно соединенных диода V, резистора R1, конденсатора С и резистора R2, подключенного параллельно конденсатору С.При этом анод диода V является входом устройства 11 временного хранения информации, а точка соединения резистора R1 и конденсатора С - выходом устройства 11 временного хранения информации и подключена к неинвертирующему входу компаратора 10. Второй вывод конденсатора С подключен к общей шине вторичного питания зарядного устройства. Источник 12 опорного напряжения формирует на выходе, подключенном к инвертирующему входу компаратора 10, постоянное напряжение U_оп..

На вход источника 8 вторичного питания подается внешнее напряжение питания U_внеш. (напряжение питания зарядного устройства), а на выходе формируется напряжение вторичного питания U_вт. (т.е. напряжение U_вт. относительно нулевой шины источника 8 вторичного питания, являющейся общей шиной вторичного питания зарядного устройства), которое подается на составные части зарядного устройства (на фиг. 1 не показано) и на вход устройства 9 фиксации сбоя питания.

Работает зарядное устройство следующим образом.

При подаче питания на зарядное устройство напряжение с клемм 1 поступает на анализатор 3 уровня сигнала, который преобразует это напряжение в цифровой вид и может быть выполнен, например, в виде аналого-цифрового преобразователя. Далее этот сигнал через анализатор 4 временных характеристик поступает на вход 1 устройства 5 управления стабилизаторами. Анализатор 4 временных характеристик обеспечивает блокировку ложных смен режимов и при ударных воздействиях и переход в режим разряда при нештатном порядке смены заряженных аккумуляторов за счет учета продолжительности изменения сигнала на выходе анализатора 3 уровня сигнала в случае, если он изменяется до уровней, требующих смены режима работы зарядного устройства. Анализатор 3 уровня сигнала, анализатор 4 временных характеристик и устройство 5 управления стабилизаторами могут быть выполнены, например, на одном микроконтроллере типа MSC1211.

В случае если аккумулятор 2 к клеммам 1 не подключен, сигнал на выходе анализатора 3 уровня сигнала будет постоянным и соответствующим 0 В. Этот сигнал через анализатор 4 временных характеристик поступает на вход 1 устройства 5 управления стабилизаторами, которое независимо от сигнала на выходе устройства 9 фиксации сбоя питания (реально он в этом случае равен логической "1") выключает стабилизатор 6 тока разряда и стабилизатор 7 тока заряда (устанавливает зарядное устройство в исходное состояние).

При последующем подключении к клеммам 1 аккумулятора 2 сигнал на входе анализатора 3 уровня сигнала будет отличаться от 0 В (при исправном аккумуляторе будет не менее минимально допустимого значения U_min). Автоматически начинается штатный процесс разряда-заряда, т.е. соответствующий сигнал с выхода анализатора 3 уровня сигнала через анализатор 4 временных характеристик поступает на устройство 5 управления стабилизаторами, которое независимо от сигнала на выходе устройства 9 фиксации сбоя питания (реально в данном случае он равен логической "1") включает стабилизатор 7 тока разряда и оставляет выключенным стабилизатор 6 тока заряда. После этого осуществляется разряд аккумулятора 2 до уровня U_min на клеммах 1. При достижении этого уровня устройство 5 управления стабилизаторами включает стабилизатор 6 тока заряда и выключает стабилизатор 7 тока разряда. По истечении определенного фиксированного времени заряда устройство 5 управления закрывает оба стабилизатора и выдает сигнал об окончании процесса разряд-заряд. При этом всегда в течение всего времени заряда или разряда в энергонезависимой памяти устройства 5 управления стабилизаторами запоминается для текущего момента времени:

- режим работы (заряд или разряд);

- время заряда, если текущий режим работы - заряд.

При съеме аккумулятора 2 зарядное устройство переходит в исходное состояние.

В случае если при подаче питания на зарядное устройство сигнал на клеммах 1 больше минимально допустимого уровня U_min, т.е. аккумулятор 2 на зарядное устройство установлен, режим работы зарядного устройства будет зависеть от сигнала на выходе устройства 9 фиксации сбоя питания в момент подачи питания на зарядное устройство. Если этот сигнал соответствует логическому "0", значит произошла штатная подача питания на зарядное устройство (например, включением тумблера питания зарядного устройства - на фиг. 1 не показан) или время сбоя питания превысило максимально допустимое значение (значение, до которого зарядное устройство должно сохранять работоспособность, т.е. продолжить работу в том же режиме, что и до сбоя). В этом случае начинается штатный процесс разряда-заряда аккумулятора 2. Если при подаче питания на зарядное устройство аккумулятор 2 на него уже установлен и в момент подачи питания на выходе устройства 9 фиксации сбоя питания - логическая "1", значит произошел сбой питания на время меньше максимально допустимого. В этом случае устройство 5 управления стабилизаторами в соответствии с хранящейся в его энергонезависимой памяти информацией устанавливает после подачи питания режим работы и, при необходимости (при работе в момент сбоя в режиме заряда), время заряда соответствующие тем, которые были до сбоя питания, и продолжает работу, чем обеспечивается работоспособность зарядного устройства при сбоях внешнего напряжения питания.

При этом формирование сигналов на выходе устройства 9 фиксации сбоя питания осуществляется следующим образом. При подаче на зарядное устройство внешнего питания U_внеш. на вход устройства 9 фиксации сбоя питания поступает напряжение U_вт.. Это напряжение обеспечивает через диод V и резистор R1 постепенный заряд конденсатора С до максимального значения напряжения

где U_V - прямое падение напряжения на диоде V.

Компаратор 10 сравнивает текущее напряжение на конденсаторе U_C с напряжением на выходе источника опорного напряжения U_оп.. Если сразу после подачи питания на зарядное устройство напряжения питания U_С>U_оп., значит время сбоя было меньше, чем необходимо для разряда конденсатора C с напряжения U_Сmax до напряжения U_оп. и на выходе компаратора 10, являющемся выходом устройства 9 фиксации сбоя питания, сохранялась в течение всего времени сбоя логическая "1".

Если сразу после подачи на зарядное устройство напряжения питания U_С<U_оп., значит время сбоя было больше, чем необходимо для разряда конденсатора C с напряжения U_Сmax до напряжения U_оп. и на выходе устройства 9 фиксации сбоя питания появился логический "0" еще до окончания сбоя.

Скорость заряда конденсатора С должна быть такой, чтобы при подаче на зарядное устройство напряжения питания напряжение U_С не успело существенно измениться за время от подачи питания до считывания устройством 5 управления стабилизаторами сигнала с выхода устройства 9 фиксации сбоя питания (5-10 мс). Скорость заряда конденсатора С может быть задана резистором R1. Время разряда конденсатора С от уровня U_Сmax до уровня U_оп. должно быть равно (или быть немного больше) максимально допустимому времени сбоя питания (обычно 0,2 - 0,3 с). Скорость разряда конденсатора С задается резистором R2.

Таким образом, в рассматриваемом зарядном устройстве за счет введения в состав зарядного устройства дополнительно устройства 9 фиксации сбоя питания обеспечивается устойчивость к сбоям напряжения питания, и тем самым повышается надежность заряда аккумуляторов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для заряда аккумуляторных батарей. Технический результат заключается в повышении надежности заряда батареи. Достигается тем, что в зарядное устройство дополнительно введено устройство фиксации сбоя питания, содержащее компаратор, выход которого является выходом устройства фиксации сбоя питания, источник опорного напряжения, устройство временного хранения информации, выполненное в виде последовательно соединенных диода, анод которого является входом устройства временного хранения информации, первого резистора и конденсатора, точка соединения которых является выходом устройства временного хранения информации и подключена к неинвертирующему входу компаратора, и второго резистора, подключенного параллельно конденсатору, при этом вход устройства фиксации сбоя подключен к выходу источника вторичного питания, а выход - ко второму входу устройства управления стабилизаторами. 2 ил.

Зарядное устройство, содержащее клеммы для подключения аккумулятора, анализатор уровня сигнала, вход которого подключен к клеммам, а выход - к входу анализатора временных характеристик сигнала, выход которого подключен к первому входу устройства управления стабилизаторами, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входам стабилизатора тока разряда и стабилизатора тока заряда, выходы которых подключены к клеммам, источник вторичного питания, отличающееся тем, что в него дополнительно введено устройство фиксации сбоя питания, содержащее компаратор, выход которого является выходом устройства фиксации сбоя питания, источник опорного напряжения, устройство временного хранения информации, выполненное в виде последовательно соединенных диода, анод которого является входом устройства временного хранения информации, первого резистора и конденсатора, точка соединения которых является выходом устройства временного хранения информации и подключена к неинвертирующему входу компаратора, и второго резистора, подключенного параллельно конденсатору, при этом вход устройства фиксации сбоя подключен к выходу источника вторичного питания, а выход - ко второму входу устройства управления стабилизаторами.