УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ САМОРАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Российский патент 2022 года по МПК H02J7/35 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подзаряда аккумуляторных батарей, находящихся на хранении, с целью компенсации их саморазряда.

Известна установка для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей [1], содержащая стабилизатор напряжения, выпрямитель и ответвительные коробки для подключения батарей, находящихся на хранении, в которой заряд батарей осуществляется токами фиксированных значений 50, 100 или 150 мА.

Недостатками данной установки является неточная компенсация саморазряда, так как на все батареи подается одинаковое напряжение, а строго фиксированные значения токов подзаряда не позволяют установить их равными току саморазряда и отсутствие защиты от короткого замыкания. Невозможность проведения регулировки уровня зарядного напряжения в зависимости от температуры окружающей среды, что, существенно снижает точность компенсации саморазряда. В результате получается, что одни батареи перезаряжаются, а другие недозаряжаются. Это требует систематического контроля за состоянием батарей, что снижает эксплуатационные свойства установки. Эта установка так же требует постоянного контроля по соблюдению требований безопасности, так как питается от сети 220 В.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей [2], содержащее фотоэлемент в качестве источника тока, диод защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, последовательно соединенные дроссель и диод, включенные между положительным выводом фотоэлемента и анодом диода защиты, накопительный элемент, включенный между анодом диода защиты и отрицательной шиной устройства, коммутирующий транзистор, включенный между средней точкой соединения дросселя и диода и отрицательной шиной устройства, пороговое устройство и задающий генератор импульсов, выходы которых соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента. Недостатком данного устройства является зависимость величины вырабатываемой энергии из-за изменения угла падения солнечных лучей на фотоэлемент в течение дня.

Технический результат направлен на повышение энергоотдачи фотоэлемента.

Технический результат достигается тем, что в устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей, содержащее фотоэлемент в качестве источника тока, диод защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, последовательно соединенные дроссель и диод, включенные между положительным выводом фотоэлемента и анодом диода защиты, накопительный элемент, включенный между анодом диода защиты и отрицательной шиной устройства, коммутирующий транзистор, включенный между средней точкой соединения дросселя и диода и отрицательной шиной устройства, пороговое устройство и задающий генератор импульсов, выходы которых соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента, дополнительно введены поворотная платформа с панелью с регулируемым углом наклона и электродвигатель, соединенный с платформой, электронный блок управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, два фотодатчика, выходы которых соединены с входами электронного блока управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, коллиматор света, расположенный перед одним из фотодатчиков, при этом фотоэлемент расположен на панели.

Отличительными признаками является то, что в устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей, введены поворотная платформа с панелью с регулируемым углом наклона и электродвигатель, соединенный с платформой, электронный блок управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, два фотодатчика, выходы которых соединены с входами электронного блока управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, коллиматор света, расположенный перед одним из фотодатчиков, при этом фотоэлемент расположен на панели.

На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей.

На фиг. 2 приведена схема образования дифференциального сигнала фотодатчиков при косом падении света и ориентирования панели с фотоэлементом по направлению максимального потока света.

Электрическая схема устройства содержит в себе фотоэлемент 1, диод 2 защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, дроссель 3 и диод 4 последовательно соединенные и включенные между положительным выводом фотоэлемента 1 и анодом диода 2 защиты, накопительный элемент 6 включенный между анодом диода 2 и отрицательной шиной 5 устройства, коммутирующий транзистор 7 включенный между средней точкой соединения дросселя 3, диода 4 и отрицательной шиной 5, к базе которого подключены выходы задающего генератора 8 и порогового устройства 9, последовательно соединенные стабилитрон 12, диод 13 и резистор 14 включенные между средней точкой соединения резистора 10, потенциометра 11 и отрицательной шиной 5 и параллельно подключенные переходу база - эммитер транзистора 15, транзистор 15 подключенный через коллектор к базе коммутирующего транзистора 7, резистор 16 подключенный к базе коммутирующего транзистора 7 и положительным выводом фотоэлемента 1, электронный блок управления 19, имеющий два входа к которым подключены фото датчики 21, 22 и выход, к которому подключен электродвигатель 20, механически связанный с поворотной платформой 23. Питание электронного блока управления осуществляется от аккумуляторной батареи 18 через клеммы 5 и 17.

Схема образования дифференциального сигнала фотодатчиков при косом падении света и ориентирования панели с фотоэлементом по направлению максимального потока света (с фрагментом панели) из состава схемы устройства для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей (фиг. 2) (с использование нумерации фиг. 1) включает поворотную платформу 23 с панелью, фотоэлемент 1 расположенный на панели поворотной платформы 23, электродвигатель 20 соединенный с поворотной платформой 23, блок управления 19 с дифференциальными входами 25 и 26, соединенные с электродвигателем 20, два фотодатчика 21 и 22 с фоточувствительным слоем 29, ориентированные в направлении нормали к фотоэлементу, и соединенные выходами к входам 25 и 26 блока управления 19, коллиматор 24 света, расположенный перед одним из фотодатчиков, например 21, и ориентированный в направлении нормали к фотоэлементу 1. На схеме обозначены лучи направленного света, падающие на панель по нормали 27 и косые лучи 28.

Устройство (Фиг. 1) работает следующим образом. С помощью потенциометра 11 устанавливают уровень напряжения на накопительном элементе 6, равный ЭДС заряженной батареи. Соответствующий уровень напряжения определяют по нулевым показаниям миллиамперметра, который при этом включается последовательно с батареей к выходу устройства.

Фотоэлемент 1 вырабатывает напряжение, которое при открытом состоянии коммутирующего транзистора 7, вызывает ток через дроссель 3. Коммутирующий транзистор 7 периодически открывается и закрывается под действием управляющих импульсов задающего генератора 8. В момент закрытия коммутирующего транзистора 7 на дросселе 3 наводится ЭДС, по величине значительно большая напряжения фотоэлемента 1. Под действием ЭДС дросселя 3 заряжается накопительный элемент 6 через диод 4. Диод 4 исключает разряд накопительного элемента 6 через фотоэлемент 1. В качестве накопительного элемента используются конденсаторы большой емкости или ионисторы. Величина напряжения заряда накопительного элемента выставляется с помощью потенциометра 11 порогового устройства 9. Как только напряжение на накопительном элементе 6 достигнет требуемой величины, стабилитрон 12 пробивается, транзистор 15 открывается, а коммутирующий транзистор 7 закрывается и заряд накопительного элемента 6 прекращается. Диод 2 защищает схему устройства от инверсного включения аккумуляторной батареи. Диод 13 имеет температурный коэффициент для увеличения напряжения на накопительном элементе 6 при понижении температуры с целью лучшего заряда аккумуляторной батареи.

Затем в процессе саморазряда батареи величина ЭДС снижается, и она начинает заряжаться от накопительного элемента 6, напряжение на нем тоже снижается, что приводит к закрытию стабилитрона 12 и транзистора 15. При этом начинает работать задающий генератор 8 и переключаться коммутирующий транзистор 7, а на дросселе 3 наводится ЭДС, что приводит к заряду накопительного элемента 6 до установленного уровня.

Принцип ориентирования фотоэлемента в направлении максимального потока света поясняется с помощью схемы, приведенной на фиг. 2 (нумерация элементов схемы соответствует фиг. 1). Принцип ориентирования основан на использовании двух фотодатчиков с разной пространственной угловой зависимостью фотоэлектрочувствительности. Принцип реализован с помощью фотодиодов с разной конструкционной угловой селективностью фотоэлектрочувствительности с использованием на одном датчике коллиматора света.

Ориентирование нормали фотоэлемента в направлении светового потока происходит следующим образом. Если фотоэлемент 1 ориентирован своей нормалью в направлении падающих лучей направленного светового потока Ф (например, солнца), то световой поток Ф₀, падающий на фотодатчик 21 через коллиматор 24 при падении по нормали по величине равен световому потоку на датчике без коллиматора. При этом сигналы, создаваемые равными световыми потоками 27 (Ф₀), на выходах фотодатчиков по величине равны. Равные сигналы, поступающие на вход блока управления 19, создают на выходе блока 19 разностный сигнал, равный нулю, и электродвигатель 20 бездействует.

При косом падении светового потока 28 (Ф_к) на фотодатчике 22 без коллиматора освещенность уменьшается по синусу угла падения α. Световой поток Ф_к, падающий на датчик 21 с коллиматора 24, уменьшается в большей мере, в сравнении со световым потоком Ф_к по нормали датчика 22 и составляет

где α - угол падения относительно плоскости фотоэлемента.

При косом падении величина светового потока уменьшается, по синусу угла падения относительно плоскости фотодатчика, а также по причине ограничения потока коллиматором. При длине коллиматора L и диаметре диафрагм D имеется предельный угол прохождения светового потока на фотодатчик

При меньших углах, то есть при более косом падении свет не попадает на датчик 21 и сигнал на входе 25 равен нулю. При этом на выходе блока 19 разностный сигнал обусловлен датчиком 22.

При углах падения света от нормали до граничного угла α_к косого падения сигнал на коллимированном датчике 21 уменьшается от максимума до нуля и задает увеличивающейся разностный сигнал на блок 19 для управления работой двигателя.

Фото датчики 21, 22 с фоточувствительным слоем 29 обеспечивают слежение за азимутальным направлением светового потока. Угол наклона панели с фотоэлементом к горизонтам устанавливается для заданного географического пояса вручную на наиболее эффективное положение.

Таким образом, введение в устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей дифференциальных фотодатчиков, поворотной платформы с фотоэлементом, электродвигателя, электронного блока управления, обеспечивает слежение за направлением светового потока и падения светового потока на фотоэлемент по нормали к поверхности, обеспечивает автоматическую ориентацию фотоэлемента в направление солнечных лучей, что позволяет повысить энергоотдачу фотоэлемента.

Для не ориентируемой панели освещенность фотоэлемента в случае использования солнечного света уменьшается по косинусу. Ориентируемый фотоэлемент при любом положении солнца освещается с максимальной интенсивностью по всей площади. Так как функция косинуса отличается от площади прямоугольника в раз, то и эффективность фотоэлемента при ориентировании увеличивается в 1,4 раз.

Используемые литературные источники:

1. Руководство по свинцовым аккумуляторным батареям [Текст]. [Утверждено заместителем начальника Главного бронетанкового управления и заместителем начальника Центрального автотракторного управления]. - М.: Воениздат, 1983. - 183 с.

2. Пат. 2555323 Российская Федерация, МПК H02J 7/00 (2006.01) Устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей [Текст] /Рогачев В.Д., Пузевич Н.Л., Сучугов Б.Н., Шилеева Н.М.; заявитель и патентообладатель Ряз. высш. возд. - десант. команд, уч-ще. - №2011153943/07; за-явл. 29.12.2011; опубл. 10.07.2015, Бюл. №19. - 5 с.: ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для подзаряда аккумуляторных батарей, находящихся на хранении, с целью компенсации их саморазряда. Технический результат заключается в повышении энергоотдачи фотоэлемента. Устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей содержит фотоэлемент в качестве источника тока, диод защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, последовательно соединенные дроссель и диод, накопительный элемент, коммутирующий транзистор, пороговое устройство и задающий генератор импульсов. Последовательно соединенные дроссель и диод подключены между положительным выводом фотоэлемента и анодом диода защиты. Накопительный элемент подключен между анодом диода защиты и отрицательной шиной устройства. Коммутирующий транзистор подключен между средней точкой соединения дросселя и диода и отрицательной шиной устройства. Выходы порогового устройства и задающего генератора импульсов соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента. Устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей дополнительно содержит поворотную платформу с панелью с регулируемым углом наклона и электродвигатель, соединенный с платформой, электронный блок управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, два фотодатчика, выходы которых соединены с входами электронного блока управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, коллиматор света, расположенный перед одним из фотодатчиков. Фотоэлемент расположен на панели. 2 ил.

Устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей, содержащее фотоэлемент в качестве источника тока, диод защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи, последовательно соединенные дроссель и диод, включенные между положительным выводом фотоэлемента и анодом диода защиты, накопительный элемент, включенный между анодом диода защиты и отрицательной шиной, устройства, коммутирующий транзистор, включенный между средней точкой соединения дросселя и диода и отрицательной шиной устройства, пороговое устройство и задающий генератор импульсов, выходы которых соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента, отличающееся тем, что дополнительно введены поворотная платформа с панелью с регулируемым углом наклона и электродвигатель, соединенный с платформой, электронный блок управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, два фотодатчика, выходы которых соединены с входами электронного блока управления с дифференциальным входом, соединенный с электродвигателем, коллиматор света, расположенный перед одним из фотодатчиков, при этом фотоэлемент расположен на панели.