Зарядная станция аккумуляторной батареи Российский патент 2023 года по МПК H02J7/02 

Изобретение относится к устройствам для заряда аккумуляторов и может быть использовано в электротехнической отрасли промышленности.

В качестве прототипа выбрана зарядная станция аккумуляторной батареи (АКБ) автомобильного транспортного средства, содержащая вводы для подключения к источнику питания, схему преобразования тока, выводы для подключения к клеммам АКБ и блок управления, выполненный с возможностью формирования сигнала разрешения или запрета заряда, при этом зарядная станция АКБ работает таким образом, что сначала блоком управления формируется сигнал разрешения заряда и осуществляется замыкание контактов выводов для подключения к клеммам АКБ, замыкание контактов вводов для подключения к источнику питания, включение схемы преобразования тока и зарядка АКБ до тех пор, пока блоком управления не будет получен сигнал о необходимости окончания зарядки от автомобильного транспортного средства, после чего блоком управления формируется сигнал запрета заряда, отключается схема преобразования тока и размыкаются соответствующие контакты [JP2014121229A, дата публикации: 30.06.2014 г., МПК: H01M 10/44, H01M 10/48, H02J 7/00].

Недостатком прототипа является высокий риск выхода из строя элементов зарядной станции АКБ обусловленный тем, что независимо от наличия или отсутствия необходимости зарядки АКБ, блок управления формирует сигнал разрешения заряда, осуществляет замыкание необходимых для подачи питания контактов и включение схемы преобразования тока, что приводит к увеличению количества лишних циклов задействования элементов зарядной станции без необходимости зарядки АКБ и снижает ресурс зарядной станции. Высокий риск выхода из строя элементов зарядной станции обусловлен также и тем, что при замыкании контактов вводов для подключения к источнику питания и возникновении перепадов напряжения в сети источника питания возможно оплавление контактов или выход из строя схемы преобразования тока. Вследствие вышеперечисленных недостатков существенным образом снижается надежность зарядной станции АКБ.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости повышения надежности зарядной станции аккумуляторной батареи.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска выхода из строя элементов зарядной станции аккумуляторной батареи.

Дополнительный технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска выхода из строя элементов аккумуляторной батареи, подключаемой к зарядной станции.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Зарядная станция аккумуляторной батареи содержит вводы для подключения к источнику питания, схему преобразования тока и выводы для подключения к клеммам аккумуляторной батареи. В отличие от прототипа зарядная станция дополнительно содержит ввод для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи и схему запрета заряда, подключенную к этому вводу и к схеме преобразования тока, а вводы для подключения к источнику питания снабжены контуром основного заряда аккумуляторной батареи, включающим в себя главный контактор и схему замыкания главного контактора подключенную к главному контактору и к вводу для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи, и снабжены контуром предварительного заряда аккумуляторной батареи, включающим в себя токоограничивающий резистор, контактор предварительного заряда аккумуляторной батареи и схему замыкания контактора предварительного заряда аккумуляторной батареи, подключенную к нему и к вводу для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи, при этом схема замыкания контактора предварительного заряда аккумуляторной батареи подключена к схеме замыкания главного контактора и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании контактора предварительного заряда аккумуляторной батареи, а схема замыкания главного контактора подключена к схеме запрета заряда и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании главного контактора.

Ввод для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи (АКБ) обеспечивает возможность получения логическими элементами зарядной станции сигнала разрешения заряда вырабатываемого контроллером АКБ в случае необходимости ее зарядки, что снижает риск выхода из строя элементов зарядной станции АКБ и элементов АКБ. К вводу для получения сигналов от контроллера АКБ подключены такие элементы зарядной станции, как схема запрета заряда, схема замыкания контактора предварительного заряда АКБ и схема замыкания главного контактора.

Вводы для подключения к источнику питания обеспечивают подачу переменного тока источника питания к схеме преобразования тока. Вводы для подключения к источнику питания могут быть представлены в виде электрических проводников, один конец каждого из которых подключен к схеме преобразования тока, а другие концы каждого из вводов объединены в электрический соединитель для подключения к источнику питания. Для снижения риска выхода из строя элементов зарядной станции АКБ и элементов АКБ вводы для подключения к источнику питания снабжены контуром основного заряда АКБ и контуром предварительного заряда АКБ.

Контур предварительного заряда АКБ обеспечивает уменьшение пускового тока за счет плавной подачи переменного тока источника питания на схему преобразования тока, снижая таким образом риск выхода ее из строя. Для этого контур предварительного заряда АКБ включает в себя: токоограничивающий резистор, контактор предварительного заряда АКБ и подключенную к нему схему замыкания контактора предварительного заряда АКБ. Схема замыкания контактора предварительного заряда АКБ, в случае получения ей сигнала разрешения заряда от контроллера АКБ, обеспечивает подачу управляющего сигнала на контактор предварительного заряда АКБ и замыкание контактов контура предварительного заряда АКБ.

Контур основного заряда АКБ обеспечивает подачу переменного тока источника питания к схеме преобразования тока для дальнейшего питания ее током и для этого включает в себя: главный контактор и подключенную к нему схему замыкания главного контактора. Схема замыкания главного контактора, в случае получения ей сигнала разрешения заряда от контроллера АКБ, обеспечивает подачу управляющего сигнала на катушку главного контактора и замыкание контактов контура основного заряда АКБ.

В качестве контакторов в рамках настоящего изобретения могут быть представлены пускатели различных типов, реле и иные управляемые коммутаторы.

В случае, если контроллер АКБ не обеспечивает подачу сигнала разрешения заряда, то схемами: замыкания контактора предварительного заряда АКБ и замыкания главного контактора прекращается подача управляющего сигнала на соответствующие контакторы, за счет чего обеспечивается разомкнутое состояние контуров основного и предварительного заряда АКБ.

Схема запрета заряда подключена к схеме преобразования тока и обеспечивает ее активацию и отключение, за счет формирования и отправки на нее сигнала запрета заряда, что снижает риск выхода из строя элементов зарядной станции АКБ и элементов АКБ. Более конкретно, в случае если схемой запрета заряда не обеспечивается получение сигнала разрешения заряда от контроллера АКБ, то ей обеспечивается формирование и отправка на схему преобразования тока сигнала запрета заряда. При этом, в случае если схемой запрета заряда не обеспечивается получение от контроллера АКБ сигнала разрешения заряда, то ей обеспечивается прекращение формирования сигнала запрета заряда.

Схема преобразования тока обеспечивает преобразование мощности переменного тока источника питания в мощность постоянного тока для питания АКБ. Схема преобразования тока может содержать последовательно соединенные двухполупериодный и трансформаторный выпрямитель, между которыми установлен переключатель. В случае получения схемой преобразования тока сигнала запрета заряда от схемы запрета заряда переключатель обеспечивает выключение схемы преобразования тока. В случае, если схема преобразования тока не получает от схемы запрета заряда сигнал запрета заряда, то переключатель обеспечивает перевод схемы преобразования тока в активное состояние.

Схема замыкания контактора предварительного заряда АКБ подключена к схеме замыкания главного контактора и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании контактора предварительного заряда, что обеспечивает снижение риска выхода из строя элементов зарядной станции АКБ и элементов АКБ.

Дополнительно для снижения риска выхода из строя элементов зарядной станции АКБ и элементов АКБ, схема замыкания контактора предварительного заряда АКБ может быть подключена к схеме замыкания главного контактора через цепь задержки сигнала. Это обеспечивает возможность получения схемой замыкания главного контактора сигнала о замыкании контактора предварительного заряда после отправки этого сигнала схемой замыкания контактора предварительного заряда с некоторой задержкой и вследствие этого обеспечивает достаточную длительность процесса предварительной зарядки. При этом, цепь задержки сигнала может быть выполнена с возможностью задержки сигнала на 2-3 секунды.

Схема замыкания главного контактора подключена к схеме запрета заряда и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании главного контактора, что обеспечивает снижение риска выхода из строя элементов зарядной станции АКБ и элементов АКБ.

Зарядная станция может дополнительно содержать блок управления процессом зарядки АКБ, обеспечивающий формирование управляющих сигналов для контроля работы схемы преобразования тока на основании параметров тока и зарядного напряжения, необходимых для зарядки различных типов АКБ. Для этого блок управления процессом зарядки АКБ может быть подключен к вводу для получения сигналов от контроллера АКБ и/или зарядная станция может содержать дополнительный ввод для получения сигналов данных от контроллера АКБ, к которому также может быть подключен блок управления процессом зарядки АКБ.

Дополнительно для обеспечения контроля процесса зарядки АКБ зарядная станция АКБ может содержать схему контроля заряда, подключенную к схеме преобразования тока и блоку управления процессом зарядки АКБ, схему определения характеристик электрического тока и схему определения напряжения, подключенные к выводам для подключения к клеммам АКБ и блоку управления процессом зарядки АКБ.

Выводы для подключения к клеммам АКБ обеспечивают передачу тока от схемы преобразования тока на клеммы АКБ для обеспечения ее зарядки. Все элементы, входящие в состав зарядной станции, могут быть размещены на одной печатной плате, которая может бать установлена внутри корпуса, а соединение элементов зарядной станции может обеспечиваться при помощи гибких проводников или токопроводящих дорожек. При этом соответствующие вводы и выводы могут быть выполнены в виде электрических разъемов или штекеров и могут быть расположены в выполненных в корпусе гнездах.

Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что:

- зарядная станция дополнительно содержит ввод для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи и схему запрета заряда, подключенную к этому вводу и к схеме преобразования тока, что обеспечивает возможность контроля работоспособности схемы преобразования тока в зависимости от наличия или отсутствия необходимости зарядки АКБ и исключает ее задействование в случае отсутствия такой необходимости.

- вводы для подключения к источнику питания снабжены контуром основного заряда АКБ и контуром предварительного заряда АКБ предложенных конфигураций, что обеспечивает возможность плавной подачи тока к схеме преобразования тока и тем самым позволяет снизить риск ее выхода из строя, например, при возникновении неисправностей или перебоев в сети источника питания, а подключение схем замыкания контакторов к вводу для получения сигналов от контроллера АКБ, обеспечивает возможность замыкания контактов контуров только в случае необходимости зарядки АКБ.

- схема замыкания контактора предварительного заряда АКБ подключена к схеме замыкания главного контактора, а схема замыкания главного контактора подключена к схеме запрета заряда, при этом каждая из них выполнена с возможностью отправки сигнала о замыкании соответствующего контакта на подключенную к ней схему, что обеспечивает возможность связи между элементами зарядной станции для их поэтапного включения в работу в случае необходимости зарядки АКБ, и исключает возможность их задействования в случае отсутствия такой необходимости.

Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя элементов зарядной станции аккумуляторной батареи, тем самым повышается ее надежность.

Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники не известны существенные отличительные признаки заявленного изобретения, ввиду чего оно соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется следующими фигурами.

Фиг. 1 – Функциональная схема зарядной станции АКБ.

Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.

Зарядная станция АКБ содержит корпус 10, вводы 50-52 для подключения к источнику питания, схему 100 преобразования тока, выводы 60 и 61 для подключения к клеммам АКБ, вводы 65 и 66 для получения сигналов от контроллера АКБ и блок 200 управления процессом зарядки АКБ. Вводы 50–52 для подключения к источнику питания снабжены контурами основного и предварительного заряда АКБ.

Контур основного заряда АКБ включает в себя главный контактор 110, а зарядная станция содержит схему 210 замыкания главного контактора.

Контур предварительного заряда АКБ включает в себя контактор 120 предварительного заряда АКБ и токоограничивающий резистор 121, а зарядная станция содержит схему 220 замыкания контактора предварительного заряда АКБ.

Также зарядная станция содержит схему 230 запрета заряда АКБ, схему 240 управления зарядом, схему 250 определения электрического тока, схему 260 определения напряжения и цепь 222 задержки сигнала.

Вводы 50-52 и выводы 60 и 61 - подключены к схеме 100 преобразования тока. Вводы 65 и 66 подключены к блоку 200 управления процессом зарядки АКБ. Главный контактор 110 подключен к схеме 210 замыкания главного контактора. Контактор 120 предварительного заряда АКБ подключен к схеме 220 замыкания контактора предварительного заряда АКБ. Схема 220 замыкания контактора предварительного заряда АКБ подключена к схеме 210 замыкания главного контактора через цепь 222 задержки сигнала. Схема 210 замыкания главного контактора подключена к схеме 230 запрета заряда АКБ. Схема 210 замыкания главного контактора, схема 220 замыкания контактора предварительного заряда АКБ и схема 230 запрета заряда АКБ - подключены к вводу 65.Схема 230 запрета заряда АКБ и схема 240 управления зарядом - подключены к схеме 100 преобразования тока. Схема 250 определения электрического тока подключена к выводу 60. Схема 260 определения напряжения подключена к выводу 61. Схема 230 запрета заряда АКБ, схема 240 управления зарядом, схема 250 определения электрического тока и схема 260 определения напряжения подключены к блоку 200 управления процессом зарядки АКБ.

Все элементы зарядной станции АКБ размещены на одной печатной плате, установленной внутри корпуса 10, и соединены между собой при помощи токопроводящих дорожек.

Изобретение работает следующим образом.

Зарядная станция подключается к источнику питания (бытовой розетке) посредством вводов 50-52. При этом контуры основного и предварительного заряда АКБ разомкнуты, что обеспечивает возможность изоляции остальных элементов зарядной станции от источника питания и снижает риск выхода их из строя при возникновении неисправностей в сети источника питания.

При подключении к зарядной станции АКБ 300, в частности, положительной и отрицательной клемм АКБ 300 к выводам 60 и 61, а контроллера АКБ 300 к вводам 65 и 66, а в зависимости от наличия или отсутствия сигнала разрешения заряда, поступающего от контроллера АКБ 300, происходит следующее:

1. В случае отсутствия сигнала разрешения заряда с контроллера АКБ 300, подключенной к зарядной станции, управляющий сигнал на катушках контакторов 110 и 120 отсутствует, контуры основного и предварительного заряда находятся в разомкнутом положении, а схема 230 подает на схему 100 сигнал запрета отдачи тока, что переводит ее в выключенное состояние, за счет чего обеспечивается минимальное энергопотребление зарядной станции при отсутствии необходимости зарядки АКБ 300 и снижается риск выхода из строя АКБ 300 при возникновении неисправностей в сети источника питания.

2. В случае наличия сигнала разрешения заряда с контроллера АКБ, подключенной к зарядной станции, он попадает на схемы 230, 220 и 210. В результате этого происходит следующее:

Схемой 220 подается управляющий сигнал на катушку контактора 120, в результате чего замыкается контур предварительного заряда АКБ и происходит плавная подача тока на схему 100 за счет резистора 121, снижая риск выхода из строя схемы 100 при возникновении неисправностей в сети источника питания. Одновременно с подачей напряжения на катушку контактора 120, осуществляется подача сигнала о замыкании контура предварительного заряда на схему 210 через цепь 222 задержки сигнала.

После получения схемой 210 сигнала разрешения заряда с контроллера АКБ, на нее с задержкой в 2-3 секунды поступает сигнал о замыкании контура предварительного заряда, после чего ей подается управляющий сигнал на катушку контактора 110, в результате чего замыкается контур основного заряда АКБ, и исключается возможность его замыкания, прежде чем будет замкнут контур предварительного заряда, что дополнительно снижает риск выхода из строя схемы 100 при возникновении неисправностей в сети источника питания. Одновременно с подачей напряжения на катушку контактора 110, осуществляется подача сигнала о замыкании контура основного заряда на схему 230.

После получения схемой 230 сигнала разрешения заряда с контроллера АКБ, на нее поступает сигнал о замыкании контура основного заряда, после чего она прекращает подачу на схему 100 сигнала запрета отдачи тока, что переводит ее во включенное состояние и исключает возможность ее включения прежде чем будет замкнут контур основного заряда. Таким образом контур основного заряда замкнут, а схема 100 осуществляет преобразование переменного тока в постоянный, который подается на клеммы АКБ и происходит ее зарядка.

При этом зарядка АКБ 300 происходит до тех пор, пока ее контроллер не прекратит подачу сигнала на разрешение заряда через ввод 65 на схемы 210, 220 и 230, что будет свидетельствовать о полной зарядке АКБ 300.

В процессе зарядки АКБ 300 схемой 260 осуществляется определение величины зарядного напряжения, схемой 250 осуществляется определение величины электрического тока протекающего от схемы 100 к клеммам АКБ 300, и на основании этих данных, блоком 200, и схемой 240 осуществляется контроль работы схемы 100 посредством формируемых схемой 240 сигналов управления.

Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска выхода из строя элементов зарядной станции аккумуляторной батареи, тем самым повышается ее надежность.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к устройствам для заряда аккумуляторов и может быть использовано. Технический результат заключается в снижении риска выхода из строя элементов зарядной станции аккумуляторной батареи. Зарядная станция аккумуляторной батареи (АКБ) содержит вводы для подключения к источнику питания, снабженные контурами основного и предварительного заряда АКБ, схему преобразования тока, выводы для подключения к клеммам АКБ, ввод для получения сигналов от контроллера АКБ и схему запрета заряда, подключенную к этому вводу и к схеме преобразования тока. Контур предварительного заряда аккумуляторной батареи, состоит из токоограничивающего резистора, контактора предварительного заряда и схемы замыкания контактора предварительного заряда, подключенную к контактору предварительного заряда и к вводу для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи. Контур основного заряда, состоит из главного контактора и схемы замыкания главного контактора, подключенную к главному контактору и к вводу для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи. При этом схема замыкания контактора предварительного заряда подключена к схеме замыкания главного контактора и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании контактора предварительного заряда аккумуляторной батареи, а схема замыкания главного контактора подключена к схеме запрета заряда и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании главного контактора. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Зарядная станция аккумуляторной батареи, содержащая: вводы для подключения к источнику питания, схему преобразования тока и выводы для подключения к клеммам аккумуляторной батареи, отличающаяся тем, что:

- дополнительно содержит ввод для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи и схему запрета заряда, подключенную к этому вводу и к схеме преобразования тока,

- вводы для подключения к источнику питания, которые:

- снабжены контуром основного заряда аккумуляторной батареи, включающим в себя главный контактор и схему замыкания главного контактора, подключенную к главному контактору и к вводу для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи,

- снабжены контуром предварительного заряда аккумуляторной батареи, включающим в себя токоограничивающий резистор, контактор предварительного заряда аккумуляторной батареи и схему замыкания контактора предварительного заряда аккумуляторной батареи, подключенную к нему и к вводу для получения сигналов от контроллера аккумуляторной батареи, при этом:

- схема замыкания контактора предварительного заряда аккумуляторной батареи подключена к схеме замыкания главного контактора и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании контактора предварительного заряда аккумуляторной батареи,

- схема замыкания главного контактора подключена к схеме запрета заряда и выполнена с возможностью подачи на нее сигнала о замыкании главного контактора.

2. Зарядная станция по п. 1, отличающаяся тем, что схема замыкания контактора предварительного заряда АКБ подключена к схеме замыкания главного контактора через цепь задержки сигнала.

3. Зарядная станция по п. 2, отличающаяся тем, что цепь задержки сигнала выполнена с возможностью задержки сигнала на 2-3 секунды.

4. Зарядная станция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок управления процессом зарядки АКБ, схему контроля заряда, подключенную к схеме преобразования тока и блоку управления процессом зарядки АКБ, схему определения характеристик электрического тока и схему определения напряжения, подключенные к выводам для подключения к клеммам АКБ и блоку управления процессом зарядки АКБ.