Зарядное устройство для батареи литиевых аккумуляторов Российский патент 2024 года по МПК H01M10/46 H02J7/04 H01M10/52 

Заявляемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля степени заряда/разряда литий-ионных батарей.

Вместе с внедрением на транспорте литиевых аккумуляторов достаточно остро встала проблема их корректного использования. При получаемых от них высоких емкостях и токах эти аккумуляторы оказались весьма чувствительны к перезаряду, как и к недопустимо глубокому разряду. Подобные режимы слишком быстро выводят их из строя.

Как известно, в зависимости от величины остаточного напряжения на клеммах литиевого аккумулятора, заряжать его рекомендуется сначала током, равным одной десятой доли емкости аккумулятора («0,1 C», где C - емкость аккумулятора в [А⋅ч]). Затем, когда напряжение заряжаемого аккумулятора станет более так называемого «минимально допустимого», U_д (для наиболее широко используемых на транспорте литий-железо-фосфатных аккумуляторов оно составляет 2,9…3,05 В, конечно, если изготовитель аккумуляторов не установил иное), следует использовать так называемый цикл «cc/cv», («constant current/constant voltage» - «неизменный ток / неизменное напряжение»).

Осуществление указанного цикла предполагает на первом этапе подачу и поддержание на клеммах литиевого аккумулятора неизменного тока величиной I_c , составляющей от 0,33 до 1 C. Чем больше ток, тем быстрее будет заряжаться аккумулятор. Важно только, чтобы такие токи смогло выдержать зарядное устройство.

Далее, когда напряжение заряжаемого аккумулятора станет равным «контрольному» значению U_к (для упомянутых выше литий-железо-фосфатных аккумуляторов обычно его принимают равным 3,2 В, опять-таки, если изготовитель не указал иное), зарядный ток следует уменьшать постепенно - таким образом, чтобы достигнутое на клеммах аккумулятора напряжение, U_к , оставалось неизменным.

Зарядку аккумулятора можно считать законченной, когда зарядный ток окажется уменьшен до величины 0,01…0,05 А.

При этом надо иметь в виду, что из-за естественной разницы в параметрах отдельных элементов некоторые из ячеек аккумуляторной батареи в процессе ее эксплуатации, например, при обеспечении хода транспортного средства, могут разряжаться с не одинаковой скоростью. Затем по-разному разряженные аккумуляторы уже в ходе их зарядки также будут восполнять свой заряд не все одинаково. В результате возможно возникновение ситуации, когда одни ячейки аккумуляторной батареи по напряжению уже достигнут требуемых показателей, а другие все еще нет. Причем описанные особенности будут проявлять себя тем сильнее, чем «старше» аккумуляторная батарея, т.е. чем дольше она находится в эксплуатации.

Известно «Зарядное устройство» (см. описание к патенту RU 202656 U1 от 02.03.2021). Недостатком данного технического решения, аналога заявляемому, является то, что его не стоит применять для литиевых аккумуляторов - оно не способно осуществить описанную выше процедуру («cc/cv») зарядки литиевого аккумулятора.

Известно «Устройство балансировки литий-ионной аккумуляторной батареи» (см. описание к патенту RU 2722619 C2 от 02.06.2020). Оно также является аналогом заявляемому техническому решению и состоит из последовательно соединенных модулей, каждый из которых содержит «заданное» количество аккумуляторов. Модули включают в себя: блок системы мониторинга, заряда и разряда. Каждый блок содержит DC/AC преобразователи для каждого аккумулятора модуля, DC/AC преобразователь для модуля в целом и узел мониторинга и контроля заряда в целом, а также блоки переключения режимов для каждого аккумулятора модуля и блок переключения режима модуля в целом.

Недостатком данного технического решения является его сложность и громоздкость. В частности, между аккумуляторными модулями по переменному току связь осуществляется с помощью трехобмоточных трансформаторов, габариты которых, по всей видимости, окажутся соизмеримыми с размерами самих заряжаемых аккумуляторов.

В качестве прототипа для заявляемого технического решения использовано «Устройство для заряда аккумуляторов» (см. описание к патенту RU 2206166 C2, 10.06.2003).

Оно содержит трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для соединения с сетью переменного напряжения, вторичная обмотка соединена с первым и вторым входами первого блока контроля аккумулятора, а также ряд других элементов.

К недостаткам этого устройства относится то, что оно разрабатывалось для зарядки, во-первых, исключительно отдельных аккумуляторов, а не аккумуляторной батареи, а во-вторых, оно не в полной мере способно реализовать описанную выше процедуру зарядки именно литиевого аккумулятора («cc/cv»).

Технический результат, достигаемый заявляемым техническим решением, состоит в расширении функций устройства - прототипа путем обеспечения возможности заряжать батарею так, чтобы в отношении каждой ее ячейки была реализована процедура зарядки, рекомендуемая для литиевых аккумуляторов.

Заявленный технический результат достигается следующим образом.

Зарядное устройство для батареи литиевых аккумуляторов, содержащее трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для соединения с сетью переменного напряжения, а вторичная обмотка соединена с первым и вторым входами первого блока контроля аккумулятора.

При этом в устройство дополнительно введены (n-1) блоков контроля аккумулятора, где n - число контролируемых аккумуляторов. Указанные блоки включены между собой, а также с первым блоком контроля аккумулятора параллельно, а их выходы предназначены для соединения с соответствующими клеммами контролируемых аккумуляторов.

Каждый блок контроля аккумулятора содержит первый и второй резисторы, микроконтроллер, модуль беспроводной связи, датчик тока, первый и второй тиристоры, первый и второй оптроны, первый и второй диоды. Причем первый вход блока контроля аккумулятора соединен с первым контактом первого резистора, с анодом первого диода, с первым контактом фотоприемника первого оптрона и с катодом первого тиристора. Второй контакт первого резистора соединен с первым контактом второго резистора, а их общая точка соединена с соответствующим входом микроконтроллера.

Соответствующий выход микроконтроллера соединен с первым контактом светодиода первого оптрона, а второй контакт фотоприемника первого оптрона соединен с управляющим электродом первого тиристора. Катод первого диода соединен с катодом второго диода, с первым контактом конденсатора и предназначен для соединения с клеммой «минус» контролируемого аккумулятора.

Второй вход блока контроля аккумулятора соединен с анодом второго диода, с первым контактом фотоприемника второго оптрона и с катодом второго тиристора. Второй контакт фотоприемника второго оптрона соединен с управляющим электродом второго тиристора, соответствующий выход микроконтроллера соединен с первым контактом светодиода второго оптрона, анод первого тиристора соединен с анодом второго тиристора, с вторым контактом конденсатора и с первым контактом датчика тока.

Второй контакт датчика тока предназначен для соединения с клеммой «плюс» контролируемого аккумулятора и соединен с соответствующим входом микроконтроллера. Выход датчика тока соединен с другим соответствующим входом микроконтроллера, а модуль беспроводной связи соединен с соответствующими контактами микроконтроллера.

Пример реализации заявляемого технического решения иллюстрируется на фиг. 1, где представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, и фиг. 2, где изображена электрическая схема одного из блоков контроля аккумулятора.

На фиг. 1 представлен понижающий трансформатор «1», первичная обмотка которого соединена с сетью переменного напряжения с номиналами, например, 220 В, 50 Гц. При этом вторичная обмотка трансформатора «1» изготовлена так, что создает на выходе напряжение с амплитудой около 7 В.

Данное напряжение питает ряд включенных параллельно друг другу блоков контроля аккумулятора Б1 («2.1»), Б2 («2.2») … Бn («2.n»). Имея в виду немалые токи, которые должны будут протекать во время зарядки аккумуляторов, особенно на этапе «cc» («constant current») цикла «cc/cv», для изготовления вторичной обмотки трансформатора «1», а также соединительных проводов между ней и включенными параллельно друг другу блоками контроля аккумулятора Б1 («2.1»), Б2 («2.2») … Бn («2.n») следует использовать проводники соответствующего сечения.

Выходы каждого из блоков контроля аккумулятора Б1 («2.1»), Б2 («2.2») … Бn («2.n») соединены с соответствующими клеммами «своего» литиевого аккумулятора G1, G2 … Gn. В свою очередь, последние на стороне постоянного тока соединены между собой в аккумуляторную батарею. Для упрощения представленной схемы данные соединения, реализованные на стороне постоянного тока между клеммами аккумуляторов G1, G2 … Gn, на фиг. 1 не показаны.

На фиг. 2 обозначены:

R1, R2 - первый и второй резисторы, соответственно. Они имеют большие номиналы (порядка сотен кОм) и вместе образуют делитель напряжения, подаваемого на соответствующий вход микроконтроллера МК («3»). Сам же данный вход характеризуется тем, что здесь микроконтроллер МК («3») может, по крайней мере, определить знак поступившего напряжения: положительное оно («плюс») или отрицательное («минус»);

U1 - первый оптрон. Первый контакт его светодиода соединен с соответствующим выходом микроконтроллера МК («3»). При подаче на этот выход сигнала высокого уровня («логической 1») светодиод начнет светиться, что переведет фотоприемник данного оптрона в проводящее («открытое») состояние;

VS1 - первый тиристор. Его управляющий электрод соединен с вторым контактом фотоприемника первого оптрона U1. Если фотоприемник первого оптрона U1 перейдет в проводящее состояние, а на первый вход блока контроля аккумулятора с вторичной обмотки трансформатора «1» (см. фиг. 1) поступит положительная полуволна переменного напряжения, то данный тиристор также перейдет в проводящее состояние («откроется»);

U2 - второй оптрон. Первый контакт его светодиода соединен с соответствующим выходом микроконтроллера МК («3»). При подаче на этот выход сигнала высокого уровня («1») светодиод зажжется, что переведет фотоприемник данного оптрона в проводящее, т.е. в «открытое» состояние;

VS2 - второй тиристор. Его управляющий электрод соединен с вторым контактом фотоприемника второго оптрона U2. Если фотоприемник второго оптрона U2 будет находиться в проводящем состоянии, а на второй вход блока контроля аккумулятора с вторичной обмотки трансформатора «1» (см. фиг. 1) будет подана положительная полуволна переменного напряжения, то второй тиристор также перейдет в проводящее состояние («откроется»);

VD1, VD2 - первый и второй диоды, соответственно. Вместе с первым VS1 и вторым VS2 тиристорами они образуют так называемую «полууправляемую» мостовую выпрямительную схему, напряжение на выходе которой будет определяться углом открытия тиристоров VS1 и VS2. Чем этот угол больше, т.е. чем длиннее выдержка времени Δt, в течение которой тиристор «закрыт», тем меньше будет постоянная составляющая напряжения, создаваемого выпрямительным мостом. Предельной величиной выдержки времени Δt будет продолжительность полупериода питающего напряжения. При частоте напряжения, питающего трансформатор «1» в 50 Гц, она составит 0,01 (10^-2) с;

C1 - конденсатор, служит для сглаживания пульсаций напряжения, выпрямленного мостовой схемой, состоящей из тиристоров VS1, VS2 и диодов VD1, VD2. В рассматриваемом блоке контроля аккумулятора желательно использовать конденсатор, по возможности, большей емкости. В том числе, не плохо будет применить электролитический конденсатор;

G1 - литиевый аккумулятор, контролируемый рассматриваемым блоком;

ДТ («5») - датчик тока, в качестве которого может быть использован, например, датчик Холла. В этом случае его следует размещать в непосредственной близости от того проводника, который предназначен для соединения выхода рассматриваемого блока с клеммой «плюс» контролируемого аккумулятора G1. Выход датчика тока соединен с тем входом микроконтроллера МК («3»), на котором последний сможет осуществить аналого-цифровое преобразование (АЦП).

Еще один вход микроконтроллера МК («3»), где также может осуществляться АЦП, соединяется непосредственно с проводником, предназначенным для соединения с положительной клеммой («плюс») контролируемого аккумулятора G1;

МБС («4») - модуль беспроводной связи. В качестве данного модуля может быть использована микросхема, реализующая передачу сигналов по WiFi и Bluetooth. Он соединен с соответствующими контактами микроконтроллера МК («3»);

МК («3») - микроконтроллер.

Микроконтроллер МК («3») и модуль беспроводной связи МБС («4») функционируют, получая питание непосредственно от контролируемого аккумулятора. Для упрощения рассматриваемой схемы цепи питания на фиг. 2 не показаны.

Элементы представленного на фиг. 2 блока контроля аккумулятора желательно разместить на одной плате - такой, чтобы она могла крепиться непосредственно на клеммах контролируемого аккумулятора, не слишком сильно (в пределах 1 … 2 мм) или даже вовсе не выступая за его габариты.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, пока не была начата зарядка аккумуляторной батареи, и первичная обмотка трансформатора «1» (см. фиг. 1) не была подсоединена к сети соответствующего номинала, микроконтроллер МК («3»), см. фиг. 2, пребывает в так называемом «спящем» режиме. Данный режим работы микроконтроллера МК («3») характеризуется минимальным потреблением энергии им от контролируемого блоком аккумулятора G1. Периодически - раз в несколько минут - или же по соответствующему запросу, переданному модулем беспроводной связи МБС («4»), микроконтроллер МК («3») обращается к тому своему входу, который соединен с положительной клеммой контролируемого аккумулятора G1.

С помощью АЦП микроконтроллером МК («3») определяется напряжение на клеммах контролируемого аккумулятора G1. Полученное величина сравнивается с минимально допустимым напряжением U_д. Величина минимально допустимого напряжения U_д устанавливается пользователем с помощью модуля беспроводной связи МБС («4»), а также смартфона, планшета или ноутбука, на котором установлено соответствующее приложение и аналогичный модуль. По умолчанию она принимается равной 3,05 В.

Если полученная величина напряжения аккумулятора оказалась ниже установленного минимально допустимого значения U_д, то с помощью того же модуля беспроводной связи МБС («4») обслуживающему персоналу передается соответствующий сигнал тревоги. Аналогично, если замер производился в связи с поступившим запросом, с помощью все того же модуля беспроводной связи МБС («4») запрашивавшему передается результат измерения.

Описанным способом блоки контроля аккумулятора Б1 («2.1»), Б2 («2.2») … Бn («2.n») на регулярной основе отслеживают напряжение на клеммах - степень заряда - контролируемых ими аккумуляторов G1, G2 … Gn, по мере необходимости, информируя при этом обслуживающий персонал об актуальной его величине.

Когда персоналом транспортного средства будет принято решение зарядить аккумуляторную батарею, и первичная обмотка трансформатора «1» (см. фиг. 1) будет подключена к сети соответствующего номинала, на выходе вторичной обмотки трансформатора «1» появится переменное напряжение - как уже отмечалось, не очень большое по амплитуде - всего несколько вольт. Это напряжение окажется приложенным между первым и вторым входами включенных параллельно друг другу блоков контроля аккумулятора Б1 («2.1»), Б2 («2.2») … Бn («2.n»).

В микроконтроллер МК («3»), см. фиг. 2, через делитель напряжения, состоящий из первого R1 и второго R2 резисторов, поступит соответствующий сигнал. Ближайший переход данного сигнала через ноль, например, от «минуса» к «плюсу» (т.е. от отрицательных значений напряжения к положительным) должен перевести микроконтроллер МК («3») в каждом блоке контроля аккумулятора Б1 («2.1»), Б2 («2.2») … Бn («2.n»), см. фиг. 1, из режима «спящего» в режим зарядки контролируемого аккумулятора.

В указанном режиме микроконтроллер МК («3»), см. фиг. 2, опять-таки после ближайшего момента перехода через ноль напряжения, создаваемого вторичной обмоткой трансформатора «1» (см. фиг. 1), с выдержкой времени Δt каждый полупериод питающего напряжения начнет передавать сигналы высокого уровня («логическая единица») на те свои выходы, от которых получают питание светодиоды первого U1 и второго U2 оптронов в порядке, описываемом ниже. На данном этапе зарядки аккумулятора выдержку времени Δt можно принять равной 0,006 с, если частота напряжения, питающего трансформатор «1» будет составлять 50 Гц.

Когда напряжение, поступающее в блок контроля аккумулятора по первому входу, сменится с «минуса» на «плюс» (т.е. перейдет из отрицательных значений к положительным) сигнал высокого уровня («1») с выдержкой времени Δt нужно подать на светодиод первого оптрона U1 (см. фиг. 2). Светодиод первого оптрона U1 начнет светиться и переведет фотоприемник своего оптрона в проводящее («открытое») состояние.

Тем самым управляющий электрод первого тиристора VS1 окажется соединен с положительным потенциалом («плюсом»), поступившим с вторичной обмотки трансформатора «1» по первому входу блока контроля аккумулятора.

В результате первый тиристор VS1 также перейдет в свое проводящее состояние («откроется»). Порция «положительного» заряда, пройдя через датчик тока ДТ («5»), поступит на клемму «плюс» контролируемого аккумулятора G1. Закроется первый тиристор VS1 (т.е. перейдет в не проводящее состояние), когда напряжение, поступающее с вторичной обмотки трансформатора «1» (см. фиг. 1), вновь перейдет через ноль - сменится с положительного («плюса») на отрицательное («минус»).

Данный переход активирует также другую ветвь полууправляемой мостовой схемы VS1 - VS2 - VD1 - VD2 (см. фиг. 2). Теперь с той же выдержкой времени Δt сигнал высокого уровня («логическая единица») будет подан на светодиод второго оптрона U2. Светодиод второго оптрона U2 засветится и переведет фотоприемник своего оптрона в проводящее («открытое») состояние. Тем самым управляющий электрод второго тиристора VS2 окажется соединен с положительным потенциалом («плюсом»).

Тогда в свое проводящее состояние перейдет («откроется») второй тиристор VS2 и новая порция «положительного» заряда, пройдя через датчик тока ДТ («5»), поступит на клемму «плюс» контролируемого аккумулятора G1.

Закроется второй тиристор VS2 (перейдет в не проводящее состояние), когда напряжение, поступающее с вторичной обмотки трансформатора «1» (см. фиг. 1), вновь перейдет через ноль.

Описанный выше процесс будет повторяться 50 раз каждую секунду, конечно, если частота напряжения, питающего трансформатор «1», будет составлять 50 Гц.

По прошествии одной или нескольких секунд, необходимых для того, чтобы в рассматриваемых схемах смогли завершиться переходные процессы, в один из тех моментов времени, когда напряжение, создаваемое вторичной обмоткой трансформатора «1», в очередной раз перейдет через ноль, микроконтроллер МК («3»), см. фиг. 2, вновь обратится к тем своим входам, которые могут осуществлять АЦП и соединены: один с выходом датчика тока ДТ («5»), а другой - с положительной клеммой контролируемого аккумулятора G1.

Вновь полученную величину напряжения контролируемого аккумулятора G1 микроконтроллер МК («3») теперь должен будет сравнить с минимально допустимым для этого аккумулятора значением, U_д, а вновь полученную величину зарядного тока - с током, равным одной десятой емкости аккумулятора («0,1 C»). Данная величина, «0,1 C», тоже устанавливается пользователем с помощью модуля беспроводной связи МБС («4»), а также смартфона, планшета или ноутбука, на котором установлено соответствующее приложение и аналогичный модуль.

Если напряжение оказалось выше минимально допустимого значения (U_д), микроконтроллер МК («3») переходит к выполнению цикла «cc/cv».

Для этого выдержка времени Δt уменьшается до нуля, и по прошествии одной или нескольких секунд, требуемых для завершения переходных процессов, делаются замеры зарядного тока и напряжения на клеммах контролируемого аккумулятора G1. Теперь уже результат измерения напряжения сравнивается с «контрольным» значением, U_к , а тока - с I_c . Контрольное значение напряжения, U_к , а также «неизменного» тока, I_c , устанавливаются пользователем с помощью модуля беспроводной связи МБС («4»), а также смартфона, планшета или ноутбука, на котором установлено соответствующее приложение и аналогичный модуль.

Если измеренный ток оказывается больше I_c , то зарядный ток следует уменьшать - путем введения, а затем, возможно, и увеличения выдержки времени Δt. Поэтому микроконтроллер МК («3») принимает ее равной 0,001 (=10^-3) с.

С указанной выдержкой времени Δt в каждый полупериод (как уже отмечалось, при частоте сети 50 Гц он будет составлять 0,01 с) поочередно, в течение одной или нескольких секунд (снова, чтобы дать возможность завершиться переходным процессам), включаются светодиоды первого U1 и второго U2 оптронов. Затем вновь делаются замеры зарядного тока, а также напряжения на клеммах контролируемого аккумулятора G1.

Если измеренный ток снова оказывается больше I_c , микроконтроллер МК («3») увеличивает выдержку времени Δt на интервал 0,001 (=10^-3) с. А затем в каждый полупериод включает светодиоды первого U1 и второго U2 оптронов в течение одной или нескольких секунд с новой выдержкой времени Δt и вновь делает замеры напряжения на клеммах контролируемого аккумулятора G1 и зарядного тока, сравнивая их с U_к и с I_c , соответственно.

Описанная процедура повторяется микроконтроллером МК («3») до тех пор, пока зарядный ток не станет меньше I_c . После чего микроконтроллер МК («3») начнет уменьшать выдержку времени Δt, но теперь уже на интервал 0,0001 (=10^-4) с, каждый раз повторяя описанную выше процедуру.

А именно, в течение одной или нескольких секунд каждый полупериод включаются светодиоды первого U1 и второго U2 оптронов с новой выдержкой времени Δt. Далее снова следуют замеры тока и напряжения. Затем сравнение результатов с I_c и U_к , и если ток меньше I_c, то Δt=Δt+10^-4, а если больше I_c , то Δt=Δt-10^-5 . В дальнейшем изменения выдержки времени Δt будут составлять каждые 10^-6 с, потом 10^-7 с, затем 10^-8 с и т.д.

Окончанием описанного процесса станет либо точность АЦП, с которой микроконтроллер МК («3») имеет возможность определять зарядный ток аккумулятора, либо точность, с которой он может поддерживать интервалы времени, либо факт превышения напряжением на его клеммах контрольного значения, U_к . Ведь все это время контролируемый аккумулятор G1 продолжал заряжаться.

Как только напряжение на клеммах контролируемого аккумулятора G1 превысит контрольное значение, U_к, микроконтроллер МК («3») должен перейти к выполнению следующей стадии - «cv» («constant voltage») в цикле «cc/cv».

С этой целью микроконтроллер МК («3») будет продолжать управление длительностью выдержки времени Δt, в целом - в сторону ее увеличения, но таким образом, чтобы на клеммах контролируемого аккумулятора G1 напряжение незначительно изменялось вокруг своего контрольного значения, U_к.

Например, если после очередного увеличения выдержки времени Δt напряжение на клеммах контролируемого аккумулятора G1 станет ниже контрольного значения, U_к, то ее, выдержку времени Δt, придется уменьшить, но теперь уже на такой интервал времени, который будет на порядок меньше, чем тот, на который выдержка времени Δt увеличивалась до этого.

Окончанием данной стадии - стадии «cv» в цикле «cc/cv» - как уже отмечалось, будет момент времени, когда зарядный ток окажется, наконец, снижен до величины 0,01 … 0,05 А. Данное значение также устанавливается пользователем с помощью модуля беспроводной связи МБС («4»), как и смартфона, планшета или ноутбука, на котором установлено соответствующее приложение и аналогичный модуль.

Особым случаем станет ситуация, когда вопреки посылавшимся со стороны блока контроля аккумулятора предупреждениям (подававшимся сигналам тревоги) остаточное напряжение на клеммах контролируемого аккумулятора G1 в начале его зарядки оказалось ниже минимально допустимого значения U_д. В этом случае зарядка такого аккумулятора должна начинаться с восстановления его емкости.

С этой целью измеренный ток сравнивается с величиной «0,1 C». Если он окажется менее данной величины, то микроконтроллер МК («3») должен уменьшить выдержку времени Δt на интервал 0,001 (=10^-3) с. Затем, отработав с такой выдержкой времени Δt одну или несколько секунд, опять сделать замеры напряжения и тока контролируемого аккумулятора G1 и сравнить их с U_д, а также «0,1 C», соответственно.

Если измеренный ток снова окажется менее «0,1 C», выдержка времени Δt должна быть вновь уменьшена на интервал 0,001 (=10^-3) с.

Описанные операции (снижение выдержки времени Δt → зарядка аккумулятора одну или несколько секунд → замеры напряжения и тока → их сравнение, соответственно, с U_д и с «0,1 C») придется повторять до тех пор, пока измеренный ток будет меньше величины «0,1 C».

Как только измеренный ток окажется более «0,1 C», выдержка времени Δt должна быть, наоборот, увеличена, но теперь на сниженную величину интервала, т.е. на 0,0001 (=10^-4) с.

Через одну или несколько секунд, необходимых для того, чтобы в зарядном устройстве завершились переходные процессы, описанная процедура должна быть повторена, т.е. после очередного перехода через ноль напряжения, питающего блок контроля аккумулятора, микроконтроллер МК («3») сделает замеры зарядного тока и напряжения на клеммах аккумулятора G1. А затем сравнит полученные результаты с минимально допустимым напряжением U_д и током в «0,1 C».

Выдержку времени Δt увеличивать на интервал 10^-4 с микроконтроллер МК («3») будет до тех пор, пока в результате описанных замеров зарядный ток снова не станет меньше величины «0,1 C».

После этого выдержка времени Δt каждый раз должна будет уменьшаться на 10^-5 с, пока зарядный ток снова не станет больше величины «0,1 C». Далее выдержка времени Δt будет должна изменяться на интервал 10^-6 с, 10^-7 с, 10^-8 с и т.д.

Подобно сказанному выше окончанием данного процесса станет либо точность АЦП, с которой микроконтроллер МК («3») сможет определять зарядный ток аккумулятора, либо факт превышения напряжения на его клеммах минимально допустимого значения U_д. Как уже отмечалось, все это время контролируемый аккумулятор продолжал заряжаться.

В представляемом техническом решении благодаря применению модуля беспроводной связи, МБС («4»), см. фиг. 2, дополнительно к заявленным имеют место следующие функциональные возможности. Данный модуль позволяет контролировать по отдельности каждый аккумулятор (аккумуляторную секцию) в батарее, степень его (ее) разряда и заряда со смартфона или с какого-то другого устройства, например, планшета либо ноутбука, на котором установлено соответствующее программное обеспечение и подключен аналогичный модуль беспроводной связи.

Помимо того, модуль беспроводной связи, МБС («4»), обеспечивая связь блока контроля аккумулятора с «внешним» миром позволяет обслуживающему персоналу устанавливать для каждого аккумулятора в батарее следующие значения: минимально допустимое напряжение U_д, контрольное напряжение, U_к, минимальный зарядный ток «0,1 С», «неизменный» зарядный ток I_c, а также величину зарядного тока, достигнув которой уже на последней стадии - «cv» («constant voltage») - следует прекращать зарядку аккумулятора.

Другими словами, с помощью модуля беспроводной связи, МБС («4»), а также смартфона, планшета или ноутбука, на которых установлено соответствующее программное обеспечение и подключен аналогичный модуль беспроводной связи каждый блок контроля аккумулятора можно настраивать по отдельности, с учетом особенностей именно того аккумулятора (аккумуляторной секции), который(ая) данный блок контролирует.

Представленное описание позволяет вполне однозначно утверждать, что реализация заявляемого технического решения несомненно обеспечивает достижение заявленного технического результата. За счет вновь введенных элементов и связей в устройстве-прототипе безусловно обеспечена возможность заряжать батарею, реализуя при этом в отношении каждой ее ячейки процедуру зарядки, рекомендуемую для литиевых аккумуляторов.

Это позволит продлить срок службы аккумуляторов в батарее. Кроме того, становятся существенно менее жесткими требования относительно того, чтобы комплектовать батарею «совершенно одинаковыми» аккумуляторами.

Контроль степени заряда аккумуляторов в батарее позволит персоналу транспортного средства экономить электроэнергию, поскольку блок контроля аккумулятора практически перестает потреблять электроэнергию, как только контролируемый им аккумулятор (аккумуляторная секция) набирает необходимый заряд, предотвращая тем самым возможность его «перезаряда».

Изобретение относится к области электротехники, а именно к зарядному устройству для батареи литиевых аккумуляторов, и может быть использовано в целях контроля степени заряда и разряда литий-ионных батарей с использованием беспроводной связи. Повышение надежности работы аккумуляторной батареи путем контроля каждого аккумулятора в батарее, в том числе степени его разряда и заряда со смартфона или с какого-либо другого устройства, например, планшета либо ноутбука, на котором установлено соответствующее программное обеспечение и подключен аналогичный модуль беспроводной связи, является техническим результатом, который достигается за счет того, что каждый блок контроля аккумулятора содержит модуль беспроводной связи и соединен с микроконтроллером, который обеспечивает связь со светодиодом и фотоприемником, а также с датчиком тока, при этом модуль беспроводной связи соединён с соответствующими контактами микроконтроллера. Предложенное устройство позволяет обеспечить возможность зарядки батареи таким образом, чтобы в отношении каждой ее ячейки была реализована процедура зарядки, рекомендуемая для литиевых аккумуляторов. 2 ил.

Зарядное устройство для батареи литиевых аккумуляторов, содержащее трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для соединения с сетью переменного напряжения, вторичная обмотка соединена с первым и вторым входами первого блока контроля аккумулятора, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены (n–1) блоков контроля аккумулятора, где n – число контролируемых аккумуляторов, указанные блоки включены между собой, а также с первым блоком контроля аккумулятора параллельно, вторичная обмотка трансформатора соединена с первым и вторым входами каждого из блоков контроля аккумулятора, а их выходы предназначены для соединения с соответствующими клеммами контролируемых аккумуляторов, при этом каждый блок контроля аккумулятора содержит первый и второй резисторы, микроконтроллер, модуль беспроводной связи, датчик тока, первый и второй тиристоры, первый и второй оптроны, первый и второй диоды, причём первый вход блока контроля аккумулятора соединён с первым контактом первого резистора, с анодом первого диода, с первым контактом фотоприёмника первого оптрона и с катодом первого тиристора, второй контакт первого резистора соединён с первым контактом второго резистора, а их общая точка соединена с соответствующим входом микроконтроллера, соответствующий выход микроконтроллера соединён с первым контактом светодиода первого оптрона, а второй контакт фотоприёмника первого оптрона соединён с управляющим электродом первого тиристора, катод первого диода соединён с катодом второго диода, с первым контактом конденсатора и предназначен для соединения с клеммой «минус» контролируемого аккумулятора, второй вход блока контроля аккумулятора соединён с анодом второго диода, с первым контактом фотоприёмника второго оптрона и с катодом второго тиристора, второй контакт фотоприёмника второго оптрона соединён с управляющим электродом второго тиристора, соответствующий выход микроконтроллера соединён с первым контактом светодиода второго оптрона, анод первого тиристора соединён с анодом второго тиристора, с вторым контактом конденсатора и с первым контактом датчика тока, второй контакт датчика тока предназначен для соединения с клеммой «плюс» контролируемого аккумулятора и соединён с соответствующим входом микроконтроллера, выход датчика тока соединён с другим соответствующим входом микроконтроллера, а модуль беспроводной связи соединён с соответствующими контактами микроконтроллера.