Система заряда Советский патент 1984 года по МПК H02J7/02 

2.Система по п. 1, отличающ а я с я тем, что функциональный преобразователь, моделирующий зависимость остаточной емкости аккумуляторной батареи от величины ее разрядного напряжения, выполнен в виде операцион 1ого усилителя с диодом

в цсми обратной связи.

3.Система по п. 1,отличакг щ а я с я тем, что блок контроля

и управления выполнен в виде логической схемы, состоящей из двух триггеров, элемента задержки и элемента совпадения, причем вход первого триггера связан с пусковым входом блока контроля и управления, к котоpof y подключен также вход элемента

задержки, выход элемента задержки соединен с входом, устанавливающим в О первый триггер, прямой выход которого связан с первым входом коммутатора и электронным ключом, а его инвэрсный выход подключен к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а его выход связан с входом второго триггера, устанавливающий в О вход которого подключен к информационному выходу цифрового счетчика, прямой выход второго соединен с пусковым входом формирователя импульсов и вторьм входом коммутатора.

1.СИСТЕМА ЗАРЯДА, содержацдя аккумуляторную батарею, например, никель-кадмиевую,стабилизатор зарядного тока и стабилизатор разрядного тока, подключенные к аккумуляторной батарее через коммутатор, и формирователь импульсов, выходом связанный со счетным входом цифрового счетчика, шииы питания которого соединены через стабилизатор напряжения с выходными клеммами аккумуляторной батареи, отличающая ся тем, что. с целью сокращения времени заряда, повышения КПД и увеличения срока службы аккумуляторной батареи, она снабжена функциональным преобразователем, моделирующим зависимость остаточной емкости аккумуляторной батареи от величины ее разрядного напряжения, электронным ключом, аналогоцифровым преобразователем и блоком контроля и управления, причем функциональный преобразователь входом связан с клеммами батареи через элекТ ронный ключ, а выходом подключен через аналого-цифровой преобразователь. к установочному входу цифрового- счетчика, блок контроля и управления входами соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя и информационным выходом цифрового счетчика, а выходами - с управляющим входом электронного ключа, пусковым входом формирователя шф1ульсов и управляющими первым и вторым входами коммутатора. о: Рд

Изобретение относится к электротехнике и касается контроля параметров, в частности емкости при заряде аккумуляторной батареи (АБ), наиболее часто используемой в качестве автономного источника электрической энергии на различных объектах.

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее источник зарядного тока, АБ, в цепь которой включены датчики зарядного и разрядного тока, выходы которых соединены со счетными входами реверсивного счетчика ампер-часов, выход которого соединен с входом регулятора зарядного тока, корректор коэффициента передачи датчика тока, выходом соединенный с входами датчиков зарядного и разрядного тока, и датчик окончания заряда батареи, подключенный к входу корректора и входу сброса счетчика ампер-часов в фиксированное состояние счета TI Ц.

В указанном устройстве контроль запаса емкости АБ осуществляется по показанию счетчика ампер-часов, которьв интегрирует ток АБ с учетом КПД АБ при работе в том или ином режиме заряда и разряда. Однако во многих практических случаях АБ используется для питания потребителей, при котором непрерывный контроль ее параметров, в том числе и запаса емкости, не производится. При заряде

такой АБ принципиальным вопросом является определение остаточной емкости АБ, например, с целью расчета необходимого времени для восстановления функциональной готовности АБ, чего данное устройство не обеспечивает.

Известно также устройство для контроля емкости АБ, содержащее контрольную нагрузку, подключаемую к батарее через силовой электронный ключ (ЭК) источник опорного напряжения, схему сравнения, мультивибратор, триггер, генератор импульсов эталонной частоты, дополнительный ЭК, счетчик импульсов, дешифратор, цифровой индикатор и сис-ему управления измерением. СКРма сравнения одним входом соединена с АБ, вторым входом с источником опорного напряжения, а ее выход связан с первым входом триггера, к второму входу которого подключен выход мультивибратора, соединенный также с вторым входом силового ЭК. Выход триг25

гера подключен к первому входу дополнительного ЭК, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов эталонной частоты. Выход дополнительного ЭК подключен к входу счетчи30 ка импульсов, связанного по выходу ,с цифровым индикатором через дешифратор. Система управления измерением своим выходом соединена с входом мультивибратора Г23. Данное устройство предназначено для определения величины емкости АВ, однако его принцип работы основан на использовании динамической характеристики АБ, которая в значительной степени зависит от режима предшествующего разряда (заряда) и времени, прошедшего с момента его окончания. Следовательно, достоверный результат контроля величины емкости АБ при использовании известного устройства может быть получен по истечении длительного времени с момента окончания штатного применения АБ, что увеличивает время восстановления функциональной готовности АБ. Кроме того, устройство сложно и требует тщательной настройки. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система заряда, содержащая АБ, реле минимального напряжения, стабилизатор зарядного тока (СЗТ), стабилизатор разрядного тока (СРТ), стабилизатор напряжения (СН), коммутатор (реле), формирователь импульсов (ФИ) и цифровой счетчик (ЦСЧ). АБ через контакты коммутатора подключена к реле минимального напряжения и через соответствующие контакты последнего к СРТ и СЗТ. Контакты реле минимального напряжения включены в цепь коммутации ЦСЧ, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора (обмоткой реле), а вход - с ФИ. Цепь питания ЦСЧ подключена к выходу СН C3J В известном устройстве определени величины запаса емкости АБ производи ся при разряде в момент срабатывания реле минимального напряжения, предварительно отстроенного на порог напряжения, соответствующий при заданном токе разряда АВ определенной остаточной емкости. Предварительный (дополнительный) разряд АБ до опреде ленного минимального напряжения обус ловливает непроизводительное глубокое циклирование АБ, что сокращает срок ее службы. Затраты времени на предварительный разряд увеличивают продолжительность приведения АБ в состояние полной функциональной готовности. Кроме того, в ходе предварительного разряда ранее накопленная в АБ энергия расходуется бесполезно, что снижает КПД системы заряда. Цель изобретения - сокращение времени заряда, повьвиени КПД и срока службы АБ. Поставленная цель достигается тем, что система заряда, содержащая аккумуляторную батарею (АБ), например, никель-кадмиевую, стабилизаторы за- , рядного и разрядного токов (СЗТ и СРТ), подключенные к АВ через коммутатор, и формирователь импульсов (ФИ) выходом связанный со счетным входом цифрового счетчика (ЦСЧ), шины питания которого соединены через стабилизатор напряжения (СН) с выходными клеммами АБ, снабжена функциональным преобразователем (ФП),моделирующим зависимость остаточной емкости АВ от величины ее разрядного напряжения электронньм ключом (ЭК), аналогоцифровым преобразователем (АЦП) и блоком контроля и управления (ВКУ), причем ФП входом связан с клеммами АБ через ЭК, а выходом подключен через АЦП к установочному входу ЦСЧ, БКУ входами соединен с выходом АЦП и информационным выходом ЦСЧ, а выходами связан с управляющим входом ЭК, пусковым входом ФИ и управляющими первым и вторым входами, коммутатора. При этом ФП, моделирующий зависимость остаточной емкости АБ от величины ее разрядного напряжения, выполнен в виде операционного усилителя (ОУ) с диодом в цепи обратной связи.Кроме того, БКУ выполнен в вцде логической схемы, состоящей из двух триггеров, элемента задержки и элемента совпадения, вход первого триггера связан с пусковым входом ВКУ, к которому подключен также вход элемента задержки, выход элемента задерж ки соединен с входом, устанавливаю щим в О первый триггер, прямой выход которого связан с первым входом коммутатора и ЭК, а его инверсный выход подключен к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом АЦП, а его выход связан с входом второго триггера, устанавливающий в О вход которого подключен к информационному выходу ЦСЧ, прямой выход второго триггера соединен с пусковым входом ФИ и вторым управляющим входом коммутатора. На фиг. 1 изображена функциональная :4лектрическая схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - график реализуемой М1 зависимости остаточной емкое$ти никель-кадмиевой ДБ от величины ее разрядного напряжения. Система заряда содержит никелькадмиевую АН 1 СЗТ 2, СРТ 3, коммутатор 4, 4 5, ЦСЧ 6, СН 7, ФП 8, мо делирующий зависимость остаточной ем кости АБ от величины разрядного напр жения, ЭК 9, АЦП 10 и БКУ 11. ДБ 1 связана с СЗТ 2 и СРТ 3 через контак ты коммутатора 4. БКУ 11 состоит из триггеров 12 и 13, элемента 14 задер ки и элемента 15 совпадения. В качестве триггеров 12 и 13 могут быть использованы RS-триггеры. Пусковой вход БКУ 11 .подключен к 5 -входу триггера 12, Между входами S и R триггера 12 включен элемент 14 задерж ки. Прямой выход Триггера 12 соединен с первым входом коммутатора 4 и управляющим входом ЭК 9. Инверсный вых.од триггера 12 связан с первым входом злемента 15 совпадения, второй вход которого подключен к выходу АЦП 10. Выход злемента 15 совпадения соединен с S -входом триггера 13. Его Р -вход связан с информационным вьпсодом ЦСЧ 6. Прямой выход триггера 13 подключен к пусковому входу ФИ 5 и второму входу коммутатора 4. Выход ФИ 5 соединен со счетным входом ЦСЧ 6, шины питания которого связаны с выходными клеьмами ДБ 1 через СН 7. ФП 8 входом подключен через ЭК 9 к выходным клеммам ДБ 1, а выходом соединен с ДЦП 10, выход которого связан с устанавливающим в исходное состояние счета входом ЦСЧ 6. WI 8 может быть выполнен в виде ОУ 16, на входе которого включено регулируемое сопроти ление 17, а в 1депь обратной связи последовательное соединение регулируемого сопротивления 18 и диода 19. Подстройкой регулируемых сопротивлений 17 и 18 достигается требуемая пропорциональность параметров моделируемой ФП 8 зависимости (фиг. 2). ДЦП 10 может быть выполнен по гаобой известкой схеме преобразователя аналог-код. Шины питания ФИ 5, ФП 8, ДЦП 10 И БКУ 11 подключены к выходу СН 7 (не показано); Система заряда работает следуняци образом. В исходном состоянии ДБ 1 отключена от СЗТ 2 и СРТ 3. Триггеры 12 и 13 находятся в нулевом положении. ФИ 5 сигналы не вырабатывает. Состо ние ЦСЧ 6 может быть любым. 4 При поступлений сигнала на пусковой вход БКУ 11 триггер 12 перебрасывается в единичное положение. Сигнал с прямого выхода триггера 12 посту «т на первый вход коммутатора 4 и управляющий вход ЭК 9. Под действием сигнала по первому входу коммутатор 4 подключает АБ 1 к СРТ 3. Начикается разряд АБ 1 стабилизированньвл током Эр. ЭК 9 открывается и на вход ОУ 16 через сопротивление 17 подается величина разрядного напряжения АБ 1 Up , соответствующая значеншо тока Эр . Вследствие больтого входного сопротивления ОУ 16 его выходной сигнал пропорционален току, протекающему в цепи обратной связи, который ограничивается сопротивлением 18 и повторяет закон изменения трка диода 19. Таким образом, выходной сигнал ОУ 16 представляет собой квадратичную зависимость от входного сигнала с коэффициентом пропорциональности, определяемым отношением величин сопротивлений 18 и 17. Однако, как показано на фиг. 2, именно такую зависимость имеет величина остаточной емкости никель-кадмиевой ДБ в от значения разрядного напряжения Ор при фиксированном разрядном токе . Следовательно, ФП 8 реализует зависимость остаточной емкости ДБ от I . . величины разрядного напряжения Одб €(Up)Зр Const. Таким образом, на выходе ФП 8 формируется сигнал, пропор циональный остаточной емкости ДБ 1. ДЦП 10 преобразует выходной сигнал ФП 8 в цифровой код, который записывается в ЦСЧ 6. Одновременно ДЦП 10 выдает сигнал в БКУ 11 об окончании регистрации величины емкости ДБ 1, которая в вице потенциального уровня подается на один из входов злемента 15 совпадения. По истечении времени i сигнал с выхода элемента 14 задержки поступает на п-вход триггера 12, под действием которого триггер 12 возвращается в исходное положение, ЭК 9 закрывается. Коьмутатор 4 отключает ДБ 1 от СРТ 3. Интервал времени задержки сигнала Т вэлементе 14 выбирается таким, чтобы вьтолнялось условие , где г время переходного процесса изменения напряжения Up при вклк чении на ток Э, - интервал времени, в течение которого производится регистрация величины . Единичный сигнал с инверсного выхода триггера 12 поступает на второй вход элемента 15 совпадения и открывает его. Под действием сигнала по 5 - входу триггер 12 перебрасывае ся в единичное положение. Сигнал с прямого выхода триггера 13 поступает на второй вход коммутатора 4 и на пу коёой вход ФИ 5. Под действием сигнала по второму входу коммутатор 4 подключает АБ 1 к СЗТ 2, и начинается заряд батареи стабилизированным током 3, . ФИ 5 вырабатывает сигналы с фиксированной частотой следования f , которые поступают на счетный вход ЦСЧ 6. Таким образом, в ЦСЧ 6 регистрируется текущее значение зарядной емкости АВ QJ- где Тз - время заряда. По достижении зарядной емкостью АБ 1 требуемой величины на информационном выходе ЦСЧ 6 вырабатывается сигнал, поступающий на г -вхо

адБ

ост триггера 13. Триггер 13 возвращается в исходное положение, ФИ 5 выключается, АБ 1 отключается от СЗТ 2. Заряд АБ 1 окончен. Таким образом, в предлагаемой системе определение остаточной емкости АБ производится при кратковременном (контрольном) включении АБ на разряд в течение интервала времени t, который существенно меньше времени разряда АБ до заданного (исходного) уровня, затрачиваемого в прототипе, что обусловливает сокращение необходимого времени на приведение АБ в функциональную готовность и исключает непроизводительное глубокое циклирование АБ, а следовательно, снижает расход ресурса АБ и повьщ1ает КПД, По сравнению с прототипом предлагаемая система заряда обеспечивает сокращение времени приведения АБ в состояние полной функциональной готовности примерно на 20%, повыщение КПД в среднем на 20% и увеличение срока службы АБ почти на 100 циклов .