Устройство для зарядки двух аккумуляторов транспортного средства Советский патент 1986 года по МПК H02J7/00 

соединен с отрицательными полюсами аккумуляторов 11, 12 через контакт 15 ключа 16. Контакты коммутируются системой управления/Устройство реализу ет.шесть режимов заряда (I, II, III, IV, V, VI). I режим заряда - аккумуляторы 11, 12 включены на заряд от источника 1 встречно-последовательно. Контакты 3, 6 ключей 7, 10 замкнуты. При 1, « (b,i-0,2) 1,„ (1, - ток заряда, 1,„- номинальный зарядный ток) устройство реализует II режим заряда. Замыкаются контакты 5, 15 ключей 9, 16, и аккумулятор 11 заряжается от источника 1. При Ij (0,1-0,2) 1,ц

Изобретение относится к области эксплуатации электрических аккумуляторов, а именно к технике зарядки элек трических аккумуляторов на борту транспортных средств.

Цель изобретения - увеличение разрядной емкости и срока службы аккумуляторов без снятия их с борта транспортного средства, а также уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг. 1 изображена схема силовой части устройства; на фи.г. 2 - схема системы управления устройства.

Силовая часть содержит мостовую схему, в одну из диагоналей которой включены последовательно соединенные внешний источник 1 постоянного тока и датчик 2 зарядного тока, а в плечи - контакты 3-6 ключей 7-10. В другую диагональ мостовой схемы включены два заряжаемых последовательно- встречно соединенных аккумулятора 11 и 12, параллельно которым подключен датчики 13 и 14 зарядного напряжения Между отрицательным полюсом внешнего источника и точкой соединения отрицательных полюсов заряжаемых аккумуляторов включен контакт 15 ключа 16. Для коммутации контактов 3-15 ключи 7-10 и 16 содержат управлякяцие элементы 17-21, связанные с выходом системы управления.

Система управления содержит первый компаратор 22, связанный своими входами с датчиком тока 2 и задатчизамыкаются контакты 4, 5 ключей 8, 9 встречно-последовательно включенные аккумуляторы с обратной полярностью коммутируются на источник 1. При оче- редном снижении тока (IV режим) сра- б тывают контакты 3, 15, ключей 7, 16. Заряжается -аккумулятор 12, Циклы повторяются. При Uj и,ц или V (V режим) аккумуляторы 11, 12 замыкаются друг на друге через контакты 3, 5 ключей 7, 9. Заряды-аккумуляторов вьфавниваются. Пр и Ujj « 0,75 Щц контакты 3, 5 размыкаются , и аккумуляторы отключаются от заряда. 2 ил.

ком 23 уровня зарядного тока. С вы- хоДом этого компаратора связан своим входом первый Т-триггер 24. Пря- , мой выход первого Т-триггера связан

с входом второго Т-триггера 25, а его инверсный выход - с первым входом первого 26 и второго 27 элементов И. Инверсный выход второго Т-триггера 25 связан с первым входом первого

элемента ИЛИ 28 и вторым входом первого элемента И 26, а его прямой выход - с первым входом второго элемента ИЛИ 29 и вторым входом второго элемента И 27. Со вторым входом первого 28 и второго 29 элементов ИЛИ связан своим выходом третий элемент ИЛИ 30. С его первым и вторым-входами связаны своими выходами соответственно второй 31 и третий 32 компараторы. Первый вход этих компараторов связан с датчиками напряжения 13 и 14 и с входами четвертого компаратора 33, а второй вход - с задатчиком уровня зарядного напряжения 34, Выход четвертого компаратора 33 связан с первым входом третьего элемента И 35, второй вход которого связан с выходом третьего элемента ИЛИ 30 и с управлянлцими входами крммутато-ров 36-38. С выходом третьего элемента И 35 связаны своими управляющими входами коммутаторы 39 и ДО. Коммутатор 36 своим входом связан с прямым выходом первого триггера 24.

Коммутаторы 37-40 связаны своими

входами соответственно с выходом первого элемента И 26, второго элемента И 27, первого элемента ИЛИ 28, второго элемента ИЛИ 29. Выходы коммутаторов 36-40 связаны соответственно с управляющими элементами 21, 20, 18, 17, 19 ключей 16, 10, 8, 7, 9.

Устройство работает следующим образом.

Реализация режимов зарядки (I-VI) аккумуляторов производится переключением контактов 3, 4, 5, 6, 15 ключей 7,8, 9, 10, 16 в соответствующих сочетаниях и последовательности. Режим 1 реализуется при замыкании контактов 3 и 6, режим II - контактов 5 и 15, режим III - контактов 4 и 5, режим IV - контактов 3 и 15, режим V- контактов 3 и 5, режим VI реализуется при размыкании всех контактов. Такой порядок переключения контактов ключей осуществляется системой управления. Задатчик 23 уровня зарядного тока настраивается на значение (0,1- 0,2)1,(1 - номинальный зарядный ток), которое сравнивается компаратором 22 с текущим значением 1 зарядного тока, измеряемым датчиком 2 тока. При I- (О, 1-0,2)1зн сигнал на выходе компаратора 22 равен логическому О, а при 1 (0,1-0,2) логической 1. Задатчик 34 уровня зарядного напряжения настраивается на значение 2E, вдвое превышающее ЭДС Е внешнего источника.Это напряжение компараторами 31 и 32 сравнивается с текущими значениями зарядных напряжений Ujj, 1)52 аккумуЛято- ров 11 и 12, измеряемыми датчиками 13 и 14. При Uj, , 11,2 - и, сигналы на выходах компараторов 32 и 31 равны О, поэтому на выходе третьего элемента ИЛИ 30 сигнал также равен 0. Если же и и , или U . U,, то сигнал на выходе соответствующего компаратора равен 1. При этом сигнал на выходе третьего элемента ИЛИ 30 также станет равным 1. Компараторы 31 и 32 обладают гистерезисом, который заключается в том, что переход выходного сигнала от О к 1 происходит при 1 зи обратньш переход от 1 к О - при и„ ,и,г 0,75U, 1,5Ец. Это необходимо для предотвращения переключения компараторов 31 и 32 на. на этапе Упри вьфавнивании напряжений на аккумуляторах 11 и 12. Компаратор 33 сравнивает напряжения U,|,

между сдбой. При U, U, сигнап | на его выходе равен 1, в противном случае, т.е. когда U, L, он равен 0. Сигнал на выходе третьего элемен- 5 та И 35 равен 1, когда сигналы на его входах одновременно равны 1, т.е. когда оба аккумулятора заряжены (Uj, ,75U, 1,5Ец). Сигналы с выхода третьего элемента ИЛИ 30

0 и третьего элемента И 35 поступают на управляющие входы коммутаторов 36- 40. Каждый из коммутаторов размыкается при подаче на его управляющий вход сигнала, равного 1, и замыкает5 ся при сигнале, равном 0. При этом осуществляется соответственно отключение и подключение управляющих элементов 17-2.1 к системе управления. - - . .

Пусть после включения устройства сигналы на прямых выходах первого 24 и второго 25 Т-триггеров равны 0. В этом случае сигнал, поступающий через коммутатор 36 на управляющий эле, мент 21 ключа 16, равен О, и следовательно, контакт 15 этого ключа разомкнут. Сигналы на обоих входах первого элемента И 26 равны 1, так как они поступают с инверсных выходов Т-триггеров 24 и 25. Следовательно, сигнал на выходе этого элемента также равен 1 и, поступая через коммутатор 37 на управляющий элемент 20 ключа 10, вызывает замыкание его контакта 6. Сигнал, рав5 ный 1, поступая с инверсного выхода второго Т-триггера 25 на первьш вход первого элемента ИЛИ 28, независимо от значения сигнала на его втором входе, приводит к появлению на выхо де этого элемента сигнала, равного 1, который, воздействуя через коммутатор 39 па управляющий элемент 17 ключа 7, вызьшает замыкание его контакта 3. Сигнал, поступающий с прямого

5 вькода второго Т-триггера 25 на первый вход второго элемента ИЛИ 29, равен 0. При и, и,цИ и 94 равен О и сигнал, поступающий на его второй вход с выхода третьего элемента ИЛИ 30.

Следовательно,равен О сигнал на выхода второго элемента ИЛИ 29. Этот сигнал через коммутатор 40 поступает на управля ющий элемент 19 ключа 9 и вызывает размыкание его контакта 5.

На первый вход второго элемента И 27 сигнал поступает с инверсного выхода первого Т-триггера 24 и равен 1, а на второй вход - с прямого выхода

0

.5

второго Т-триггера 25 и равен 0. Сиг- нап на выходе этого элемента равен О, следовательно, поступая через коммутатор 38 на управляющий элемент 18 ключа 8, он вызьшает размыкание его контакта 4. Таким образом, при нулевых сигналах на прямых выходах первого 24 и второго 25 Т-триггеров, контакты 3 и 6 замкнуты, а контакты 4, 5- и 15 разомкнуты, т.е. в уст- ройстве реализуется этап I зарядки аккумуляторов. При этом зарядный ток течением времени уменьшается. При 1}-$ (0,1-0,2) 1,ц сигнал на выходе первого компаратора 22 уменьшается с О на 1. Такое изменение сигнала вызьшает переход первого Т-триггера 24 в новое состояние (динамический Т-триггер, управляемый фронтом сигнала), т.е. на его прямом выходе сигнал становится равным 1. Переход выходного сигнала первого Т-триггера 24 от О к 1 вызывает переключение второго Т-триггера 25 (также динамический Т-триггер, управляемый фрон том сигнала). На его прямом выходе появляется сигнал, равный 1. Рассуждая как и в предьздущем случае, можно показать, что при этом замкнуты контакты 5 и 15 ключей 9 и 16, т.е. в устройстве реализован этап II зарядки аккумуляторов. Ток в цепи скачком увеличивается (l, (0,1-0,2) ) и выходной сигнал компаратора 22 переходит от 1 к О, но такой переход не вызывает переключения первого Т-триггера 24, так как он реагирует только на фронт сигнала, а не на его Срез. При уменьшении тока на этапе II до 1 i (0,1-0,2) ,,„ снова происходит изменение сигнала на выходе компаратора 22 от О к 1. При этом происходит переключение первого Т- триггера 24 и на его прямом выходе появляется сигнал, равный 0. Переход выходного сигнала первого Т-триггера 24 от 1 к О не вызывает переключения второго Т-триггера 25 (он реагирует только на фронт входного сигнала) , и на его выходе остается сигнал, равный 1. В результате замкнуты контакты 4 и 5 ключей 8 и 9, т.е. в устройстве реализован этап III зарядки аккумуляторов. При уменьшении тока на этом этапе до I, - (0,1-0,2) 1 сигнал на выходе первого компаратора 22 изменится с О на 1 и вызьгоает переключение первого Т-триггера 24. Сигнал на его выходе изменяется с О

5

0

1

5

0

5

0

2266

на 1 и, в свою очередь, вызывает переключение второго Т-триггера, на выходе которого появляется- сигнал, равный 0. В результате замкнуты контакты 3 и 15 ключей 7 и 16, т.е. в устройстве реализован этап IV зарядки аккумуляторов. При уменьшении тока на этом этапе до 1 (0,1-0,2) 1,

выходной сигнал первого Т-триггера 24 изменяется с 1 на О, а выходной сигнал второго Т-триггера 25 остается равным; О, т.е. в устройстве снова реализован этап I зарядки аккумуляторов, и т.д. Этапы I, II, III и IV циклически повторяются описанным образом, пока и, , и,2 УЭЧ момент времени, когда одно из этих условий нарушится, т.е. U, U или U(j2 5 , на выходе третьего элемента ИЛИ 30 появляется сигнал, равный 1. Поступая на второй вход первого 28 и второго 29 элементов ИЛИ, он обуславливает на их выходах сигналы, равные 1, которые при воздействии на управляющие элементы 17 и 19, ключей 7 и 9 вызывает замыкание их контактов 3 и 5. Этот же сигнал, поступая на управляющие входы коммутаторов 36-38, вызывает их размыкание и, тем самым отключение управляющих элементов 18-21 ключей 8, 10 и 16 от системы управления. Контакты 4, 6, 15 этих ключей разомкнутся. В резуль- тате в устройстве реализован этап М зарядки аккумуляторов. На протяжении этого этапа заряды аккумуляторов выравниваются. При этом напряжение более заряженного аккумулятора уменьшается, а менее заряженного увеличивается. Несмотря на это, сигнал на выхсьце третьего элемента ИЛИ 30 остается равным 1, так как сигналы на выходах второго 31 и третьего 32 компараторов из-за наличия гистерезиса сохраняют свои прежние значения. Когда напряжения аккумуляторов станут одинаковыми, т.е. Uj, U 0,75U,,|, сигнал на выходе четвертого компаратора 33 1 . На выходе третьего элемента И 35 также появляется сигнал, равный 1. Этот сигнал, поступая на управлякяцие входы коммутаторов 39 и 40, вызьгоает их размьжание. Управляющие элементы I7 и I9 ключей 7 и 9 отключаются от системы управления и контакты 3, 5 этих ключей размыкаются. В результате в устройстве реализован этап VI зарядки аккумуляторов.

1

Переключение контактов ключей Для осуществления этапов I-IV зарядки аккумуляторов может быть осуществлено не только в функции зарядного тока, как описано, но и в функции времени. Для этого к входу первого Т-тригге- ра 24 вместо первого компэратора 22 и связанных с ним датчика зарядного тока 2 и задатчика уровня зарядного тока 23 можно подключить генератор тактовых импульсов. Тогда переход от одного этапа к другому осуществляетс через равные промежутки времени, определяемые частотой импульсов. При достаточно большой частоте импульсов скорость зарядки аккумуляторов возрастает, так как в этом случае режим зарядки аккумуляторов по своим параметрам приближается к известным режимам ускоренной зарядки аккумуляторов.асимметричмыми токами.

Устройство имеет в 1,5-5 раза мень ШУЮ массу ив 1,2-1,7 раза меиыле габариты по сравнению с известным устройством, а также обеспечивает в 1,5-2 раза более высокую скорость зарядки аккумуляторов. Кроме того, режимы заряда, обеспечиваемые устройст- BOM, позволяют увеличить разрядную емкость аккумуляторов и их срок службы.

Формула изобретения

Устройства для зарядки двух аккумуляторов транспортного средства, содержащее источник постоянного тока, мостовую схему, в одну из диагоналей которой включен источник постоянного тока, а плечи - первый, второй, третий и четвертый контакты четырех ключей, в другую диагональ моста включены два аккумулятора, и систему управления, вход которой связен с датчиками зарядного тока и напряжения указанных аккумуляторов, а выход - с управляющими элементами указанных ключей, отличающееся тем, что, с целью увеличения разрядной емкости и срока службы аккумуляторов,, а также уменьшения массы и габаритов устройства, оно дополнительно содержит пятый ключ, контакт которого включен между отрицательным полюсом упомя

5Ю 15 20

25 JQ

35

... 45

50

55

226.8

нутого источника и точкой соединения отрицательных полюсов последовательно-встречно соединенных упомянутых двух аккумуляторов, причем система управления дополнительно содержит за- датчик уровня зарядного тока, связанный с ним и с датчиком зарядного тока своими входами первьй компаратор, связанный с его выходом первый Т-триг- гер, связанные с его прямым выхо; ом своим входом второй Т-триггер и с его инверсным выходом своим первым входом первый и второй злементы И, связанные соответственно с инверсным и прямым выходами второго Т-триггера своим первым входом первьй и второй элементы ИЛИ, связанный с вторым входом этих элементов своим выходом третий элемент ИЛИ, связанные соответственно с его первым и вторым входами своим выходом второй и третий компараторы, связанные с их первь1м входом и. упомянутыми датчиками зарядного напряжения своими входами четвёртый компаратор и с их вторьи входом - задатчик уровня зарядного напряжения, связанный с выходом четвертого компаратора и выходом третьего элемента ИЛИ своими входами третий элемент И, связанный с выходом первого элемента ИЛИ. своим входом первый коьЫута- тор, связанный с выходом второго элемента И своим входом второй коммутатор, связанный с выходом второго элемента ИЛИ своим входом третий коммутатор, связанный с выходом первого элемента И своим входом четвертый коммутатор, связанный с выходом первого Т-триггера своим входом пят1 коммутатор, связанный с его выходом управлжяций элемент пятого ключа, причем инверсный выход второго Т-триггера связан также со вторым входом первого элемента И, прямой выход этого триггера - со вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента ИЛИ связан с управляющим входом второго, четвертого и пятого ко1 1утаторов, выход третьего элемента И связан с управлякяцим входом первого н третьего коммутаторов, выходы первого, второго, третьего н четвертого коммутаторов связаны с уп- равляювщмн элементами соответственно первого, второго, третьего и четвертого упомянутых ключей.

я J

фиг.2

Изобретение относится к технике .зарядки электрических аккумуляторов на борту транспортных средств. Цель изобретения - увеличение разрядной емкости и срока службы аккумуляторов. Устройство выполнено в виде мостовой схемы, в одну из диагоналей которой включеиы последовательно соединенные источник постоянного тока 1 и датчик зарядного тока 2. Плечи мостовой схемы образованы контактами 3, 4, 5, 6 ключей 7, 8, 9, 10. Два последовательно-встречно включенных аккумулятора 11 и 12 включеиы в другую диагональ схемы. Параллельно аккумуляторам подключены датчики напряжения 13 и 14. Отрицательный полюс источника1 S (Л /7 г 1 j / Фт:, ,12 / 75 азг / 16 д yi ГС 9 .10 П 7Д