Устройство для заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1989 года по МПК H02J7/02 

ра, четвертый делитель 22 напряжения, ю угольных импульсов, которые откры

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для заряда ляторных батарей. Цель изобретения - упрощение и расширение области приме- некия. Устройство содержит выпря№-1 тель 1, датчик 2 тока, задатчик 3 напряжения, регулятор 4 тока заряда, узел 5 сравнения, формирователь 6 импульсов, элект ронные ключи 7, 8, М , 3 , 16, 7, 21, регулирующий элемент 9, четыре делителя 12, 14, 20 и 22, оптронные переключатели 15, 18, компаратор 19, конденсатор 23. Устройство обеспечивает высокую плотность зарядного тока в начальньп момент времени при полностью разряженной батарее и исключает ее разогрев. Возможен подзаряд аккумуляторной батареи При любой степени ее заряжен- ности, 1 ил. 45

состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с второй общей to4- кой устройства, другой - с выходом оптронного переключателя 18, а средняя точка через диод подключена к второму входу регулятора 4 тока заряда, конденсатор 23, один конец которого подключен к второй общей точке устройства, а другой - к выходу элек- тронного ключа 8.

Предложенное устройство работает следую цим образом.

При подключении к устройству бата .реи аккумуляторов в тот момент, когда электронный ключ 11 открыт, ничего не изменится, но когда электронный ключ 11 закроется, откроются

При включении устройства в сеть переменного тока без подключения наг- 25 транзисторы регулирующего элемента 9 рузки (батареи аккумуляторов) на вы- и через батарею аккумуляторов поте- ходе узла 5 сравнения появится отрицательный потенциал, близкий по величине к напряжению (-U1) первого источника питания устройства. На неинвертирующем входе узла 5 сравнения напряжение отсутствует, а на инверти30

чет ток, а конденсатор 23 будет заряжаться через ключ 8. При достижении зарядным током такой величины, когда величина напряжения на последнем (контролируемом ) аккумуляторе достигнет значения, на единицы милли вольт превьшающего опорное напряжение UD, на выходе узла 5 сравнения потенциал изменится на противоположный, станет близким к +U1, откроются электронные ключи 13 и 17, на выходе переключателя 18 потенциал изменится с 1 на О, переключится компаратор 19 (Uoi выбрано больше О, но меньше на выходе переключателя 18), закроется ключ 8, откроются ключи 8 и 2-1 , на входах регулятора 4 тока заряда будет сравниваться величина напряжения на кон,ценсаторе 23 (соответствующая величине падения напряжения на датчике 2 тока, при протекании которого величина напряжения на последнем.аккумуляторе батареи стала

35

рующий подано положительное опорное напряжение, снимаемое со средней точки первого делителя 12 напряжения. Электронные ключи 13 и 17 закрыты. На выходе оптронного переключателя 18 инвертора присутствует положительный потенциал 1, величина которого больше величины напряжения Up, , сни- 40 маемого с точки соединения резисторов третьего делителя 20 напряжения. На прямом выходе компаратора 19, собранного на двух операционных усилителях, установится напряжение, близкое 45 по величине к положительному напряже- нию (+U2) второго источника питания устройства, а на инверсном выходе компаратора 19 установится напряжение, близкое по величине к отрицательному напряжению (-U2) второго источника питания устройства. Электронный ключ 8 открыт, а электронные ключи 21 и 7 закрыты. На первом входе регулятора 4 тока заряда имеется потенциал второй общей точки ус;грой- ства (ОБ), а на втором входе - положительный потенциал, снимаемый через диод со средней точки четвертого деgQ

gg

вают и закрывают элект: ро тые ключи ii и 16, В те моменты, когда злек- тронный ключ 1 закрыт открыты транзисторы регулиру сщего элемента 9 и наоборот. Изменеьше закрытого состояния ключа 16 на открытое вызывает соответственно изменение потенциала на выходе переключателя ;5 с уровня до уровня О.

При подключении к устройству бата- .реи аккумуляторов в тот момент, когда электронный ключ 11 открыт, ничего не изменится, но когда электронный ключ 11 закроется, откроются

транзисторы регулирующего элемента 9 и через батарею аккумуляторов поте-

транзисторы регулирующего элемента 9 и через батарею аккумуляторов поте-

чет ток, а конденсатор 23 будет заряжаться через ключ 8. При достижении зарядным током такой величины, когда величина напряжения на последнем (контролируемом ) аккумуляторе достигнет значения, на единицы милливольт превьшающего опорное напряжение UD, на выходе узла 5 сравнения потенциал изменится на противоположный, станет близким к +U1, откроются электронные ключи 13 и 17, на выходе переключателя 18 потенциал изменится с 1 на О, переключится компаратор 19 (Uoi выбрано больше О, но меньше на выходе переключателя 18), закроется ключ 8, откроются ключи 8 и 2-1 , на входах регулятора 4 тока заряда будет сравниваться величина напряжения на кон,ценсаторе 23 (соответствующая величине падения напряжения на датчике 2 тока, при протекании которого величина напряжения на последнем.аккумуляторе батареи стала

равна значению UQ) с величиной паде- ния напряжения на датчике 2 тока (диод, соединяющий среднюю точку четвертого делителя 22 напряжения с вторым входом регулятора 4 тока заряда,

закрыт), и регулирующий элемент 9 перейдет в режим стабилизации тока. ежим стабилизации тока заряда будет происходить до тех пор, пока с выхоа форм1 рователя 6 импульсов не при51458929

дет сигнал, которым будут открыты стью ключи 11 и 16. Как только откроется электронный ключ.11, закроются транзисторы регулирующего элемента 9, протекание тока через батарею прекратится, величина напряжения на аккумуляторах упадет и станет равной их ЭДС. Открьшание в этот.же момент электронного ключа 16 Вызовет изме- ю нение на выходе переключателя 15 величины напряжения с уровня 1 до уровня О, что приведет к тому, что закроется электронный ключ 13 (почти все напряжение на выходе узла 5 срав- 15 нения упадет на первом разисторе третьего делителя 14 напряжения), изменится потенциал напряжения на противоположный на выходе узла 5 сравне- ниЯр закроется электронный ключ 17, 20 изменится потенциал напряжения на выходе переключателя 18 с уровня О на уровень 1, сработает компаратор 19, потенциллы на его выходах изменятся на противоположные, откроется 25 электронный ключ 8, закроются электронные ключи 8 и 21, конденсатор

23 начнет разряжаться через электронный ключ 8 и датчик 2 тока, лотенциал на выходе регулятора 4 т ока за- 30 ряда станет близким к +U2 (на первом входе регулятора 4 потенциал второй общей точки, а на втором положительный потенциал, снимаемьй через диод

со средней точки делителя 22 напряжения). Такое состояние схема будет сохранять до тех пор, пока с формиро™ вателя 6 импульсов не придет сигнал которым будут закрыты электронные ключи 11 и 16. При закрывании этих 40 ключей работа схемы аналогична описанной .

Корректирующая RC-цепь 10 служит для уменьшения величины выбросов за-, рядньк импульсов тока и устранения 45 возможной паразитной генерации устройства.

По мере заряда аккумуляторов величины их ЭДС возрастают и разность

35

ка до знач и и да и зом, ка ( знач ный поль ния

ройс таре да п реде ного мой нача ка ( пост в 10 виль рев исхо

подз реи ност полн заря Выхо отве случ тора случ

тоян маль акку них тиче литу пров шей разо

Фо

и,.

между и и ЭДС каждого аккумулятора будет уменьшаться и стремиться к некоторому постоянному значению Это значение соответствует разности межДу Uj) и ЭДС полностью заряженного аккумулятора. Каждой величине разнос- ти между UQ и ЭДС контролируемого ак- кумулятора соответствует определенная величина зарядного тока. Когда контролируемый аккумулятор будет полно5 0

5

0

0

5

5

заряжен, величина зарядного тока достигнет своего минимального значения соответствующего значения и и при дальнейшем проведении заряда изменяться не будет. Таким образом, фиксация значения зарядного тока (постоянная величина действующего значения зарядного тока за определенный интервал времени) может быть использована, как сигнализация окончания заряда. .

Использование предложенного устройства для заряда аккумуляторных батарей позволяет сократить время заряда последних. Малое время заряда определяется тем, что плотность зарядного тока (если аккумуляторы заряжаемой батареи полностью разряжены) .в начальный момент времени очень высока (превышает номинальное значение постоянного зарядного тока более чем в 10 раз), и, кроме того, при правильно выбранном значении U разогрев заряжаемь:х аккумуляторов не происходит .

Устройство позволяет производить подзаряд любой аккумуляторной батареи независимо от степени ее заряжен- ности ввиду того, что сигналом о ее полном заряде послужит постоянство зарядного тока за определенное время. Выход зарядного тока на величину, соответствующую окончанию заряда в случае менее разряженного аккумулятора, произойдет быстрее, нежели в случае заряда более разряженного.

Поддержание (автоматическое) постоянной амплитуды напряжения (оптимального значения для каждого вида аккумуляторов) при проховдении через них зарядных импульсов тока и автоматическое уменьщение последних по амплитуде в процессе заряда позволяют проводить заряд при возможно наибольшей плотности тока, не имея при этом разогрева и газовыделения.

Формула из. обретения

УстройстБО для заряда аккумуляторной батареи, содержащее выпрямитель, датчик тока, задатчик напряжения, регулятор тока заряда, узел сравнения, формирователь импульсов, первый и второй электронные ключи, входы которых соединены с выходом датчика тока, выход первого ключа соединен с первым- входом регулятора тока заряда, о т 7

личающе еся тем, что, с целью упрощения и расширения област применения, устройство содержит регулирующий элемент, состоящий из первого и второго транзисторов и двух резисторов, при этом коллекторы обоих транзисторов соединены с клеммой, предназначенной для подключения к отрицательному полюсу заряжаемой батареи и первой общей точке устройства, а эмиттер второго транзистора соединен с первым отводом датчика тока, второй отвод которого соединен с второй общей точкой устройства, база первого транзистора регулирующего элемента подключена через последовательно соединенные резистор и диод к выходу регулятора тока заряда, корректирующую цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и резистора и включенную между коллектором и базой первого транзистора регулирующего элемента, третий злектронньш ключ, вход которого подключен к базе первого транзистора регулирующего элемента, выход - к второй общей точке устройства, а управляющий вход соеди нен через диод с выходом формирователя импульсов, а через резистор - с второй общей точкой устройства, первый делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с выходом задатчика напряжения другой - с первой общей точкой устройства, а точка соединения резисторов подключена к инвертирующему входу узла сравнения, неинвертирующий вход которого соединен с клеммой, предназначенной для подключения к положительному полюсу последнего аккумулятора батареи, четвертый электронный ключ, вход которого соединен с инвертирующим входом узла сравнения, а выход - с первой общей точкой устройства, второй делитель напряжения, состоящий из трех последовательно соединенных резисторов, одним кон цом подключенный к первой общей точ-. ке устройства,, другим через диод - к выходу узла сравнения, первая точка соединения резисторов второго делителя напряжения подключена к управляющему входу четвертого электронного ключа, первый оптронньй переключатель, инвертор, выход которого через диод соединен с второй точкой соеди

10

15

20

25

50

58929 8

Кения резисторов второго делителя напряжения, анод входного светодиода первого оптронното переключателя через резистор соединен с положительной клеммой второго источника питания устройства, пятьй электронный ключ, вход которого соединен с катодом входного свето,диода первого опт- ронного переключателя, выход с второй общей точкой устройства, а управляющий вход соедкней через диод с выходом формирователя импульсов, а через резистор - с второй общей точкой устройства, щестой электронный ключ, выход которого соединен с первой общей точкой устройства, управляющий вход через один резистор сое- динен также с первой общей точкой устройства, а через другой резистор - с другим концом второго делителя напряжения, второй оптронрый переключатель, инвертор, катод входного светодиода которого соединен с входом щес- того электронного ключа, а анод - через резистор с положит ельной клеммой первого источника питания устройства, компаратор, один вход которого соединен с выходом второго оптронного переключателя инвертора, прямой выход - с управляющим входом второго электронного ключа, третий делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с второй общей тонкой устройства, а другой - с положительной клеммой второго источника питания устройства, а средняя точка подключена к другому входу компаратора, седьмой электрон- ньй ключ, вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, выход - с вторым входом регулятора тока заряда, а управляющий электрод - с инверсным выходом компаратора, четвертый делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с второй общей точкой устройства, другой - с выходом второго оптронного переключателя инвертора, а средняя точка через диод подключена к второму входу регулятора тока заряда, первьй вход которого через резистор соединен с второй общей точкой устройства, конденсатор, один конец которого подключен к второй общей точке устройства, а другой - к выходу второго электронного ключа.

30

35

40

45

55