Система заряда Советский патент 1990 года по МПК H02J7/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам заряда аккумуляторных батарей, и может быть использовано для ускоренного заряда никель-кадмиевых герметичных аккумуляторных батарей преимущественно большой емкости.

Целью изобретения является ускорение процесса и увеличение срока службы аккумуляторной батареи.

На чертеже изображена структурная схема системы заряда.

Система содержит аккумуляторную батарею (АБ) 1, источник 2 зарядного тока (ИЗТ), цифровую систему 3 управления (ЦСУ), которая состоит из блока 4 микропрограммного управления

(ВМпУ) и цифрового фазосдвигающего устройства (ЦФСУ) 5. БМпУ 4 снабжен пусковым входом 6, а также содержит RS-триггер 7, инвертор 8, логический элемент 2И 9, генератор 10 импульсов (ГИ) , таймер 11, программный счетчик (ПС) 12, блок 13 задержки (БЗ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14. Кроме того, БМпУ 4 содержит информационные выходы 15, выход 16 генератора и выход 17 разрешения записи. ЦФСУ 5 содержит буферный регистр (БР) 18, реверсивный счетчик (PC) 19, распределитель 20 импульсов (РИ), КЗ триггер 21, нуль-орган (НО) 22 и логический элемент 2И-НЕ 23,

сд

00 4 Од

СО

ИЗТ 2 выходами подключен непосредственно к АБ 1, а входами - к соответствующим выходам ЦСУ 3. Причем пусковой вход 6 БМпУ 4 объединен по входу с инвертором 8, выход которого подается на вход обнуления ПС 12, и с S-входом RS-триггера 7, прямой выход которого связан с одним из входов логического элемента 2И 9, второй вход которого подключен к выходу ГИ 10, а выход соединен с выходом 16 генератора БМпУ 4 и входом таймера 11, выход которого соединен с выходом 17 разрешения записи, информационные выходы ПС 12 подключены к адресным входам ПЗУ 14, N информационных выходов которого связаны с одноименными выходами 15 БМпУ 4, а (N+0-й выход соединен с R-входом RS-триггера 7. Информационные входы и вход разрешения записи БР 18 соединены с одноименными входами PC 19, выход обнуления которого объединен с собственным входом разрешения записи входом РИ 20, выходы которого являются выходами ЦСУ 3, и R-входом RS-триггера 21, S-вход которого связан с выходом НО 22, а прямой выход - с одним из входов логического элемента 2И-НЕ 23 второй вход которого подключен к выходу 16 генератора БМпУ 4, а выход - к вычитающему входу PC 19. При этом информационные выходы 15, выходы генератора 16 и разрешения записи 17 БМпУ 4 связаны с одноименными входами 5.

Система заряда работает следующим образом.

В исходном состоянии АБ 1 подключена к выходным клеммам ИЗТ 2 и полностью разряжена. Состояние элементов ЦСУ 3 может быть любым. Для запуска устройства на пусковой вход 6 ЦСУ 3 подается импульс низкого уров- ня, который, поступая через инвертор 8 на вход обнуления ПС 12, устанавливает его в нулевое состояние. Этот же импульс, поступая на S-вход RS-триггера 7, станавливает его в прямое состояние, разрешая тем самым поступление импульсов с ГИ 10 через логический элемент 2И 9 на вход таймера 11 и выход 16 генератора БМпУ 4 Под действием импульсов ГИ 10 таймер 11 через равные промежутки времени, длительность которых определяется предварительной настройкой тай-

5

0

5

мера 11, вырабатывает прямоугольные импульсы, поступающие на счетный вход ПС 12. При поступлении первого импульса на счетный вход ПС 12 на выходе последнего устанавливается код 1 (в двоичной системе счисления), который поступает на адресные входы ПЗУ 14, в котором хранится программа закона изменения зарядного тока, представляющая собой последовательность двоичных кодов, записанных в соответствующие ячейки ПЗУ 14. По адресу 1 из первой ячейки ПЗУ 14 считывается первый двоичный код, который через информационные выходы 15 БМпУ 4 поступает на соответствующие входы ЦФСУ 5, которое преобразует его в фазовый сдвиг угла отпирания тиристоров ИЗТ 2. Импульс таймера 11 поступает также на БЗ 13, который задерживает его на время Ј,, определяющееся временам задержки импульса при прохождении через ПС 12 и временем считывания кода из ПЗУ 14. На выходе БЗ 13 импульс появляется после установки на выходе ПЗУ 14 двоичного кода и разрешает запись его в ЦФСУ 5. Через интервал времени Ј на выходе таймера 11 появляется следующий импульс, которьй увеличивает состояние ПС 12, на единицу, что приводит к считыванию из ПЗУ 14 очередного двоичного кода, который импульсом разрешения записи с выхода БЗ 13 за- писывается в ЦФСУ 5. Таким образом, БМпУ 4 работает до выборки из ПЗУ 14 X двоичных кодов, при этом содержимое ПС 12 изменяется в пределах 0 - X за счет выработки таймером 11 X импульсов под действием ГИ 10. При этом N разрядов ПЗУ 14 образуют N информационных выходов 15 БМпУ 4, a (N+ + 1)-й разряд первых X ячеек ПЗУ 14 содержит значение единицы, соответствующее высокому уровню напряжения. При поступлении с выхода таймера 11 (Х+1)-го импульса на выходе ПС 12 образуется двоичный код (Х+1)г, что соответствует выборке из ПЗУ 14 содержимого ячейки с адресом Х+1, которым является двоичный код, в (+ +1)-м разряде которого записано значение нуля, что соответствует низкому уровню напряжения, которое, поступая на R-вход RS-триггера 7, перебрасывает его в инверсное состояние, чем прекращается поступление ИМПУЛЬСОВ ГИ 10 на вход таймера 11 и

0

0

5

0

5

выход 16 генератора БМпУ 4. Заряд окончен.

Таким образом, БМпУ 4 осуществляет программу реализации соответствующего закона изменения зарядного тока путем последовательной выборки двоичных кодов, записанных в ячейках ПЗУ 14. Двоичные коды в ЦФСУ 5 преобразуются в фазовый сдвиг импульсов отпирания тиристоров ИЗТ 2, благодаря чему на выходе последнего устанавливается значение зарядного тока, пропорциональное величине двоичного кода.

153

46306

на величину фазового сдвига, пропорционального величине двоичного кода. При этом на выходе ИЗТ 2 устанавливается определенное значение зарядного тока, которое поддерживается в течение времени Ј. При поступлении на входы ЦФСУ 5 очередного двоичного кода последний указанным образом запишется в БР 18, что приведет к установлению на выходе ИЗТ 2 нового значения зарядного тока. В ПЗУ 14 БМпУ 4 двоичные коды имеют такие значения, что при последовательной

10

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам заряда аккумуляторных батарей (АБ), и может быть использовано для ускорения заряда никелькадмиевых герметичных батарей преимущественно большой емкости. Цель - ускорение процесса и увеличение срока службы АБ. Она достигается использованием для регулирования зарядного тока по экспоненциальному закону управляемого тиристорного выпрямителя с цифровой системой управления, содержащей блок микропрограммного управления и цифровое фазосдвигающее устройство. 1 ил.

При этом можно использовать различные j$ выборке их из ПЗУ 14 на выходе ИЗТ схемы ЦФСУ.

ЦФСУ 5 работает следующим образом.

Двоичный код с информационных выходов 15 БМпУ 4 поступает на информа-

2 значение зарядного тока уменьшается по экспоненциальному закону. Таким образом, закон изменения заря ного тока полностью определяется пр

ционные входы БР 18 и по импульсу раз- 20 граммой, записанной в ПЗУ 14.

решения записи с выхода БЗ 13 записывается в него. НО 22 вырабатывает импульсы в точках естественной коммутации тиристоров, в которых начинается отсчет величины фазового сдвига угла отпирания тиристоров ИЗТ 2. Импульс с НО 22, поступая на S-вход RS-триггера 21, перебрасывает его в единичное состояние, разрешая тем самым прохождение импульсов ГИ 10 через вход генератора ЦФСУ 5 и логический элемент 2И-НЕ 23 на выход вычитания PC 19. Если PC 19 до этого находился не в нупевом состоянии, то после установления его в нуль, импульс с выхода обнуления запишет в PC 19 значение двоичного кода, находящегося в БР 18, и перебросит триггер 21 в инверсное состояние, что приведет к запрещению подачи импульсов ГИ 10 на вычитающий вход PC 19. ЦФСУ 5 переходит в ждущий режим. Если PC 19 в нулевом состоянии, то двоичный код запишется в него сразу по появлении на выходах БР 18. Далее очередной импульс с НО 22 вновь разрешит поступление импульсов ГИ 10 на вычитающий вход PC 19, что означает начало формирования фазового сдвига угла отпирания тиристоров. При обнулении PC 19 с его выхода обнуления вновь выдается импульс, который разрешает запись кода из БР 18 в PC 19 и прекращает поступление импульсов на вход вычитания. Кроме того, поступая на вход РИ 20, формирует импульсы отпирания соответствующей группы тиристоров, сдвинутых относительно точки естественной коммутации

25

30

Величина интервала времени мируемого таймером 11 и ПЗУ 14 сит от желаемой степени точнос ализации экспоненциальной крив

Для программирования ПЗУ 14 ходимо предварительно рассчита чения двоичных кодов оЈг, соотв вующих величинам угла отпирани торов об. Из анализа работы тир ного выпрямителя на противо-ЭД чено выражение для расчета зав ти угла отпирания тиристоров оЈ требуемого закона изменения за го тока.

35

40

cf (t) cosftЈ+k Ј«-b; sin9+20 cos0; 6 ;

b sine-(| +0)cosS,

где f (t) - функция во времени, ющая требуемый зако

нения зарядного ток

е-Л;

45 e

50

arcos

угол отсечки;

пример,

5л

Е«т

Efte - ЭДС аккумуляторной реи;

Е41П - амплитуда ЭДС втори мотки трансформатор торного выпрямителя Уравнение (1) нужно решать д значений зарядного тока в моме мени, соответствующие выражению

55

I

(X 1,2,3.

При этом получают значение у Для получения требуемых данных

выборке их из ПЗУ 14 на выходе ИЗТ

2 значение зарядного тока уменьшается по экспоненциальному закону. Таким образом, закон изменения зарядного тока полностью определяется про5

0

Величина интервала времени t, формируемого таймером 11 и ПЗУ 14, зависит от желаемой степени точности реализации экспоненциальной кривой.

Для программирования ПЗУ 14 необходимо предварительно рассчитать значения двоичных кодов оЈг, соответствующих величинам угла отпирания тиристоров об. Из анализа работы тиристор- ного выпрямителя на противо-ЭДС получено выражение для расчета зависимости угла отпирания тиристоров оЈ от требуемого закона изменения зарядного тока.

cf (t) cosftЈ+k Ј«-b; sin9+20 cos0; 6 ;

b sine-(| +0)cosS,

(1)

где f (t) - функция во времени, выражающая требуемый закон изменения зарядного тока, нае-Л;

5 e

0

arcos

угол отсечки;

пример,

5л

Е«т

Efte - ЭДС аккумуляторной батареи;

Е41П - амплитуда ЭДС вторичной обмотки трансформатора тирис- торного выпрямителя. Уравнение (1) нужно решать для X значений зарядного тока в моменты времени, соответствующие выражению

55

I

(X 1,2,3...).

При этом получают значение угла oi . Для получения требуемых данных для

записи в ПЗУ 14 необходимо каждое значение об с учетом коэффициента пропорциональности d представить в двоичной системе счисления. При этом,

d- -JHL Imfc

1 где fru- частота ГИ 10;

fc - частота питающей сети; jg та количество пульсаций выпрямленного напряжения ИЗТ 2. Тогда

оЈ„ doi.

Полученные значения двоичных кодов oia нужно записать в соответствующие ячейки ПЗУ 14 с адресами X. Например, значение Јг, полученное при Х-1, нужно записать в ячейку ПЗУ 14 с адресом 1, при ХШ2 - в ячейку с адресом 2 и т.д., при - в ячейку с адресом X. Причем в (Ы-Н)-м разряде этих ячеек должно быть записано значение единицы, а в ячейке с адресом Х+1 - значение нуля.

/

Таким образом, предлагаемая система позволяет осуществить заряд АБ уменьшающимся по экспоненте током, что ускоряет процесс заряда при условии увеличения срока службы никель кадмиевых герметичных АВ.

Формула изобретения

Система заряда, содержащая аккумуляторную батарею, источник зарядного тока, выполненный в виде управляемого тиристорного выпрямителя, и устройство управления выпрямителем,

5

0 5

0

5

0

отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса и увеличения срока службы аккумуляторной батареи, устройство управления содержит блок микропрограммного управления и цифровое Лазосдвигающее устройство, выходы которого подключены к управляющим электродам тиристоров источника зарядного тока, а информационные входы, вход генератора и разрешения записи связаны с одноименными выходами блока микропрограммного управления, при этом блок микропрограммного управления содержит RS-триггер, инвертор, логический элемент 2И, генератор импульсов, таймер, программный счетчик, блок задержки и постоянное запоминающее устройство, причем пусковой вход блока объединен по входу с инвертором, выход которого подается на вход обнуления программного счетчика и S-входом RS-триггера, прямой выход которого связан с одним из входов логического элемента 2И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен с выходом генератора блока микропрограммного управления и входом таймера, выход которого подается на счетный вход блока задержки, выход которого соединен с выходом разрешения записи блока микропрограммного управления, информационные выходы программного счетчика подключены к адресным входам постоянного запоминающего устройства, N информационных выходов которого связаны с одноименными выходами блока микропрограммного управления, а (N+0-й выход соединен с R-входом RS-триггера.