Устройство для автоматического заряда аккумулятора Советский патент 1991 года по МПК H02J7/00 H01M10/48 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при заряде малогабаритных, в частности никель-кадмиевых аккумуляторных батарей для обеспечения их максимальных удельных характеристик.

Целью изобретения является обеспечение максимальных удельных характеристик аккумулятора и повышение его ресурса за

счет повышения точности определения степени заряженное™ аккумулятора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для автоматического заряда аккумуляторов.

Устройство содержит источник 1 тока, исполнительный блок 2, аккумулятор 3, эквивалент нагрузки 4, компаратор 5, триггер 6, схему 7 отключения, командный блок 8,

генератор 9, элемент И10, блок 11 фиксации приращений, блок 12 формирования сигнала запрета. Командный блок 8 состоит из двух ждущих мультивибраторов 13 и 14 и схемы 15 запрета (ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ).

Блок 11 фиксации приращений состоит из схемы выборки-хранения 16, схемы 17 сравнения и формирователя 18.

Блок 12 формирования сигнала запрета состоит из счетчика 19, задатчика 20 кода, схемы 21 сравнения и триггера 22.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении триггеры 6 и 22 установлены в единичное состояние, при этом запрещается прохождение импульсов генератора 9 на командный блок 8, а также работа источника 1 тока. После подключения аккумуляторов 3 к входным клеммам и запуска устройства (цепи запуска на схеме не показаны) триггеры 6 и 22 переключаются в нулевое состояние, разрешая при этом работу источника 1 тока и прохождение импульсов от генератора 9 на вход командного блока 8, а также.блокируя работу счетчика 19.

Аккумуляторы 3 начинают заряжаться.

Ждущие мультивибраторы 13 и 14 формируют по переднему фронту импульсов генератора 9 (период следования в единицы минут) импульсы длительностью в единицы секунд, причем длительность импульсов ждущего мультивибратора 14 больше длительности импульсов ждущего мультивибратора 13.

С помощью исполнительного блока 2 импульсом мультивибратора 14 подключается эквивалент нагрузки 4 к аккумуляторам 3, причем последние отключаются от источника 1 тока.

Компаратор 5 сравнивает падение напряжения на эквиваленте нагрузки 4, создаваемое током разряда аккумуляторов 3, с установленным порогом.

Если к моменту прихода импульса опроса со схемы 15 запрета на входе компаратора 5 есть низкий уровень, что соответствует неполному заряду аккумуляторов 3 (напряжение на аккумуляторах меньше установленного порога срабатывания компаратора 5), то исполнительный блок 2 вновь подключает аккумуляторы 3 к источнику 1 тока, отключив от них эквивалент нагрузки 4.

Опрос повторяется вновь, спустя время, соответствующее периоду следования импульсов генератора 9.

Если к моменту прихода импульса опроса со схемы 15 запрета на выходе компаратора 5 имеется высокий уровень, то по заднему фронту указанного импульса опроса триггер 6 устанавливается в единичное состояние. При этом запрещается прохождение импульсов генератора 9 и снимается блокировка работы блока 12 формирования сигнала запрета.

Достижение установленного порога срабатывания компаратора 5 не соответст0 вует номинальной зарядной емкости аккумулятора 3, поскольку указанный порог срабатывания компаратора 5 на практике должен выбираться заведомо ниже номинального значения напряжения аккумулято5 ров.

Выбор максимального значения порога ограничивается прежде всего значением максимально возможного отклонения напряжения аккумуляторов от его номиналь0 ного значения.

Например, если для одного никелькад- миевого аккумулятора эта величина составляет 50 мВ, то, соответственно, для батареи из трех аккумуляторов максимально воз5 можное отклонение может составить 150 мВ. Вместе с тем этот порог всегда должен быть выше имеющегося у некоторых типов аккумуляторов, в частности герметичных ни- келькадмиевых, участка малой скорости

0 нарастания напряжения при заряде.

Снятие блокировки с блока 12 формирования сигнала запрета является необходимым условием начала работы указанного блока по определению длительности вре5 мени интервала между двумя смежными фиксируемыми значениями напряжения аккумулятора 3.

Этот временный интервал характеризуется потенциалом низкого уровня на выходе

0 схемы 17 сравнения, переводящим счетчик 19 в состояние для подсчета импульсов генератора 9.

Количество импульсов, фиксируемое счетчиком 19 при известном периоде повто5 рения сигналов генератора 9, определяет длительность временного интервала.

При заряде в зависимости от скорости нарастания напряжения на аккумуляторе, когда разница амплитуд сигналов на входах

0 схемы 17сравнения превышает установленный порог срабатывания, на выходе схемы 17 сравнения появляется сигнал, обнуляющий счетчик 19.

Установка указанного порога срабаты5 вания схемы 17 сравнения зависит от конк- ретной реализации и может быть осуществлена различными способами, например заданием величины напряжения смещения по балансировочным входам (не показано). Превышение установленного порога срабатывания происходит по мере заряда аккумулятора 3 в соответствии с зарядными кривыми, при этом сигнал с выхода схемы 17 сравнения через формирователь 18 инициирует запоминание на схеме выборки-хранения 16 очередного мгновенного значения напряжения аккумулятора 3.

Формирователь 18 нормализует напряжение по амплитуде и выполняет функции согласования в соответствии с конкретным исполнением узла коммутации схемы выборки-хранения 16 (не показано).

После фиксации очередного мгновенного значения напряжения аккумулятора 3 на выходе схемы 17 сравнения вновь устанавливается низкий уровень,разрешающий работу счетчика 19 по определению длительности временного интервала.

В дальнейшем по достижении напряжения на аккумуляторе номинального значения происходит резкое уменьшение скорости нарастания напряжения на аккумуляторе (второй горизонтальный участок зарядной кривой) и длительность временного интервала, формируемого на выходе схемы 17 сравнения, увеличивается. При этом код подсчитанного счетчиком 19 количества импульсов сравнивается с кодом, заданным в задатчике 20 кода.

При совпадении этих кодов на выходе схемы 21 сравнения формируется короткий импульс, который взводит D-триггер 22.

При этом с выхода этого триггера поступает запрещающий сигнал и схема 7 отключения, управляющая работой источника 1 тока, обесточивает устройство.

Заряд аккумулятора 3 прекращается.

Таким образом, формирование управляющего сигнала, воздействующего на схему отключения, осуществляется лишь после того, как счетчик блока формирования сигнала запрета отсчитает заданное в наборном поле количество импульсов с выхода генератора за период действия временного интервала с выхода блока фиксации приращений.

Взведенный при этом D-триггер продолжает оставаться в таком состоянии до поступления сигнала запуска устройства.

Код числа N. задаваемого в задатчике кода, определяет количество импульсов генератора, фиксируемое в течение длительности временного интервала с блока фиксации приращений и соответствующего максимальной продолжительности участка медленного нарастания.

Это количество зависит от используемой в устройстве частоты импульсов задаваемой генератором.так и от установленного

порога срабатывания схемы сравнения блока фиксации приращений.

Вместе с тем сигнал с выхода триггера 22 может быть использован для сигнализации о завершении цикла заряда и о готовности устройства к новому циклу.

Введение в предлагаемое устройство блока фиксации приращений, блока формирования сигнала запрета и триггера обеспе0 чивает высокую точность определения степени заряженности аккумулятора за счет применения дополнительного критерия, не зависящего от индивидуальных особенностей конкретного типа аккумулятора. Выбор

5 такого критерия позволяет избежать необходимости точной установки абсолютного порога срабатывания компаратора.

Это позволяет практически полностью исключить перезаряд аккумуляторов и све0 сти к минимуму возможную степень его не- дозаряда.

Все это обеспечивает максимальные удельные характеристики аккумулятора и повышение его ресурса.

5 Формула изобретения

1. Устройство для автоматического заряда аккумулятора, содержащее две выход- ные клеммы, источник зарядного тока, управляемый схемой отключения, компара0 тор, эквивалент нагрузки, соединенный с входом компаратора, исполнительный блок, связанный с источником зарядного тока, выходными клеммами и эквивалентом нагрузки, генератор импульсов, схему И с двумя

5 входами и командный блок, состоящий из двух ждущих мультивибраторов и схемы запрета, причем входы мультивибраторов объединены, а выходы соединены с входами схемы запрета, выход одного мультивибра0 тора подключен к исполнительному блоку, отличающееся тем, что, с целью обеспечения максимальных удельных характеристик аккумулятора и повышения его ресурса за счет повышения точности опре5 деления степени заряженности аккумулятора, введены блок фиксации приращений, блок формирования сигнала запрета и триггер, входы которого соединены с компаратором и схемой запрета командного блока

0 соответственно, а выход соединен с первым входом блока формирования сигнала запрета и первым входом элемента И. выход которого соединен с входами ждущих мультивибраторов командного блока, вто-5 рой вход элемента И подключен к генератору, выход которого соединен также с вторым входом формирования сигнала запрета, третий вход которого соединен с выходом блока фиксации приращений, вход которого соединен с выходной клеммой, выход блока

формирования сигнала запрета соединен с выходом устройства и подключен к входу схемы отключения.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем. что блок фиксации приращений состоит из последовательно соединенных схемы выборки-хранения, схемы сравнения и формирователя, выход которого соединен с управляющим входом схемы выборки-хранения, вход которой соединен с входом схемы сравнения и подключен к входу блока.

0

выход блока соединен с выходом схемы сравнения.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок формирования сигнала запрета содержит D-триггер, выход которого является выходом блока, элемент сравнения, выход которого подключен к входу D-триггера, счетчик, входы которого являются входами блока, а выходы соединены с одними входами элемента сравнения, другие входы которого подключены к выходам задатчика кода.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при заряде малогабаритных, в частности никель-кадмиевых, аккумуляторных батарей. Цель изобретения - обеспечение максимальных удельных характеристик батарей и повышение их ресурса. Устройство содержит две выходные клеммы, источник зарядного тока, управляемый схемой отключения, компаратор, эквивалент нагрузки, исполнительный блок, генератор импульсов, схему И с двумя входами и командный блок, состоящий из двух ждущих мультивибраторов и схемы запрета, блок фиксации приращений, блок формирования сигнала запрета и триггер, причем блок приращений состоит из схемы выборки-хранения, схемы сравнения и формирователя, а блок формирования сигнала запрета содержит D-триггер, элемент сравнения, счетчик и задатчик кода. Устройство обеспечивает определение степени за- ряженности аккумуляторной батареи путем фиксирования скорости приращения батареи при достижении последним номинального значения. В результате повышаются удельные характеристики и ресурс заряжаемых аккумуляторных батарей. 2 з.п. ф-лы. 1 ил. с/ С о Јь 4 О

.J