Автоматическое подзарядное устройство Советский патент 1992 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в качестве подзарядного устройства стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, находящихся на длительном хранении в заряженном состоянии„

Целью изобретения является расширение эксплуатационных свойств„

На чертеже приведена схема автоматического подзарядного устройства.

Автоматическое подзарядное устройство содержит входные выводы 1 и 2 для подключения к сети переменного тока, последовательно между которыми

через два последовательно-встречно включенных диода 3 и , соединенных между собой анодами и образующих отрицательный выходной в,од 5 устройства, включена нагрузка 6 переменного тока, и две группы по три в каждой ключей 7-9 и 10-12 с односторонней проводимостью и односторонней блокировкой (которые могут быть выполнены на тринисторах)„ Первые (сходные) выводы 13-15 первой группы ключей соединены с общей точкой соединения катода диода 3 и входного вывода 1, а входные выводы 16-18 второй группы ключей 10-12 соединимы с общей

ел

CD

ел

J

точкой соединения катода диода Ц и нагрузки 6 переменного тока. Выходные выводы 19-21 каждого из ключей 7-9 первой группы соединены соответственно каждый с одним из выходных выводов 22-21 ключей 10-12 второй группы, и эти точки соединения, являющиеся тремя положительными выводами 25-27 устройства, служат для подключения соот- ветствующих трех групп аккумуляторных батарей (ЛБ) 28-30, каждая из которых также содержит в своем составе несколько ЛБ. Параллельно каждой из ЛБ 284- 28П, , подсоеди- нен один из ограничителей ЗЪ-31п на стабилитронах, каждый из которых состоит из лампы накаливания и стабилитронов, открывающихся при достижении соответствующей ЛБ уровня 100% заряженности, и одна из нескольких оптронно-стабилитронных схем 32,,-32П контроля, каждая из которых состоит из ограничительного резистора, свето- диода и стабилитрона, открывающегося прм достижении соответствующей АБ уровня эаряженности номинальной емкости, Оптодатчик (светодиод) каждой оптронно-стабилитронной схемы контроля каждой группы АБ установлен с возможностью одновременного взаимодействия с одним соответствующим опто приемником одной из трех логических схем И-НЕ 33-35 на оптоприемниках и с одним оптоприемником одной из трех логических схем НЛИ-НЕ 36-38 на огто- приемниках. Выход первой схемы ИЛИ-НЕ 36 на оптоприемниках соединен с управляющим входом 39 первого ключа 7 первой группы, через последовательно соединенные схему НЕ 0 и первый вход схемы И - с управляющим4 входом 3 второго ключа 8 первой группы, а через последовательно соединенные первый вход № первой схемы И-НЕ , вторую схему И 7, ее первый вход - с управляющим входом 8 третьего ключа 9 первой группы. Выход второй схемы ИЛИ-НЕ 37 на оптоприемниках связан через второй вход 9 первой схемы И с управляющим вхо- дом второго ключа 8 первой группы, а через последовательно соединенные второй вход 50 первой схемы И-НЕ Ь5 первый вход 6 второй схемы и И U7 - с управляющим входом 8 третьего клю- ча 9 первой группы. Выход третьей схемы ИЛИ-НЕ 38 на оптоприемниках связан через второй вход 51 второй

схемы И 7 с управляющим входом 8 третьего ключа 9 первой группы.

Выход первой схемы И-НЕ 33 на опто приемникэх связан через первое реле 52 времени с одним входом 53, а напрямую с другим входом 5 первой схемы ИЛИ 55, выход 56 которой соединен с управляющим входом первого ключа 10 второй группы, через последовательно соединенные вторую схему НЕ 57, третью схему И 59 (ее первый вход 58) - с управлякхцим входом 60 второго ключа 11 второй группы, а через последовательно соединенные первый вход 61 второй схемы И-НЕ 62, первый вход 63 четвертой схемы И б1 - с управляющим входом 65 третьего ключа 12 второй группы,. Выход второй схемы И-НЕ 3 на оптоприемниках связан через второе реле 66 времени с одним входом 67 а на прямую с другим входом 68 схемы ИЛИ 69, выход 70 которой через третью схему 59 (ее второй вход 71) связан с управляющим входом 60 второго ключа 11 второй группы, а через последовательно соединенные вторую схему И-НЕ 62 (ее второй вход 72) и четвертую схему И б (ее первый вход 63) - с управляющим входом 65 третьего ключа 12 второй группы. Выход третьей схемы И-:НЕ 3.5 на оптоприемниках связан через третье реле 73 времени с одним входом 7, а напрямую с другим входом 75 третьей схемы ИЛИ 76, выход 77 которой через четвертую схему И 6 (ее второй вход 78) связан с управляющим входом 65 третьего ключа 12 второй группы.

Принцип работы устройства основан на том, что если АБ сгруппировать по отдельным группам так, чтобы в каждой группе находилось по несколько последовательно соединенных АБ, то тогда при использовании трех разновидностей зарядного тока (асимметричного, при котором используется один полупериод за каждый период сети обычного - двухполупериодного зарядного тока и однополупериодного - без разрядных импульсов тока) и возможности получения этого заряда от генератора тока с использованием однофаз- .ной сети переменного тока (т.е. сеть подключается к зарядным цепям в простейшем случае через лампу 6 накали- , вания) можно создать подзарядное устройство, в котором несколько групп ЛБ с различными суммарными ЭДС и номинальными емкостями, соединенных параллельно между собой и совершенно независимых друг от друга, будут заряжаться различными видами зарядного тока как в каждой группе, так и в каждой из групп в отдельности„ Под- заряд АБ осуществляется малыми токами (не более 1 Л), поэтому цепи, управляющие ПрОГраММНЫМ блОКОМ устройства

{оптронно-стабилитронные схемы контроля эаряженности АБ и ограничители 31Ч-31П (на стабилитронах)), создающие режим асимметричного тока с большей степенью асимметрии, при которой энергия, полученная АБ при заряде в один полупериод, равна энергии, отданной последней в другой полупериод, могут быть выполнены на простейших схемах стабилизации

Устройство обеспечивает несколько режимов работы в зависимости от состояния АБ в каждой группе ДБ (устройство рассматривается на три группы АБ, но принципиально оно может быть выполнено на большее число групп АБ)„

Первый режим возможен в том случае, когда все АБ трех групп 28, 29 и 30 заряжены ниже уровня 85-95% их номинальных емкостей. В этом режиме оптодатчики (светодиоды) всех оптрон- но-стабилитронных схем 32,- 32П контроля не горят. На выходах как трех схем ИЛИ-НЕ 36-38, так и трехс схем И-НЕ 33-35 на оптоприемниках наблюдаются высокие потенциалы (1), вследствие чего открыт первый ключ 7 первой группы и первый ключ 10 второй группы через схему ИЛИ 55 Все остальные ключи 8, 9 и 11, 12 обеих групп закрыты, так как с помощью остальных логических схем 57, 59, 0, 2, 62, , и на их управляющих входах 60, 3, 65 и 8 обеспечиваются нулевые потенциалы (0)0 В этом режиме через первую группу АБ течет зарядный ток обоих полупериодов сети, величина которого, п основном, определяется сопротивлением нагрузки 6 переменного тока (предпочтительно в качестве этой нагрузки использовать лампы накаливания, обладающие токо- стабилизирующим действием) .,

Второй режим работы возникает тогда, когда в первой группе АБ 28,,-28ц зарядится до уровня 83-95% номинальной емкости хотп бы одна из батярей, Вследствие этого посредством одной оптронно-стлбилитронной схемы 32 н

контроля первой группы /.8 АБ на выходе схемы ИЛИ-НЕ 36 на оптоприемниках обеспечивается низкий потенциал, закрывающий первый ключ 7 первой группы и создающий условия посредством логических схем 0 и 5 для протекания зарядного тока одного полупериода через второй 8 или третий 9 ключ этой первой группы, запитываемый от одного и того же полупериода сети. Логика схемы устроена так, что в этот полупериод зарядный ток при незаряженных всех АБ второй 29 и третьей 30 групп будет протекать в первую очередь чере вторую группу АБ 29, так как посредством схемы ИЛИ-НЕ 37 и схемы И 2 на управляющем входе 3 второго ключа 8 первой группы обеспечивается высокий открывающий потенциал о Ключ 9 этой группы будет закрыт высоким потенциалом, снимаемым со схемы ИЛИ-НЕ 37, который подается на второй вход 50 схемы И-НЕ J«5. В этом режиме в один полупериод ток будет по-прежнему протекать через ключ 10 второй группы, обеспечивая дозаряд остальных батарей первой группы до уровня 100 заряжен- ности, а в другой полупериод сети через ключ 8 ток будет заряжать группу 29 АБ до тех пор, пока хотя бы одна из батарей этой группы не зарядится до уровня 85-9555 заряженности. АБ этих групп могут иметь разную суммарную ЭДГ. и номинальные емкости,, так как они заряжаются в разные полупериоды сети с полностью исключенным взаимным влиянием.

Третий режим работы реализуется тогда, когда АБ первой группы 28 достигают как 85-95%, так и 100% уровня заряженности0 Это обеспечивается тем, что,когда отдельные батареи этой группы достигают уровня заряженности, через них во втором режиме по-прежнему протекает зарялный ток, обеспечивающий их дозаряд до 100% уровня, При этом, если на отдельных батареях этой группы уровень 100% заряженности обеспечивается раньше, чем зарядится последняя АБэтой труп- пы до уровня , при достижении ими уровня 100% заряженности открываются соответствующие им схемы ограничителей на стабилитронах, исключающие перезаряд этих батарей и обеспечивающие протекание через них разрядных импульсов асимметричного тока, способствующего восстановлению

to

АБ„ Для дозаряда последней батареи этой группы 28 (как и во всех других группах) от уровня 85-95% до уровня 100 заряженности предусмотрено первое (соответственно в других группах АБ второе и третье) реле 52 времени, которое обеспечивает необходимую регулируемую по еремейи задержку открытого состояния первого ключа 10 второй группы с момента, когда выход схемы И-НЕ 33 на оптоприемниках перейдет с высокого на низкий потенциал, т.ес на выходе 56 схемы ИЛИ 55 низкий потенциал, свидетельствующий о 100% уровне заряженности всех АБ первой группы 28, появляется через некоторое регулируемое время, необходимое для дозаряда последней батареи этой группы от уровня 85-95% до 100% уровня заряженности. После того, как на выходе 53 первого реле 52 времени (соответственно и на выходе первой схемы ИЛИ 55) появится низкий потенциал, начинается третий режим реботы устрой-25 ства. Если в этом режиме, ток, протекающий через второй ключ 8 первой группы,к этому времени не обеспечил дозаряд хотя бы одной батареи второй

15

20

схема И 7 по своему второму вхору , потенциал на котором определяется сос тоянием третьей группы 30 АБ), После того, как зарядятся все АБ второй группы 29 до уровня 100% заряженности появится возможность протекания тока обоих полупериодов источника сети через третью группу 30 АБ, в которой процессы дозаряда будут протекать так же,как и в группах 28 и 29 о В конце цикла заряда всех групп батарей, когда полностью зарядятся до уровня 100% заряженности их номинальных емкостей все АБ всех групп (и не снизится хотя бы на одной батарее любой группы АБ уровень заряженности ниже 85-95%), источник сети отключится от последних посредством закрытия всех ключей первой (7-9) и второй (10-12) групп. Описанные режимы реализуются в любой последовательности (в зависимости от состояния всех АБ), но в программном блоке устройства заложен жесткий алго ритм работы,обеспечивающий преобладание в последовательности заряда независимо от состояния других групп АБ первой группы 28 перед второй 29 и третьей 30 группами, второй 29 труп

группы 29 до уровня 85-95% эаряженнос-30 пы перед третьей 30, которая в цикле ти, через эту группу 29 АБ также вназаряда подзаряжается последней.

чале протекает зарядный ток обоих полупериодов сети до момента (как и в первой группе 28 АБ), пбка не зарядится до уровня 85-95% заряженности хотя бы одна батарея этой группы. Ключи 9 и 12 третьей группы 30 также закрыты, так как на входах схем, определяющих их режим (на входе 72 схемы И-НЕ 62 и на входе 50 схемы И-НЕ 5), высокий потенциал. В этом режиме первая группа 28 АБ отключена от источника сети по причине своей заряженности, а третья группа 30 АБ отключена по причине того, что заряд ный ток в этом режиме от обоих полупериодов использует полностью вторая группа 29 АБ.

Промежуточные режимы работы устройства видны из логики изображенной на чертеже схемы, т.е. если зарядится хотя бы одна АБ второй группы 29 до уровня 85-95% заряженности, то через нее будет протекать ток одного полупериода через второй ключ 11 второй группы, а ток другого полупериода сможет протекать через третью группу 30 АБ (через третий ключ 9 первой группы, если не будет закрыта вторая

5

5

0

схема И 7 по своему второму вхору , потенциал на котором определяется состоянием третьей группы 30 АБ), После того, как зарядятся все АБ второй группы 29 до уровня 100% заряженности, появится возможность протекания тока обоих полупериодов источника сети через третью группу 30 АБ, в которой процессы дозаряда будут протекать так же,как и в группах 28 и 29 о В конце цикла заряда всех групп батарей, когда полностью зарядятся до уровня 100% заряженности их номинальных емкостей все АБ всех групп (и не снизится хотя бы на одной батарее любой группы АБ уровень заряженности ниже 85-95%), источник сети отключится от последних посредством закрытия всех ключей первой (7-9) и второй (10-12) групп. Описанные режимы реализуются в любой последовательности (в зависимости от состояния всех АБ), но в программном блоке устройства заложен жесткий алгоритм работы,обеспечивающий преобладание в последовательности заряда независимо от состояния других групп АБ первой группы 28 перед второй 29 и третьей 30 группами, второй 29 труп0 пы перед третьей 30, которая в цикле

пы перед третьей 30, которая в цикле

заряда подзаряжается последней.

Использование предлагаемого устройства позволяет поддерживать в режиме длительного хранения при непрерывном процессе подзаряда большое число АБ с различными ЭДС и номинальными емкостями от одного подзарядного устройства.

Формула изобретения

Автоматическое подзарядное устройство, содержащее входные выводы для подключения источника переменно

рыми через два последовательно-встречно включенных диода, соединенных между собой анодами, к которым подключен отрицательный выходной вывод устройства, включена нагрузка переменного тока, отличающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных свойств, в него введены две группы ключей, в каждой из которых по три ключа, входные выводы первой группы ключей подключены к точке соединения катода первого диода и входного вывода для подключения источники переменного тока, а входные

второй группы ключей соедине.ны с общей точкой соединения катода второго диода и нагрузки переменного тока, выходные выводы каждого из ключей первой группы соединены соответственно каждый с одним из выходных выводов ключей второй группы, и эти точки соединения выходных выводов ключей первой и второй групп связаны каждая через одну из трех групп аккумуляторных батарей с отрицательным выводом выхода устройства, к клеммам для подключения каждой аккумуляторной батареи, соединенных последовательно в группах, подключены стабилитронные ограничители и оптронно-стабилитрон- ная схема контроля заряженности батарей, причем оптодатчик последней выполнен с возможностью взаимодействия одновременно с одним оптоприемником одной из трех схем И-НЕ и с одним оптоприемником одной из трех схем ИЛИ-НЕ, выход первой схемы ИЛИ-НЕ соединен с управляющим входом первого ключа первой группы, через последовательно соединенные первую схему НЕ и первую схему И, ее первый вход связан с управляющим входом второго ключа первой группы, а через последо- вательно соединенные первую схему И-НЕ, ее первый вход, вторую схему И, ее первый вход, - с управляющим входом третьего ключа первой группы, выход второй схемы ИЛИ-НЕ на опто- приемниках связан через первую схему И и ее второй вход, - с управляющим входом второго ключа первой группы, а через последовательно соединенные первую схему И-НЕ, ее второй вход, вторую схему И, ее первый вход - с

управляющим входом третьего ключа первой группы, выход третьей схемы ИЛИ-НЕ на оптоприемниках связан через вторую схему И, ее второй вход, - с управляющим входом третьего ключа первой группы, выход первой схемы И-НЕ на оптоприемниках связан через реле времени с одним входом, а непосредственно - с другим входом первой схемы ИЛИ, выход которой непосредственно соединен с управляющим входом первого ключа второй группы, через последовательно соединенные вторую схему НЕ и третью схему И, ее первый вход - с управляющим входом второго ключа второй группы, а через последовательно соединенные вторую схему И-НЕ, ее первый вход, четвертую схему И, ее первый вход - с управляющим входом третьего ключа второй группы, выход второй схемы И-НЕ на оптоприемниках связан через второе реле времени с одним входом, а непосредственно - с другим входом второй схемы ИЛИ, выход которой через третью схему И и ее второй вход связан с управляющим входом второго ключа второй группы, а через последовательно соединенные вторую схему И-НЕ, ее второй вход и четвертую схему И, ее первый с управляющим входом третьего ключа второй группы, выход третьей схемы И-НЕ на оптоприемниках связан через третье реле времени с одним входом, а непосредственно - с другим входом третьей схемы ИЛИ, выход которой через четвертую схему И и ее второй вход связан с управляющим входом третьего ключа второй группы.

„ tЈ----I IL :--Kj

(ty

@n

ЗчГ11

. Г-..1; Г- №&

3Ji y

iiHj.

д.а

54

ii----i u-----J 5Ј //хИн // ЗЫ CK I /c 3p|(g) -4Z3l i(M) -yOE

- - -

, 51n

.Л

.J L J L- - -

piijih 9l-4h П.7 -,

эл

Ni

frT

---- -rrL-- I

r-- i-4

//52 и чX/JJ-J

- - -.-,/- г - - j p-

h h t M h VlaT

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в качестве подзарядного устройства стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, находящихся на длительном хранении в заряженном состоянии Цель изобретения - расширение эксплуатационных свойств. Устройство обеспечивает одновременный заряд нескольких групп аккумуляторных батарей с их последовательным соединением в каждой группе пульсирующим током двух- или однополупериодного выпрямления или асимметричным током„ Устройство питается от однофазной сети через нагрузку переменного тока и полууправляемый мостовой выпрямитель. Блок программного управления обеспечивает ступенчатое регулирование зарядного тока на основе данных контроля заряженности аккумуляторных батарей. Последний реализован посредством цепей контроля напряжения на зажимах аккумуляторных батарей, выполненных из последовательно соединенных стабилитрона, резистора и светодиода, который оптически связан с оптоприемником блока программного управления. 1 ил. г (Л