Зарядное устройство Советский патент 1992 года по МПК H02J7/10 

Ё

Использование: электрооборудование для обеспечения и поддержания состояния заряженности аккумуляторных батарей в процессе их производства и эксплуатации. Сущность изобретения: к зарядному источнику и узлу его отключения от заряжаемой батареи дополнительно в схему блока управления устройства введены триггер и элемент ИЛИ. Источник опорного напряжения выполнен регулируемым, что позволяет эффективно контролировать компаратором в паузах между зарядными импульсами напряжение аккумуляторной батареи, подключенной на эквивалент ее нагрузки. 4 ил.

Изобретение относится к электронике и предназначено для заряда аккумуляторной батареи (АБ).

Известно устройство для отключения АБ в конце заряда, содержащее источник тока, компаратор, соединенный с входом компаратора эквивалент нагрузки, исполнительный блок, периодически по сигналу командного блока отключающий АБ от источника тока и подключающий ее к входу компаратора и эквиваленту нагрузки, элемент И, входы которого соединены с командным блоком и выходом компаратора, выход элемента И подключен к входу схемы отключения, управляющей работой источника тока.

Недостатком этого устройства является то, что периодичность контроля заряженно- сти АБ и длительность пауз, возникающих в связи с этим в процессе заряда, постоянны и не зависят от степени заряженности АБ, в результате чего продолжительность заряда

больше оптимальной на суммарную длительность всех пауз контроля заряженности АБ.

Известно также температурно-компен- сированное устройство заряда резервной батареи, содержащее подключенный к входным клеммам температурно-зависимый источник напряжения, выход которого соединен с АБ через токозадающий резистор и параллельно включенные электронный ключ и испытательную нагрузку, управляемый внешним сигналом ключ для заземления зарядного тока и одновременного подключения к АБ испытательной нагрузки, компаратор, подключенный входами к АБ и выдающий сигнал на внешние устройства.

Основным недостатком данного устройства является уменьшение зарядного тока с увеличением заряженности АБ. В результате этого скорость заряда с ростом емкости

VI

4 ,J vl СЛ lO

АБ уменьшается, что увеличивает продолжительность заряда АБ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ зарядки АБ, при котором заряд производят вначале сильным постоянным по величине током до момента достижения заданного напряжения, после чего осуществляется дозаряд в течение заданного времени, по истечении которого зарядный ток отключают и в течение ранее установленного времени измеряют напряжение покоя батареи и сравнивают .его с эталонным напряжением, при достижении которого заряд прекращают, в противном случае зарядный ток вновь включают.

Недостатком этого устройства является то, что длительность пауз заряда постоянна и не зависит от емкости АБ, в результате чего продолжительность заряда больше оптимальной на суммарную длительность всех пауз заряда. Другой недостаток состоит в том, что контроль заряженное™ АБ производится без подключения к ней нагрузки, поэтому длительность пауз заряда получается больше оптимальной из-за большого времени установления напряжения на ненагруженной АБ.

Цель изобретения - сокращение продолжительности заряда АБ.

Поставленная цель достигается тем, что в схему для заряда АБ, содержащую подключенный к выходным клеммам источник тока, коммутируемый через узел отключения блоком управления, на входе которого включены генератор импульсов и элемент задания времени измерения параметров за- ряженности АБ, подключенный первым входом к выходным клеммам компаратор, источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора, введены эквивалент нагрузки и подключающий его на время пауз ключевой элемент, соединенный с блоком управления, в состав которого введены элемент ИЛИ и триггер, причем тактовые входы элемента задания времени измерения параметров и триггера подключены к выходу генератора импульсов, инверсный выход триггера соединен с установочным входом элемента задания времени измерения параметров-, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, соединенного выходом с узлом отключения, источник опорного напряжения выполнен регулируемым, причем его вход соединен с прямым выходом триггера, вторым входом элемента ИЛИ и управляющим входом ключевого элемента, а выход компаратора соединен с информационным входом триггера.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - возможная реализация регулируемого источника опорного напряжения; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы

напряжений в различных точках устройства.

Устройство содержит источник 1 тока,

узел 2 отключения, компаратор 3, ключевой

элемент 4, эквивалент нагрузки 5, АБ 6,

триггер 7, регулируемый источник 8 опорно0 го напряжения, генератор 9 импульсов, элемент 10 задания времени измерения параметров, элемент ИЛИ 11. Триггер 7, генератор 9 импульсов, элемент 10 задания времени измерения параметров и элемент

5 ИЛИ 11 составляют блок 12 управления.

Устройство работает следующим образом.

После подачи на устройство напряжения питания начинается первый этап заряда

0 - начальная установка зарядного устройства. Компаратор 3 сравнивает напряжение на АБ 6, поступающее на его первый вход, с образцовым напряжением, поступающим на второй вход компаратора 3 с выхода ре5 гулируемого источника опорного напряжения (РИОН) 9 и соответствующим напряжению на АБ, заряженной до номинальной емкости.

Если напряжение на АБ меньше образ0 цового напряжения, что соответствует недо- статочной емкости АБ 6, на выходе компаратора 3 формируется сигнал низкого уровня, который по переднему фронту сигнала с генаратора 9 импульсов записывает5 ся в триггер 7. При этом сигнал высокого уровня, поступающий с инверсного выхода триггера 7 на установочный вход элемента задания времени измерения параметров (ЭЗВИП) 10, устанавливает ЭЗВИП 10 в на0 чальное состояние, при котором на его выходе устанавливается сигнал низкого уровня, поступающий на первый вход элемента ИЛ И 11. Одновременно сигнал низкого уровня с прямого выхода триггера 7

5 поступает на ключевой элемент 4, РИОН 8 и второй вход элемента ИЛИ 11. В результате этого ключевой элемент 4 отключает эквивалент нагрузки 5 от АБ 6. На выходе РИОН 8 устанавливается заданное напряжение, со0 ответствующее предельно допустимому напряжению на АБ б при ее заряде. На выходе элемента ИЛИ 11 появляется сигнал низкого уровня, поступающий на узел 2 отключения, в результате чего узел отключения

5 включает источник 1 тока, формирующий стабильный ток заряда АБ 6, которая начинает заряжаться. Зарядное устройство переходит в режим заряда. Начинается второй этап заряда - заряд постоянным током, который продолжается до того момента, когда

напряжение на АБ 6 превысит заданное напряжение, формируемое РИОН 8. При этом на выходе компаратора 3 формируется сигнал высокого уровня, который тактовыми импульсами генератора 9 записывается в триггер. Под управлением сигнала высокого уровня с прямого выхода триггера 7 на выходе элемента ИЛИ 11 появляется сигнал высокого уровня, в результате чего узел 2 отключения отключает источник 1 тока. Ключевой элемент 4 подключает к АБ 6 эквивалент нагрузки 5, предназначенный для сокращения времени установления напряжения на АБ 6, на выходе РИОН 8 формируется образцовое напряжение. Сигнал низкого уровня, поступающий с инверсного выхода триггера 7 на установочный вход ЭЗВИП 10, разрешает работу последнего, который устанавливает время контроля напряжения на АБ 6. Начинается третий этап заряда - заряд импульсным током.

Если в течение времени, установленного ЭЗВИП 10, на выходе компаратора 3 появится сигнал низкого уровня, что соответствует напряжению на АБ 6 меньше образцового напряжения, триггер 7 по переднему фронту сигнала с генератора 9 импульсов возвратится в исходное состояние, при этом ЭЗВИП 10 устанавливается в начальное состояние, на выходе РИОН 8 формируется заданное напряжение, ключевой элемент 4 отключает эквивалент нагрузки 5 от АБ 6, узел отключения вновь включает источник 1 тока. Заряд возобновляется до следующего момента достижения напряжением на АБ 6 заданного напряжения.

Если в течение всей длительности одного из интервалов контроля напряжение на АБ 6 было больше опорного напряжения, напряжение на выходе компаратора 3 и прямом выходе триггера 7 не изменялось и соответствовало высокому уровню, что означает заряд батареи до емкости более номинальной. По прошествии времени контроля, определяемого ЭЗВИП 10, на выходе последнего устанавливается сигнал высокого уровня, блокирующий дальнейшую работу ЭЗВИП 10 и поступающий на первый вход элемента ИЛИ 11, в результате чего на выходе последнего подтверждается сигнал высокого уровня, по которому узел 2 отключения окончательно отключает источник 1 тока. Начинается четвертый этап заряда - отключение зарядного устройства.

В результате заряда АБ 6 через открытый ключевой элемент 4 и эквивалент нагрузки 5 напряжение на АБ 6 продолжает уменьшаться. Когда напряжение на АБ 6 станет меньше опорного напряжения, по переднему фронту тактовых импульсов генератора 9 импульсов сигнал низкого уровня с выхода компаратора 3 запишется в триггер 7. Под управлением сигнала низкого уровня с прямого выхода последнего ключевой элемент 4 отключает эквивалент нагрузки 5 от АБ 6. На выходе РИОН 8 формируется заданное напряжение. На установочный вход ЭЗВИП 10 с инверсного выхода триггера 7 поступает сигнал высоко0 го уровня, однако ЭЗВИП 10 не устанавливается в начальное состояние,поскольку его работа заблокирована, как указано. В результате сигналом высокого уровня с выхода элемента ИЛИ 11 через узел 2

5 отключения удерживается отключенное состояние источника тока 1. Продолжительность четвертого этапа не превышает длительности одного периода следования импульсов генератора 9 импульсов, так как

0 в течение предыдущего интервала контроля напряжение на АБ 6 достигло образцового напряжения до истечения времени, установленного ЭЗВИП 10. Заряд окончен, АБ 6 заряжена до номинальной емкости.

5Если к зарядному устройству подключить перезаряженную АБ 6, после подачи на зарядное устройство напряжения питания напряжение на АБ 6 оказывается больше образцового напряжения, формируемого

0 РИОН 8, сигнал высокого уровня с выхода компаратора 3 по переднему фронту тактовых импульсов генератора 9 импульсов запишется в триггер 7. По сигналу высокого уровня с прямого выхода триггера 7 будет

5 отключен источник 1 тока и ключевой элемент 4 подключит к АБ 6 эквивалент нагрузки 5 Сигналом низкого уровня с инверсного выхода триггера 7 разрешается работа ЭЗВИП 10. По истечении времени контроля.

0 установленного ЭЗВИП 10, по сигналу высокого уровня с его выхода происходит окончательное отключение источника 1 тока. АБ 6 будет разряжаться через открытый элемент 4 и эквивалент нагрузки 5. Этот

5 процесс аналогичен четвертому этапу заряда. В конце процесса емкость АБ 6 будет соответствовать номинальной.

Возможная реализация РИОН 8 показа- 0 на на фиг. 2 РИОН 8 содержит ключевой элемент 13, управляющий вывод которого образует вход РИОН 8, а вход подключен к общей шине, последовательно соединенные резисторы 14-16, образующие подклю- 5 ченный к источнику стабилизированного напряжения UCT делитель напряжения, причем резистор 14 подключен к напряжению UCT- а резистор 16 - к общей шине, резистор 17, подключенный одним выводом к резисторам 15 и 16, а другим - к выходу ключеЪ

к

вого элемента 13. Резистор 15 - подстроенный.

РИОН 8 работает следующим образом.

При поступлении на его вход сигнала низкого уровня ключевой элемент 13 отклю- чен и резистор 17 не влияет на выходное напряжение делителя напряжения, образованного резисторами 14-16. Сопротивления этих резисторов выбраны таким образом, что выходное напряжение делите- ля напряжения и, соответственно, напряжение на выходе РИОН 8 соответствует предельно допустимому напряжению заряжаемой АБ 6. При поступлении на вход РИОН 8 сигнала высокого уровня ключевой элемент 13 вкпючается и подключает резистор 17 параллельно резистору 15, В результате этого напряжение на выходе делителя напряжения и, соответственно, на выходе РИОН 8 уменьшается. Сопротивление рези- стора 17 выбрано таким образом, что напряжение на выходе РИОН 8 при этом соответствует образцовому напряжению (напряжению заряженной до номинальной емкости АБ 6). С помощью подстроечного резистора 15 производят регулировку напряжений, формируемых РИОН 8, которые зависят от типа заряжаемой АБ 6.

Сокращение продолжительности заряда в зарядном устройстве происходит за счет того, что анализ напряжения на АБ 6 и новое включение зарядного тока при недостаточном напряжении на АБ 6 происходит не по прошествии фиксированного времени контроля, а в течение этого времени. В ре- зультате средняя продолжительность контроля напряжения в течение всего времени заряда незаряженной АБ 6 равна половине установленного ЭЗВИП 10 времени при сохранении точности заряда АБ 6 до номи- нальной емкости.

Применение в схеме тактируемого триггера 7 обеспечивает устойчивую работу устройства при переходе с заряда АБ 6 на контроль напряжения на ней и обратно, так как период следования тактовых импульсов генератора 9 импульсов, по которым происходит запись информации в триггер 7, выбирается больше времени переходного процесса на входах компаратора 3. Тактиро- вание триггера 7 обеспечивает также уменьшение-времени заряда АБ 6, так как после превышения напряжением на АБ 6 заданного напряжения источник 1 тока остается включенным до переднего фронта ближай- шего тактового импульса генератора 9 импульсов, и АБ 6 дозаряжается в течение времени, среднее значение которого равно половине периода тактовых импульсов генератора 9 импульсов.

Период следования тактовых импульсов генератора 9 импульсов в зависимости от формируемого источником 1 тока зарядного тока и типа АБ 6 составляет от десятых долей до единиц секунд. Определяемое ЭЗВИП 10 время измерения параметров АБ 6 (в зависимости от типа АБ) составляет единицы секунд. Значение сопротивления эквивалента нагрузки 5 выбирается из условия минимизации времени установления напряжения на АБ 6 при одновременной минимизации зарядного тока, протекающего через эквивалент нагрузки 5. Для большинства типов АБ зарядный ток через эквивалент нагрузки 5 должен составлять десятые доли от номинального тока нагрузки. При надлежащем выборе периода следования тактовых импульсов генератора 9 тактовых импульсов, определяемого ЭЗВИП 10 времени измерения параметров АБ 6 и сопротивления эквивалента нагрузки 5, продолжительность заряда АБ 6 сокращается на 5-10% по сравнению с известными устройствами.

Формула изобретения

Зарядное устройство, содержащее подключенный к выходным клеммам источник тока, коммутируемый через узел отключения блоком управления, на входе которого включены генератор импульсов и элемент задания времени измерения параметров зараженности аккумуляторной батареи, подключенный первым входом к выходным клеммам, компаратор, источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора, отличаю - щ е е с я тем, что, с целью сокращения продолжительности заряда, в него дополнительно введены эквивалент нагрузки и подключающий его на время пауз к выходным клеммам ключевой элемент, соединенный с блоком управления, в состав которого введены элемент ИЛИ и триггер, причем тактовые входы элемента задания времени измерения параметров и триггера подключены к выходу генератора импульсов, ин- версный выход триггера соединен с установочным входом элемента задания времени измерения параметров, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, соединенного с выходом с узлом отключения, источник опорного напряжения выполнен регулируемым, причем его вход соединен с прямым выходом триггера, вторым входом элемента ИЛИ и управляющим входом ключевого элемента, а выход компаратора соединен с информационным входом триггера.

Ј

N

ел

01

(J

I-

I

ч

fc

I

1

OQ

CN

8

Ch

e/ff fa. 7.

Напряжение мо Аб 6

Выход fai

РИМ г

1А,

Выход

.ллллллли.

I

L-irr1 L

Аяррей.япОгт

,3

Фиг. 2

третий эаю/г

Фиг. 5

Напряжение № 4ff 6

i/jrf

вшс tba2 PttOH &

Выход хомврвтух

Выход гмера/гмро имггул(оЈ 9

/Грямш

быхед /яриггфа 7

вшод ЭЗвЖ 10

Вь/хр2 . элементо Ш //

/npfrtt/u лг0/7

ЭЛЮ

U

Фиг. 4