Устройство для защиты аккумулятора от перезаряда и переразряда Советский патент 1992 года по МПК H02J7/10 H01M10/42 

Изобретение относится к зарядным устройствам с защитой электрических аккумуляторов от перезаряда и переразряда преимущественно автоматизированных систем питания.

Известно устройство для защиты аккумулятора от перезаряда и переразряда (1), содержащее два пороговых элемента с двумя электромагнитными реле и дистанционный переключатель.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты аккумулятора от перезаряда и переразряда (3), состоящее из шин зарядного источника, трех реле времени, предварительного порогового элемента конца заряда, порогового элемента конца заряда, порогового элемента конца разряда и трех их реле, дистанционного переключателя с двумя контактными группами, испытательной нагрузки аккуму- лятора-прототип.

Недостатком этого устройства является его низкая надежность обусловленная большим числом дискретных элементов, особенно электро-механических. Устройстсо для защиты аккумулятора ст перезаряда и переразряда обеспечивает автоматизацию процесса эксплуатации вторичного источника электропитания. Следствие этого - ослабление контроля за его работой со стороны оператора, а в этих условиях недостаточная надежность явпяется серьезным недостатком устройства и возникает необходимость его совершенствования.

Цель изобретения - повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается гем. что в известное устройство для защиты аккумулятора от перес.аряда и переразрядз питаемое от зарядного источника содержащее шину зарядногс источника, вторую шину зарядного источника, пороговый элемент конца разряда, предварительный пороговый элемент конца заряда, пороговый элемента конца заряда включенные между шинами зарядного источника параллельно аккуму(Л

С

vj vi

о

со ел

лятору, испытательную нагрузку аккумулятора, дополнительно введены тиристор, включенный в разрыв первой шины зарядного источника анодом в сторону аккумулятора, шина испытательной нагрузки и шина нагрузки аккумулятора, подключенные к первой шине зарядного источника параллельно тиристору и имеющие по два тиристора, включенные в разрядные шины анодами друг к другу, между анодной цепью шины испытательной нагрузки и второй шиной зарядного источника включена испытательная нагрузка аккумулятора, а между анодной цепью шины нагрузки аккумулятора и второй шиной зарядного источника включена нагрузка аккумулятора. Тиристоры разрядных шин, подключенные катодом к аккумулятору, являются основными, а к зарядйому источнику - вспомогательными. Кроме этого в состав устройства введены генератор, семь схем совпадения, два триггера и счетчик, причем ко входам первой схемы совпадения подключены выходы генератора и предварительного порогового элемента конца заряда через триггер, выход первой схемы совпадения подключен к счетному входу счетчика, входы второй, третьей, четвертой и пятой схем совпадения подключены к соответствующим выходам счетчика, а выходы подключены у второй схемы совпадения - к управляющему электроду вспо- могательного тиристора шины испытательной нагрузки, третьей - к управляющему электроду основного тиристора шины испытательной нагрузки к инверсному входу седьмой схемы совпадения, четвертой - к входу шестой схемы совпадения, пятой - к входам Сброс счетчика и триггера. Инверсный выход порогового элемента конца разряда подключен к управляющему электроду вспомогательного тиристора шины нагрузки аккумулятора и входу второго триггера, выход порогового элемента конца заряда - ко входу шестой схемы совпадения, а ее выход - к входу Сброс второго триггера. Инверсный выход второго триггера подключен к управляющему электроду основного тиристора шины нагрузки аккумулятора, а выход этого триггера подключен ко входу седьмой схемы совпадения. Ее выход подключен к управляющему электроду тиристора в шине зарядного источника. Из известного устройства исключены дистанционный переключатель, три реле времени и три электромагнитных реле.

Использование пороговых элементов и испытательной нагрузки аккумулятора в устройствах для защиты аккумулятора от перезаряда и переразряда известно, однако в данном устройстве они используются в совокупности со счетчиком,схемами совпадения, триггеров и тиристоров. Такая совокупность существенных признаков в устройствах для защиты аккумулятора от перезаряда и переразряда неизвестна, что подтверждается проведенным патентным поиском. Таким образом, в данном устройстве новая совокупность ранее известных в отдельности признаков придает объекту но0 вое свойство, проявляющееся в положительном эффекте - повышении надежности устройства ввиду исключения из него элементов относительно низкой надежности. На фиг.1 дана функциональная схема

5 устройства; на фиг 2 - циклограмма работы дешифратора.

Устройство для защиты аккумулятора от переразряда и перезаряда состоит из шины 1 зарядного источника, второй шины 2 за0 рядного источника, шины 3 испытательной нагрузки, шины 4 нагрузки аккумулятора, тиристора 5, основного тиристора 6 и вспомогательного тиристора 7 в шине испытательной нагрузки, испытательной нагрузки

5 8, основного тиристора 9 вспомогательного тиристора 10 в шине нагрузки аккумулятора, порогового элемента 11 конца разряда, предварительного порогового элемента 12 конца заряда, порогового элемента 13 кон0 ца заряда, генератора 14, схем совпадения 15, 16, 17, 18, 19,20. 21. счетчика 22, триггеров 23 и 24. Кроме этого на схеме показаны не входящие в состав устройства зарядный источник 25, аккумулятор 26 и его нагрузка

5 27.

Зарядный источник 25 соединен параллельно с аккумулятором 26 шинами 1 и 2 зарядного источника через тиристор 5. Нагрузка 27 подключена ко второй ш/ше 2 за0 рядного источника и аккумулятору 26 по шине4 через тиристор 9. Пороговые элементы 11.12. 13 включены параллельно аккумулятору 26. Испытательная нагрузка 8 подключена к аккумулятору 26 по шине 3

5 через тиристор 6. Аноды тиристоров 6 и 9 подключены через вспомогательные тиристоры 7 и 10 соответственно к первой шине 1 зарядного источника 25. Ко входам схемы совпадения 15 подключены выходь генера0 тора 14 и триггера 24. выход предварительного порогового элемента конца зг ряда 12 подкл ючен ко входу триггера 24. выход схемы совпадения 15 подключен к счетному входу счетчика 22. Входы схем сог.п адения

5 16. 17. 18, 19 подключены к соответствующим выходам счетчика 22, а выходы подклю- чены: у схемы совпадения 16 - к управляющему электроду вспомогательного тиристора 7 шины 3 испытательной нагрузки 8; у схемы совпадения 17 - к

управляющему электроду основного тиристора 6 шины 3 . гпытательной нагрузки 8 и инверсному входу схемы совпадения 21; у схемы совпадения 18 - к входу схемы совпадения 20; у схемы совпадения 19 - к входам Сброс счетчика 22 и триггера 24. Инверсный выход порогового элемента 11 конца разряда подключен к управляющему электроду вспомогательного тиристора 10 шины 4 нагрузки аккумулятора 27 и входу триггера 23. Выход порогового элемента 13 конца заряда подключен ко входу схемы совпадения 20, а ее выход- к входу Сброс триггера 23. Инверсный выход триггера 23 подключен к управляющему электроду основного тиристора 9 шины 4 нагрузки аккумулятора, а выход триггера 23 - к входу схемы совпадения 21. Ее выход подключен к управляющему электроду тиристора 5.

Устройство работает следующим образом.

Предварительный пороговый элемент 12 конца заряда установлен на верхний заданный уровень аккумулятора 26 в режиме заряда, пороговый элемент 13 конца заряда установлен на уровень срабатывания соответствующий нормальному напряжению заряженного аккумулятора в режиме разряда на испытательную нагрузку 8. а пороговый элемент 11 конца разряда - на нижний допустимый уровень разряда аккумулятора 26 на его нагрузку 27. В исходном положении аккумулятор 26, его нагрузка 27 и зарядный источник 25 подключены к устройству, Питание зарядного источника 25 включено от сети переменного тока. Триггеры 23, 24 установлены в состояния, когда на выходах сигнал отсутствует, а на инверсном выходе триггера 23 есть напряжение. Тиристоры 5, 6, 7, 10 закрыты, тиристор 9 открыт. Нагрузка 27 подключена к аккумулятору 26. При снижении напряжения аккумулятора 26 в процессе разряда до нижнего допустимого уровня срабатывает пороговый элемент 11 конца разряда, на его выходе появляется напряжение, под действием которого переключается триггер 23 и снимается нэпряже- ние с его инверсного выхода, а следовательно, и с управляющего электрода тиристора 9. Одновременно подается напряжение на управляющий электрод вспомогательного тиристора 10. Тиристор 10 открывается и под действием напряжения зарядного источника выключается основной тиристор 9. При этом аккумулятор 26 обесточивается и напряжение на нем несколько повышается. Пороговый элемент 11 конца разряда приходит в исходное состояние, напряжение на управляющем электроде вспомогательного тиристора 10

пропадает и при окончании импульса тока зарядного источника 25, обусловленного его питанием от сети переменного тока, тиристор 10 выключается. Нагрузка 27 обесточивается. Одновременное этим появляется напряжение на выходе триггера 23, которое вызывает появление напряжения на выходе схемы совпадения 21. т.к. на ее втором инверсном входе напряжение отсутствует. На0 пряжение с выхода схемы совпадения 21 прикладывается к управляющему электроду тиристора 5 и он открывается. Начинается заряд аккумулятора 26 от зарядного источника 25. При превышении на аккумуляторе

5 порогового напряжения предварительного порогового элемента 12 конца заряда оно срабатывает и прикладывается напряжение на вход тиристора 24. Он переключается и напряжение с его выхода подается на вход

0 схемы совпадения 15. В результате импульсный сигнал с выхода генератора 14 через схему совпадения 15, подается на вход счетчика 22. К выходам счетчика 22 подключен дешифратор, образованный схемами совпа5 дения 16,17,18,19. который выдает сигналы в соответствии с циклограммой, показанной на рис.2. В момент времени ti начинается заполнение счетчика 22. В интервале времени напряжением с выхода схемы сов0 падения 17 закрывается схема 21 и тиристор 5 отключает зарядный источник 25 от аккумулятора 26. Одновременно включается тиристор 6 и подключается аккумулятор 26 к испытательной нагрузке 8,

5 происходит разряд аккумулятора. В интервале времени напряжением с выхода схемы совпадения 18 разрешается прохождение сигнала с выхода порогового элемента 13 конца заряда на вход Сброс триггера

0 23. Задержки во времени подключения порогового элемента 13 и исключают ложное срабатывание триггера 23 из-за переходных процессов в аккумуляторе и устройстве. Если в интервале времени

5 пороговый уровень порогового элемента 13 конца заряда окажется превышенным, то это с высокой достоверностью подтверждает то. что аккумулятор 26 Заряжен. Три этом триггер 23 переключается и напряжением с

0 инверсного выхода включает тиристор 9. Нагрузка 27 подключается к аккумулятору 26. В интервале времени ts-te напряжением с выхода схемы совпадения 16 включается вспомогательный тиристор 7. ток которого

5 выключает тиристор 6. В момент времени те счетчик 22 и триггер 24 обнуляются сигналом с выхода схемы совпадения 19 Устройство приходит EI исходное СОСТОЯНИЕ . Если в интервале времени t. пороговый уровень порогового элемента 13 конца заряда превышен не будет, то это указывает на недостаточную заряженность аккумулятора 26 и повышение на нем напряжения в режиме заряда. При этом по окончании циклограммы счетчик переводит устройство в режим заряда. Наиболее вероятно, что опять сработает предварительный пороговый элемент 12 конца заряда, Процесс повторится. При этом аккумулятор, плохо принимающий заряд, переключается на заряд током переменной полярности (см, а.с. СССР № 155841 Н 01 М 10/44, 1961 год), что создается благоприятные условия для электрохимических процессов и, следовательно способствует восстановлению аккумулятора, Доказано, например, что оптимальный режим заряда кислотных аккумуляторов получается при примерном равенстве токов заряда и разряда, длительности зарядного импульса тока 5 минут и разрядного 24 секунды. Это хорошо реализуется предложенным устройством, которое целесообразно применять в автономных системах электропитания для заряда и разряда аккумуляторов со стабилизированным по току зарядно-раз- рядным устройством.

Как по сравнению с прототипом, так и существующими устройствами, например автоматическим зарядным устройством типа УЗА (см. Устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей, Зарохович А.Е. и др., стр.130-141), использующим счетчик времени для отключения аккумулятора в конце заряда через 3, 4, 5, 6, 7 и 8 часов, предложенное устройство обеспечивает исключение случаев перезаряда, недо- заряда и перезаряда аккумуляторов. Это достигается за счет достоверного определения степени заряженное™ аккумулятора для прекращения заряда по превышению установленного уровня напряжения в режиме кратковременного разряда, окончании разряда аккумулятора при снижении напряжения на нем до установленного уровня, надежности устройства, обусловленной применением относительно высоконадежных элементов. Отпадает необходимость систематического контроля при заряде аккумулятора за напряжением на нем, плотностью электролита и его кипением. Это дает возможность автоматического циклирова- ния аккумуляторов с применением относительно простого устройства для защиты аккумулятора от переразряда, перезаряда и недозаряда, уменьшает газовыделение. Формула изобретения Устройство для защиты аккумулятора от переразряда и перезаряда питаемое от зарядного источника, содержащее шину зарядного источника, вторую шину зарядного источника, пороговый элемент конца разряда, предварительный пороговый элемент конца заряда, пороговый элемент конца заряда, включенные между шинами зарядного источника параллельно аккумулятору, испытательную нагрузку аккумулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, дополнительно

введены тиристор включенный в разрыв первой шины зарядного источника анодом в сторону аккумулятора, шина испытательной нагрузки и шина нагрузки аккумулятора, подключенные к первой шине зарядного

источника параллельно тиристору и имеющие по два тиристора включенные в разрядные шины анодами друг к другу, между анодной цепью шины испытательной нагрузки и второй шиной зарядного источника

включена испытательная нагрузка аккумулятора, а между анодной цепью шины нагрузки аккумулятора и второй шиной зарядного источника включена нагрузка аккумулятора, кроме этого в состав ус гройства

введены генератор, семь схем совпадения, два триггера и счетчик, причем к входам первой схемы совпадения подключены выходы генератора и предварительного порогового элемента конца заряди чере.

триггер, выход первой схемы совпадения подключен к счетному входу счетчика, входы второй,третьей четвертой и пятой схем совпадения подключены к соответствующим выходам счетчика а выходы поцключены к второй схеме совпадения - к управляющему электроду тиристора шины испытательной нагрузки со стороны зарядного источника у третьей-к управляющему электроду тиристора шины испытательной

нагрузки со стороны аккумулятора и инверсному входу седьмой схемы совпадения, четвертой - к входу шестой схемы совпадения, пятой - к входам Сброс счзтчика и триггера, инверсный выход порогового элемента конца разряда подключен к управляющему электроду тиристора шины нагрузки аккумулятора со стороны зарядного источника и входу второго триггера, выход порогового элемента конца заряда - к входу

шестой схемы совпадения а ее выход - к входу Сброс второго триггера, иниерсный выход второго триггера подключен к управляющему электроду тиристора шины нагрузки аккумулятора со стороны

аккумулятора, з выход этого триггера подключен к входу седьмой схемы совпадения, выход седьмой схемы совпадения подключен к управляющему электроду тиристора в шине зарядного ис.очника.

Использование: в автоматизированных системах питания для защиты аккумуляторов от перезаряда и переразряда. Сущность изобретения: устройство содержит предварительный пороговый элемент конца заряда, пороговые элементы конца заряда и конце разряда, испытательную нагрузку аккумулятора, пять тиристоров, семь схем совпадения, два триггера, счетчик и генератор. Конец разряда аккумулятора определяется по срабатыванию пооогового элемента, а конец заряда - по срабатыванию предварительного элемента конца заряда и последующей проверки состояния аккумулятора при помощи испытательной нагрузки и порогового элемента конца заряда. 2 ил.