Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей Советский патент 1992 года по МПК H02J7/00 H01M10/44 

Изобретение относится к электротехнике и в частности к устройствам одновременно заряда группы аккумуляторных батарей (АБ) от фотоэлектрического генератора в наземных условиях в светлое время суток.

Цель изобретения - повышение коэффициента использования мощности генератора.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - схема зарядного блока; на фиг.З -- схема определения канала с наибольшим напряжением при п более двух; на фиг.4 - схема коммутатора при п более двух; на фиг.5 - схема датчика отсутствия ограничения зарядного тока.

Устройство содержит фотоэлектрический генератор 1, подключенные параллельно ему п зарядных блоков 2 (на фиг.1 принято п 2) и n-входную схему 3 определения канала с наибольшим напряжением, выходы которой соединены с информационными входами коммутатора 4, каждый из зарядных блоков 2 (см, фиг.2) включает з себя импульсный регулятор тока 5, датчик 6 тока, соединяющие выводы генератора 1 с выходными клеммами 7, 8. источник 9 опорных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу датчика 10 конца заряда, второй вход которого связан с выходной клеммой 7, а выход соединен с первым входом логической схемы И 11 и с

VJ

VJ

00 00

о

-N

управляющим входом ключа 12, который соединяет одни из входов схемы 3 определения канала с наибольшим напряжением с выходной клеммой 7, второй выход источника 9 опорных напряжений подключен к пер- вому входу схемы 13 сравнения, второй вход которой соединен с выходом датчика б тока, а выход - со входом модулятора 14, выход которого подключен ко второму входу схемы И 11 и через последовательно соеди- ненные датчик 15 отсутствия ограничения зарядного тока л пороговый элемент 16 к одному мз управляющих входов коммутатора 4, один из выходов которого подключен к третьему входу схемы И 11, выход которой соединен с упрэялтющим входом импульсного регулятора 5, 3 оч яемыз ДБ 7 гшп- кпючйются к выходным клеммам 7, 8.

Общая шине питания элементов м уз- лоз, входящих а блоки 2-4. связана с, пер- вым зывоцом генератора 1 потенциальная шина питания блоков 3, 4, а гзюхз элементов 12 и 16 каждого -чз зарядных блоков 2 связана со вторым выводом геперзтора 1, потенциальная тина пмтания остальных элементов каждого из блоков 2 связана с клеммой 7 соответствующего бло (мэ фиг. 1-4 не показами.

Схем, 3 определения канала с чаибол ..- шим напряжением для г 2 ожег о У. , напрммес, випол гнз (см, фиг,4) з в/щ. компаратора 18 ,:, прямыми и мноертиоующимм входами и выходами, помпам каналу {зарядному блоку ,), подктючон.-tcpiy . прямому входу компаратора 18 соответствует иг ;зер- тирующий выход шмпараторз 18 с крчзлу, подключенному ч инвертирующему зхоцу - прямой выход, т.е. каналу с мэч.с шзл .-нмм напряжением - логическая е.флницд.

Схема 3 для о мохе г быть, например, выполнена е виде устройства глцедо -мя максимального ччпояженич, фуикциосальная слема :;оюро о причедрчз на фи -,3 Сыо состоит 1 операционных усилителей 19, прямые ЧХОДУ которых являю с« входами сехмы 3, г пря.сй чыхол каждого из п;/х соединен чепез диод 20 с инвертирую ци1ли входами всех усмлителзй 19, инвертирующее пиходы ко горух г, ая.яюгг.й выходами схемы 3, При подэие на входы усилителей 19 различных г-о уровню положительных напряжений ГФИЧЙР/, например, на вход усилителя 19,1 наибольшего из всех. ,ритым останется только диод 20.1, и только уг;м/.- тепь 19,1 оказывается охвачен глубокой от- рмцательной обратной связью, нз его прямом выходи напряжение равно наибольшему напряжению из подданных нз входы схемы 3 плюс нгпряжэнкя на ;:;- крутом 20, что со-лтветствуе- пог1ЛЧ ской единице, на его инвертирующем выходе -- логический нуль. На прямых выходах других усилителей 19.2-19.п устанавливается минимальное напряжение насыщения, т.е. логический нуль, а на инаертирующих выходах - логическая единица. В точке соединения катодов всех диодов 20 напряженна равно максимальному из поданных напряжений,

Коммутатор 4 для п 2 (см. фиг. 1) выполняется из двух логических схем ИЛИ 21, причем они имеют по два входа, каждый из которых является соответственно управляющим и информационными аходами коммутатора 4 относятся к одному зарядному блоку 2, а выход является выходом коммута- тора 4 для другого блока 2. При поступлении сигнала логический нуль одновременно на оба входа схемы ИЛИ 21 на ее выходе вырабатывается сигнал логического нуля, при сигнале логическая единица хотя бы на од- чом из входов схемы ИЛИ 21 на ее выходе вырабатывается логическая единица.

Коммутатор 4 для п 2 выполняется, как показано на фиг.4. Он состоит из п двухвхо- довых логических схем ИЛИ-НЕ 22, одной п - аходозой схемы ИЛИ-НЕ 23 и п двухвходо- -ГАХ схем ИЛИ 24, причем два входа каждой из схем ИЛИ-НЕ 22 являются соответственно управляющим и информационным входа- r- w коммутатора 4 для одного м того же зарядного блока 2, выход каждой из этих схем ИЛИ-НЕ 22 соединен с одним из входов п-входозой схемы ИЛИ-НЕ 23 и с пер- -ым входом одной из п двухвходовых схем ИЛ1/ 24, второй вход которой подключен к выходу л-аходовой схемы ИЛИ-НЕ 23, а выход ее является выходом коммутатора 4 для этого же блока 2. При поступлении одновременно на два входа одной из п дзухвходо- зых логических схем ИЛИ-НЕ 22 сигнала лсгаческого нуля на ее выходе - логическая единица, на выходе схемы 23 - логический нуль, на выходе схемы ИЛИ 24, соединенной с этой схемой ИЛИ-НЕ 22, - логическая единица, на выходах остальных схем ИЛИ 24 - логический нуль, если хотя бы на один из входов схем ИЛИ-НЕ 22, соединенных с ними, поступает логическая единица.

Импульсный регулятор 5 понижающего типа может быть выполнен по типовой схеме, содержащей конденсатор, и последовательно соединенные управляемый электронный ключ и LD-фильтр м предназначен для регулирования величины тока, текущего через него.

Модулятор 14 предназначен для преобразования величины линейного напряжений на выход схемы 13 сравнения в соответствующее ему импульсное, путем

широтно-импульсной, частотно-импульсной (релейной) модуляции.

Датчик 15 отсутствия ограничения зарядного тока состоит (см. фиг.4) из диодов 25, один вывод которого является входом датчика 15, а другой подключен через параллельна соединенные резистор 26 и конденсатор 27 к потенциальной шине питания и является выходом датчика 15. Т.е. датчик 15 представляет собой детектор постоянного уровня логической единицы и выполнен в виде амплитудного детектора относительно потенциальной шины питания. Средний уровень напряжения на выходе датчика 15 пропорционален длительности входных импульсов, при отсутствии импульсов напряжение на выходе датчика 15 равно нулю, при отсутствии пауз между импульсами - уровню логической единицы. Такая реализация датчика 15 позволяет наиболее технически просто осуществить операцию сравнения необходимого зарядного тока АБ 17с действительным независимо от изменения величины необходимого зарядного тока.

Поровый элемент 1 б может быть выполнен в виде регенеративного компаратора- компаратора с положительной обратной связью. Порог срабатывания элемента 16, близкий к уровню логической единицы, например, составляет 0,8 уровня логической единицы, значение порога срабатывания выбирается в зависимости от инерционности датчика 15 (постоянной времени цепи из резистора 26 и конденсатора 27), входной сигнал элементом 16 инвертируется.

Устройство для группового заряда АБ работает следующим образом.

После подключения на заряд АБ 17 к клеммам 7, 8 в зарядном блоке 2 (см. фиг.2) на выходе датчика 10 конца заряда уровень напряжения соответствует логической единице, которая поступает на первый вход схемы И 11 и держит ключ 12 в открытом состоянии. Напряжение с датчика 6 тока в- схеме 13 сравнения сравнивается с напряжением источника 9 опорных напряжений, которое соответствует величине тока, заданной индивидуальным режимом заряда АБ 17, напряжение рассогласования с выхода схемы 13 поступает на модулятор 14, который преобразует линейное напряжение в последовательности импульсов, модулированных по длительности, которые поступают на датчик 15 отсутствия органи- чения зарядного тока и на второй вход схе- мы И 11, причем направление преобразования (регулирования) таково, что если ток через датчик 6 становится меньше заданной величины, то напряжение на

выходе схемы 13 уменьшается, а длительность импульсов на выходе модулятора 14 увеличивается, что соответствует увеличению тока через регулятор 5; если ток через 5 датчик 6 становится больше заданной величины, то напряжение на выходе схемы 13 увеличивается, длительность импульсов на выходе модулятора 14 уменьшается, то через регулятор 5 уменьшается. Отсутст- 0 вне импульсов (уровень логического нуля) на управляющем входе регулятора 5 соответствует полному ограничению тока через него (ток равен нулю), отсутствие пауз между импульсами (уровень логической едини- 5 цы) соответствует полностью проводящему состоянию регулятора 5 (отсутствию ограничения). Если мощность генератора 1 более суммы зарядных мощностей, подключенных АБ 17, на выходе модулятора 14 - импульс0 ный сигнал, на выходе датчика 15 уровень напряжения менее логической единицы, а на выходе пороговых элементов 16, порог срабатывания которых равен логической единице, уровень, соответствующий логиче5 ской единице, который поступает через коммутатор 4 (см. фиг.1, 4) на третий вход схем И 11 каждого блока 2, обеспечивая поступление выходных импульсов модулятора 14 на управляющий вход регулятора 5. При

0 срабатывании датчика 10 конца заряда (см. фиг,2), что имеет место при равенстве напряжений АБ 17 и заданного источником 9 опорных напряжений, соответствующего полностью заряженному состоянию АБ 17,

5 на его выходе - уровень логического нуля, на выходе схемы И 11 - также логический нуль, зарядный ток прекращается, заряд окончен.

Если в процессе заряда мощность фото0 электрического генератора 1 уменьшается в зависимости от метеоусловий и становится меньше суммы зарядных мощностей, подключенных «а заряд АБ 17, то сначала стремится уменьшиться зарядный ток АБ с

5 наибольшим напряжением вследствие параллельного соединения зарядных блоков 2 и последовательного включения электронных ключей в регуляторах 5 при этом, на выходе модулятора 14 (см. фиг.2) зарядного

0 блока 2, подключенного к АБ с наибольшим напряжением исчезают паузы между импульсами, регулятор 5 перестает ограничивать зарядный ток, напряжение на выходе датчика 15 стремится к уровню логической

5 единицы, срабатывает пороговый элемент 16 - на его выходе устанавливается логический нуль, который поступает на управляющий вход коммутатора 4. В соответствии с информацией поступающей на информационные входы коммутатора 4 (см. фиг.1, 4) от

схемы определения канала с наибольшим напряжением, 3 коммутатор 4 транслирует сигнал логического нуля с этого управляющего входэнатретьи входы схемы И 11 (см. фиг.2) остальных зарядных блоков 2, на управляющих входах регуляторов 5 этих блоков устанавливается сигнал логического нуля, что приводит к уменьшению зарядного тока б этих блоках 2, и, соответственно, к увеличению зарядного тока АБ с наибольшим напряжением, блок 2 которой переходит в режим ограничения зарядного тока, на управляющем входе коммутатора 4, подключенного к блоку 2 с АБ, имеющей наибольшее напряжение, устанавливается сигнал логической единицы, снимается сигнал дополнительно ограничения зарядного тока с остальных АБ, их зарядный ток начинает увеличиваться, а зарядный ток АБ с наибольшим напряжением - соответственно уменьшаться и процесс повторяется. Таким образом, осуществляется стабилизация в релейном режиме зарядного тока АБ с наибольшим напряжением на уровне, заданном источником 9 опорных напряжений за счет ограничения зарядного тока остальных АБ. Амплитуда пульсации зарядных токов АБ в этом режиме зависит от инерционности регуляторов 5, датчиков 15 (постоянной времени цепи из резистора 26 и конденсатора 27), а также от порога срабатывания и гистерезиса элемента 16.

При п 2 с окончанием заряда АБ, имеющей наибольшее напряжение (наиболее заряженной), срабатывает датчик 10 конца заряда того блока 2 и на управляющем входе ключа 12 устанавливается логический нуль, ключ 12 закрывается, напряжение этой АБ отключается от схемы 3 определения канала с наибольшим напряжением и для дальнейшей работы схема 3 определяет АБ с наибольшим напряжением из числа оставшихся, с окончанием заряда второй АБ процесс повторяется и т.д.

Эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении коэффициента использования мощности генератора.

Мощность генератора зависит от дневного хода плотности потока солнечного излучения, которая в реальных наземных условиях имеет колеблющийся характер - зависит от метеоусловий и представляет собой процесс с значительной случайной составляющей. Инсоляция в течение дня также имеет случайную составляющую и оценить предстоящую дневную инсоляцию можно только с определенной вероятностью, то есть колебания мощности генератора и дневной инсоляции в наземных условиях - явления распространенные.

Увеличение коэффициента использования мощности генератора при ее колебании достигается поддержанием за счет предлагаемого технического решения рабочей точки на вольт-амперной характеристике генератора на уровне, соответствующем наибольшему напряжению из напряжений заряжаемых АБ, что, вогпервых, позволяет при

0 уменьшениях уровня мощности генератора отбирать от генератора дополнительную . мощность, равную разнице мощностей генератора, соответствующих максимальную и минимальному из напряжений заряжае5 мых АБ, и, во-первых, позволяет не использовать в регуляторах диоды блокировки разрядного тока без опасения возникновения разряда АБ, что обеспечивает получение от генератора дополнительной

0 мощности, равной произведению падения напряжения на блокирующих диодах на суммарный зарядный ток подключенных АБ. Разряд АБ на генератор без блокирующих диодов исключается при собственном

5 потреблении зарядным устройством мощности, менее величины, вырабатываемой генератором от рассеянного излучения неба при наиболее высокой степени облачности. Формула изобретения

0 1. Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей, содержащее фотоэлектрический генератор, параллельно которому подключено п зарядных блоков, каждый из которых включает в себя

5 импульсный регулятор, датчик тока, которые соединяют выводы генератора с выход- ными клеммами, источник опорных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу датчика конца заря0 да, второй вход которого связан с выходной клеммой, а второй вывод источника опорных напряжений соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу датчика тока, и модулятор,

5 отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента использования мощности генератора, введены п-входовая схема определения канала с наибольшим напряжением, коммутатор, а также о логи0 ческих схем И, датчик отсутствия ограничения зарядного тока, пороговый элемент и ключ, причем выходы схемы определения канала с наибольшим напряжением соединены с информационными входами комму5 гатора, а в каждом зарядном блоке выход датчика конца заряда подключен к первому входу схемы И и к управляющему входу ключа, соединяющего выходную клемму с одним из входов схемы определения канала с

наибольшим напряжением, выход схемы сравнения соединен с входом модулятора, выход которого связан с вторым входом схемы И непосредственно и через последовательно соединенные датчик отсутствия ограничения зарядного тока и пороговый элемент с одним из управляющих входов коммутатора, один из выходов которого подключен к третьему входу схемы И, выход которой соединен с управляющим входом импульсного регулятора.

2. Устройство поп,1,отличающее- с я тем, что коммутатор содержит п двух- входовых логических схем ИЛИ-НЕ, п-вхо- довую схему ИЛИ-НЕ и п двухвходовых логических схем ИЛИ, причем входы каждой двухвходовой логической схемы ИЛИ-НЕ являются соответственно управляющим и информационным входами коммутатора для одного из зарядных блоков, выход каждого из этих схем соединен с одним из входов n-входовой схемы ИЛИ-НЕ и с первым входом одной из схем ИЛИ, второй вход которого подкючен к выходу n-входовой схемы ИЛИ-НЕ, а выход ее является выходом коммутатора для этого же блока.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что при п 2, коммутатор содержит две логические схемы ИЛИ. причем два входа каждой из них являются соответственно

управляющим и информационным входами коммутатора и относятся к одному зарядному блоку, а выход - выходом коммутатора для другого блока.

4.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что датчик отсутствия ограничения

зарядного тока выполнен в виде диода, один вывод которого является входом датчика, а другой подключен через параллельно соединенные резистор и конденсатор к потен- циальной шине питания и является выходом датчика.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам одновременного заряда группы аккумуляторных батарей (АБ) от фотоэлектрического генератора в наземных условиях в светлое время суток. Цель изобретения - повышение коэффициента использования мощности генератора. Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей содержит фотоэлектрический генератор, параллельно которому подключено п зарядных блоков. Новым является то, что введены п-входовая схема определения канала с наибольшим напряжением, обеспечивающая ограниче- ниетока в канале с наибольшим напряжением. Последнее обеспечивает поддержание рабочей точки на вольтамперной характеристике генератора на уровне, соответствующем этому наибольшему напряжению, чтс позволяет отбирать от генератора дополнительную мощность, повышая коэффициент использования мощности генератора. 3 з.п. ф-лы, 5 ил, Ь С

Фиг.

Диоды

Схема определения канала с наибольшим напряжением

21

I Зарядный

Фие.2

Коммутатор

Операционный олок усилитель

Фиг.1

Схема илт-не

2,

Фиг Л

Потен циаль - ноя шина питания

25

ЙОдщая шина питания

Фиг. 5

Составитель Г.Веденеев Редактор Т.ЕгороваТехред М.МоргенталКорректор С.Лисина

Заказ 4199ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Зарядный 5лок

Коммутатор

2п

Схет определения канала с наибольшим напряжением

15

f