Устройство для зарядки двух аккумуляторов транспортного средства

 

Изобретение относится к технике .зарядки электрических аккумуляторов на борту транспортных средств. Цель изобретения - увеличение разрядной емкости и срока службы аккумуляторов. Устройство выполнено в виде мостовой схемы, в одну из диагоналей которой включеиы последовательно соединенные источник постоянного тока 1 и датчик зарядного тока 2. Плечи мостовой схемы образованы контактами 3, 4, 5, 6 ключей 7, 8, 9, 10. Два последовательно-встречно включенных аккумулятора 11 и 12 включеиы в другую диагональ схемы. Параллельно аккумуляторам подключены датчики напряжения 13 и 14. Отрицательный полюс источника1 S (Л /7 г 1 j / Фт:, ,12 / 75 азг / 16 д yi ГС 9 .10 П 7Д

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

А1 (Я) 4 Н 02 3 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зр

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3735876/24-07 (22) 10.01.84 (46) 15.08.86. Бюл. )I 30 (72) В.Л. Гераськов (53) 621,355. 163(088.8) (56) Багоцкий В.С. и др. Химические источники тока. 11.: Энергоиздат, 1981, с. 142.

Там же, с. 143, Синдеев И.И. Электроснабжение летательных аппаратов. И.: Транспорт, 1982, с. )66-167.

Авторское свидетельство СССР

Р 299901, кл. Н 01 J 7/10, 1969.

Aubram S. Grumbrecht P. Rolle S.

Transistorwechselrichter fiir Sate

Llititenbordnetze hoherer Leistung

"Miss. Ber, AEG-Telefunken", )978, 51, М 1, 68-69. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ ДВУХ АККУМУЛЯТОРОВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к технике .зарядки электрических аккумуляторов на борту транспортных средств. Цель изобретения — увеличение разрядной емкости и срока службы аккумуляторов.

Устройство выполнено в виде мостовой схемы, в одну из диагоналей которой включены последовательно соединенные источник постоянного тока 1 и датчик зарядного тока 2. Плечи мостовой схемы образованы контактами 3, 4, 5, 6 ключей 7, 8, 9, 10. Два последовательно-встречно включенных аккумулятора ll и 12 включены в другую диагональ схемы. Параллельно аккумуляторам подключены датчики напряжения 13 и

14. Отрицательный полюс источника 1

1251226 l0 соединен с отрицательными полюсами аккумуляторов 11, 12 через контакт 15 ключа 16. Контакты коммутируются системой управления. Устройство реализу. ет шесть режимов заряда (I, П, III, IV, V, VI). I режим заряда — аккумуляторы 11, 12 включены на заряд от источника 1 встречно-последовательно.

Контакты 3, 6 ключей 7, 10 замкнуты, При I «à +(О, 1-0,2) I „ (I - ток заряда:, I „- номинальный зарядный ток) устройство реализует II режим заряда, Замыкаются контакты 5, 15 ключей 9, 16, и аккумулятор 11 заряжается от источника 1. При I 4 (0,1-0,2) Iqq

Изобретение относится к области эксплуатации электрических аккумуляторов, а именно к технике зарядки электрических аккумуляторов на борту транспортных средств.

Цель изобретения - увеличение разрядной емкости и срока службы аккумуляторов без снятия их с борта транспортного средства, а также уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг. 1 изображена схема силовой части устройства; на фиг. 2 — схема системы управления устройства.

Силовая часть содержит мостовую схему, в одну из диагоналей которой включены последовательно соединенные внешний источник 1 постоянного тока и датчик 2 зарядного тока, а в плечи - контакты 3-6 .ключей 7-10. Б другую диагональ мостовой схемы включены два заряжаемых последовательновстречно соединенных аккумулятора ll и 12, параллельно которым подключены датчики 13 и 14 зарядного напряжения.

Между отрицательным полюсом внешнего источника и точкой соединения отрицательных полюсов заряжаемых аккумуляторов включен контакт 15 ключа 16.

Дпя коммутации контактов 3-15 ключи 7-10 и 16 содержат управляющие элементы 17-21, связанные с выходом системы управления.

Система управления содержит первый компаратор 22, связанный своими входами с датчиком тока 2 и задатчизамыкаются контакты 4, 5 ключей 8, 9 встречно-последовательно включенные аккумуляторы с обратной полярностью коммутируются на источник 1. При оче редном снижении тока (IV режим) срабатывают контакты 3, 15, ключей 7, 16. Заряжается .аккумулятор 12. Циклы повторяются.При U> > U>„ или 11 > U (V режим) аккумуляторы 11, 12 замыкаются друг на друге через контакты 3, 5 ключей 7, 9. Заряды аккумуляторов выравниваются. При Uy U q 0,75 П „ контакты 3, 5 размыкаются и аккумуляторы отключаются от заряда. 2 ил. ком 23 уровня зарядного тока. С выходом этого компаратора связан своим входом первый Т-триггер 24. Прямой выход первого Т-триггера связан с входом второго Т-триггера 25, а его инверсный выход - с первым входом первого 26 и второго 27 элементов И.

Инверсный выход второго Т-триггера 25 связан с первым входом первого элемента ИЛИ 28 и вторым входом первого элемента И 26, à его прямой выход — с первым входом второго элемента ИЛИ 29 и вторым входом второго элемента И 27. Со вторым входом первоro 28 и второго 29 элементов ИЛИ связан своим выходом третий элемент

ИЛИ 30. С его первым и вторым входамн связаны своими выходами сбответственно второй 31 и третий 32 компараN торы. Первый вход этих компараторов связан с датчиками напряжения 13 и

14 и с входами четвертого компаратора 33, а второй вход — с задатчиком уровня зарядного напряжения 34, Вы2> ход четвертого компаратора 33 связан с первым входом третьего элемента

И 35, второй вход которого связан с выходом третьего элемента ИЛИ 30 и с управляющими входами коммутато3п ров 36-38. С выходом третьего элемента И 35 связаны своими управляющими входами коммутаторы 39 и 40.

Коммутатор 36 своим входом связан с прямым выходом первого триггера 24.

Коммутаторы 37-40 связаны своими

l25 226

Реализация режимов зарядки (I-VI) аккумуляторов производится переключением контактов 3, 4, 5, 6, 15 клю чей 7,8, 9, 10, 16 в соответствующих сочетаниях и последовательности. Режим 1 реализуется при замыкании контактов 3 и 6, режим II — контактов 5 и 15, режим III — контактов 4 и 5, режим IV — контактов 3 и 15, режим V— контактов 3 и 5, режим VI реализуется при размыкании всех контактов. Такой порядок переключения контактов ключей осуществляется системой управления. Задатчик 23 уровня зарядного тока настраивается на значение (О 10,2)1 д(Х „ — номинальный зарядный ток), которое сравнивается компаратором 22 с текущим значением I заз рядного тока, измеряемым датчиком 2 тока. При 1 > (0,1-0,2)I>„ сигнал на выходе комларатора 22 равен логическому "О", а при I а (0,1-0,2)Е логической "1". Задатчик 34 уровня зарядного напряжения настраивается на значение U > = 2Е„, вдвое превышающее ЭДС Ец внешнего источника.Это напряжение компараторами 31 и 32 сравнивается с текущими значениями зарядных напряжений U „,U> àêêóìó1lÿòoров ll и 12, измеряемыми датчиками 13 и 14. При Бз„- U „, U с Uз„сигналы на выходах компараторов 32 и 31 равны О, поэтому на выходе третьего элемента ИЛИ 30 сигнал также равен О.

Если же U, > U z, или U > U, òî сигнал на выходе соответствующего компаратора равен 1. При этом сигнал на выходе третьего элемента ИЛИ 30 также станет равным 1. Компараторы 31 и 32 обладают гистерезисом, который заключается в том, что переход выходного сигнала от О к 1 происходит при

U, U>> т U „, а обратный переход от 1 к Π— при U» Пег < 0 75 çí = 51"-н

Это необходимо для предотвращения переключения компараторов 31 и 32 на на этапе V -при выравнивании напряжений на аккумуляторах 11 и 12. Компаратор 33 сравнивает напряжения Uz входами соответственно с выходом первого элемента И 26, второго элемента И 27, первого элемента ИЛИ 28, второго элемента ИЛИ 29. Выходы коммутаторов 36-40 связаны соответственно с управляющими элементами 21, 20, 18, 17, 19 ключей 16, 10, 8, 7, 9.

Устройство работает следующим образом.

U» между собой. При U, = U> сигнал на ето выходе равен 1, в противном случае, т.е. когда U, 4 11, он равен

О. Сигнал на выходе третьего элемен5 та И 35 равен 1, когда сигналы на

его входах одновременно равны 1, т.е. когда оба аккумулятора заряжены

31 11 > 0,75U94 — 1,5Ен). Сигналы с выхода третьего элемента ИЛИ 30 и третьего элемента И 35 поступают

/ на управляющие входы коммутаторов 3640. Каждый из коммутаторов размыкается при подаче на его управляющий вход сигнала, равного 1, и замыкает-!

5 ся при сигнале, равном О. При этом осуществляется соответственно отключение и подключение управляющих элементов 17-21 к системе управления.

Пусть после включения устройства сигналы на прямых выходах первого 24 и второго 25 Т-триггеров равны О.

В этом случае сигнал, поступающий через коммутатор 36 на управляющий элемент 21 ключа 16, также равен О, и следовательно, контакт 15 этого ключа разомкнут. Сигналы на обоих входах первого элемента И 26 равны 1, так как они поступают с инверсных выходов Т-триггеров 24 и 25. Следовательно, сигнал на выходе этого элемента также равен 1 и, поступая через коммутатор 37 на управляющий элемент 20 клича )0, вызывает замыкание его контакта 6. Сигнал, равный 1, поступая с инверсного выхода второго Т-триггера 25 на первый вход первого элемента ИЛИ 28, независимо от значения сигнала на его втором входе, приводит к появлению на выходе этого элемента сигнала, равного 1, который, воздействуя через коммутатор 39 на управляющий элемент 17 ключа 7, вызывает замыкание его контакта 3. Сигнал, поступающий с прямого

45 выхода второго Т-триггера 25 на первый вход второго элемента.ИЛИ 29, равен О. При U < U»z U>> < U ц равен О и сигнал, поступающий на его второй вход с выхода третьего элемента ИЛИ 30.

Следовательно, равен 0 сигнал на вы° ходе второго элемента ИЛИ 29. Этот сигнал через коммутатор 40 поступает на управляющий элемент 19 ключа 9 и вызывает размыкание его контакта 5.

5 На первый вход второго элемента И 27 сигнал поступает с инверсного выхода первого Т-триггера 24 и равен l a

J на второй вход — с прямого выхода

S 1251 второго Т-триггера 25 и ранен О. Сигнал на выходе этого элемента равен О, следовательно, поступая через коммутатор 38 на управляющий элемент 18 ключа 8, он вызывает размьгкание его

5 контакта 4. Таким образом, при нулевых сигналах на прямых выходах первого 24 и второго 25 Т-триггеров, контакты 3 и 6 замкнуты, а контакты 4, 5.и 15 разомкнуты, т.е. в уст- 10 ройстве реализуется этап I зарядки аккумуляторон. При этом зарядный ток I c

9 течением времени уменьшается. При

I а (0,1-0,2) I „сигнал на выходе первого компаратора 22 уменьшается с О на 1. Такое изменение сигнала вызывает переход первoro Т-триггера 24 в новое состояние (динамический Т-триггер, управляемый фронтом сигнала), т.е. íà eFo прямом выходе сигнал становится равным 1. Переход выходного сигнала первого Т-триггера 24 от О к 1 вызывает переключение второго Т-триггера 25 (также динамический Т-триггер, управляемый фрон- 5 том сигнала). На его прямом выходе появляется сигнал, равный 1. Рассуждая как и в предыдущем случае, можно показать, что при этом замкнуты конзо устройстве реализован этап II зарядки аккумуляторон. Ток в цепи скачком унеличивается (I ) (0,1-0,2) I») и выходной сигнал компаратора 22 переходит от I к О, но такой переход не вызывает переключения первого

Т-триггера 24, так как он реагирует только на фронт сигнала, а не на его срез. При уменьшении тока на этапе

II до I> (0,1-0,2) Iщ„ снова происходит изменение сигнала на выходе

40 компаратора 22 от 0 к 1. При этом происходит переключение первого Ттриггера 24 и на его прямом ныходе появляется сигнал, равный О. Переход выходного сигнапа первого Т-тригге45 ра 24 от 1 к О не вызывает переключения второго Т-триггера 25 (он реагирует только на фронт входного сигнала), и íà его выходе остается сигнал, равный 1. В результате замкнуты контакты 4 и 5 ключей 8 и 9, т.е. в устройстве реализован этап III зарядки аккумуляторов. При уменьшении тока на этом этапе до I + (0,1-0,2) I» сигнал на выходе первого компаратора 22 изменится с О на 1 и вызывает переключение первого Т-триггера 24.

Сигнал на его выходе изменяется с О

226 б на 1 и, н свою очередь, вызывает переключение второго Т-триггера, на выходе которого появляется- сигнал, равный О. В результате замкнуты контакты 3 и 15 ключей 7 и !6, т.е. в устройстве реализован этап IV зарядки аккумуляторов. При уменьшении тока на этом этапе до Т «а (0,1-0,2) I выходной сигнал первого Т-триггера 24 изменяется с 1 на О, а выходной сиг нал второго Т-триггера 25 остается равным. О, т.е. и устройстве снова реализован этап I зарядки аккумуляторов, и т.д. Этапы I., II, III u IV циклически повторяются описанным образом, пока U 1 < U „, !!э2 U ° В эн момент времени, когда одно иэ этих условий нарушится, т.e э > U»

mm U 2 > U>> на выходе третьего элемента ИЛИ 30 появляется сигнал, равный 1. Поступая на второй вход первого 28 и второго 29 элементов ИЛИ, он обуславливает на их выходах сигналы, равные 1, которые при воздействии на управляющие элементы 17 и 19, ключей 7 и 9 вызывает замыкание их контактов 3 и 5. Этот же сигнал, поступая на управляющие входы коммутаторов 36-38, вызывает их размыкание и, тем самым отключение управляющих элементов 18-21 ключей 8, 10 и 16 от системы упранления. Контакты 4, 6, 15 этих ключей разомкнутся. В результате в устройстве реализован этап М зарядки аккумуляторов. На протяжении этого этапа заряды аккумуляторов выравниваются. При этом напряжение более заряженного аккумулятора уменьшается, а менее заряженного увеличивается. Несмотря на это, сигнал на выхсде третьего элемента ИЛИ 30 остается равным 1, так как сигналы на выходах второго 3! и третьего 32 компараторов из-за наличия гистерезиса сохраняют свои прежние значения. Когда напряжения аккумуляторов станут одинаковыми, т.е, U» = V 2 = 0 75U

7 сигнал на выходе четвертого компаратора 33 ранен !. На выходе третьего элемента И 35 также появляется сигнал, равный 1. Этот сигнал, поступая на управляющие нходы коммутаторов 39 и 40, вызывает их размыкание. Управляющие элементы 17 и 19 ключей 7 и 9 отключаются от системы управления и контакты 3, 5 этих ключей размыкаются.

В результате в устройстве реализован этап 7Х зарядки аккумуляторон.

7 1251

Переключение контактов ключей Для осуществления этапов I-IV зарядки аккумуляторов может быть осуществлено не только s функции зарядного тока, как описано, но и в функции времени.

Для этого к входу первого Т-триггера 24 вместо первого компаратора 22 и связанных с :ним датчика зарядного тока 2 и задатчика уровня зарядного тока 23 можно подключить генератор 10, тактовых импульсов. Тогда переход от одного этапа к другому осуществляется через равные промежутки времени, определяемые частотой тактовых импульсов. При достаточно большой 15 частоте импульсов скорость зарядки аккумуляторов возрастает, так как в этом случае режим зарядки аккумуля-торов по своим параметрам приближается к известным режимам ускоренной 20 зарядки аккумуляторов асимметричными токами.

226

Устройство имеет в 1,5-5 раза мень- шую массу и в 1,2-1,7 pasa меньше 25 габариты по сравнению с известным устройством, а также обеспечивает в

1,5-2 раза более высокую скорость saрядки аккумуляторов. Кроме того, режимы заряда, обеспечиваемые устройством, позволяют увеличить разрядную емкость аккумуляторов и их срок службы.

Формула изобретения

Устройство для зарядки двух аккумуляторов транспортного средства ° содержащее источник постоянного тока, мостовую схему, в одну из диагоналей которой включен источник постоянного тока, а г плечи — первый, второй, третий и четвертый контакты четырех ключей, в другую диагональ моста включены два аккумулятора, и систему управления, вход которой связач с датчиками зарядного тока и напряжения указанных аккумуляторов, а выход - с управляющими элементами указанных ключей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения разрядной емкости и срока службы аккумуляторов, а также уменьшения массы и габаритов устройства, оно дополнительно содержит пятый ключ, контакт которого включен между отрицательным полюсом упомянутого источника н точкой соединения отрицательных полюсов последовательно-встречно соединенных упомянутых двух аккумуляторов, причем система управления дополнительно содержит saдатчик уровня зарядного тока, связанный с ним и с датчиком зарядного то" ка своими входами первый компаратор, связанный с его выходом первый Т-триггер, связанные с его прямым выхопрм своим входом второй Т-триггер и с его инверсным выходом своим первым входом первый и второй элементы И, связанные соответственно с инверсным и прямым выходами второго Т-триггера своим первым входом первый и второй элементь: ИЛИ, связанный с вторым входом этих элементов своим выходом тре" тий элемент ИЛИ, связанные соответственно с его первым .и вторым входами своим выходом второй и третий компараторы, связанные с их первым входом и упомянутыми датчиками зарядного напряжения своими входами четвертый компаратор и с их вторым входом— задатчик уровня зарядного напряжения, связанный с выходом четвертого компаратора и выходом третьего элемента

ИЛИ своими входами третий элемент И, связанный с выходом первого элемента ИЛИ своим входом первый коммутатор, связанный с выходом второго элемента И своим входом второй коммутатор, связанный с выходом второго элемента ИЛИ своим входом третий коммутатор, связанный с выходом первого элемента И своим входом четвертый коммутатор, связанный с пряьым выходом первого Т-триггера своим входом пятый коммутатор, связанный с его выходом управляющий элемент пятого ключа, причем инверсный выход второго Т-триггера связан также со вторым входом первого элемента И, прямой выход этого триггера — со вторым входом второго элемента И, выход третьего элемента ИЛИ связан с управляющим входом второго, четвертого и пятого коммутаторов, выход третьего элемента И связан с управлякщим входом первого и третьего коммутаторов, выходы первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов связаны с уп.равляющими элементами соответственно первого, второго, третьего и четвертого упомянутых ключей.

1251226

Составитель H. Найдина

Редактор И. Сегляиик Техред В.Кадар Корректор Е. Рошко

Заказ 4421/53 Тираж 612 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5 ..Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4