Устройство для заряда аккумуляторной батареи

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для заряда ляторных батарей. Цель изобретения - упрощение и расширение области применекия. Устройство содержит выпря№-1 тель 1, датчик 2 тока, задатчик 3 напряжения, регулятор 4 тока заряда, узел 5 сравнения, формирователь 6 импульсов, элект ронные ключи 7, 8, М , 3 , 16, 7, 21, регулирующий элемент 9, четыре делителя 12, 14, 20 и 22, оптронные переключатели 15, 18, компаратор 19, конденсатор 23. Устройство обеспечивает высокую плотность зарядного тока в начальньп момент времени при полностью разряженной батарее и исключает ее разогрев. Возможен подзаряд аккумуляторной батареи При любой степени ее заряженности, 1 ил. 45

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 02 J 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ НТ СССР (2)) 4302267/24-07 (22) 06.07.87 (46) 15.02.89. Бюл. N- 6 ,(71) Всесоюзный научно-исследовательский аккумуляторный институт (72) Ю.Е.Пименов, В.П.Бельский, В.Г."ариков и В.И.Афанасьев (53) 621.355;164(088.8) (56) Патент Японии - 50-2253„ кл. Н 02 J 7/10.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1129697, кл, Н 02 J 7/10, 1987.

Авторское свидетельство СССР .Ф 1136253, кл. Н 02 J ?/02, 1984. б (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ (57) Изобретение относится к электротехнической промышленности и может

„„ЯО„„1468929 быть использовано для заряда аккумуляторных батарей. Цель изобретения упрощение и расширение области применения. Устроиство содержит выпрямитель 1, датчик 2 тока, задатчик 3 напряжения, регулятор 4 тока заряда, узел 5 сравнения, формирователь 6 импульсов, электронные ключи 7, 8, 11, 13, 16, 17, 21, регулирующий элемент 9, четыре делителя 12, 14, 20 и 22, оптронные переключатели 15, 18, компаратор 19, конденсатор 23. Устройство обеспечивает высокую плотность зарядного тока в начальный момент времени при полностью разряженной батарее и исключает ее разогрев.

Возможен подзаряд аккумуляторной батареи при любой степени ее заряженности ° ил.

1458929

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ускоренного заряда аккумуляторов и аккумуляторных батарей. е

Цель изобретения — упрощение устройства и расширение области его применения, На чертеже приведена схема предложенного устройства. 10

Устройство содержит выпрямитель 1, отрицательная клемма которого соединена с второй общей точкой устройства, а положительная клемма предназначена для подключения положительного полюса заряжаемой батареи, датчик 2 тока, второй отвод которого подключен к второй общей точке устройства, задатчик 3 напряжения, регулятор 4 тока заряда, узел 5 сравнения, форми-2р рователь 6 импульсов, первый электронный ключ 7, вход которого соединен с первым отводом датчика 2 тока, выход соединен с первым входом регулятора 4 тока заряда и через резис- 25 тор с второй общей точкой устройства, второй электронный ключ 8, вход которого соединен с входом первого электронного ключа 7, регулирующий элемент 9, состоящий из первого и второ-30 го транзисторов и двух резисторов, причем коллектора обоих транзисторов соединены с клеммой, предназначенной для подключения к отрицательному полюсу заряжаемой батареи и первой общей точке устройства, а эмиттер второго транзистора соединен с первым отводом датчика 2 тока, база первого транзистора регулирующего элемента 9 подключена через последовательно сое- 4р диненные резистор и диод к выходу регулятора 4 тока заряда, корректирующую цепь 10, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и резистора и включенную между коллекто- 45 ром и базой первого транзистора регулирующего элемента 9, третий электронный ключ 11, вход которого подключен к базе первого транзистора ре- гулирующего элемента 9, выход — к второй общей точке устройства, а управляющий вход соединен через диод с выходом формирователя 6 импульсов, а через резистор — с второй общей . точкой устройства, первый делитель

12 напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с выходом задатчика 3 напряжения, другой— с первой общей точкой устройства, а точка соединения резисторов подключена к инвертирующему входу узла 5 сравнения, неинвертирующий вход которого соединен с клеммой, предназначенной для подключения к положительному полюсу последнего аккумулятора батареи, четвертый электронный ключ

13Ä вход которого соединен с инвертирующим входом узла 5 сравнения, а выход — с первой общей точкой устррйства, второй делитель 14 напряжения, состоящий из трех последовательно соединенных резисторов, одним концом подключенный к первой общей точке устройства, другим — через диод к выходу узла 5 сравнения, первая точка соединения резисторов второго делителя 14 напряжения подключена к управляющему входу четвертого элек" тронного ключа 13, первый оптронный переключатель 15 (инвертор), выход которого через диод соединен с второй точкой соединения резисторов второго делителя 14 напряжения, анод входного светодиода первого оптронного переключателя 15 через резистор соединен с положительной клеммой второго источника пита»п»я устройства, пятый электронный ключ 16, вход которого соединен с катодом входного светодиода переключателя 15, выход — с второй общей точкой устройства, а уп-, равляющий вход соединен через диод с выходом формирователя 6 импульсов, а через резистор - с второй общей точкой устройства, шестой электронный ключ 17, выход которого соединен с первой общей точкой устройства, управляющий вход через один резистор соединен также с первой общей точкой устройства, а через другой разисторс другим концом второго делителя 14 напряжения, второй оптронный переключатель 18 (инвертор), катод входного светодиода которого соединен с входом шестого электронного ключа 17, а анод — через резистор с положительной клеммой первого источника питания устройства, компаратор 19, один вход которого соединен с выходом переключателя 18, прямой выход - с управляющим входом ключа 8, третий делитель 20 напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с второй общей точкой устройства, другой — с положительной клеммой ъто3 14589 рого источника питания устройства, а средняя точка подключена к другому входу компаратора 19, седьмой элек тронный ключ 21, вход которого сое5 динен с выходом электронного, ключа

8, выход — с вторым входом регулятора 4 тока заряда, а управляющий электрод — с инверсным выходом компаратора, четвертый делитель 22 напряжения, ip состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с второй общей точкой устройства, другой — с выходом оптронного переключателя 18, а сред-,5 няя тачка через диод подключена к второму входу регулятора 4 тока заряда, конденсатор 23, один конец которого подключен к второй общей точке устройства, а другой — к выходу элек- 20 тронного ключа 8.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При включении устройства в сеть переменного тока без подключения наг- 25 рузки (батареи аккумуляторов} на выходе узла 5 сравнения появится отрицательный потенциал, близкий по вели" чине к напряжению (-Ul) первого источника питания устройства. На неин- Зо вертирующем входе узла 5 сравнения напряжение отсутствует, а на инверти" рующий подано положительное опорное напряжение, снимаемое со средней точки первого делителя 12 напряжения, Электронные ключи 13 и 17 закрыты, На выходе оптронного переключателя

18 инвертора присутствует положительньй потенциал "1", величина которого больше величины напряжения U „, сни- 4р маемого с точки соединения резисторов третьего делителя 20 напряжения, На прямом выходе компаратора 19, собранного на двух операционных усилителях, установится напряжение, близкое 45 по величине к положительному напряже нию (+U2) второго источника питания устройства, а на инверсном выходе компаратора 19 установится напряжение, близкое по величине к отрицательному напряжению (-U2) второго источника питания устройства ° Электронный ключ 8 открыт, а электронные ключи 21 и 7 закрыты. На первом входе регулятора 4 тока заряда имеется потенциал. второй общей точки устройства (О В), а на втором входе - положительный потенциал, снимаемый через диод со средней точки четвертого де29

4 лителя 22 напряжения, на другой конец которого подается "zzãíaë, с выхода переключателя 18. Таким образом, на выходе регулятора 4 така "-аряда будет положительный потенциал, величина которого близка.к +Б2. На выходе формирователя 6 импульсов присутствует последовательность прямоугольных импульсоз, которые открывают и закрывают электро нные ключи

11 и 16, В те моменты, когда электронньгй ключ 11 закрыт„ открыты транзисторы регулирующего элемента 9 и наоборот. Изменение закрытога состояния ключа 16 на открытое вызывает соответственно изменечие потенциала на выходе переключателя 15 с уровня

"!" до уровня "0".

При подключении к устройству,".атареи аккумуляторов в тат момент, когда электронный ключ !1 открыт, ничега не изменится, но когда электронный ключ 1! закроется, откроются транзисторы регулирующего элемента 9 и через батарею аккумуляторов потечет ток, а конденсатор 23 будет заряжаться через ключ 8. При достижении зарядным током такой величины, когда величина напряжения на последнем (контролируемом ) аккумуляторе достигнет значения, на единицы миллнвольт превышающего опорное напряжеHzze UD, на выходе узла 5 сравнения потенциал изменится на противоположный, станет близким к +Ul, откроются электронные ключи 13 и !7, на выходе переключателя 18 потенциал изменится с "1" на "0", переключится компаратор 19 (U выбрано больше "0", но меньше на выходе переключателя 18), закроется ключ 8, откроются ключи 8 и 21, на входах регуляторa 4 тока заряда будет сравниваться величина напряжения на конденсаторе 23 (соответствующая величине падения напряжения на датчике 2 тока, при протекании которого величина напряжения на последнем аккумуляторе батареи стала равна значению Б„) с величиной падения напряжения на датчике 2 тока (диод, соединяющий среднюю ".î÷êó четвертага делителя 22 напряжения с в".орым входом регулятора 4 тока заряда, закрыт), и регулирующий элемент 9 перейдет в режим стабилизации тока.

Режим стабилизации тока заряда будет происходить до тех пор, пока с выхода формирователя 6 импульсов не при1458929 6

Формула

5О дет сигнал, которым будут открыты ключи ll и lб. Как только откроется электронный ключ 11, закроются транзисторы регулирующего элемента 9, протекание тока через батарею прекратится, величина напряжения на аккумуляторах упадет и станет равной их

ЭДС. Открывание в этот.же момент электронного ключа lб вызовет изменение на выходе переключателя 15 величины напряжения с уровня "1" до уровня "0", что приведет к тому, что закроется электронный ключ 13 (почти все напряжение на выходе узла 5 сравнения упадет на первом разисторе третьего делителя 14 напряжения), изменится потенциал напряжения на противоположный на выходе узла 5 сравнения, закроется электронный ключ 17, изменится потенциал напряжения на выходе переключателя 18 с уровня "0" на уровень "1", сработает компаратор

19, потенциалы на его выходах изменятся на противоположные, откроется электронный ключ 8, закроются электронные ключи 8 и 21, конденсатор

23 начнет разряжаться через электрон" ный ключ 8 и датчик 2 тока, потен- циал на выходе регулятора 4 тока заряда станет близким к +U2 (на первом входе регулятора 4 потенциал второй общей точки, а на втором положительный потенциал, снимаемый через диод со средней точки делителя 22 напряжения). Такое состояние схема будет сохранять до тех пор, пока с формирователя б импульсов не придет сигнал, которым будут закрыты электронные ключи ll и lб. При закрывании этих ключей работа схемы аналогична описанной.

Корректирующая RC-цепь 10 служит для уменьшения величины выбросов зарядных импульсов тока и устранения возможной паразитной генерации устройства.

По мере заряда аккумуляторов величины их ЭДС возрастают и разность между Б и ЭДС каждого аккумулятора будет уменьшаться и стремиться к некоторому постоянному значению Б

Это значение соответствует разности между U и ЭДС полностью заряженного аккумулятора. Каждой величине разности между U> u ЭДС контролируемого аккумулятора соответствует определенная величина зарядного тока. Когда контролируемый аккумулятор будет полно5

ЗО

45 стью заряжен, величина зарядного тока достигнет своего минимального значения соответствующего значения и при дальнейшем проведении заряда изменяться не будет. Таким образом, фиксация значения зарядного тока (постоянная величина действующего значения зарядного тока эа определенный интервал времени) может быть использована, как сигнализация окончания заряда.

Использование предложенного устройства для заряда аккумуляторных батарей позволяет сократить время заряда последних. Малое время заряда определяется тем, что плотность зарядного тока (если аккумуляторы заряжаемой батареи полностью разряжены) .в начальный момент времени очень высока (превышает номинальное значение постоянного зарядного тока более чем в 10 раз), и, кроме того, при правильно выбранном значении Ua разогрев заряжаемых аккумуляторов не происходит.

Устройство позволяет производить подзаряд любой аккумуляторной батареи независимо от степени ее заряженности ввиду того, что сигналом.о ее полном заряде послужит постоянство зарядного тока за определенное время.

Выход зарядного тока на величину, со" ответствующую окончанию заряда в случае менее разряженного аккумулятора, произойдет быстрее, нежели в случае заряда более разряженного.

Поддержание (автоматическое) постоянной амплитуды напряжения (оптимального значения для каждого вида аккумуляторов) при прохождении через них зарядных импульсов тока и автома" тическое уменьшение последних по амплитуде в процессе заряда позволяют проводить заряд при возможно наибольшей плотности тока, не имея при этом разогрева и газовыделения. изобретения

Устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее выпрямитель, датчик тока, задатчик напряжения, регулятор тока заряда, узел сравнения, формирователь импульсов, первый и второй электронные ключи, входы которых соединены с выходом датчика тока, выход первого ключа соединен с первым. входом регулятора тока заряда, о а

1458929 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и расширения области применения, устройство содержит регулирующий элемент, состоящий из

5 первого и второго транзисторов и двух резисторов, при этом коллекторы обоих транзисторов соединены с клеммой, предназначенной для подключения к отрицательному полюсу заряжаемой батареи и первой общей точке устройства, а эмиттер второго транзистора соединен с первым отводом датчика тока, второй отвод которого соединен с второй общей точкой устройства, база первого транзистора регулирующего элемента подключена через последовательно соединенные резистор и диод к выходу регулятора тока заряда, корректирующую цепь, 2О состоящую из последовательно соединенных конденсатора и резистора и включенную между коллектором и базой первого транзистора регулирующего элемента, третий электронный ключ, 25 вход которого подключен к базе первого транзистора регулирующего элемента, выход — к второй общей точке устройства, а управляющий вход соеди= нен через диод с выходом формирова- 30 теля импульсов, а через резистор — с второй общей точкой устройства, пер-, вый делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с выходом задатчика напряжения, другой — с первой общей точкой устройства, а точка соединения резисторов подключена к инвертирующему входу узла сравнения, неинвертирующий 4О вход которого соединен с клеммой, предназначенной для подключения к положительному полюсу последнего аккумулятора батареи, четвертый электронный ключ, вход которого соединен 45 с инвертирующим входом узла сравнения, а выход — с первой общей точкой устройства, второй делитель напряжения, состоящий из трех последовательно соединенных резисторов, одним кон- 5р цом подключенный к первой общей точ-. ке устройства,. другим через диод - к выходу узла сравнения, первая точка соединения резисторов второго делителя напряжения подключена к управляющему входу четвертого электронного ключа, первый оптронный переключатель, инвертор, выход которого через диод соединен с второй точкой соединения резисторов второго делителя напряжения, анод входного светодиода первого оптронного переключателя через резистор соединен с положительной клеммой второго источника питания устройства, пятый электронный ключ, вход которого соединен с катодом входного светоциода первого опт- ронного переключателя, выход " с второй общей точкой устройства, а управляющий вход соединей через диод с выходом формирователя импульсов, а через резистор — с второй общей точкой устройства, шесточ электронный ключ, выход которого соединен с первой общей точкой устройства, управляющий вход через один резистор соединен также с первой общей точкой устройства, а через другой резистор— с другим концом второго делителя напряжения, второй оптронгый гереключатель, инвертор, катод входного светодиода которого соединен с входом шестого электронного ключа, а анод — через резистор с положительной клеммой первого источника питания устройства, компаратор„ один вход которого соединен с выходом второго оптронного переключателя инвертора, прямой выход " с управляющим входом второго элек" тронного ключа, третий делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с второй общей точкой устройства, а другой — с положительной клеммой второго источника питания устройства, а средняя точка подключена к другому входу компаратора, седьмой электронный ключ, вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, выход — с вторым входом регулятора тока заряда, а управляющий электрод— с инверсным выходом компаратора, четвертый делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, один конец которого соединен с второй общей точкой устройства, другой — с выходом второго оптронного переключателя инвертора, а средняя точка через диод подключена к второму входу регулятора тока заряда, первый вход которого через резистор соединен с второй общей точкой устройства, конденсатор, один ко" нец которого подключен к второй общей точке устройства, а другой — к выходу второго электронного ключа °