Зарядное устройство

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 J 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

iQl !

1 (21) 4783434/07 (22) 17.01.90 (46) 30.06,92. Бюл. ¹ 24 (71) Научно-производственное объединение

"Старт" (72) В.А.Кашарин, В.В,Грибачев, В.Г.Розенталь и А,В.Власов (53) 621,355.163 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . № 725145, кл. Н 02 J7/00,,1980.

Патент США № 4316133, кл. Н 02 J7/00,,1980.

Патент СССР ¹ 528047, кл. Н 01 М 10/44, 1974, 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 заряженности АБ и длительность пауз, возникающих в связи с этим в процессе заряда, постоянны и не заьисят от степени заряженности АБ, в результате чего продолжительность заряда Ы 1744756 Al (54) ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО (57) 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. больше оптимальной на суммарную длительность всех пауз контроля заряженности

АБ.

Известно также температурно-компенсированное 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

1744756

45

55

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 заряженности 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 заряженности 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 опорного 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

ИЛИ 11 составляют блок 12 управления.

Устройство работает следующим образом.

После подачи на устройство напряжения питания начинается первый этап заряда — 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 регулируемого источника опорного напряжения (РИОН) 9 и соответствующим напряжению на АБ, заряженной до номинальной емкости.

Если напряжение на АБ меньше образцового напряжения, что соответствует недостаточной емкости АБ 6, на выходе компаратора 3 формируется сигнал низкого уровня, который по переднему фронту сигнала с генаратора 9 импульсов записывается 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 начальное состояние, при котором на его выходе устанавливается сигнал низкого уровня, поступающий на первый вход элемента ИЛИ 11. Одновременно сигнал низкого уровня с прямого выхода триггера 7 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, соотв-тствующее предельно допустимому напряжению на АБ 6 при ее заряде. На выходе элемента ИЛИ 11 появляется сигнал низкого уровня, поступающий на узел 2 отключения, в результате чего узел отключения 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

1744756

55 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 7. Подуправлением 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 ге5

10 15

45 нератора 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 высокого уровня, однако ЭЗВИП 10 не устанавливается в начальное состояние, посколькуего работа заблокирована, как указано. В результате сигналом высокого уровня с выхода элемента ИЛИ 11 через узел 2 отключения удерживается отключенное состояние источника тока 1. Продолжительность четBBpTOI этапа. не превышает длительности одного периода следования импульсов генератора 9 импульсов, так как в течение предыдущего интервала контроля напряжение на АБ 6 достигло образцового напряжения до истечения времени, установленного Э 3 В И П 10. Заряд окончен, АБ 6 заряжена до номинальной емкости.

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

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

Возможная реализация РИОН 8 показана 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 подключенный к источнику стабилизированного напряжения U<> делитель напряжения, причем резистор 14 подключен к напряжению

U<>. а резистор 16 — к общей шине, резистор

17, подключенный одним выводом к резисторам 15 и 16, а другим — к выходу ключе1744756

55 дом триггера, вого элемента 13. Резистор 15 — подстроечный.

РИОН 8 работает следующим образом.

При поступлении на его вход сигнала низкого уровня ключевой элемент 13 отключен и резистор 17 не влияет на выходное напряжение делителя напряжения, образованного резисторами 14 — 16, Сопротивления этих резисторов выбраны таким образом, что выходное напряжение делителя 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 включается и подключает резистор 17 параллельно резистору15, В результате этого напряжение на выходе делителя напряжения и, соответственно, на выходе

РИОН 8 уменьшается. Сопротивление резистора 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 результате 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 номинальной емкости.

Применение в схеме тактируемого триггера 7 обеспечивает устойчивую работу устройства при переходе с заряда AS 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. Тактирование 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 ближайшего 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 заряженности аккумуляторной батареи, подключенный первым входом к выходным клеммам, компаратор, источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора, о т л и ч а ющ 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 вхо1744756

1744756

НОЯ>Яж н Р

+odd b

Вывод рJNY 8

Выл

Л.ача жщм 3 лужка Р

ЖАР

ЯУВФФ C?

8ANAy

ЯЮИУЖ74Р

P8lf И третии г» w мяи

1744756

Яапрякение ю /ГБ

8am& Йа

РИОН 8

8kpyd"

wo pem 5

I и Ф4)яяиФб рецэп

myewuu am4rr

Редактор Е.Копча

Заказ 2201 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Зюга/ яяифМмфю

uanyucad У

Ifp

Aunts

nyprazye Р

Зиха

ЭЗРА /Р

Составитель В.Грибачев

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий