Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей

 

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 ограничениетока 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s!)s Н 02 ) 7/00/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4489949/07 (22) 05.10,88 (46) 30.11.92. Бюл. ¹ 44 (71) Научно-производственный коллектив

"Сатурн" (72) В.П.Несмеев, Е.В.Холодов и С.А.Литвинов (56) Заявка ФРГ ¹ 3325029, кл, Н 02 J 7/04, 1985, Бухаров А.И. и др. Средства заряда аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

Справочник. M.: Энергоатомиздат, 1988, c,180 — 182.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1265916, кл. Н 02 J 7/00, 1984, (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОВЫМ ЗАРЯДОМ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности K устройствам одновременИзобретение относится к электротехнике и в частности к устройствам одновременно заряда группы аккумуляторных батарей (АБ) от фотоэлектрического генератора в наземных условиях в свеглое время суток.

Цель изобретения — повышение коэффициента использования мощности генератора.

На фиг,1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 — схема зарядного блока; на фиг.3 — схема определения канала с наибольшим напряжением при и более двух; на фиг,4 — схема коммутатора при и более двух; на фиг.5 — схема датчика отсутствия ограничения зарядного тока.

„„SU ÄÄ 1778864 А1 ного 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 и зарядных блоков.

Новым является то, что введены п-входовая схема определения канала с наибольшим напряжением, обеспечивающая ограничениетока 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 э.п, ф-лы, 5 ил, Устройство содержит фотоэлектрический генератор 1, подключенные параллельно ему и зарядных блоков 2 (на фиг.1 принято и = 2) и и-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, дагчик 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

1778854

5О управляющим BxopQM клю }з 12, который Соединяет одни иэ входов схемы 3 определения кянялз (ня;()off üùèì нзпря>кением выходной клеммой 7, Второй Выход ист0sHN}кз 9 Опорных напряжений пОДключен к пеоВом j ВxQÄу схемü! l 3 созвнеHèя,, второй вход которой с08динен Г ВыхоцОм дз (чикЯ 5

ToKB„8 BhIxop — co входом модулятора l4, Выход которого поцклю (ен ко второму Входу схемы " 11 N чеоез послeqQBaтельио соединенные датчик 15 QYc)iTcTBNA О! раничения зарядного тока и поооговый злемент il!R I( одному из упозвля(ощих Входов ((омм,.зторВ 4, Один из выходов которого подключен к третьему входу схемы И 11, выход которОЙ

СОЯДИНен С УПОЗВЛЯ!ОЬЦИМ ВХОДОМ ИМГ(УЛЬСНОГО Ре! %Ято(1Я Я=,, .-1 Я-Ол»".замы» AL ". 7 r! а «,ключа }Отся к выходным,((леммам 7, 8.

Общая шина питания злементоь и узлов, Входящих В блоки 2-4. свя=,зна с первь(м Выводрм генератора 1, потенцизльчзя шина питания Оливков 3, 4, Я тзк>ке зл»8! 18нTQB 1> и 16 кажзОГО и= "-"Оя If I:((1ло 08 2 свяЗянз с0 BTopûM Выводом ГенерзтОра 1.

ПОТЕНЦИЗЛЬНЯЯ }}}ИЬ(З ПИТЯНИЯ ОСТЯЛЬНЬ!Х элементов каждОГО 13 бРОХОЯ 2 свя3анЯ клеммОЙ 7 соо TB8 !-,"тBy>QL}f8(-о блз ..;;. (ь}Я фиГ.1 4 н8 по(;ЯЯЯ! ((>,. (. (ем», 3 Оп "18((аления канала с;-!Яиболь шим напряжением для Г : =- > ло>}(ет бь(1,, например, Быпол! енЯ (см, Фиг,4) в в((де комГ(аpBTOОЯ 18 (. Op!iMыMи и " !IBBQTNi. ",гloi JNMN входам, ;1 N Выходами, "!0(}:}ем I(анялч(зяпя (ном, блоку,>) поп! B}Oif»i,-! - г м (пня;",Ор(ч входу компзрзтор": 18. (Гоствстствует Nil! Ве :тирующий Вы>(од:(омnapaTopB 18, Я;(анапу, Г(ОДКЛ}, !8HHOM",К NHBBPГИРУ(00} МЧ В,(Г(ЦУ— прямОЙ выход, т,е. кз(}зггу с максимальным и 3 и р я >}(8 (-! и 8 м — л О Г и ч 8 к 3 я 8,((N и и ц я, L;хема 3 д1 }! ":.. (v}QЯ ет ь, Гь | нЯГ! р! }ме(р1 выполнен я в B!/! Де /стоо}1ствя Вы зал;.Hi!IBI максимального напряжения, функц.: 0: яльна; схема ко>оро;О приведена на Лиг.,3, ((>}О

ООстОит из и ОГ(ера! (/}Он нь!х (силителе(1 ",9 прям„!8 ВКОД1:. . «„-}Тог> (х я((ля(отся входами

;8;1ь! 3 Я пр,-;;,}ОЙ выхоа каждого и", ;!èõ сое "(инрн чр >83 зиод 2О с инвертиоу(0(!1и(,1и входами Всех усилителей 19, "IHBBpTL if„ > щие Вы -(Оды Ко (Орь!х Г}вля(Отся Вых д1ми (;x8Mb! 3 Г}pN (10+888 нз BКОД(f усилителей 19

РЯЗЛИЧНЫХ (10 УPOВН!0 vlОЛОЖИТBЛЬНЫ> НЯ-!

1 Р Я Ж 8 Н И Й rl P NL8;л, Н Я П Р И М Е Р. и Я ВХОД У СИЛ Ителя 19.1 >}зиболь}.}его из BcG>(. От(рытым

ОстанеTc>f только Диод 2Q 1 и тол,к(> «jc ó;.!(тель 19,1 Оказывается Охвачен f n} 50((OLI QTpNЦзт8льнОЙ Обратной сВЯзью, на 8ГО

f1 >}MOM ВЫХ Де НЯПРЯЖ8Н(}8 PBBHOi НЗИ«(ОЛЬ" шему няпряжению _#_3 поддзннь(х нз ВКОды схемь! 3 плюс пяце(-}ие няпоях(ения нз ст}(ОЬ}iiОМ B!!O "„.8 1 }ТО О:"ЪT((8TCTBy= ДП»(»(Ч » ской единице, на 8(Q ин вертирующем выходе — логический нуль. На прямых выходах ,цругих усилителей 19,2-19.п устанавливается минимальное напряжение насыщения, т.е. логический нуль, а на инвер;ирующих выходах — логическая единица. В точке соединения катодов всех диодов 20 напряжение равно максимальному из поданных няпряж8ний.

Коммутатор 4 для и =2 (см. фиг.1) выполняется из двух логических схем ИЛИ 21, при }ем они имеют по два входа, каждый из которых является соответственно управляОщим и информационными входами коммуYaTQpa 4 относятся к одному зарядному блоку 2, а выход является выходом коммутатора 4 для другого блока 2. При поступлении сигнала ло(.ический нуль одновременно на оба Входа схемы ИЛИ 21 на ее выходе вырабЯT(;IBBBTCB сигнал логического нуля, при сигнале логическая единица хотя бы на одно;и:з Входов схемы ИЛИ 21 на ее выходе

Вырабатывается логическая единица.

Г оммутатор 4 для и > 2 выполняетСя, как показано на фиг,4, Он состоит из п двухвходовых логических схем ИЛИ-НЕ 22, одной и — входовой схемы ИЛИ-НЕ 23 и и двухвходо -(и схем ИЛИ 24, причем два входа каждой из C> .åM ИЛИ-HE 22 являются соответственно управляющим и NHôîðìàöèîHHûì входами коммутатора 4 для одного и того же ззряднОГО блОка 2, выхОД кзжДОЙ из Этих . .>. 8M ИЛИ-НЕ 22 соединен с одним из вхоq0B п-входовой схемы ИЛИ-НЕ 23 и с первым входом одной из и двухвходовых схем

ИЛИ 24, второй вход которой подключен к иходу и-Входовой схемы ИЛИ-НЕ 23, а выход 88 является выходом коммутатора 4 для этого же блока 2. При поступлении одновре18НН0 на два входа одной из п двухвходояых логических схем ИЛИ-НЕ 22 сигнала логического нуля на ее выходе — логическая. единица, на выходе схемы 23 — логический нуль, на Выходе схемы ИЛИ 24, соединенной с атой 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 злектронный ключ и LB-фильтр и предназ.(ачен для регулирования величины тока, те; кущего через него.

Модулятор 14 предназначен для преобразования величины линейного напряжв-!

fL»B на выход схемы 13 сравнения в соответствую(цее ему импульсное, путем

1778864

10

20

30

40

50

55 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 параллельно 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

17 с действительным независимо от изменения величины необходимого зарядного тока.

Поровый элемент 16 может быть выполнен в виде регенеративного компараторакомпаратора 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 всхеме 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 органичения зарядногО тока и на второй вход схемы 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 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, Отсутствие импульсов (уровень логического нуля) на управляющем входе регулятора 5 соответствует полному ограничению тока через него (ток равен нулю), отсутствие пауз между импульсами (уровень логической единицы) соответствует полностью проводящему состоянию регулятора 5 (отсутствию ограничения). Если мощность генератора 1 более суммы зарядных мощностей, подключенных

АБ 17, на выходе модулятора 14 — импульсный сигнал, на выходе датчика 15 уровень напряжения менее логической. единицы, а на выходе пороговых элементов 16, порог срабатывания которых равен логической единице, уровень, соответствующий логической 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 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, на его выходе — уровень логического нуля, на выходе схемы И 11 — также логический нуль, зарядный ток прекращается, заряд окончен.

Если в процессе заряда мощность фотоэлектрического генератора 1 уменьшается в зависимости от метеоусловий и становится меньше суммы зарядных мощностей, подключенных на заряд АБ 17, то сначала стремится уменьшиться зарядный ток АБ с 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 блока 2, подключенного к АБ с наибольшим напряжением исчезают паузы между импульсами, регулятор 5 перестает ограничивать зарядный ток, напряжение на выходе датчика l5 стремится к уровню логической 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

17?8864

10 схемы определения канала с наибольшим напряжением, 3 коммутатор 4 транслирует сигнал логического нуля с этого управляющего входанатретьи 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 в 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 n > 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

ЛБ 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 генера15

55 тора 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, во;первых, позволяет при уменьшениях уровня мощности генератора отбирать от генератора дополнительную мощность, равную разнице мощностей reнератора, соответствующих максимальную и минимальному из напряжений заряжаемых АБ, и, во-первых, позволяет не использовать в регуляторах диоды блокировки разрядного тока без опасения возникновения разряда АБ, что обеспечивает получение от генератора дополнительной мощности, равной произведению падения напряжения на блокирующих диодах на суммарный зарядный ток подключенных

АБ, Разряд АБ на генератор без блокирующих диодов исключается при собственном потреблении зарядным устройством мощности, менее величины, вырабатываемой генератором от рассеянного излучения неба при наиболее высокой степени облачности.

Формула изобретения

1. Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей, содержащее фотоэлектрический генератор, параллельно которому подключена и зарядных блоков, каждый из которых включает в себя импульсный регулятор, датчик тока, которые соединяют выводы генератора с выходными клеммами, источник опорных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу датчика конца заряда, 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, sm, с целью повышения коэффициента использования мощности генератора, введены и-входовая схема определения канала с наибольшим напряжением, коммутатор, а также и логических схем И, датчик отсутствия ограничения зарядного тока, пороговый элемент и ключ, причем выходы схемы определения канала с наибольшим напряжением соединены с информационными входами коммутатора, 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

1778864

10 наибольшим напряжением, выход схемы сравнения соединен с входом модулятора, выход которого связан с вторым входом схемы И непосредственно и через последовательно соединенные датчик отсутствия 5 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 10 импульсного регулятора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что коммутатор содержит и двухвходовых логических схем ИЛИ-НЕ, п-входовую схему ИЛИ-НЕ и п двухвходовых 15 логических схем ИЛИ, причем входы каждой двухвходовой логической схемы ИЛИ-НЕ являются соответственно управляющим и информационным входами коммутатора для одного из зарядных блоков, выход каж- 20 дого из этих схем соединен с одним из входов п-входовой схемы ИЛИ-HE и с первым входом одной из схем ИЛИ, второй вход которого подкючен к выходу п-входовой схемы ИЛИ-НЕ, а выход ее является выходом коммутатора для этого же блока, 3. Устройство по п.1, отл и ч а ю щ е ес я тем, что при n = 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 ес 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 потенциальной шине питания и является выходом датчика, 1778864

Йюа onpedenerup ианапа. с наиЪсльаии напияжнием

17788б4 била ит- ее

За йньш Рак

Фиг. 4

НОЯ.Редактор Т.Егорова

Заказ 4199 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Лд

НОЯ

HNF

Фиг. Г

Составитель Г.Веденеев

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина