Устройство для зарядки аккумулятора электроэнергией

 

Устройство для зарядки аккумулятора электроэнергией содержит множество отдельных зарядных цепей, каждая из которых соединена с группой элементов аккумулятора. Это расположение позволяет заряжать полностью аккумулятор уменьшая резко опасность повреждения аккумулятора и его элементов с небольшой максимальной мощностью. 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к приборостроению и более точно касается устройства для зарядки аккумулятора электроэнергией, которую он способен воспринять. В дальнейшем в описании будут использованы термины "зарядное устройство" в отношении устройства, согласно изобретению, "аккумулятор" в отношении аккумулятора, содержащего множество групп элементов.

Кроме того, под понятием "зарядка" такого аккумулятора будет иметься в виду также и операция, которая осуществляется после использования аккумулятора в течение какого-либо периода и которая предназначена для обеспечения восполнения электроэнергии, которую аккумулятор отдал. Эта операция называется часто "перезарядкой" этого аккумулятора.

Следует отметить, что в нижеследующем описании термин "емкость" будет использован для обозначения величины, соответствующей количеству электроэнергии, которое аккумулятор может восстановить в какой-либо момент, при этом эта емкость может изменяться от максимальной величины, которая может отличаться от номинальной емкости этого аккумулятора, до нулевой величины. Эти величины соответствуют величинам, которые аккумулятор имеет в полностью заряженном состоянии и в полностью разряженном состоянии.

Зарядка аккумулятора может осуществляться согласно одному из наиболее часто применяемых способов, при котором зарядка выполняется в два отдельных последовательных этапа.

Во время первого из этих этапов зарядное устройство дает аккумулятору ток Ia с постоянной силой тока I1, выбираемой в зависимости от номинальной емкости аккумулятора и максимально допустимого времени для полной зарядки после того, как он был разряжен. Таким образом, например, если принять, что заряд аккумулятора с номинальной емкостью, равной 200 А, может длиться 10 ч, то для силы тока I1 будет выбрано значение в 20 А. Эта сила тока никоим образом не должна превышать максимальную величину, установленную изготовителем аккумулятора, чтобы не вызвать повреждения последнего.

Этот первый этап, во время которого напряжение на выводах аккумулятора равномерно увеличивается, оканчивается в момент, когда это напряжение Ua достигает величины U₁, которая также установлена изготовителем аккумулятора.

Зарядка аккумулятора, которая не является полной на этом первом этапе, заканчивается во время второго этапа, во время которого зарядное устройство поддерживает напряжение Ua на выводах этого аккумулятора при напряжении U1.

В этот момент сила тока Ia уменьшается до очень малого значения, когда емкость аккумулятора достигла его максимальной величины.

Зарядное устройство, осуществляющее этот способ, может состоять из источника, который позволяет подавать постоянный по величине ток с вышеуказанной силой тока I1, так как напряжение на его выводах ниже величины U1, также указанной выше, и таким образом, чтобы это напряжение на выводах не превышало величину U1.

Согласно другому способу, который используется так же часто, как и предыдущий, зарядка аккумулятора осуществляется за один этап, при этом подается на аккумулятор ток Ia, сила которого уменьшается по мере увеличения емкости этого аккумулятора и становится очень низкой, когда эта емкость достигает максимальной величины, напряжение на выводах этого аккумулятора увеличивается одновременно до величины U1, указанной выше.

Известно устройство для зарядки аккумулятора электроэнергией, которую он способен воспринять (WO 92/06525), включающее множество групп элементов, каждая из которых содержит по меньшей мере один элемент, содержащее источник переменного напряжения и множество зарядных цепей, каждая из которых предназначена для зарядки одной группы элементов и подсоединена к источнику переменного напряжения. В этом устройстве источник напряжения разработан таким образом, чтобы давать ток при холостом ходе с величиной U1 и при таком внутреннем сопротивлении, при котором сила максимального тока, который он подает, имела бы величину U1.

Следует отметить, что напряжение Ua на выводах аккумулятора не должно превышать эту величину U1 с тем, чтобы не вызвать повреждения этого аккумулятора, и, следовательно, чтобы не уменьшить его срок службы. Итак, величина U1 зависит явно от температуры аккумулятора во время его зарядки.

Однако известные зарядные устройства содержат весьма часто средства для регулировки величины U1 в зависимости от температуры аккумулятора, эти средства могут быть с ручным или автоматическим управлением. В последнем случае они могут содержать один или несколько датчиков для измерения температуры, расположенные в аккумуляторе.

В известных наиболее простых зарядных устройствах величина U1 неизменная, в результате чего в зависимости от температуры аккумулятор не заряжается полностью или же может быть поврежден.

Хорошо известно, что максимальная емкость различных элементов аккумулятора никогда практически не может быть одинаковой, или, иначе говоря, что максимальное количество электроэнергии, которое может накопить каждый из этих элементов при зарядке аккумулятора и ее восстановить затем, никогда практически не одинаково. Этот недостаток вызван тем, что практически невозможно изготовить эти элементы таким образом, чтобы различные параметры, которые определяют их максимальную емкость, например, объем и/или химический состав активного вещества, которое они содержат, были бы строго одинаковы в одном и в другом элементе. Кроме того, некоторые из параметров могут изменяться с течением времени и/или в зависимости от температуры.

Хорошо известно, что нежелательно продолжать подавать большой ток в элемент аккумулятора, когда этот элемент полностью заряжен, то есть когда емкость достигла максимальной величины, так как этот ток вызывает тогда химические явления и/или физические явления, которые могут вызвать повреждение этого элемента. Тяжесть этих повреждений, вызванных в этом элементе, увеличивается с увеличением силы тока, проходящего по нему, и эти повреждения способствуют, в частности, уменьшению еще более значительному его максимальной емкости.

Итак, в случае, когда этот аккумулятор заряжается с помощью известного зарядного устройства и независимо от метода зарядки, используемого этим устройством, через все элементы этого аккумулятора проходит одинаковый ток. В результате этого один из элементов этого аккумулятора, максимальная емкость которого самая низкая, достигает этой максимальной мощности в момент, когда другие элементы еще не достигли своей максимальной емкости.

Так как обычно невозможно определить этот момент, то зарядный ток аккумулятора продолжает проходить через элемент с наиболее низкой максимальной емкостью после того, как он достиг этой максимальной емкости. Имеется тогда большая опасность повреждения этого элемента этим током. В дополнение к прежним вероятным повреждениям, вызванным в этом элементе, происходит вследствие этого уменьшение его максимальной емкости, и этот элемент понемногу ухудшается при каждой новой зарядке аккумулятора и, в конце концов, полностью разрушается, в результате чего весь аккумулятор становится непригодным к использованию.

Эти недостатки усугубляются с увеличением количества элементов аккумулятора.

Возьмем, например, случай свинцово-кислого аккумулятора, заряженного зарядным устройством, осуществляющим первый вышеописанный способ.

Для такого аккумулятора определенная выше величина U1 установлена, например, равной 2,5 В на каждый элемент. Если этот аккумулятор содержит шестьдесят элементов, то эта величина U1 будет составлять таким образом: U1 = 60 · 2,5 В = 150 В.

Допустим, что один из этих шестидесяти элементов, который будет называться элементом Ex для того, чтобы отличить его от других пятидесяти девяти элементов, имеет максимальную емкость, которая ниже каждой из максимальных емкостей этих элементов и что эти последние максимальные емкости равны друг другу.

Во время первого этапа зарядки этого аккумулятора напряжение на выводах элемента Ex достигает величины 2,5 В раньше напряжения на выводах каждого другого элемента в момент, который будет назван нами момент t1.

Также допустим, что в этот момент t1 напряжение на выводах каждого из пятидесяти девяти элементов, кроме элемента Ex, достигло только значения, например, 2,3 В.

Тогда в этот момент t₁ напряжение Ua на выводах аккумулятора равно: Ua = 59 · 2,3 В + 2,5 В = 138,2 В.

Зарядное устройство не прекращает первый этап зарядки аккумулятора, а сила тока, который продолжает проходить через элементы аккумулятора, конечно, включая и элемент Ex, остается постоянной. Напряжение на выводах каждого из этих элементов продолжает увеличиваться, а напряжение на выводах элемента Ex стабилизируется весьма быстро, когда емкость элемента Ex достигла его максимального значения при величине, например, 2,7 В.

Когда напряжение Ua на выводах аккумулятора достигает величины 150 В, которая указана выше, в какой-то момент, который будет называться моментом t2, и когда зарядное устройство прерывает первый этап зарядки этого аккумулятора, то напряжение на выводах каждого из пятидесяти девяти элементов, за исключением элемента Ex, равно: (150 В - 2,7 В)/59 = 2,497 В Известно, что, когда свинцовый аккумулятор заряжен постоянным по величине током, как в настоящем случае, то скорость увеличения напряжения на выводах каждого из его элементов непостоянна в зависимости от времени, она уменьшается, когда это напряжение увеличивается так, что она становится весьма низкой, когда это напряжение приближается к величине 2,5 В. Можно понять, что пройдет весьма значительное время с момента t1, когда напряжение на выводах всех элементов аккумулятора, за исключением элемента Ex, равно 2,3 В и моментом t2, когда это напряжение почти равно 2,5 В.

Итак, существует большая опасность, что элемент Ex будет поврежден сильным током, который продолжает проходить через него во время весьма длительного периода после того, как его емкость достигла своей максимальной величины.

На практике, ввиду того, что максимальные емкости различных элементов аккумуляторов не равны между собой, то не только один элемент подвергается опасности повреждения, а все элементы, максимальная емкость которых относительно низкая и напряжение которых достигло величины 2,5 В до окончания первого этапа зарядки аккумулятора.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создать устройство для зарядки аккумулятора электроэнергией, которое позволило бы значительно снизить опасность повреждения этого аккумулятора во время его зарядки, в случае, когда максимальная емкость того или иного его элемента ниже максимальной емкости его других элементов или даже полностью исключило бы эту опасность.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для зарядки аккумулятора электроэнергией, которую он способен воспринять, включающего множество групп элементов, каждая из которых содержит по меньшей мере один элемент, содержащем источник переменного напряжения и множество зарядных цепей, каждая из которых предназначена для зарядки одной группы элементов и подсоединена к источнику переменного напряжения, согласно изобретению, каждая зарядная цепь содержит трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена к источнику переменного напряжения, и выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора.

Предпочтительно использовать источник переменного напряжения, имеющий частоту, по меньшей мере равную 10 кГц.

Целесообразно, чтобы источник переменного напряжения включал в себя средство регулирования для управления переменным напряжением и переменным током.

При этом желательно, чтобы средство регулирования было соединено с выводами групп элементов.

Желательно также, чтобы средство регулирования содержало сравнивающее устройство, подсоединенное к выводам групп элементов.

Кроме того, предпочтительно, чтобы средство регулирования содержало регулятор напряжения, преобразователь постоянного напряжения в переменное и при этом чтобы регулятор напряжения был подсоединен к сравнивающему устройству.

Возможно, чтобы каждая группа элементов содержала более, чем один элемент.

Целесообразно, чтобы средство регулирования было выполнено с возможностью управления переменным током таким образом, что он имеет, по существу, постоянную величину, когда постоянное напряжение на выводах любой группы элементов оказывается меньше заранее заданного опорного напряжения, и переменным напряжением таким образом, что оно имеет постоянное значение, когда постоянное напряжение на выводах любой группы элементов больше заранее заданного опорного напряжения.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых: - фиг. 1 изображает общую схему зарядного устройства согласно изобретению; - фиг. 2 и 3 изображают более детальные схемы двух вариантов выполнения зарядного устройства согласно изобретению.

Зарядное устройство 1 предназначено для зарядки аккумулятора 2.

По причине, которая будет понята из данного описания, элементы аккумулятора 2 распределены на n групп элементов, обозначенных позициями 2.1-2.n, при этом каждая группа содержит одно одинаковое количество элементов.

На фиг. 1 изображены только две первых группы 2.1 и 2.2 и последняя группа 2n из этих групп элементов.

Все элементы одной группы соединены последовательно между собой.

Каждая группа элементов от 2.1 до 2.n содержит первый вывод, к которому имеется доступ снаружи аккумулятора 2, соединенный с положительным выводом его первого элемента, и второй вывод, к которому также имеется доступ снаружи аккумулятора 2, который соединен с отрицательным выводом его последнего элемента. Каждый первый и каждый второй вывод служат положительным и, соответственно, отрицательным выводами группы, в которую они входят, и они обозначены одинаковыми позициями, как и группа с буквой "a" и, соответственно, с буквой "b".

Ясно, что положительный вывод 2.1a первой группы 2.1 элементов и отрицательный вывод 2. nb последней группы 2.n элементов являются соответственно положительным, отрицательным выводами аккумулятора 2.

Отрицательный вывод каждой группы элементов, конечно, за исключением вывода последней группы 2.n, соединен с положительным выводом следующей группы таким образом, что все элементы аккумулятора 2 соединены последовательно между собой между положительным выводом 2.1a и выводом 2.nb этого аккумулятора.

Зарядное устройство 1 содержит большое количество отдельных зарядных цепей, которые независимы друг от друга, обозначенные все вместе позицией 3, и каждая из этих цепей предназначена для зарядки одной из группы 2.1-2.n элементов аккумулятора 2. Эти зарядные цепи обозначены позициями 3.1-3.n. Второй шифр позиции каждой зарядной цепи одинаков с шифром позиции группы элементов аккумулятора 2, поставленного на зарядку.

Каждая зарядная цепь 3.1-3.n содержит трансформатор и выпрямляющую цепь, соединенную с вторичной обмоткой этого трансформатора. Эти трансформаторы и эти выпрямляющие цепи обозначены соответственно позициями 4.1-4.n и 5.1-5.n, а второй шифр позиции каждого трансформатора и каждой из этих выпрямляющих цепей совпадает с шифром позиции заряжающей цепи, в которую они входят.

Все первичные обмотки трансформаторов 4.1-4.1 соединены параллельно с входами 3a и 3b, которые являются общими для зарядных цепей 3.1-3.n, соединенными, в свою очередь, с выходами 6a и 6b источника 6, производящего переменное напряжение U6.

Выпрямляющие цепи 5.1-5.n не будут здесь описываться подробно, так как они могут быть выполнены согласно любому из известных конструкций многочисленных выпрямляющих цепей, хорошо известных специалистам. Здесь следует отметить, что для некоторых типов выпрямляющих цепей необходимо предусмотреть отвод от средней точки к вторичной обмотке трансформатора, к которому она присоединена. Такой случай не представлен в описании.

Положительный вывод каждого выпрямителя 5.1-5.n обозначен знаком + и образует положительный выход зарядной цепи, в которую этот выпрямитель входит, и этот последний выход обозначен одной и той же позицией, как и зарядная цепь с последующей буквой "a". Аналогично отрицательный вывод каждого выпрямителя 5.1-5.n, который обозначен знаком "-", составляет отрицательный выход зарядной цепи, в которую входит этот выпрямитель, и этот последний выход обозначен той же позицией, что и зарядная цепь с последующей буквой "b".

Каждая зарядная цепь 3.1-3.n предназначена для зарядки одной из групп 2.1-2. n элементов аккумулятора 2, как это было указано ранее. Ясно, что при этом каждый из входов 3.1a-3.na и каждый из входов 3.1b-3.nb этих зарядных цепей 3.1-3.n соединены с выводами этого аккумулятора 2, позиции которых содержат такой же самый второй шифр и ту же самую букву.

Следует отметить, что в некоторых случаях группы элементов, которые образуют аккумулятор 2, соединены последовательно друг с другом с помощью внутренних соединений. Каждое из этих соединений соединено только с одним выводом, к которому имеется доступ снаружи этого аккумулятора. Иначе говоря, отрицательный вывод каждой группы элементов, за исключением последнего, и положительный вывод следующего элемента, которые отделены в примере, изображенном на фиг. 1, образуют только один и тот же общий вывод на этих двух группах элементов.

В этом случае, который не представлен на фигуре, отрицательный вывод каждой зарядной цепи 3.1-3.n, за исключением вывода последней из этих цепей, и положительный вывод следующей зарядной цепи соединены оба с выводом аккумулятора, который является общим для двух групп элементов, которые эти две цепи должны соответственно заряжать.

Это соединение может быть осуществлено с помощью двух отдельных проводников или только одним проводником, причем отрицательный вывод каждой зарядной цепи 3.1-3. n, за исключением последней, соединен в этом случае с положительным выводом следующей зарядной цепи внутри зарядного устройства 1.

Следует также отметить, что в случае, когда зарядное устройство 1 и аккумулятор 2 расположены стационарно рядом друг с другом, например, в стационарной установке, которая неподвижна или когда и устройство и аккумулятор установлены на транспортном средстве, различные соединения между зарядным устройством и аккумулятором 2 могут быть постоянными. Эти различные соединения могут быть также объемными, когда, например, зарядное устройство является стационарным и предназначено для зарядки аккумуляторов, входящих в состав подвижных устройств, таких, например, как транспортные средства.

Следует также отметить, что источник 6 переменного напряжения может и отсутствовать, тогда первичные обмотки трансформаторов 4.1-4.n все соединяются стационарно или согласно способу, позволяющему их снятие, в зависимости от обстоятельств, с цепью электроснабжения, например, с распределительной цепью общего пользования. Однако частота переменного напряжения, поступающего от такой сети, очень низкая, например, она составляет 50 Гц или 60 Гц, при этом объем трансформаторов 4.1-4.n должен быть весьма большим. Поэтому часто выгодно выполнить источник 6 в виде генератора, который вырабатывает переменное напряжение с относительно высокой частотой порядка 10 - 20 кГц или даже больше этого значения. Действительно, известно, что именно при этой величине частоты объем трансформатора, предназначенного для передачи данной электрической мощности, является наиболее низким и, следовательно, его стоимость также низкая. Пример такого источника будет описан ниже.

Зарядное устройство 1, представленное на фиг. 1, может быть выполнено таким образом, чтобы оно осуществляло любой из известных способов зарядки группы элементов 2.1-2.n аккумулятора 2.

Таким образом, например, для того, чтобы зарядное устройство 1 могло осуществлять второй способ зарядки, описанный выше, достаточно так рассчитать размеры трансформаторов 4.1-4. n и выпрямителей 5.1-5.n, а также, в случае необходимости, источник 6, чтобы напряжение холостого хода, подаваемое каждой зарядной цепью 3.1-3.n, имело величину, по существу равную U1/n, где U1 является величиной, указанной изготовителем аккумулятора 2, и указанной здесь выше в описании, а n обозначает количество групп элементов 2.1-2. n и таким образом, чтобы максимальный ток, который может подавать каждая из этих зарядных цепей 3.1-3.n, был бы равен максимальному току, который необходимо подать на аккумулятор 2 вначале его зарядки и который выбирается в зависимости от максимальной емкости этого аккумулятора 2 и от допустимого времени зарядки.

В случае, когда зарядное устройство 1 выполнено таким образом, то сила тока, потребляемого каждой группой элементов 2.1-2.n, и напряжение на его выводах имеют величины, которые зависят от емкости этой группы элементов в данный момент, причем сила тока настолько велика и это напряжение настолько низкое, насколько меньше эта емкость. По мере увеличения этой емкости зарядный ток этой группы элементов уменьшается, а напряжение на его выводах увеличивается до величины U1/n и это происходит независимо от емкости других групп элементов.

Вернемся к случаю свинцового аккумулятора, содержащего шестьдесят элементов, который надо зарядить согласно первому вышеописанному способу. Для обеспечения возможности зарядки этого аккумулятора с помощью зарядного устройства, такого как зарядное устройство, представленное на фиг. 1, распределяют его шестьдесят элементов на десять групп по шесть элементов в каждой группе. Величина U1/n, указанная выше, равна: 150 В /10 = 15 В Допустим, кроме того, что в одной из десяти групп, которые будут названы группами G, один из шести элементов, который мы назовем Ex для того, чтобы его отличить от других пяти элементов группы G, имеет более низкую максимальную мощность по сравнению с каждой из максимальных мощностей этих других элементов и что эти последние максимальные мощности все равны.

Первый этап зарядки группы G осуществляется аналогично способу, описанному в приведенном выше примере, но в данном случае после того, как напряжение на выводах элемента Ex достигнет величины, равной 2,5 В в какой-то момент, который назовем также t1, напряжение Ug на выводах группы G будет составлять только: Ug = 5 · 2,3 В + 2,5 В = 14 В.

Кроме того, когда напряжение Ug достигнет величины 15 В, которая была указана выше, в какой-то момент, который также будет назван t2, напряжение на выводах элемента Ex достигнет предварительно величины 2,7 В, как и в предыдущем примере, тогда как напряжение на выводах каждого из пяти элементов, за исключением элемента Ex, будет равно только
15 В - 2,7 В/5 = 2,46 В
Как было здесь уже указано выше, скорость увеличения напряжения на выводах одного элемента весьма большая, когда это напряжение относительно низкое, и уменьшается очень заметно в момент, когда это напряжение приближается к 2,5 В.

Итак, ясно, что время, которое отделяет моменты t1 и t2 в настоящем примере, меньше времени в вышеописанном примере, где аккумулятор заряжается известным зарядным устройством.

Отсюда вытекает, что, когда аккумулятор заряжается зарядным устройством, согласно изобретению, то опасность повреждения одного из его элементов с более низкой емкостью по сравнению с емкостью других элементов и тяжесть вероятных повреждений, вызванных в этом элементе, значительно снижены по сравнению со случаем зарядки этого аккумулятора с помощью известного зарядного устройства, что увеличивает значительно его срок службы. Это преимущество зарядного устройства, выполненного согласно изобретению, по сравнению с известными зарядными устройствами достигнуто благодаря тому, что оно содержит отдельные зарядные цепи, которые отделены друг от друга, и каждая из них предназначена для зарядки одной группы элементов аккумулятора.

В случае, когда необходимо, чтобы срок службы аккумулятора был как можно больше, зарядное устройство, согласно изобретению, может быть выполнено таким образом, чтобы оно содержало такое же количество зарядных цепей, как и количество элементов в аккумуляторе, причем вышеуказанные группы элементов содержат в этом случае только один элемент. Такой вариант не изображен.

В варианте выполнения, представленном на фиг. 2, зарядное устройство, согласно настоящему изобретению, обозначено позицией 11.

Так же, как и зарядное устройство 1 на фиг. 1, зарядное устройство 11 предназначено для зарядки аккумулятора 2, при этом его элементы распределены так же на n групп. Хотя на фиг. 2 эти группы элементов не были представлены отдельно, однако в нижеследующем описании они будут обозначены одними и теми же позициями, которыми они обозначены на фиг. 1, то есть 2.1-2.n.

Как вытекает из нижеследующего описания, не обязательно, чтобы аккумулятор 2 был постоянно стационарно соединен с зарядным устройством 11.

Так же как зарядное устройство 1 на фиг. 1, зарядное устройство 11 содержит зарядные цепи, которые отделены друг от друга, и при этом каждая цепь предназначена для зарядки одной из групп элементов аккумулятора 2. Эти зарядные цепи, которые обозначены теми же позициями 3.1-3.n, как и цепи зарядного устройства 1 на фиг. 1, могут быть выполнены аналогично последним и поэтому не будут вновь описываться. Все это аналогично для их соединений с выводами различных групп аккумулятора 2.

Зарядное устройство 11 содержит два входных зажима 11a и 11b, предназначенных для присоединения к распределительной электросети, например, к распределительной сети общего пользования, которая подает переменное напряжение, и выпрямитель 12 с двумя входами 12a и 12b, соединенными соответственно с этими зажимами 11a и 11b. В этом примере цепь, с которой выпрямитель 12 может быть соединен посредством зажимов, - однофазовая сеть и этот выпрямитель 12 выполнен с учетом этих условий. Однако ясно, что эта цепь может быть и многофазовой, например трехфазной сетью. В этом случае выпрямитель 12 выполняется в соответствии с этим условием, а количество входных зажимов зарядного устройства 11 выбирается в соответствии с количеством проводов этой цепи.

Выпрямитель 12 не будет детально описан здесь, так как он может быть аналогичен любому из многочисленных выпрямителей, которые хорошо известны специалистам. Следует только отметить, что он подает между его положительным выводом 12c и его отрицательным выводом 12d выпрямленное напряжение U12, степень пульсации которого зависит от конструкции и вероятного наличия фильтра низких частот.

Выходы 12c и 12d выпрямителя 12 соединены с входами 13a и 13b регулятора 13 напряжения. Этот регулятор 13 напряжения выполнен таким образом, чтобы он вырабатывал между его выходами 13c и 13d из поданного напряжения между его входами 13a и 13b постоянное стабилизированное напряжение U13, величина которого зависит от величины регулирующего сигнала, который он получает на управляющем входе 13e. Этот регулирующий сигнал будет описан ниже.

Выходы 13c и 13d регулятора 13 соединены с входами 14a и 14b преобразователя 14, который выполнен таким образом, что он подает на его выходы 14c и 14d переменное напряжение U14, величина которого зависит непосредственно от величины напряжения U13.

Входы всех зарядных цепей 3.1-3.n соединены параллельно с выходами 14c и 14d преобразователя 14.

Преобразователь 14 содержит еще выход 14e, и он выполнен таким образом, чтобы он вырабатывал на этом выходе 14e измерительный сигнал S14, характеризующий силу тока U4, которую он подает на зарядные цепи 3.1-3.n.

Это зарядное устройство 11 содержит также интегратор 15 с двумя входами 15a и 15d, соединенными соответственно с выходом 14e преобразователя 14 и с выходом источника (не изображен), подающим опорный сигнал R1, величина которого и назначение будут описаны ниже.

Интегратор 15 содержит также выход 15c и выполнен таким образом, чтобы он подавал на этот выход 15c сигнал S15 с величиной, равной интегралу по временной разности сигналов R1 и S14. Иначе говоря, величина сигнала S15 дана с помощью выражения:
S15 = I∫(R₁-S₁₄)dt
Зарядное устройство 11 содержит также сравнивающее устройство 16, входы 16a1-16an которого соединены соответственно с положительными выходами 3.1a-3.1n зарядных цепей 3.1-3.n и, следовательно, с положительными выводами 2.1a-2.na групп элементов 2.1-2.n аккумулятора 2, когда последний соединен с зарядным устройством 11. Сравнивающее устройство 16 содержит также вход 16ao, соединенный с отрицательным выходом 3.nb зарядной цепи 3.n и, следовательно, с отрицательным выводом 2.nb последней группы 2.n элементов аккумулятора 2, также для случая, когда последний соединен с зарядным устройством 11. Это сравнивающее устройство 16 содержит, кроме того, еще вход 16b, на который поступает от источника (не изображен) опорное напряжение Ur, величина и роль которого будут описаны ниже.

Кроме того, сравнивающее устройство 16 содержит выход 16c и выполнено таким образом, чтобы сигнал S16, подаваемый этим выходом 16c, имел первое состояние, пока все разности напряжений двух из ее соседних входов 16ab-16ao ниже напряжения Ur, и таким образом, чтобы этот сигнал S16 имел второе состояние, если одна из каких-либо этих разностей напряжений превышает это напряжение Ur.

Иначе говоря, сравнивающее устройство 16 выполнено таким образом, чтобы в случае, когда аккумулятор 2 соединен с зарядным устройством 11, сигнал S16 имел свое первое состояние, пока напряжение на выводах каждой из групп 2.1-2. n элементов этого аккумулятора 2 ниже напряжения Ur, и этот сигнал 16 имел свое второе состояние, если напряжение на выводах какой-либо из этих групп 2.1-2.n элементов выше этого напряжения Ur.

Зарядное устройство 11 содержит также переключатель 17 с первым входом 17a и с вторым входом 17b, которые соединены соответственно с выходом 15c интегратора 15 и с источником (не изображен), вырабатывающим опорный сигнал R2, величина и роль которого будут описаны ниже.

Переключатель 17 содержит также вход управления 17c, который соединен с выходом 16c сравнивающего устройства 16, и выход 17d, соединенный с входом 13e регулятора 13. Он выполнен таким образом, чтобы сигнал S17, который он производит на своем выходе 17c, который является регулирующим сигналом с вышеуказанной величиной напряжения U13, был идентичен сигналу S15 или сигналу R2 в зависимости от первого или второго состояния сигнала S16.

Только что описанные цепи 12 - 17 играют совместно роль источника 6 зарядного устройства 1, изображенного на фиг. 1, и, как это будет затем детально описано, этот источник выполнен таким образом, чтобы зарядное устройство 11 заряжало аккумулятор 2, осуществляя способ, очень сходный с первым указанным способом.

Во время первого из этапов данного способа зарядное устройство 11 подает на различные группы 2.1-2. n элементов аккумулятора 2 токи, которые будут соответственно обозначены токами Ia1-Ian в нижеследующем описании, и все эти токи имеют величину существенно постоянную и равную вышеуказанной величине, выбранной таким же образом, как если бы этот аккумулятор 2 должен был бы подвергаться зарядке с помощью известного зарядного устройства. Во время этого первого этапа напряжения на выводах различных элементов 2.1-2.n, которые будут соответственно называться напряжения Ug1-Ugn, увеличиваются независимо друг от друга по мере увеличения емкости этих групп элементов 2.1-2.n.

Этот первый этап заканчивается в момент, когда какое-либо одно из этих напряжений Ug1-Ugn становится выше заданного значения, которое равно U1/n, то есть частному от деления величины U₁, определенной выше, на количество n элементов аккумулятора 2.

Во время второго этапа зарядки аккумулятора 2, который начинается в этот же момент, зарядное устройство 11 подает на каждую из групп 2.1-2.n элементов напряжение существенно постоянное по величине и равное этой величине U1/n.

Итак, понятно, что зарядное устройство 11 позволяет заряжать все группы элементов аккумулятора 2 до их максимальной емкости, не создавая при этом опасности повреждения одного или нескольких элементов, максимальная мощность которых ниже максимальной мощности других элементов.

Во время работы зарядного устройства 11 и в течение первого этапа зарядки аккумулятора 2 он должен подавать на каждую из групп 2.1-2.n элементов ток, сила которого существенно постоянна по величине и равна вышеуказанной величине, а преобразователь 14 должен подавать ток I14, сила которого постоянна и равна k1.n.11, где n обозначает количество групп элементов 2.1-2.n и k1 является постоянным коэффициентом, который зависит от характеристик трансформатора и выпрямителя, которые имеются в каждой из зарядных цепей 3.1-3.n.

По причине, необходимость которой станет понятной из этого нижеследующего описания, сигнал R1, подаваемый на вход 15b интегратора 15, выбирается таким образом, чтобы его величина была равна величине, которую сигнал S14 имеет в момент, когда ток I14 имеет вышеуказанную величину k1.n.I1.

Во время второго этапа зарядки аккумулятора 2 все напряжения Ud1-Ugn должны поддерживаться на существенно постоянной величине и равной U1/n. Конечно, подаваемое преобразователем напряжение U14 должно иметь величину, равную k2.U1/n, где k2 является другим постоянным коэффициентом, зависящим также от характеристик трансформатора и выпрямителя, которые входят в состав каждой зарядной цепи 3.1-3.n.

Для того, чтобы обеспечить такую величину напряжения U14, необходимо, чтобы напряжение U13, подаваемое регулятором 13 напряжения, имело величину, равную k3.U14, где k3 является другим постоянным коэффициентом, зависящим от характеристик преобразователя 14, и чтобы сигнал S17 имел также постоянную и хорошо определенную величину.

По причине, которая станет понятной из нижеследующего описания, сигнал R2, подаваемый на вход 17b переключателя 17, выбирается таким образом, чтобы его величина была равна величине, которую должен иметь сигнал S17 для того, чтобы напряжения U13 и U14 имели вышеуказанную величину, и чтобы напряжение, подаваемое на каждую из групп 2.1-2.n элементов, имело величину U1/n.

Также по причине, которая станет понятной из нижеследующего описания, величина опорного напряжения Ur, подаваемого на вход 16b сравнивающего устройства 16, равно этой же самой величине U1/n.

В момент, когда все напряжения Ug1-Ugn ниже напряжения Ur, сигнал S16 находится в своем первом состоянии, а переключатель 17 находится в состоянии, когда сигнал S17 такой же, как сигнал S15.

Напряжение U13, вырабатываемое регулятором 13 из выпрямленного напряжения U12, подаваемого от выпрямителя 12, имеет, следовательно, величину, которая зависит от величины сигнала S15.

В этих условиях сила тока I14 автоматически регулируется на вышеуказанную величину k1.n11.

Действительно, если сила тока I14 равна k1.n.11, то сигнал S14 равен сигналу R1, как это уже было ранее описано. Сигнал S1b, который равен интегралу по времени от разности этих сигналов R1 и S14, является постоянным так же, как и сигнал S17. Напряжения U13 и U14 также постоянны и последнее напряжение имеет точно такую величину, при которой сила тока I14 равна k1.n. 11.

Если теперь сила тока I14 уменьшится ниже этой величины, например, из-за увеличения внутреннего сопротивления одной или нескольких групп 2.1-2.n элементов аккумулятора 2, то сигнал S14 также уменьшается, а разница сигнала R1 и этого сигнала S14 становится положительной. Тогда сигнал S15 увеличивается, в результате чего происходит также увеличение напряжения U13 и, следовательно, напряжения U14 до тех пор, пока это напряжение U₁₄ не достигнет величины, при которой сила тока I14 станет вновь равной величине k1. n.11. В этот момент разность сигналов R1 и S14 равна нулю, а сигнал S15 станет вновь постоянным, так же как и напряжения U13 и U14, причем это последнее напряжение имеет точно такую величину, при которой сила тока I14 имеет снова эту величину k1.n.11.

Ясно, что сила тока I14 регулируется аналогичным образом, в случае, если по какой-либо причине эта сила тока превышает эту величину k1.n.11.

Не все величины силы токов, подаваемых зарядным устройством 11 на различные группы 2.1-2.n элементов во время этого первого этапа зарядки аккумулятора 2, точно равны величине 11, особенно вначале зарядки, так как они явно зависят от внутренних сопротивлений этих групп 2.1-2.n элементов, которые могут отличаться друг от друга. Только лишь сумма этих величин силы тока постоянна и равна n.11.

Однако эти величины имеют тенденцию приближаться к величине 11, так как группы элементов, внутреннее сопротивление которых более низкое, поглощают больше тока, чем другие, и заряжаются быстрее, чем последние.

Но их внутреннее сопротивление увеличивается также значительно быстрее, и после некоторого времени внутренние сопротивления всех групп элементов имеют практически одну и ту же величину, а все токи, потребляемые этими группами элементов, имеют по существу величину 11.

Это положение сохраняется неизменным до того момента, когда одно из напряжений Ug1-Ugn на выводах групп элементов 2.1-2.n становится выше величины Ur, которая была определена ранее.

В этот момент, который означает окончание первого этапа и начало второго этапа зарядки аккумулятора 2, сигнал S16 переходит в свое второе состояние, а переключатель 17 переходит в состояние, когда его выходной сигнал S17 аналогичен определенному ранее сигналу R2. Напряжения U13 и U14 становятся постоянными, а это последнее напряжение становится равным величине k2.U1/n и напряжения Ug1-Ugn на выводах всех групп 2.1-2.n элементов становятся по существу равными величине U1/n.

Напряжения Ug1-Ugn не равны точно величине U1/n также из-за разницы внутренних сопротивлений этих групп элементов 2.1-2.n, в результате чего потребляемые этими элементами токи отличаются друг от друга и вызывают различные падения напряжения в различных зарядных цепях 3.1-3.n.

Однако эти разницы незначительны и имеется тенденция к их исчезновению, так как группы элементов с более низким внутренним сопротивлением поглощают больше тока, чем другие, и заряжаются быстрее, чем последние. Вследствие этого их внутреннее сопротивление увеличивается быстрее, чем внутреннее сопротивление других элементов. По прошествии некоторого времени все внутренние сопротивления становятся по существу равными друг другу так же, как и токи, потребляемые различными группами элементов и, следовательно, так же как и различные напряжения Ug1-Ugn.

Во время этого второго этапа зарядки аккумулятора 2 токи, подаваемые зарядным устройством 11 на различные группы элементов 2.1-2.n, постепенно уменьшаются независимо друг от друга до очень низкой величины после полной зарядки групп элементов.

Подаваемый преобразователем 14 ток I14 также становится очень слабым и сигнал C14 тоже уменьшается.

Благодаря тому, что общий для всех зарядных цепей 3.1-3.n источник содержит, как было описано ранее, выпрямитель 12, регулятор 13 и преобразователь 14, обеспечивается преимущество, которое заключается в том, что частота колебаний напряжения, подаваемого этим источником, то есть напряжения U14 в примере на фиг. 2, не зависит от частоты колебаний напряжения сети, подающей электроэнергию, к которой подсоединено зарядное устройство.

Частота этого напряжения U14 может выбираться, таким образом, свободно и, в частности, можно выбрать такую ее величину, при которой объем и, следовательно, стоимость трансформаторов зарядных цепей 3.1 - 3.n были бы минимальными.

Используя тот же принцип, можно, кроме того, создать преобразователь 14 таким образом, чтобы напряжение U14 не было синусоидальным, обеспечить ему прямоугольную форму или по крайней мере трапецеидальную форму.

Действительно, известно, что, когда подается такое напряжение в цепь, похожую на зарядные цепи 3.1 - 3.n, то ток, поглощаемый этой цепью, имеет ту же самую форму и в нем нет не очень коротких пиков, как в случае, когда это напряжение имеет синусоидальную форму. Эта особенность позволяет также уменьшить размеры и, следовательно, стоимость выпрямителей, входящих в состав разрядных цепей 3.1 - 3.n.

С другой стороны, благодаря этому принципу можно также создать регулятор 13 напряжения таким образом, чтобы переменный ток, подаваемый на зарядное устройство от цепи питания электроэнергией, имел по существу синусоидальную форму, что устраняет или по крайней мере значительно уменьшает помехи, которые вызывает зарядное устройство в этой питающей цепи без применения таких средств.

Здесь не будут описаны в деталях различные цепи, которые образуют зарядное устройство 11, так как здесь речь идет о цепях, которые хорошо известны и выполнение которых не ставит никаких особых проблем для специалистов.

Хорошо известно, что также не желательно, чтобы аккумулятор разряжался ниже некоторого предела, который устанавливается в зависимости от типа этого аккумулятора, так как такая разрядка может также привести к повреждению аккумулятора и уменьшению его срока службы.

Итак, как уже было отмечено ранее, все отдельные элементы аккумулятора никогда не имеют одинаковую максимальную мощность. Отсюда следует, что в период, во время которого аккумулятор разряжается, отдавая электроэнергию потребляющему устройству, остаточные емкости этих различных элементов никогда не бывают одинаковыми и что обязательно один из этих элементов, который достигает вышеуказанного предела, ниже которого он не должен разряжаться, раньше всех других. Для того, чтобы избежать повреждения этого элемента, следовало бы прервать разрядку аккумулятора именно в этот момент.

Однако, с одной стороны, трудно и даже невозможно определить этот момент, когда остаточная емкость какого-либо элемента достигла его предельной величины, с другой стороны, если в этот момент разряда емкость аккумулятора прервана, то остаточная емкость других элементов еще не достигла своей предельной величины. Какая-то часть, которой нельзя пренебрегать, электроэнергии, накопленной в аккумуляторе, не может быть использована, что нерационально.

Как это будет понятно из нижеследующего описания со ссылками на фиг. 3, один из вариантов выполнения зарядного устройства, согласно изобретению, позволяет устранить этот недостаток, поддерживая емкости всех элементов аккумулятора на уровне величин, по существу равных друг другу в течение периода использования аккумулятора. Вся имеющаяся в этом аккумуляторе электроэнергия может быть таким образом использована, при этом устранена опасность того, что емкость хотя бы одного из этих элементов достигнет раньше других элементов предельного значения, ниже которого этот элемент может быть поврежден.

Согласно варианту выполнения, изображенному на фиг. 3, зарядное устройство, согласно настоящему изобретению, обозначено позицией 11'.

Так же как и зарядные устройства 1 и 11, изображенные на фиг. 1 и 2, зарядное устройство 11' предназначено для зарядки аккумулятора, который обозначен также позицией 2, элементы которого разделены на n групп, которые не были изображены отдельно, но которые будут обозначены теми же позициями 2.1-2.n, как на фиг. 1.

Так же как и зарядные устройства 1 и 11, зарядное устройство 11' содержит зарядные цепи, отдельные друг от друга, которые обозначены также позициями 3.1-3. n, при этом каждая зарядная цепь соединена с одной из групп 2.1-2.n элементов.

Зарядное устройство 11' содержит также выпрямитель 12, регулятор 13, преобразователь 14, интегратор 15 и сравнивающее устройство 16, которые аналогичны таким же приборам и цепям, обозначенным теми же позициями, что и на фиг. 2, и которые не будут здесь описаны.

Вместо переключателя 17 зарядного устройства 11 зарядное устройство 11' содержит другой переключатель, обозначенный позицией 17', который также имеет два входа 17a' и 17b', соединенные соответственно с выходом 15c интегратора 15 и с выходом источника, который также не изображен и который выдает сигнал R2, и выход 17'd, соединенный с входом управления 13e регулятора 13 и подающий на этот вход регулирующий сигнал напряжения U13, который обозначен здесь позицией S17'.

Кроме того, переключатель 17 содержит два входа управления 17'c и 17'e, соединенные соответственно выходом 16c сравнивающего устройства 16 и с дополнительной входной клеммой 11c, которой снабжено зарядное устройство 11', при этом эта клемма 11c предназначена для приема таким образом, как это будет описано ниже, сигнала Sc, который может принимать первое и второе состояния.

Переключатель 17' выполнен таким образом, чтобы он производил сигнал S17' следующим образом:
- в момент, когда оба сигнала S16 и Sc находятся в их первом состоянии, сигнал S17' аналогичен сигналу S15;
- когда сигнал Sc находится в первом состоянии, а сигнал S16 находится в его втором состоянии, сигнал S17' такой, как опорный сигнал R2;
- когда сигнал Sc находится во втором состоянии, сигнал S17' аналогичен сигналу S15 независимо от состояния сигнала S16.

Зарядное устройство 11' содержит также переключатель 18 с двумя входами 18a и 18b, соединенными соответственно с источниками (не изображены), первый из них подает опорный сигнал, аналогичный описанному выше опорному сигналу R1 и обозначенный той же позицией, а второй подает другой опорный сигнал, обозначенный позицией R3, величина которого равна частному от деления величины сигнала R1 на постоянный и зарядное определяемый коэффициент f.

Переключатель 18 содержит также вход управления 18c, соединенный с входной клеммой 11c зарядного устройства 11', и он выполнен таким образом, чтобы он подавал на его выход 18d сигнал S18, аналогичный сигналу R1 или сигналу R3 в зависимости от того, в каком состоянии, в первом или во втором, находится сигнал Sc, подаваемый на эту клемму 11c таким способом, как это будет описано ниже.

Зарядное устройство 11' содержит, кроме того, электромагнитное реле 19 с двумя контактами 19a и 19b. Контакт 19a включен последовательно между положительным выводом 2.1a аккумулятора 2 и положительным выходом 12c выпрямителя 12, который соединен сам с входом 13a регулятора 13 напряжения, а контакт 19b включен последовательно между отрицательным выводом 2.nb аккумулятора 2 и отрицательным выходом 12d выпрямителя 12, который сам присоединен к входу 13b регулятора 13 напряжения.

Катушка реле 19 соединена с выходом усилителя 20, вход которого соединен с входной клеммой 11c зарядного устройства 11 и который выполнен таким образом, что контакты 19a и 19b реле 19 открыты, как это изображено на фиг. 3, или закрыты в зависимости от сигнала Sc, находящегося в своем первом состоянии или втором состоянии.

Устройство, которое получает энергию от аккумулятора 1, также изображено схематически на фиг. 3 и обозначено позицией 21.

Это устройство 21 может быть любым из многочисленных устройств, которые должны получать энергию от аккумулятора, такого как аккумулятор 2. В качестве неограничивающего примера такое устройство может состоять из одного или нескольких электродвигателей, соединенных с соответствующей цепью управления и приводящих в движение одно или несколько ведущих колес автомашины.

Независимо от конструкции устройство содержит в любом случае две клеммы 21a и 21b для подачи питания, соединенные соответственно с положительным выводом 2-1a и отрицательным выводом 2nb аккумулятора 2, а также средства (не изображены), которые обеспечивают его включение и выключение.

Вышеуказанный сигнал Sc поступает от выхода 21c устройства 21, соединенного с входом 11c зарядного устройства 11', и это устройство 21 выполнено таким образом, чтобы в зависимости от того, выключено или включено это устройство, этот сигнал Sc находился соответственно в своем первом или втором состоянии.

Как это будет детально описано ниже, зарядное устройство 11' может работать согласно двум различным способам.

Первый из этих способов используется в случае, когда устройство 21 выключено, клеммы 11a и 11b зарядного устройства 11' соединены с распределительной электросетью.

Сигнал Sc находится в своем первом состоянии таким образом, что сигнал S18 аналогичен опорному сигналу R1, сигнал S17 аналогичен сигналу S16, а контакты 19a и 19b реле 19 открыты.

Работа зарядного устройства 11' аналогична работе зарядного устройства 11, изображенного на фиг. 2, и поэтому здесь не описывается.

Второй способ работы зарядного устройства 11' используется в случае, когда его клеммы 11a и 11b не присоединены к распределительной электросети и когда устройство 21 включено в работу. В этом случае аккумулятор 2 подает некоторый ток на это устройство 21, а емкость его различных групп элементов уменьшается.

В этот момент сигнал Sc находится в своем втором состоянии, в результате чего оба контакта 19a и 19b реле 19 закрыты и напряжение 11a между положительным выводом 2.1a и отрицательным выводом 2.nb аккумулятора 2 поступает на входы 13a и 13b регулятора 13 напряжения.

Кроме того, переключатель 17' находится в состоянии, при котором его выходной сигнал S17' аналогичен сигналу S15, так как теперь переключатель 18 находится в состоянии, в котором его выходной сигнал S18 аналогичен опорному сигналу R3. Теперь этот сигнал S15 равен интегралу по времени от разности этого сигнала R3 и сигнала S14.

При этом втором способе работа зарядного устройства 11' аналогична работе зарядного устройства 11, изображенного на фиг. 2, что было описано выше.

Однако при этом втором способе регулятор 13 вырабатывает напряжение U13 из напряжения Ua, имеющегося на выводах аккумулятора 2.

Кроме того, величина сигнала S17', от которого зависят величина напряжения U13, величина напряжения U14 и сила тока I14, теперь равны интегралу по времени от разности величин сигналов R3 и S14. Так как величина этого сигнала R3 равна частному от деления величины сигнала R1 на вышеуказанный коэффициент f, то сила тока I14 теперь регулируется на величину, равную k1. n11/f, при этом k1.n11 соответствует величине силы этого тока I14 во время первого этапа зарядки аккумулятора 2, когда зарядное устройство 11 работает согласно первому способу.

Каждая из зарядных цепей 3.1-3.n подает на группу элементов 2.1-2.n, которая к ней присоединена, ток, который будет назван компенсирующим током, который проходит в этой группе элементов в противоположном направлении по отношению к току, поступающему от аккумулятора 2 к устройству 21, вызывающим таким образом уменьшение скорости снижения емкости группы элементов 2.1-2.n, через которую он проходит, причем это снижение емкости является следствием того, что аккумулятор 2 подает необходимую электроэнергию для обеспечения работы устройства 21.

Ясно, что сумма величин силы этих компенсирующих токов равна n.11/f, но эти величины силы тока могут отличаться друг от друга так, как емкости групп 2.1-2.n элементов, и, следовательно, их внутренние сопротивления могут также отличаться друг от друга.

По мере того, как аккумулятор 2 разряжается, эти разницы имеют тенденцию к уменьшению, так как компенсирующие токи, имеющие наиболее высокую силу тока, являются токами, которые проходят через группы элементов с наиболее низкими внутренними сопротивлениями и, следовательно, с наиболее малыми емкостями.

Скорость снижения емкости этих групп элементов оказывается наиболее сильно уменьшена по сравнению со скоростью других групп элементов таким образом, что по прошествии некоторого времени емкости всех групп элементов становятся по существу равными так же, как и скорости уменьшения этих емкостей. Величины силы компенсирующих токов становятся тогда по существу равными друг другу и, следовательно, каждая величина равна величине 11/f.

Величина коэффициента f может выбираться очень свободно. Испытания показали, что наилучшие результаты достигаются, когда сила компенсирующего тока колеблется в пределах от 1/50 до 1/5 силы тока, которую аккумулятор может теоретически подать в течение одного часа. Таким образом, например, для аккумулятора с номинальной емкостью в 200 ампер-часов сила компенсирующего тока может колебаться в пределах от 1/50 до 1/5 от двухсот амперов, иначе говоря, от 4 ампер до 40 ампер.

Как уже упоминалось ранее, сила I1 тока, подаваемая на аккумулятор во время первого этапа его зарядки, выбирается таким образом, чтобы она была равна отношению номинальной емкости этого аккумулятора, выраженной в ампер-часах, к допустимому времени для зарядки, выраженному в часах.

Отсюда следует, что для того, чтобы компенсирующий ток имел вышеуказанную силу тока, необходимо, чтобы коэффициент был в пределах от 1/50 до 1/5 количества часов этого допустимого времени.

Таким образом, для вышеуказанного случая аккумулятора с номинальной емкостью в 200 ампер-часов, если принять, что допустимое время для зарядки этого аккумулятора равно 10 ч, при котором сила тока I1 выбирается равной 20 А, величина коэффициента f может составлять от 1/50 до 1/5 от десяти или же 0,2 - 2, что обеспечивает для компенсирующего тока силу в пределах от 4 до 40 А.

Понятно, что в момент, когда оно работает согласно второму способу, зарядное устройство 11' отбирает часть энергии, накопленной в аккумуляторе 2, и возвращает ее различным группам элементом 2.1-2.n и распределяет ее между этими последними таким образом, чтобы их емкости стремились выровняться друг с другом, так же как и скорости снижения этих емкостей.

Благодаря этому обеспечивается такое значительное уменьшение вероятности, что емкость одной из групп 2.1-2.n элементов достигнет значительно раньше емкости других этих групп элементов минимальной величины, ниже которой эта группа элементов не должна разряжаться из-за возможности повреждения. Итак, можно использовать практически всю электроэнергию, содержащуюся в аккумуляторе 2, без какой-либо опасности его повреждения.

В зарядное устройство, выполненное согласно изобретению, могут быть внесены многочисленные изменения, не выходящие за рамки изобретения.

Из этих изменений, которые не могут быть все здесь описаны, можно привести только изменение, которое заключается в том, что предусматривается один или несколько датчиков для измерения температуры аккумулятора 2, и средства, которые реагируют на это изменение для изменения величины напряжения Ur и величины сигнала R2 в зависимости от этой температуры таким образом, чтобы аккумулятор 2 мог заряжаться до своей максимальной емкости без какой-либо опасности повреждения независимо от температуры.

Можно привести также изменение, которое заключается в том, что зарядное устройство, выполненное согласно изобретению, снабжается средствами, выполненными таким образом, чтобы они прерывали его работу, когда в конце зарядки аккумулятора сила тока, подаваемого от источника 6 (фиг. 1) или от преобразователя 14 (фиг. 2 и 3), становится ниже заданной величины.

Транспортное средство, ведущее колесо или ведущие колеса которого приводятся в движение одним или несколькими электродвигателями, энергия на которые поступает от аккумулятора, который называется в данном случае "тяговым аккумулятором", имеет обычно второй аккумулятор, называемый "бортовым аккумулятором", предназначенный для подачи питания на все вспомогательные цепи этого транспортного средства, такие как фары, стоп-сигналы, приборы щитка приборов и т.д. Это транспортное средство содержит также зарядное устройство этого бортового аккумулятора.

Ясно также, что в случае, когда такое транспортное средство оборудовано таким зарядным устройством, выполненным согласно настоящему изобретению, для зарядки его тягового аккумулятора выгодно предусмотреть трансформатор на входе зарядного устройства его бортового аккумулятора и соединить первичную обмотку этого трансформатора с источником, таким как источник 6, изображенный на фиг. 1, параллельно с первичными обмотками трансформаторов, входящих в зарядные цепи, такие как цепи 3.1-3.n, изображенные на фиг. 1.

Формула изобретения

1. Устройство для зарядки аккумулятора электроэнергией, которую он способен воспринять, включающего множество групп элементов, каждая из которых содержит по меньшей мере один элемент, содержащее источник переменного напряжения и множество зарядных цепей, каждая из которых предназначена для зарядки одной группы элементов и подсоединена к источнику переменного напряжения, отличающееся тем, что каждая зарядная цепь содержит трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена к источнику переменного напряжения, и выпрямитель, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем использован источник переменного напряжения, имеющий частоту, по меньшей мере равную 10 кГц.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что источник переменного напряжения включает в себя средство регулирования для управления переменным напряжением и переменным током.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что средство регулирования соединено с выводами групп элементов.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство регулирования содержит сравнивающее устройство, подсоединенное к выводам групп элементов.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство регулирования содержит регулятор напряжения, преобразователь постоянного напряжения в переменное, при этом регулятор напряжения подсоединен к сравнивающему устройству.

7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что каждая группа элементов содержит более, чем один элемент.

8. Устройство по любому из пп.3 - 7, отличающееся тем, что средство регулирования выполнено с возможностью управления переменным током таким образом, что он имеет, по существу, постоянную величину, когда постоянное напряжение на выводах любой группы элементов оказывается меньше заранее заданного опорного напряжения, и переменным напряжением таким образом, что оно имеет, по существу, постоянное значение, когда постоянное напряжение на выводах любой группы элементов больше заранее заданного опорного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3