Устройство для зарядки аккумуляторной батареи



Устройство для зарядки аккумуляторной батареи
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи

 


Владельцы патента RU 2620255:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к электротехнике. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи состоит из источника питания, ключа, стабилизатора напряжения, стабилизатора тока, управляющего устройства, клемм для подключения аккумуляторной батареи, измерительных преобразователей тока и напряжения, задатчика напряжения и задатчика тока. В устройство дополнительно введен демпфирующий элемент, который включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока. Такое выполнение позволяет ограничить выброс зарядного тока при включении устройства и разгрузить его силовые элементы - источник питания, ключ и стабилизатор тока. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для зарядки аккумуляторных батарей.

Известно зарядное устройство (http://www.kupol.com.ua/consumer_3.html). Известное устройство содержит источник питания, стабилизатор тока, стабилизатор напряжения, устройство управления, ключ и клеммы для подключения аккумуляторной батареи (АБ). Выходы стабилизаторов тока и напряжения подключены к АБ, к этим же клеммам подключен вход устройства управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа так, что в зависимости от напряжения АБ электрическая энергия источника питания через ключ поступает на стабилизатор тока (первый этап заряда) или на стабилизатор напряжения (второй этап заряда).

К недостаткам такого устройства можно отнести наличие двух силовых регуляторов (стабилизатор тока и стабилизатор напряжения), которые по сравнению с сигнальными регуляторами имеют увеличенные габариты и стоимость. Кроме этого, в устройстве отсутствует контроль параметров заряда, соответствующих окончанию этого процесса. При зарядке АБ, например, автономных необитаемых подводных аппаратов существует необходимость оперативного последующего ввода их в эксплуатацию после заряда. При этом как преждевременное отключение процесса зарядки АБ, приводящее к неполному ее заряду, так и неоправданное увеличение времени заряда приведет к снижению эффективности подводного аппарата, в котором используется АБ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для зарядки АБ (патент RU 2530877, МПК H02J 7/04). Устройство содержит источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, устройство управления и клеммы для подключения АБ, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, а выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока, при этом устройство содержит также измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока, измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющий выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен с вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.

Работа такого устройства заключается в следующем. При зарядке аккумуляторной батареи в стабилизаторе напряжения определяется рассогласование между заданным напряжением АБ, определяемым уставкой задатчика напряжения, и фактическим напряжением на батарее. Сигнал на выходе стабилизатора напряжения является задающим для стабилизатора тока, в котором, в свою очередь, определяется рассогласование между этим сигналом и сигналом обратной связи, пропорциональным фактическому значению тока заряда. По мере зарядки аккумуляторной батареи напряжение на ней возрастает. Рассогласование на входе стабилизатора напряжения уменьшается, что приводит к уменьшению сигнала на входе стабилизатора тока и, соответственно, к уменьшению тока заряда. При некотором заданном значении рассогласования между фактическим значением тока заряда и уставкой задатчика тока устройство управления отключит ключ, и процесс зарядки АБ прекратится.

В ряде случаев необходимо обеспечить гальваническую изоляцию цепей управления от силовых цепей. Для этого обратные связи по току и по напряжению в устройстве реализуются через элементы, которые обладают указанным свойством. Эти элементы наряду с требуемой изоляцией могут вносить запаздывание в передачу сигналов, что изменяет динамические характеристики устройства. Для такого объекта регулирования как АБ процесс зарядки характерен стационарностью в установившемся режиме, т.е. внешние воздействия в виде задающих сигналов или возмущений являются неизменными и дополнительная инерционность каналов обратных связей не оказывает влияния на качество регулирования. Динамический режим возникает только при включении устройства, поскольку в начальный момент времени рассогласования на входах стабилизаторов напряжения и тока имеют максимальные значения и изменяется скачкообразно. При этом за счет увеличенной инерционности цепи обратной связи в контуре тока происходит выброс регулируемого параметра - тока заряда.

Это является недостатком, так как приводит к перегрузке силовых элементов устройства - источника питания, ключа и стабилизатора тока.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача исключить указанный недостаток, т.е. обеспечить снижение выброса зарядного тока в начальный момент времени при включении устройства, тем самым разгрузить силовые элементы устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для зарядки аккумуляторной батареи, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, измерительный преобразователь напряжения, измерительный преобразователь тока, задатчик тока, задатчик напряжения, устройство управления и клеммы для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, первый выходной зажим стабилизатора тока соединен с первой клеммой для подключения аккумуляторной батареи непосредственно, а его второй выходной зажим соединен со второй клеммой для подключения аккумуляторной батареи через измерительный преобразователь тока, измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен с первым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления, дополнительно введен демпфирующий элемент, который включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока.

В заявленном устройстве общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:

- источник питания;

- ключ;

- стабилизаторы напряжения и тока;

- устройство управления;

- клеммы для подключения аккумуляторной батареи;

- задатчики напряжения и тока;

- измерительные преобразователи напряжения и тока;

- источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока;

- выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа;

- первый выходной зажим стабилизатора тока соединен с первой клеммой для подключения аккумуляторной батареи непосредственно, а его второй выходной зажим соединен со второй клеммой для подключения аккумуляторной батареи через измерительный преобразователь тока;

- измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения;

- выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен с первым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления,

- задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного зарядного устройства и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:

- в устройство введен демпфирующий элемент;

- демпфирующий элемент включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока.

Указанные существенные признаки, отличающие заявленное зарядное устройство от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивают достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Дополнительное введение в устройство демпфирующего элемента, который включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока, ограничивает скорость нарастания задающего сигнала на входе стабилизатора тока и позволяет ограничить выброс зарядного тока при включении устройства.

Таким образом, существенный признак заявленного устройства для зарядки аккумуляторной батареи обеспечивают достижение технического результата, т.е. находятся с техническим результатом в причинно-следственной связи и решает поставленную задачу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1. представлена структурная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи; на фиг. 2 - осциллограммы изменения напряжения на батарее в процессе заряда UЗ(t) и тока заряда IЗ(t), полученные в результате схемотехнического моделирования и поясняющие работу устройства. Для иллюстрации эффективности заявленного устройства на фиг. 3 представлены осциллограммы изменения напряжения UЗ(t) и тока заряда IЗ(t) аккумуляторной батареи, соответствующие прототипу.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи содержит источник 1 питания, ключ 2, стабилизатор 3 напряжения, демпфирующий элемент 4, стабилизатор 5 тока, устройство 6 управления, клеммы 7, 8 для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь 9 тока, измерительный преобразователь 10 напряжения, задатчик 11 напряжения и задатчик 12 тока, при этом источник 1 питания посредством ключа 2 подсоединен к стабилизатору 5 тока, выход устройства 6 управления подключен к управляющему входу ключа, 2, первый выходной зажим стабилизатора 5 тока соединен с первой клеммой 7 для подключения аккумуляторной батареи непосредственно, а его второй выходной зажим соединен со второй клеммой 8 для подключения аккумуляторной батареи через измерительный преобразователь 9 тока, выход стабилизатора 3 напряжения подключен к входу демпфирующего элемента 4, выход которого подключен ко второму входу стабилизатора 5 тока, измерительный преобразователь 10 напряжения подсоединен параллельно клеммам 7, 8 для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора 3 напряжения, выход измерительного преобразователя 9 зарядного тока соединен с первым входом стабилизатора 5 тока и первым входом устройства 6 управления, задатчик 11 напряжения подключен ко второму входу стабилизатора 3 напряжения, а задатчик 12 тока подключен к второму входу устройства 6 управления.

Зарядное устройство работает следующим образом. При включении устройства в стабилизаторе 3 напряжения определяется рассогласование между заданным напряжением АБ (сигнал UЗН) и фактическим напряжением АБ (сигнал UОС). Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе напряжения может быть, например, следующий

где UН - выходной сигнал стабилизатора напряжения.

Выходной сигнал UH поступает на вход демпфирующего элемента 4. В этом блоке осуществляется ограничение скорости изменения сигнала, поступающего с выхода стабилизатора 3 напряжения на вход стабилизатора 5 тока. Сигнал UЗТ с выхода блока демпфирующего элемента 4 является задающим для стабилизатора 5 тока, а сигнал UТ является сигналом обратной связи для стабилизатора 5 тока.

Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе 5 тока может быть принят, например, в виде

где IЗ - выходной сигнал стабилизатора тока, т.е. ток заряда АБ.

Алгоритм обработки сигнала в демпфирующем элементе 4 может быть, например, следующим

Таким образом, за счет того, что интенсивность изменения задающего сигнала для стабилизатора 5 тока ограничивается, интенсивность изменения тока на выходе этого стабилизатора 5 также ограничивается. Это обеспечивает уменьшение перерегулирования тока при включении устройства.

Работу устройства поясняют осциллограммы, приведенные на фиг. 2.

При включении устройства ток заряда IЗ(t) устанавливается на заданном уровне IУСТ с перерегулированием примерно 20% и поддерживается практически неизменным в процессе зарядки АБ, т.е. осуществляется первый этап зарядки аккумуляторной батареи. При этом напряжение UЗ(t) на АБ увеличивается и при достижении заданного значения UЗН происходит снижение тока заряда при неизменном напряжении на батарее, т.е. устройство переходит на второй этап заряда. При уменьшении тока заряда до заданного значения происходит отключение устройства.

На фиг. 3 представлены осциллограммы исходного варианта (прототипа), на которых видно, что перерегулирование составляет примерно 150%.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение демпфирующего элемента в устройстве уменьшает выброс тока при включении устройства и позволяет разгрузить источник питания, ключ и стабилизатор тока.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, измерительный преобразователь напряжения, измерительный преобразователь тока, задатчик тока, задатчик напряжения, устройство управления и клеммы для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, первый выходной зажим стабилизатора тока соединен с первой клеммой для подключения аккумуляторной батареи непосредственно, а его второй выходной зажим соединен со второй клеммой для подключения аккумуляторной батареи через измерительный преобразователь тока, измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен с первым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления, отличающийся тем, что дополнительно введен демпфирующий элемент, который включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение SOC аккумулятора и сокращение периода восстанавливающей зарядки при повышении экономии топлива.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение компактности и надежности.

Использование – в области электротехники, транспорта. Технический результат – снижение потерь мощности при работе гибридного и/или электрического транспортного средства.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и безопасности эксплуатации зарядной станции.

Использование - в области электротехники. Технический результат - обеспечение стабильной величины энергии аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к транспортным средствам. Устройство управления подачей энергии, установленное на транспортном средстве, содержит: генератор, приводимый в действие двигателем; первый и второй аккумуляторы, соединенные параллельно с генератором; SOC-датчик состояния заряда первого аккумулятора и контроллер заряда.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных системах электрических транспортных средств. Техническим результатом является возможность осуществления в сочетании с электромотором выборочного управления скоростью и восстановления заряда аккумулятора в соответствии с выходными параметрами мотора.

Изобретение относится к устройствам зарядки аккумуляторных батарей. Технический результат - увеличение срока службы батарей.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи АБ, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, устройство управления и клеммы для подключения АБ.

Изобретение относится к области техники связи, использующей электронные устройства с аккумуляторной батареей, и предназначено для замедления старения аккумуляторной батареи, вызываемого зарядным током и повторяющимися циклами зарядки-разрядки при практически максимальной зарядной емкости.
Наверх