Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов в блоке, установленном на транспортном средстве. Устройство содержит источник питания в виде блока рабочих аккумуляторов (1), систему (2) режима потребления и зарядки блока аккумуляторов, согласующую цепочку, состоящую из параллельно подключенным разделительного конденсатора (3) и резистора (4), группу однопозиционных электромеханических ключей, общие электрические шины (6) и (7), двухпозиционный электромеханический ключ (8), два разнонаправленных параллельных диода (9), соединенных с одной из встречно включенных первичных обмоток трансформатора (10), параллельно к которым подсоединены сглаживающие конденсаторы (11) и (12), двухпозиционный электромеханический ключ (13), операционный усилитель (14), а его выход через переменный резистор (15) обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора (10) и к входам компараторов (16) и (17), вторые входы которых подключены к делителю напряжения 18, выходы компараторов 16 и 17 подключены к микроконтроллеру (19), который одной шиной связан с индикатором (20), а другой шиной с демультиплексором (21). Микроконтроллер (19) управляющим импульсом связан с входом схемы совпадения (22) и операционным усилителем (23), а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу (26), служащему для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания. Вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер (19) связан с входом триггера (24) выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход которого связан с входом операционного усилителя (25), а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу (26), обеспечивающему нужную полярность подключения резервного аккумулятора (28) к двум общим электрическим шинам (6) и (7), резервный аккумулятор (28) через постоянный резистор (29) подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора (27). 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов в блоке, установленном на транспортном средстве, например, гибридном автомобиле или электромобиле.

Из уровня техники известно устройство подзарядки аккумуляторных батарей гибридного автомобиля, установленных на транспортном средстве по патенту на изобретение (RU 2524352, МПК (2006.01): Н021М 10/48, H02J 7/2, Н02М 9/4, H02J 7/34, опубликованный 27.07.2014 г.), содержащее источник питания, накопительную емкость, датчик тока и электронные электромеханические ключи, причем, в режиме подзарядки аккумуляторная батарея в блоке одним из электронных ключей, подключается по сигналу датчика тока к предварительно заряженному конденсатору от источника питания. Устройство обеспечивает оценку состояния заряда каждой аккумуляторной батареи и их заряда посредством источника питания.

К недостаткам известного аналога относится то, что:

- устройство не позволяет контролировать аккумуляторные батареи в блоке с общим напряжением свыше сотен вольт, поскольку мультиплексоры и полевые транзисторы, используемые в этой схеме, не выдерживают такие большие напряжения;

- в устройстве используются специальные диоды, которые при постоянном включении значительно повышают внутреннее сопротивление батареи и вызывают дополнительные потери мощности батареи, идущей на их нагрев в открытом состоянии;

- устройство для своей реализации требует большое количество дополнительных компонентов, приходящихся на каждый аккумулятор батареи (датчики тока - L, конденсатор - С, полевой транзистор - VT, диод - VD), поэтому при большом количестве аккумуляторов в батарее, составляющем сотни штук в блоке, получается неоправданно громоздкая конструкция.

- устройство также не позволяет контролировать каждый отдельный аккумулятор в батарее.

Из уровня техники известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное по авторскому свидетельству на изобретение (SU 1408504, МПК4: Н02М 3/07, опубликованное 07.07.1988 г.), который содержит резервную аккумуляторную батарею GB1, задающий генератор на элементах (DD1.1-DD1.3), двухразрядный счетчик на D-триггерах (DD2.1, DD2.2), двойной четырехканальный мультиплексор (DD3) и емкостный накопитель-делитель - конденсаторы (С2-С5).

При наличии напряжения в бортовой сети устройство работает в режиме деления ее напряжения и подзарядки батареи GB1. Буферный режим обеспечен двунаправленным мультиплексором DD3, который поочередно подключает батарею параллельно одному из конденсаторов С2-С5 емкостного делителя напряжения. В результате батарея заряжается до напряжения, равного четверти напряжения бортовой сети.

В момент пропадания напряжения в сети преобразователь автоматически переходит в режим умножения напряжения резервной батареи. В этом режиме конденсаторы С2-С5 через мультиплексор DD3 последовательно заряжаются от батареи GB1, а поскольку они соединены последовательно, на выходе устройства создается напряжение, равное учетверенному напряжению батареи, которое питает не только обслуживаемое электронное устройство, но и микросхемы самого преобразователя.

Однако, у данного аналога, при использовании его в качестве устройства контроля и подзарядки блока аккумуляторов гибридной комбинированной энергетической установки (КЭУ) есть ряд недостатков:

- устройство не позволяет контролировать аккумуляторы в блоке с напряжением выше сотен вольт, поскольку мультиплексоры и полевые транзисторы, используемые в этой схеме, также не выдерживают такие большие напряжения;

- токи подзарядки малы по величине и подзаряд аккумуляторов осуществляется только в импульсном режиме.

- погрешность контроля параметров аккумуляторов увеличена из-за относительно высокого сопротивления открытых каналов мультиплексоров в сравнении с внутренним сопротивлением аккумуляторов.

Наиболее близко, по технической сущности, к предлагаемому изобретению относится устройство балансировки заряда с конденсаторным распределителем, описанное в книге (IntroductiontoHybridVehicleSystemModelingandControlCopyright © 2013 JohnWiley&Sons, Inc., Author(s): WeiLiuPublishedOnline: 14 MAR2013 10:41 AMEST, PrintISBN: 9781118308400 OnlineISBN: 9781118407400DOI: 10.1002/9781118407400AJOHNWILEY&SONS, INC., PUBLICATION, c. 181-185), принятое нами за прототип и содержащее систему выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов включающую микроконтроллер, источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, при этом все положительные полюса аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к одной общей электрической шине, а все положительные полюса блока аккумуляторов с четными номерами к другой общей электрической шине, группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей для коммутации проблемного аккумулятора, пару двухпозиционных электромеханических ключей осуществляющих коммутацию конденсатора к аккумулятору, конденсатор для выравнивания степени заряженности проблемного аккумулятора.

К недостаткам указанного устройства относится отсутствие возможности контроля степени заряженности и отсутствие технической реализации автоматизации работы данного устройства на транспортном средстве, в частности на гибридных автомобилях. Кроме того, из-за большого количества переключений надежность работы двухпозиционных электромеханических ключей в устройстве сильно ограничена.

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации блока аккумуляторов, а также универсальности в режиме работы энергопотребления и зарядки блока аккумуляторов.

Технический результат заключается в том, что повысить надежность и увеличить срок эксплуатации блока из нескольких аккумуляторов возможно посредством эффективного автоматического контроля и управления процессом выравнивания степени заряженности каждого аккумулятора в блоке аккумуляторов, установленных на транспортном средстве гибридного автомобиля, а также универсальности в режиме работы энергопотребления и зарядки блока аккумуляторов.

Технический результат достигается за счет того, что устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов содержит систему выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов включающую микроконтроллер, источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, при этом все положительные полюса аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к одной общей электрической шине, а все положительные полюса блока аккумуляторов с четными номерами к другой общей электрической шине, группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей для коммутации проблемного аккумулятора, пару двухпозиционных электромеханических ключей, осуществляющих коммутацию накопительного конденсатора к рабочему аккумулятору, отличие, согласно изобретения состоит в том, что устройство дополнительно снабжено системой контроля и первичного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, состоящей из двух диодов, согласующего конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором, трансформатора с четырьмя обмотками, двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей, операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, переменного резистора регулирования коэффициента усиления тока обратной связи, делителя напряжения на трех переменных резисторах, подключенных к разнополярному относительно земли источнику опорного напряжения, двух компараторов, микроконтроллера, индикатора, сдвоенного демультиплексора, при этом два разнонаправленных параллельных диода через общую точку присоединения одними выводами через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа подключены к одной из общих шин (а), а другими выводами соединены один с верхней, другой с нижней первичными обмотками трансформатора; согласующая цепочка, состоящая из разделительного конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором своим нижним концом подключена к общей точке соединения первичных обмоток трансформатора, а верхним концом подключена к нормально замкнутому контакту двухпозиционного электромеханического ключа и через него ко второй общей электрической шине (б);

каждый из двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей подключен параллельно к первичным обмоткам трансформатора; средняя точка последовательно соединенных вторичных обмоток трансформатора заземлена;

нижний вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к повторителю на операционном усилителе, а его выход через переменный резистор обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора и к входам компараторов; вторые входы каждого из компараторов подключены к делителю напряжения источника разнополярного относительно земли опорного напряжения, причем один из компараторов настроен на срабатывание от положительных уровней входного напряжения, другой компаратор настроен на срабатывание отрицательных уровней входного напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора, а с помощью переменных резисторов делителя напряжения задаются положительные и отрицательные пороги срабатывания компараторов; выходы компараторов подключены к микроконтроллеру, который информационной шиной связан с индикатором, а управляющей шиной с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора, обеспечивающего последовательное подключение аккумуляторов в блоке к двум общим электрическим шинам через управляющие обмотки однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей при их попарном подключении к двум общим электрическим шинам, причем полярность подключения нечетных и четных аккумуляторов к двум общим электрическим шинам периодически изменяется на противоположную;

устройство снабжено системой управления процессом окончательного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов состоящей из микроконтроллера, триггера, устройства совпадения, двух операционных усилителей, пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам, четырех ограничительных резисторов тока управления обмотками двухпозиционных электромеханических ключей, накопительного конденсатора, резервного аккумулятора и постоянного резистора, ограничивающего ток выравнивания, при этом микроконтроллер выходом, вырабатывающим управляющий импульс, длительность которого соответствует времени задержки сигнала, связан с входом схемы совпадения и входом операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а выход операционного усилителя через ограничивающие ток резисторы на время длительности импульса задержки подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания; вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер связан с входом триггера выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход триггера связан со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения связан с входом другого операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам; накопительный конденсатор через контакты пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания и другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам при их замыкании, подсоединяется на время длительности импульса задержки соответственно к общим электрическим шинам, а резервный аккумулятор через резистор ограничивающий ток подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора.

Кроме того отличия также состоят в том, что первичные обмотки трансформатора включены встречно относительно средней точки; два сглаживающих конденсатора выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей подключены к первичным обмоткам трансформатора; индикатор выполнен с возможностью отображения порядкового номера проблемного аккумулятора в блоке и его состояния перезаряда или недозаряда; количество сдвоенных демультиплексоров и количество однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей может быть увеличено пропорционально количеству контролируемых аккумуляторов в блоке; время длительности импульса задержки от микроконтроллера является регулируемым и определяется опытным путем; переменный резистор обратной связи, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, выполняет функцию регулировки тока перезарядки аккумуляторов блока.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов.

Устройство по предложенному изобретению содержит источник питания в виде блока последовательно соединенных из (n) рабочих аккумуляторов 1 (A1, А2, A3, …, An-1, An), систему потребления и зарядки 2 (СПЗ) блока аккумуляторов 1 КЭУ в условиях эксплуатации, согласующую цепочку, состоящую из разделительного конденсатора 3 (С1) с параллельно подключенным к нему постоянным резистором 4 (R1), группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей 5 (SF1, SF2, SF3, SF4, …, SFn, SFn+1) с малым внутренним сопротивлением (например, герконы), общие электрические шины 6 (a) и 7 (б), причем положительные полюса блока из последовательно соединенных (n) рабочих аккумуляторов 1 с нечетными номерами (SF1, SF3, …), подключены к одной общей электрической шине 6 (a), а все положительные полюса блока из последовательно соединенных рабочих аккумуляторов 1 с четными номерами (SF2, SF4, …) к другой общей электрической шине 7 (б). К шине 6 (a) через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 8 (SFk1) подключены два разнонаправленных параллельных диода 9 (D1, D2), каждый из которых другим выводом последовательно соединен с одной из встречно включенных относительно средней точки первичных обмоток трансформатора 10 (Т), параллельно к которым подсоединены сглаживающие конденсаторы 11 (С2) и 12 (С3), а к общей точке соединения первичных обмоток трансформатора 10 (Т) подключена согласующая цепочка, состоящая из разделительного конденсатора 3 (С1) с параллельно подключенным к нему постоянным резистором 4 (R1), второй конец, указанной ранее цепочки, подключен через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 13 (SFk2) к общей электрической шине 7 (б), средняя точка вторичных обмоток трансформатора 10 (Т) заземлена, причем один конец вторичной обмотки трансформатора 10 (Т) подключен к повторителю на операционном усилителе 14 (ОУ1), а его выход через переменный резистор обратной связи 15 (Roc) подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора 10 (Т) и к входам компараторов 16 (К1) и 17 (К2), вторые входы каждого из компараторов 16 (К1) и 17 (К2), подключены к делителю напряжения 18 источника разнополярного относительно земли опорного напряжения, причем один из компараторов 16 (К1) настроен на срабатывание от положительных уровней входного напряжения, другой компаратор 17 (К2) настроен на срабатывание от отрицательных уровней входного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора, а с помощью переменных резисторов (R2, R3, R4) делителя напряжения 18 задаются положительные и отрицательные пороги срабатывания компараторов 16 (К1) и 17 (К2), выходы компараторов 16 (К1) и 17 (К2) подключены к микроконтроллеру 19 (МК), который информационной шиной связан с индикатором 20 (HG), а управляющей шиной с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора 21 (DMS), обеспечивающего последовательное подключение рабочих аккумуляторов 1 (А1, А2, А3, …, An-1, An) в блоке к двум общим электрическим шинам через управляющие обмотки нормально разомкнутых однопозиционных электромеханических ключей при их попарном подключении к двум общим электрическим шинам 6 (a), 7 (б), причем, полярность подключения нечетных и четных аккумуляторов к двум общим электрическим шинам 6 (a), 7б) периодически изменяется на противоположную, микроконтроллер 19 (МК), вырабатывающий управляющий импульс, длительностью соответствующей времени задержки сигнала, связан с входом схемы совпадения 22 (СС) и операционным усилителем 23 (ОУ2), включенным по схеме повторителя напряжения, а выход операционного усилителя 23 (ОУ2), через ограничивающие ток резисторы (R7, R8) на время длительности импульса задержки подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2), служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер 19 (МК) связан с входом триггера 24 (ТТ) выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход триггера 24 (ТТ) связан со вторым входом схемы совпадения 22 (СС), выход указанной схемы совпадения 22 (СС), связан со входом другого операционного усилителя 25 (ОУЗ), включенного по схеме повторителя напряжения, а его выход через ограничивающие ток резисторы (R5, R6), подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2), обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора 28 (G1) к двум общим электрическим шинам 6 (a) и 7 (б), накопительный конденсатор 27 (С4) через контакты пары двухпозиционных электромеханических ключей 8 (SFk1) и 13 (SFk2), служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, и другой пары двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2), обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам 6 (a) и 7 (б) при их замыкании, подсоединяется на время длительности импульса задержки соответственно к общим электрическим шинам, а резервный аккумулятор 28 (G1) через постоянный резистор 29 (R9), ограничивающий ток выравнивания, подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора 27 (С4).

Предложенное устройство работает следующим образом.

Система автоматического контроля и первичного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов.

По сигналам микроконтроллера 19, подаваемым на вход адресной коммутации сдвоенного демультиплексора 21 с числом выходов (n) в каждом демультиплексоре 21 осуществляется последовательное подключение рабочих аккумуляторов 1 в блоке КЭУ через однопозиционные нормально-разомкнутые электромеханические ключи (n+1) с малым внутренним сопротивлением к общим шинам 6 (a) и 7 (б), причем, все положительные полюса блока рабочих аккумуляторов 1 с нечетными номерами (SF1, SF3, …), подключены к одной общей электрической шине 6 (a), а все положительные полюса блока рабочих аккумуляторов 1 с четными номерами (SF2, SF4, …) к другой общей электрической шине 7 (б). В результате на электрических шинах 6 (a), и 7/б) происходит чередование положительных и отрицательных напряжений, которые от электрической шины 6 (a), через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 8 (SFk1), цепочку из двух разнонаправленных параллельных диодов 9 (D1, D2), подаются на встречно включенные, относительно общей точки, первичные обмотки трансформатора 10(Т) и от общей точки указанной первичной обмотки трансформатора 10 (Т) через параллельную цепочку из разделительного конденсатора 3 (C1) и постоянного резистора 4 (R1) и через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 13 (SFk2) на общий электрический провод 7 (б), при этом, если в блоке у каждого рабочего аккумулятора 1 одинаковая степень заряженности, то на вторичной низковольтной обмотке трансформатора 10 (Т) напряжение будет близко к нулю и если хотя бы один рабочий аккумулятор 1 из блока окажется перезаряженным или недозаряженнным, то на вторичной низковольтной обмотке трансформатора 10 появится соответственно положительный или отрицательный импульс с амплитудой, пропорциональной величине разбаланса.

С помощью операционного усилителя 14 (ОУ1) осуществляется согласование выходного и входного сопротивлений вторичных обмоток трансформатора 10 (Т), а с помощью переменного резистора 15 (Roc) в цепи обратной связи производится плавная регулировка тока перезарядки и, следовательно, первичное выравнивание степени заряженности рабочих аккумуляторов блока 1, поскольку, например, при уменьшении сопротивления переменного резистора 15 (Roc) обратной связи происходит увеличение потребляемой мощности во вторичной обмотке трансформатора 10 (Т), ток выравнивания рабочих аккумуляторов 1, протекающий через первичную обмотку трансформатора 10 (Т), также возрастает и выравнивание степени заряженности рабочих аккумуляторов в блоке 1 будет происходить более эффективно.

С верхнего конца вторичной обмотки трансформатора 10 (Т) сигнал подается на первые входы двух компараторов 16 (К1) и 17 (К2), а на их вторые входы от источника разнополярного относительно земли источника опорного напряжения Еоп через делитель 18 на сопротивлениях резисторов (R2, R3, R4) задаются опорные напряжения порога срабатывания: положительные для компаратора 16 (К1) и отрицательные для компаратора 17 (К2).

При превышении амплитуды импульса рассогласования заданного на делителе напряжения 18, с помощью резисторов (R2, R3, R4) заданного положительного и отрицательного порогов срабатывания компараторов 16 (К1) и 17 (К2), на микроконтроллер 19 поступает сигнал сработавшего компаратора: если при срабатывании компаратора 16 (К1), выявляется перезаряженный рабочий аккумулятор из блока, а при срабатывании компаратора 17 (К2) выявляется недозаряженный аккумулятор из блока, то микроконтроллер 19 (МК) останавливает процесс опроса блока рабочих аккумуляторов 1, фиксируясь на i-ом проблемном рабочем аккумуляторе (Ai) через адресную коммутацию (АК) демультиплексора 21 и обмотки управления группы однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей 5 и индицирует на дисплее индикатора 20 (HG) его порядковый номер и вид неисправности (перезаряд или недозаряд), одновременно микроконтроллер 19 вырабатывает сигнал длительности времени задержки (Тзад.), который на время (Тзад) через операционный усилитель 23 (ОУ2), резисторы R7, R8, и управляющие обмотки двухпозиционных электромеханических ключей 8 (SFk1) и 13 (SFk2) переключает электрические шины 6 (a) и 7 (б) от режима контроля на режим выравнивания, подсоединяясь к контактам двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2). Таким образом, осуществляется переход в режим выравнивания с длительностью Тзад.

Сигнал от микроконтроллера 19 переводит триггер 24 (ТТ) из состояния 0 в 1 (0 - при четном аккумуляторе, 1 - при нечетном аккумуляторе,) в соответствии с выбором для контроля аккумуляторов 2 из блока. Сигнал от триггера 24 (ТТ) через схему совпадений 22 (СС1) на время равное (Тзад) передается сигнал нечетности-четности от триггера 24 (ТТ), который через операционный усилитель 25 (ОУЗ) и через резисторы (R5, R6), устанавливает контакты двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2) в соответствующее состояние, обеспечивающее нужную полярность подключения резервного аккумулятора 28 (G) подключает накопительную емкость 27 (С4) предварительно заряженную от резервного аккумулятора 28 (G) и через постоянный резистор 29 (R9) к общим шинам 6 (a) и 7 (б), через замкнутые на время Тзад контакты двухпозиционных электромеханических ключей 8 (SFk1), и 13 (SFk2).

Система управления процессом окончательного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов.

С этого момента начинается этап окончательного выравнивания проблемного рабочего аккумулятора (SFi) за счет перераспределения разницы потенциалов между напряжением накопительного конденсатора 27 (С4), предварительно заряженного от резервного аккумулятора 28 (G) и проблемного рабочего аккумулятора (SFi) и далее происходит выравнивание напряжения между проблемным и резервным аккумуляторами через сопротивление постоянного резистора 29 (R9), ограничивающего ток перезарядки.

Поскольку проблемные рабочие аккумуляторы (SFi) могут быть как перезаряженными, так и недозаряженными на резервном аккумуляторе 28 (G) будет поддерживаться заряженность, близкая к среднеарифметическому значению по всем рабочим аккумуляторам 1, входящим в состав блока рабочих аккумуляторов 1.

По окончании сигнала длительности времени задержки (Тзад.) от микроконтроллера 19 (МК), двухпозиционные электромеханические ключи 8 (SFk1), и 13 (SFk2) переключаются на режим контроля и первичного выравнивания блока рабочих аккумуляторов 1, начиная с i+1 рабочего аккумулятора по команде микроконтроллера 19 на продолжение опроса рабочих аккумуляторов 1 через демультиплексор 21 пока не обнаружится другой проблемный аккумулятор (SFi) и т.д.

1. Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки, содержащее систему выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, включающую микроконтроллер, источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, при этом все положительные полюса аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к одной общей электрической шине, а все положительные полюса блока аккумуляторов с четными номерами к другой общей электрической шине, группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей для коммутации проблемного аккумулятора, пару двухпозиционных электромеханических ключей, осуществляющих коммутацию накопительного конденсатора к рабочему аккумулятору, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено системой контроля и первичного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, состоящей из двух диодов, согласующего конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором, трансформатора с четырьмя обмотками, двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей, операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, переменного резистора обратной связи, делителя напряжения на трех переменных резисторах, подключенных к разнополярному относительно земли источнику опорного напряжения, двух компараторов, микроконтроллера, индикатора, сдвоенного демультиплексора, при этом два разнонаправленных диода через общую точку присоединения одними выводами через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа подключены к одной из общих электрических шин (а), а другими выводами соединены один с верхней, другой с нижней первичными обмотками трансформатора; согласующая цепочка, состоящая из разделительного конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором, своим нижним концом подключена к общей точке соединения первичных обмоток трансформатора, а верхним концом подключена к нормально замкнутому контакту двухпозиционного электромеханического ключа и через него ко второй общей электрической шине (б); каждый из двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей подключен параллельно к первичным обмоткам трансформатора; средняя точка последовательно соединенных вторичных обмоток трансформатора заземлена; нижний вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к повторителю на операционном усилителе, а его выход через переменный резистор обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора и к входам компараторов; вторые входы каждого из компараторов подключены к делителю напряжения источника разнополярного относительно земли опорного напряжения, причем один из компараторов настроен на срабатывание от положительных уровней входного напряжения, другой компаратор настроен на срабатывание от отрицательных уровней входного напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора, а с помощью переменных резисторов делителя напряжения задаются положительные и отрицательные пороги срабатывания компараторов; выходы компараторов подключены к микроконтроллеру, который информационной шиной связан с индикатором, а управляющей шиной с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора, обеспечивающего последовательное подключение аккумуляторов в блоке к двум общим электрическим шинам через управляющие обмотки нормально разомкнутых однопозиционных электромеханических ключей при их попарном подключении к двум общим электрическим шинам, причем полярность подключения нечетных и четных аккумуляторов к двум общим электрическим шинам периодически изменяется на противоположную; и снабжено системой управления процессом окончательного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, состоящей из микроконтроллера, триггера, устройства совпадения, двух операционных усилителей, пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам, четырех ограничительных резисторов тока управления обмотками двухпозиционных электромеханических ключей, накопительного конденсатора, резервного аккумулятора и постоянного резистора, ограничивающего ток выравнивания, при этом микроконтроллер выходом, вырабатывающим управляющий импульс, длительность которого соответствует времени задержки сигнала, связан с входом схемы совпадения и входом операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а выход операционного усилителя через ограничивающие ток резисторы на время длительности импульса задержки подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания; вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер связан с входом триггера выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход триггера связан со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения связан с входом другого операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам; накопительный конденсатор через контакты пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, и другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам, при их замыкании подсоединяется на время длительности импульса задержки соответственно к общим электрическим шинам, а резервный аккумулятор через резистор, ограничивающий ток выравнивания, подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первичные обмотки трансформатора включены встречно относительно средней точки.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что два сглаживающих конденсатора выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей подключены к первичным обмоткам трансформатора.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что индикатор выполнен с возможностью отображения порядкового номера проблемного аккумулятора в блоке и его состояния перезаряда или недозаряда.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество сдвоенных демультиплексоров и количество однопозиционных электромеханических ключей может быть увеличено пропорционально количеству контролируемых аккумуляторов в блоке.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что время длительности импульса от микроконтроллера является регулируемым и определяется опытным путем.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что переменный резистор обратной связи, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, выполняет функцию регулировки тока первичного выравнивания степени заряженности рабочих аккумуляторов блока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства для обеспечения надежного электропитания постоянным током носимых радиостанций, транспортных средств и др.

Группа изобретений относится к области электротехники. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где обрабатываются для идентификации номера отказавшего элемента аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к модулю накопления электроэнергии, в котором множество электрических аккумуляторов электрически соединены проводящим элементом, содержащим плату индикации напряжения с проводником-индикатором напряжения, который указывает напряжение на зажимах электрического аккумулятора; модуль также содержит первый внешний резьбовой компонент, который соединяет проводник-индикатор напряжения платы индикации напряжения с проводящим элементом; и крышку, которая закрывает плату индикации напряжения, при этом крышка изготовлена из изоляционного материала, а проводящий элемент имеет первый внутренний резьбовой участок, в зацепление с которым путем ввинчивания входит первый внешний резьбовой компонент; причем расстояние между внутренней поверхностью крышки, которая обращена к головному участку первого внешнего резьбового компонента, и верхней поверхностью головного участка первого внешнего резьбового компонента является меньшим, чем расстояние между концом первого внутреннего резьбового участка, обращенным к крышке, и концом стержня первого внешнего резьбового компонента.

Группа изобретений относится к области электротехники и может быть использована для контроля аккумуляторных источников питания. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где обрабатываются для идентификации номера отказавшего элемента аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к области источников питания, в частности к батарее, способу и системе защиты батареи для мобильных телефонов. Предложена батарея для электронного устройства, которая содержит: перезаряжаемый источник питания и микросхему батареи, причем перезаряжаемый источник питания выполнен с возможностью подачи питания на электронное оборудование, и микросхема батареи выполнена с возможностью обнаруживать, начал ли перезаряжаемый источник питания подавать питание на электронное оборудование, и если результатом обнаружения является то, что перезаряжаемый источник питания начал подавать питание на электронное оборудование, то посылать индивидуально настроенный сигнал в электронное оборудование через предварительно определенный передающий контакт.

Устройство измерения остаточной емкости химического источника тока относится к области измерительной техники и может использоваться для перманентного контроля аккумуляторной батареи или химического источника тока (ХИТ) которые используются в автомобилях, электромобилях, складских электрокарах и в других бытовых и промышленных приборах, для которых источником энергии служит ХИТ, что позволит предотвратить непредвиденный выход ХИТ из строя. Новым в устройстве измерения остаточной емкости ХИТ является разделение устройства на два блока и упрощение конструкции, таким образом, что в первом блоке содержится конденсатор с ключом заряда который жестко крепиться как можно ближе к клеммам ХИТ для наименьшей длинны подводящих проводов, во втором блоке располагаются остальные компоненты устройства с индикатором, на который будет выводиться информация об остаточной емкости ХИТ. Устройство измерения остаточной емкости ХИТ состоит из конденсатора известной емкости, электронных управляемых ключей заряда и разряда, устройства выборки-хранения, делителя напряжения, микроконтроллера, пульта управления, фильтра нижних частот, индикатора на который выводиться остаточная емкость ХИТ.

Изобретение относится к комплексным контрольно-проверочным системам, а именно к бортовым системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей, обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей, состоящих из n последовательно включенных элементов, и в первую очередь Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах.

Изобретение относится к блоку аккумуляторной батареи для присоединения к электрическому инструменту. Техническим результатом является предоставление пользователю функции определения и отображения отклонения от нормы аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к зарядке транспортного средства. Система зарядки транспортного средства содержит зарядное устройство; устройство ввода для указания планируемого времени для окончания зарядки и контроллер управления зарядным устройством.

Изобретение относится к устройствам диагностирования и контроля, а именно к диагностированию аккумулятора транспортного средства. Устройство диагностики аккумулятора транспортного средства, которое диагностирует статистику состояния использования аккумуляторной батареи, и, которое представляет меру подавления ухудшения характеристик аккумулятора.

Использование – в области электротехники. Технический результат – обеспечение достоверности решения о приведении в действие взрывозащитного механизма в батарейной установке. Представлена система управления аккумуляторной батареей, соединенная с батареей, оснащенной взрывозащитным механизмом для прерывания электрического тока при переходе батареи в состояние избыточной зарядки, и управляющая состояниями батареи. Система содержит: датчик напряжения элементов, который обнаруживает напряжение элементов батареи; накопитель, в котором хранится информация, касающаяся состояний батареи; блок принятия решений об избыточной зарядке, который принимает решение о том, находится ли батарея в состоянии избыточной зарядки; блок управления накопителем, который отдает накопителю команду сохранения информации об избыточной зарядке, касающейся состояния избыточной зарядки батареи, когда блок принятия решений об избыточной зарядке принимает решение о том, что батарея находится в состоянии избыточной зарядки; и блок принятия решений о взрывозащите, который принимает решение о том, что взрывозащитный механизм батареи был приведен в действие, если при запуске системы управления аккумуляторной батареей в накопителе хранится информация об избыточной зарядке, а напряжение элемента, обнаруженное датчиком напряжения элементов, является более низким, чем заданное нижнее предельное значение. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к аккумуляторам для транспортных средств с питанием от собственных источников. Способ регулирования работы металло-воздушной батареи заключается в том, что регулируют по меньшей мере один из следующих параметров: электрический ток, вырабатываемый батареей, температура батареи, температура электролита и напряжение, вырабатываемое батареей. Регулируют параметры таким образом, чтобы поддерживать предварительно заданную скорость коррозии металла, содержащегося в батарее. Система для регулирования работы металло-воздушной батареи содержит металло-воздушную батарею и контроллер. Электромобиль содержит метало-воздушную батарею, перезаряжаемое устройство и контроллер. Технический результат заключается в более оптимальном использовании энергии, аккумулированной в метало-воздушной батареи. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов в блоке, установленном на транспортном средстве. Устройство содержит источник питания в виде блока рабочих аккумуляторов, систему режима потребления и зарядки блока аккумуляторов, согласующую цепочку, состоящую из параллельно подключенным разделительного конденсатора и резистора, группу однопозиционных электромеханических ключей, общие электрические шины и, двухпозиционный электромеханический ключ, два разнонаправленных параллельных диода, соединенных с одной из встречно включенных первичных обмоток трансформатора, параллельно к которым подсоединены сглаживающие конденсаторы и, двухпозиционный электромеханический ключ, операционный усилитель, а его выход через переменный резистор обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора и к входам компараторов и, вторые входы которых подключены к делителю напряжения 18, выходы компараторов 16 и 17 подключены к микроконтроллеру, который одной шиной связан с индикатором, а другой шиной с демультиплексором. Микроконтроллер управляющим импульсом связан с входом схемы совпадения и операционным усилителем, а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу, служащему для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания. Вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер связан с входом триггера выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход которого связан с входом операционного усилителя, а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу, обеспечивающему нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам и, резервный аккумулятор через постоянный резистор подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх