Система заряда

80110461 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕОКИРЕСПУБЛИК да Н 02 Л 7/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОрСНОМУ СВИДЕТВВСТВУ ство СССР1976,во СССР1972.во СССР1978. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОЬЕЕТЕНИй И ОТНЕЫтЮ(56) 1. Авторское свидетелУ 661683, кл, Н 02 3 7/34,2. Авторское свидетельсУ 482840, кл. Н О 1 М 10/483. Авторское свидетельсВ 748661, кл. Н 02 Л 7/02,(54)(57) 1.СИСТЕМА ЗАРЯДА, содержащая аккумуляторную батарею, например, никель-кадмиевую,стабилизатор зарядного тока и стабилизатор разрядного тока, подключенные к аккумуляторной батарее через коммутатор, и формирователь импульсов, выходом связанный со счетным входом цифрового счетчика, вины питания которого соединены через стабилизатор напряаения с выходными клеммами аккумуляторной батареи, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью сокращения времени заряда. повышения КПД и увеличения срока службы аккумуляторной батареи, она снабжена функциональным преобразователем, моделирующим зависимость оста. точной емкости аккумуляторной батареи от величины ее разрядного напряжения, электронным ключом, аналогоцифровым преобразователем и блоком контроля и управления, причем функциональный преобразователь входом связан с клеммами батареи через электронный ключ, а выходом подключен через аналого-цифровой преобразователь. к установочному входу цифрового счет чика, блок контроля и управлениявходами соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя и информационным выходом цифрового счетчика, а выходами - с управляющим входом электронного ключа, пусковым входом формирователя импульсов и управляющими первым и вторым входами комму-вдь татора, вам1104614 2. Система по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что функциональный преобразователь, моделирующий зависимость остаточной емкости аккумуляторной батареи от величины ее разрядного напряжения, выполнен в виде операционного усилителя с диодом в цспи обратной связи.3. Система по п. 1, о т л и ч а ю. щ а я с я тем, что блок контроля и управления выполнен в виде логической схемы, состоящей из двух триг геров, элемента задержки и элемента совпадения, причем вход первого триггера связан с пусковым входом блока контроля и управления, к которому подключен также вход элемента Изобретение относится к электротехнике и касается контроля парамет" ров, в частности емкости при заряде аккумуляторной батареи (АБ), наиболее часто используемой в качестве автономного источника электрической энергии на различных объектах.Известно устройство для питания нагрузки, содержащее источник заряд-. ного тока, АБ, в цепь которой включены датчики зарядного и разрядного тока, выходы которых соединены со счетными входами реверсивного счетчика ампер-часов, выход которого сое динен с входом регулятора зарядного тока, корректор коэффициента передачи датчика тока, выходом соединенный с входами датчиков зарядного и разрядного тока, и датчик окончания заряда батареи, подключенный к входу корректора и входу сброса счетчика ампер-часов в фиксированное состояние счета 11.В указанном устройстве контроль запаса емкости АБ осуществляется по показанию счетчика ампер-часов, который интегрирует ток АБ с учетом КПД АБ при работе в том или ином режиме заряда и разряда. Однако во многих практических случаях АБ используется для питания потребителей, гри котором непрерывный контроль ее параметров, в том числе и запаса емкости, не производится. При заряде 5 0 15 20 25 30 задержки, выход элемента задержкисоединен с входом, устанавливающимв "О" первый триггер, прямой выходкоторого связан с первым входом коммутатора и электронным ключом, а егоинверсный выход подключен к первомувходу элемента совпадения, второйвход которого соединен с выходоманалого-цифрового преобразователя,а его выход связан с входом второготриггера, устанавливающий в "О" входкоторого подключен к информационномувыходу цифрового счетчика, прямойвыход второго соединен с пусковымвходом формирователя импульсов и вторым входом коммутатора. такой АБ принципиальным вопросом является определение остаточной емкости АБ, например, с целью расчета необходимого времени для восстановления функциональной готовности АБ, чего данное устройство не обеспечивает.Известно также устройство для конт роля емкости АБ, содержащее контрольную нагрузку, подключаемую к батарее через силовой электронный ключ (ЭК) источник опорного напряжения, схему сравнения, мультивибратор, триггер, генератор импульсов эталонной частоты, дополнительный ЭК, счетчик импуль сов, дешифратор, цифровой индикатор и сис-ему управления измерением. Схема сравнения одним входом соединена с АБ, вторым входом с источником опорного напряжения, а ее выход связан с первым входом триггера, к второму входу которого подключен выход мультивибратора, соединенный также с вторым входом силового ЭК, Выход триггера подключен к первому входу дополнительного ЭК, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов эталонной частоты. Выход дополнительного ЭК подключен к входу счетчика импульсов, связанного по выходу ,с цифровым индикатором через дешифратор. Система управления измерением своим выходом соединена с входом мультивибратора Г 2 3.3 11046Данное устройство предназначенодля определения величины емкости АБ,однако его принцип работы основанна использовании динамической характеристики АБ, которая в значительнойстепени зависит от режима предшествующего разряда (заряда) и времени,прошедшего с момента его окончания.Следовательно, достоверный результатконтроля величины емкости АБ при ис Опользовании известного устройстваможет быть получен по истечении длительного времени с момента окончанияштатного применений АБ, что увеличивает время восстановления функциональной готовности АБ. Кроме того,устройство сложно и требует тщатель"ной настройки.Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности являетсясистема заряда, содержащая АБ, релеминимального напряжения, стабилизатор зарядного тока (СЗТ), стабилизатор разрядного тока (СРТ), стабилизатор напряжения (СН), коммутатор(реле), формирователь импульсов (ФИ)и цифровой счетчик (ЦСЧ). АБ черезконтакты коммутатора подключена креле минимального напряжения и черезсоответствующие контакты последнегок СРТ и СЗТ. Контакты реле минималь 30ного напряжения включены в цепь коммутации ЦСЧ, выход которого соединенс управляющим входом коммутатора(обмоткой реле), а вход - с ФИ. Цепьпитания ЦСЧ подключена к выходу СНЭ . ЗВ известном устройстве определениевеличины запаса емкости АБ производичся при разряде в момент срабатыванияреле минимального напряжения, предварительно отстроенного на порог напряжения, соответствукщнй при заданном токе разряда АБ определенной остаточной емкости. Предварительный(дополнительный) разряд АБ до определенного минимального напряжения обус"4 фловливает непроизводительное глубокое циклирование АБ, что сокращаетсрок ее службы. Затраты времени напредварительный разряд увеличиваютпродолжительность приведения АБ всостояние полной функциональной готовности. Кроме того, в ходе предварительного разряда ранее накопленнаяв АБ энергия расходуется бесполезно,что снижает КПД системы заряда.Цель изобретения - сокращениевремени заряда, повышени КПД и срокаслужбы АБ,14 4Поставленная цель достигается тем, что система заряда, содержащая аккумуляторную батарею (АБ), например, никель-кадмиевую, стабилизаторы за-, рядного и разрядного токов (СЗТ и СРТ), подключенные к АБ через коммутатор, и формирователь импульсов (ФИ) выходом связанный со счетным входом цифрового счетчика (ЦСЧ), шины питания которого соединены через стабилизатор напряжения (СН) с выходными клеммами АБ, снабжена функциональным преобразователем (ФП),моделирующим зависимость остаточной емкости АБ от величины ее разрядного напряжения электронным ключом (ЭК), аналогоцифровым преобразователем (АЦП) и блоком контроля и управления (БКУ), причем ФП входом связан с клеммами АБ через ЭК, а выходом подключен через АЦП к установочному входу ЦСЧ, БКУ входами соединен с выходом АЦП и информационным выходом ЦСЧ, а выходами связан с управляющим входом ЭК, пусковым входом ФИ и управляющими первым и вторым входами, коммутатора.При этом ФП, моделирующий зависимость остаточной .емкости АБ от величины ее разрядного напряжения, выполнен в виде операционного усилителя (ОУ) с диодом в цепи обратной связи.Кроме того, БКУ выполнен в виде логической схемы, состоящей из двух триггеров, элемента задержки и элемента совпадения, вход первого триггера связан с пусковым входом БКУ, к которому подключен также вход элемента задержки, выход элемента эадерж ки соединен с входом, устанавливающим в "0" первый триггер, прямой выход которого связан с первым входом ко мутатора и ЭК, а его инверсный выход подключен к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом АЦП, а его выход связан с входом второго триггера, устанавливающий в "0" вход которого подключен к информационному выходу ЦСЧ, прямой выход второго триггера соединен с пусковым входом ФИ и вторым управляющим входом коммутатора. На фиг. 1 иэобРажена функционаПьпая электрическая схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - график реализуемой ФП зависимости остаточной емкос1104614 3ти никель-кадмиевой АБ от величиныее разрядного напряжения,Система заряда содержит никелькадмиевую АБ 1, СЗТ 2, СРТ 3, коммутатор 4, ФИ 5, ЦСЧ 6, СН 7, ФП 8, моделирующий зависимость остаточной емкости АБ от величины разрядного напрящения, ЭК 9, АЦП 10 и БКУ 11, АБ 1связана с СЗТ 2 и СРТ 3 через контакты коммутатора 4, БКУ 11 состоит из 10триггеров 12 и 13, элемента 14 задержки и элемента 15 совпадения. В качестве триггеров 12 и 13 могут бытьиспользованы РБ -триггеры. Пусковойвход БКУ 11,подключен к 5 -входу . 1триггера 12. Между входами 8 и Етриггера 12 включен элемент 14 задержки. Прямой выход триггера 12 соединен с первым входом коммутатора 4 иуправляющим входом ЭК 9. Инверсныйвыход триггера 12 связан с первымвходом элемента 15 совпадения, второй вход которого подключен к выходу АЦП 10. Выход элемента 15 совпадения соединен с 5 -входом тригге- д 5ра 13. Его Р -вход связан с информационным выходом ЦСЧ 6.Прямой выход триггера 13 подключен к пусковому входу ФИ 5 и второмувходу коммутатора 4, Выход ФИ 5 соединен со счетным входом ЦСЧ 6, щиныпитания которого связаны с выходнымиклеммами АБ 1 через СН 7. ФП 8 входом подключен через ЭК 9 к выходнымклеммам АБ 1, а выходом соединенс АЦП 10, выход которого связан с35устанавливающим в исходное состояниесчета входом ЦСЧ 6. ФП 8 может бытьвыполнен в виде ОУ 16, на входе которого включено регулируемое сопротив. 40ление 7, а в цепь обратной связи -йоследовательное соединение регулируемого сопротивления 18 и диода 19.Подстройкой регулируемых сопротивлений 17.и 18 достигается требуемая45пропорциональность параметров моделируемой ФП 8 зависимости (фиг. 2),АЦП О может быть выполнен по любойизвестной схеме преобразователя ана-.лог-код. Шины питания ФИ 5, ФП 8,АЦП 1 О и БКУ 11 подключены к выхо 50ду СН 7 (ие показано);Система заряда работает следунзцимобразом.В исходном состоянии АБ 1 отключена от СЗТ 2 и СРТ 3. Триггеры 12и 13 находятся в нулевом положении.ФИ 5 сигналы не вырабатывает. Состояние ЦСЧ 6 может быть любым,При поступлении сигнала на пусковой вход БКУ 11 триггер 12 перебрасывается в единичное положение. Сигнал с прямого выхода триггера 12 поступает на первый вход коммутатора 4 и управляющий вход ЭК 9, Под действием сигнала по первому входу коммутатор 4 подключает АБ 1 к СРТ 3, Начинается разряд АБ 1 стабилизированным током Э . ЭК 9 открывается н на вход ОУ 16 через сопротивление 17 подается величина разрядного напряжения АБ 1 О , соответствующая значению тока Э . Вследствие большого входного сопротивления ОУ 16 его выходной сигнал пропорционален току, протекающему в цепи обратной связи, который ограничивается сопротивлением 8 и повторяет закон изменения тока диода 19. Таким образом, выходной сигнал ОУ 16 представляет собой квадратичную зависимость от входного сигнала с коэффициентом пропорциональности, определяемым отнощением величин сопротивлений 18 и 17. Однако, как показано на фиг. 2, именно такую зависимость имеет величина остаточной емкости никель-кадмиевой АБ Яот значения разрядного напряжения Ор при фиксированном разрядном токе 3, Следовательно, ФП 8 реализует эавйсимость остаточной емкости АБ от величины разрядного напряжения Йдб= 1(О )Эр: сооз 1. Таким образом, на выходе ФП 8 формируется сигнал, пропорциональный остаточной емкости АБ 1. АЦП 10 преобразует выходной сигнал ФП 8 в цифровой код, который записывается в ЦСЧ 6. Одновременно АЦП 10 выдает сигнал в БКУ 11 об окончании регистрации величины емкости АБ 1, которая в виде потенциального уровня подается на один иэ вхо" дов элемента 15 совпадения, По истечении временисигнал с выхода элемента 14 задержки поступает на ь-вход триггера 12, под действием которого триггер 12 возвращается в исходное положение, ЭК 9 закрывается. Коммутатор 4 отключает АБ 1 от СРТ 3. Интервал времени задержки сигнала Т в элементе 14 выбирается таким, чтобы выполнялось условие Т 6+ р, где Т ф - время переходного процесса изменения напряжения Ор при вклю/41 Тираж 614 ПодВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, %-.35, Раушская наб.,Заказ с"Патентф, г.ужгород, ул,Проектная, 4 илиал чении на ток 3 ;интервал времени, в течение которого производится регистрация величины Й .Единичный сигнал с инверсного выхода триггера 12 поступает на второй вход элемента 15 совпадения и открывает его. Под действием сигнала по 5 - входу триггер 12 перебрасывается в единичное положение. Сигнал с прямого выхода триггера 13 поступает 10 на второй вход коммутатора 4 и на пус ковой вход ФИ 5. Под действием сигнала по второму входу коммутатор 4 подключает АБ 1 к СЗТ 2, и начинается заряд батареи стабилизированным 5 током. ФИ 5 вырабатывает сигналы с фиксированной частотой следования , которые поступают на счетный вход ЦСЧ 6. Таким образом, в ЦСЧ 6 . регистрируется текущее значение за рядной емкости АБ Я= ЙВЗ Сз, где 7 - время заряда.По достижении зарядной емкостью АБ 1 требуемой величины на информационном выходе ЦСЧ 6 вырабаты вается сигнал, поступающий на о -вход триггера 13. Триггер 13 возвращается в исходное положение, ФИ 5 выключается, АБ 1 отключается от СЗТ 2, Заряд АБ 1 окончен.Таким образом, в предлагаемой системе определение остаточной емкости АБ производится при кратковременном (контрольном) включении АБ на разряд в течение интервала времени ь, который существенно меньше времени разряда АБ до заданного (исхоцного) уровня, затрачиваемого в прототипе, что обусловливает сокращение необходимого времени на приведение АБ в функциональную готовность и исключает непроизводительное глубокое циклирование АБ, а следовательно, снижает расход ресурса АБ и повышает КПД,По сравнению с прототипом предлагаемая система заряда обеспечивает сокращение времени приведения АБ в состояние полной функциональной готовности примерно на 202, повышение КПД в среднем на 202 и увеличение срока службы АБ почти на 100 циклов.