Устройство автоматического переключения аккумуляторов при испытании

Оп ИСАНИЕ 1951489ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик.Государетееннмй комнтет СССР Опубликовано 15.08,82. Бюллетень 30Дата опубликования описания 15.08.82по делам нзобретеннй н открытий. ПекарчикЛ. С. Пекарчик Белорусский ордена Трудового Красного 3 на политехнический институт /(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛ 1 ОЧЕН АККУМУЛЯТОРОВ ПРИ ИСПЫТАНИИИзобретение относится к устройствам электротехники и позволяет обеспечить автоматическое переключение на независимый или групповой режим работы аккумуляторов в процессе их испытаний и циклирования.Известно включение и отключение последовательно соединенных аккумуляторов, осуществляемое с помощью силовых коммутаторов, состоящих из бесконтактных коммутирующих элементов или электромагнитных коммутационных аппаратов 1 и 2.Недостатком этих схем коммутации является низкая надежность и малый срок службы коммутационных аппаратов, вызванные броском токов в момент переключения, Кроме того, последовательное соединение аккумуляторов, не требуя дополнительных мер по синхронизации начала заряда и разряда, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при отключении одного аккумулятора обесточиваются все другие аккумуляторы данной группы.Известна коммутация последовательно соединенных аккумуляторов с помощью блока коммутации, снабженного узлом транзисторной задержки на отпускание, нагрузкой которого является реле 3 . Эта схема позволяет устранить броскитока в момент переключения, однако введение в силовую цепь нескольких реле резко снижает ее надежность,Известно устройство автоматическогопереключения групп аккумуляторных батарей с последовательного соединения при заряде на параллельное соединение при разряде, в котором в качестве коммутирующих элементов используются полупроводниковые вентили, шунтированные замыкающими контактами 4.Кроме наличия механических контактовв силовой цепи этой схеме присущи и другие недостатки. В частности, данная схема не позволяет осуществить независимую работу 5 аккумуляторов.Известно переключение аккумуляторовс помощью управляемых вентилей, которое позволяет подавать управляющие импульсы через два заданных интервала времени и в заданной последовательности 5.Эта схема позволяет осуществить индивидуальный режим работы, но не имеет группового режима, что является ее недостатком.Известные схемы переключения аккумуляторов не позволяют эффективно эксплуа 951489И-НЕ, третий вход которой соединен с третьими входами первых дополнительных схем совпадения и с переключателем, определяющим режим работы, выход общей схемы И-НЕ соединен с первыми входами вторых дополнительных схем совпадения всех аккумуляторов, выходы первых дополнительных схем совпадения соединены с вторыми входами вторых дополннтельных схем совпадения соответствуюших секций, третьи входы вторых дополнительных схем совпадения и четвертые входы первых дополнитель 50 55.,б"одимости создания нескольких стени 3Из известных схем управления зарядом и разрядом аккумуляторных батарей в качестве прототипа может быть взята контрольно-измерительная аппаратура с периодическим режимом работы, где используется принцип изменения тока регулирующих транзисторов посредством дополнительного транзисторного ключа, управляемого переключаюшей схемой 6.Данная схема обеспечивает работу в режиме заряда или разряда только одной аккумуляторной батареи и,помимо контактов реле, содержит в управляющей цепи диоды 1 ь и тиристоры. Поэтому такая схема имеет невысокие быстродействие и надежность, что особенно недопустимо, если по такому принципу управлять работой нескольких аккумуляторных батарей. Кроме того, здесь не может быть обеспечен групповой режим работы нескольких аккумуляторов или аккумуляторных батарей, что не дает возможности повысить производительность работы при проведении испытаний.Цель изобретения - повышение эффек тивности и расширение функциональных возможностей зарядно-разрядного стенда для испытаний и циклирования аккумуляторов.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве автоматического переключения аккумуляторов, содержащем транзисторные ключи в цепи аккумуляторов и переключаюшую схему, последняя выполнена в виде трех общих для группы аккумуляторов схем совпадения с количеством входов, равным числу аккумуляторов в группе, двух схем НЕ и схемы И-НЕ, общих для группы аккумуляторов, двух дополнительных схем совпадения каждой зарядно-разрядной секции, причем выход первой общей схемы совпадения соединен с первыми входами первых 4 о дополнительных схем совпадения всех аккумуляторов через первую схему НЕ и непосредственно с входом общей схемы И-НЕ, выход второй общей схемы совпадения соединен с вторыми входами первых допол нительных схем совпадения, а выход третьейобщей схемы совпадения через вторую схему НЕ подключен к второму входу общей схемы ных схем совпадения соединены с триггерами, определяющими режим работы, а выходы вторых дополнительных схем совпадения через резисторы подключены к базам транзисторных ключей.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит У 1 - УЗ - схемы совпадения, с количеством входов, равным числу аккумуляторов в группе, У 4 и У 5 - схемы НЕ (схемы инверсии), У 6 - схема И-НЕ совпадения с тремя входами, Схемы У - У 6 общие для группы аккумуляторов,У 7 - 12 - первые дополнительные схемы совпадения; У 13 - У 18 - вторые дополнительные схемы совпадения, Т - Т 6 транзисторные ключи.Данное устройство входит в стенд для циклирования аккумуляторов. Стенд состоит из 12-ти одинаковых частей, каждая из которых может обеспечивать циклирование только одного аккумулятора или одной аккумуляторной батареи. Эти части называются секциями. По своим техническим характерис тикам стенд обеспечивает одновременную работу аккумуляторов в независимом (индивидуальном) режиме, когда циклы заряда и разряда различных аккумуляторов не совпадают, или нескольких аккумуляторов, включенных на параллельную работу, с синхронизацией начала заряда и разряда. Такой режим работы называется групповым.Устройство обеспечивает синхронизацию начала зарядного и разрядного циклов для всех секций стенда путем блокирования регулируюших транзисторов (на схеме нет) с помощью транзисторных ключей Т 1 - Т 6 и формирует управляющие сигналы в соответствии с состоянием задатчиков режима работы данных секций, выполненных на триггерах. Количество аккумуляторов в группе в нашем случае может быть от 2-х до 12-ти. Предлагаемое устройство управляет работой 6-ти секций. Таким образом, стенд содержит два таких идентичных устройства.Блокировка регулирующих транзисторов, а, следовательно, и блокировка последовательно соединенных с ними аккумуляторов (или вообще блокировка секций) осуществляется путем открывания соответствующих транзисторных ключей (Т 1 - Т 6), работающих в ключевом режиме. Состояние ключей опоеделяется состоянием триггеров Пуск и Разряд в каждой секции. Схемы триггеров и их управляющие цепи на чертеже не показаны,Единичное состояние триггера Пуск свидетельствует о том, что в данной секции идет зарядно-разрядный цикл. Этот триггер устанавливается в 1 нажатием нопки Пуск на пульте управления и сбрасывается в 0 по окончании разрядного цикла.В данном устройстве зарядно-разрядный цикл начинается всегда с зарядного режима.5Триггер Разряд в единичном состоянии свидетельствует о том, что секция работает в режиме разряда, Он устанавливается в 1 по сигналу со счетчика ампер-часов и сбрасывается в О синхронно с триггером Пуск по сигналу со схемы контроля за минимальным напряжением аккумулятора (на чертеже не показано).Сигналы с единичных выходов триггеров Пуск (ТПуск) поступают на входы первой общей схемы совпадения (У 1), а также на третьи входы вторых дополнительных 10 схем совпадения (У 13 - У 18) . Единичному состоянию триггера Пуск соответствует высокий уровень на его выходе (ТПуск). Аналогично, если установлен в 1 триггер Разряд, то на единичном выходе его (ТРазряд) будет высокий уровень, а на5 нулевом выходе (ТРазряд) - низкий уровень. Единичные выходы триггеров Разряд заведены на вторую общую схему совпадения (У 2) и на четвертые входы первых дополнительных схем совпадения (У 7 - У 12). В данном устройстве применены схемы совпадения высоких уровней типа И-НЕ, т. е. когда на всех ее входах имеются высокие уровни на выходе схемы будет низкий уровень потенциала. Сигналы с нулевых выходов триггеров Т Разряд поступают на вхо 25 ды третьей общей схемы совпадения (УЗ). Включение тумблера в состояние Групп (групповой) обеспечивает на третьих входах схем У 7 - У 12 и на третьем входе схемы Уб высокий уровень. Соответственно, при переключении в режим ИНД (индивидуальный) на этих входах обеспечивается низкий уровень.Рассмотрим более подробно работу устройства.Пусть все триггеры Пуск и Разряд 35 находятся в исходном состоянии О, что свидетельствует об окончании предыдущего зарядно-разрядного цикла. Тогда на всех входах У 1 и У 2 будут низкие уровни, а на их выходах - высокие. На входы УЗ при этом подаются высокие уровни, а на выходе40 этой схемы будет низкий уровень. Инверторы У 4 и У 5 изменяют уровни потенциалов с высокого на низкий для схемы У 1 и с низкого на высокий для схемы УЗ. Из чертежа видно, что на два входа схемы Уб 45 поступают высокие уровни, а потенциал третьего входа, как указано, зависит от положения тумблера Групп-Инд. На входы первых дополнительных схем совпадения У 7 - У 12 в исходном состоянии подаются следующие потенциалы: на первые входы50 низкие уровни с выхода У 4, на вторые входы высокие уровни с выхода У 2, на четвертые входы низкие уровни с триггеров Разряд, потенциал третьих входов зависит от положения тумблера Групп-Инд.55На выходах схем У 7 - У 12 будут высокие уровни, которые подаются на вторые входы вторых дополнительных схем совпадения 6У 13-У 18. Потенциалы первых входов этих схем определяются выходным потенциалом схемы Уб, зависящим от положения тумблеоа Групп-Инд. Третьи входы схем У 13 - У 18 в исходном состоянии находятся под низким потенциалом, задающимся триггерами Т Пуск. На выходах схем У 13 - У 18 будут высокие уровни, которые блокируют транзисторы Т 1 - Тб, а,следовательно, и все зарядно-разрядные секции. При включении тумблера на групповой режим работы на третий вход схемы Уб будет подан высокий уровень. Низкий уровень с выхода этой схемы поступает на первые входы схем У 13 - У 18, что обеспечивает блокировку зарядноразрядных секций до включения последней из них нажатием кнопок Пуск (подачей высоких уровней триггеров Т Пуск на все входы У 1 и на третьи входы У 13- - У 8) и появления низкого уровня на выходе У 1 и на втором входе Уб. На выходе схемы Уб в этом случае появится высокий уровень, передающийся на первые входы схем У 13- У 18. Таким образом, все входы схем У 13 У 18 оказываются под высокими потенциалами и на выходе их появляется низкий уровень, одновременно открывающий все транзисторы, давая начало заряду аккумуляторов во всех секциях. При этом режим заряда начинается только после того, как будет установлен в 1 последний триггер Пуск. При этом на выходах схем У 2, У 4, У 5, У 7 - У 12 будут высокие уровни, а на выходах схем У 1, УЗ, У 13 - У 18 - низкие.Из-за неидентичности аккумуляторов в группе окончание зарядного режиме происходит неодновременно. Достигшие нужного уровня заряда аккумуляторы отключаются от силовой цепи до завершения этого режима в последнем аккумуляторе группы. Блокировка заряженных аккумуляторов производится следующим образом.По сигналу со счетчика ампер-часов (на чертеже не показан) триггер Разряд, прекратившей заряд секции, устанавливается в состояние 1. задавая высокие уровни на соответствующий вход схемы У 2 и на четвертый вход первой дополнительной схемы совпадения своей секции, и также низкий уровень на один из входов схемы УЗ. Поскольку на остальных входах первых дополнительных схем совпадения высокие уровни, то произойдет блокировка данной секции (появится высокий уровень на входе транзисторного ключа этой секции). Закончившие режим заряда секции последовательно блокируются до тех пор, пока не установится в 1 последний Т Разряд. В этом случае разрешение на работу стенда в режиме разряда произойдет по низкому уровню на выходе схемы У 2, заведенному на вторые входы схем У 7-У 12, что обеспечивает одновременность начала режима разряда аккумуляторов всей группы.51015 20 25 Зо 35 40 45 50 Аналогично режиму заряда, в силу не- идентичности аккумуляторов они достигают заданного минимального напряжения не одновременно, следовательно, достигшие этого напряжения аккумуляторы должны быть отключены от разрядной цепи, а не достигшие - продолжать режим разряда. Блокировка закончивших разряд секций производится по низким уровням Т Пуск, заведенным на третьи входы схем У 13 - У 18, поскольку с окончанием цикла триггеры Пуск и Разряд по сигналу со схемы контроля за минимальным напряжением аккумуляторов одновременно устанавливаются в состояние 0. При выходе из режима разряда последнего аккумулятора, схема оказывается в исходном состоянии,Во втором режиме работы, когда тумблерГрупп-Инд находится в положении Инд,на вторые входы схем У 13 - У 18 подаются высокие уровни с выходов соответствующих схем У 7 - У 12, а на первые входы схем У 13 - У 18 - высокие уровни с выхода У 6. Таким образом, в индивидуальном режиме наличие блокировки данной секции зависит только от состояния соответствующего триггера Пуск (третьи входы У 13 - У 18), чем и обеспечивается независимость режимов работы секций. Достоинствами данной схемы управления являются наличие двух режимов работы, что значительно расширяет возможности стенда, позволяя выбирать в каждом конкретном случае испытания наиболее удобный для обслуживающего персонала режим работы (так, например, в индивидуальном режиме работы на одном и том же стенде можно проводить испытания различного количества, причем не обязательно однотипных аккумуляторов, по различным программам, при этом значительно сокращается общее время испытаний, поскольку новый зарядно-разрядный цикл может начаться сразу же после окончания предыдущего, а разрядный режим начинается сразу же после окончания зарядного); улучшение качества испытаний в индивидуальном режиме, поскольку практически исключается время, в течение которого происходит само- разряд аккумуляторов; возможность обслуживания нескольких стендов одним оператором при групповом режиме работы; отсутствие механических контактов в силовой цепи; повышенное быстродействие и более высокая надежность. Формула изобретенияУстройство автоматического переключения аккумуляторов при испытании, содержащее переключающую схему и транзисторныеключи в цепи испытуемых аккумуляторов,отличающееся тем, что, с целью повышенияэффективности и расширения функциональных возможностей зарядно-разрядного стенда, переключающая схема выполнена в видетрех общих для группы аккумуляторов схемсовпадения с количеством входов, равнымчислу аккумуляторов в группе, двух схемНЕ и схемы И-НЕ, общих для группы аккумуляторов, двух дополнительных схем совпадения каждой зарядио-разрядной секции,причем выход первой общей схемы совпадения соединен с первыми входами первыхдополнительных схем совпадения всех аккумуляторов через первую схему НЕ и непосредственно с входом общей схемы И-НЕ,выход второй общей схемы совпадения соединен с вторыми входами первых дополнительных схем совпадения, а выход третьей общейсхемы совпадения через вторую схему НЕподключен к второму входу общей схемыИ-НЕ, третий вход которой соединен с третьими входами первых дополнительных схемсовпадения и с переключателем, определяющим режим работы, выход общей схемыИ-НЕ соединен с первыми входами вторыхдополнительных схем совпадения всех аккумуляторов, выходы первых дополнительныхсхем совпадения соединены с вторыми входами вторых дополнительных схем совпадения соответствующих секций, третьи входывторых дополнительных схем совпаденияи четвертые входы первых дополнительныхсхем совпадения соединены с триггерами,определяющими режим работы, а выходывторых дополнительных схем совпадениячерез резисторы подключены к базам транзисторных ключей.,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Бельский В. П. и др. Новые автоматические зарядно-разрядные и контролирующие устройства для аккумуляторов. М1962, с. 63.2. Авторское свидетельство СССР372604, кл. Н 02 1 /10, 1971.3, Авторское свидетельство СССР541226, кл. Н 01 М 1 О/48, 1974.4. Авторское свидетельство СССР492953, кл, Н 01 М 10/42, 1973.5, Патент США4016474,кл. Н 02 1 7/00, 1977.6. Патент Великобритании1359139,кл, 6 3 К, 1974.951489 1 Л 1-вл нл 1 л И. Найдикас тавитель наед А. Войж 761нного комитета Стений и открытийРаушская наб.,Ужгород, ул. Про ста д. 4/5 ктная,и" 1 ф"ь лл Редактор Л. Авраме Заказ 5633/65 ВНИИП по 13035,илиал ППСо ко Тех Тир И Государств делам изобр Москва, Ж - 3 П Патентэ, г