Зарядное устройство

(5) 5 Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ие относится к электроникео для заряда аккумуляторн го устроиого тока с результам емкости(56) Авторское свидетельство СССРМ 725145, кл. Н 02 3 7/00, 1980.Патент США М 4316133,кл. Н 02 1 7/00, 1980,Патент СССР М 528047,кл. Н 01 М 10/44, 1974,Изобретен и предназначен ой батареи (АБ),Известно устройство для отключения АБ в конце заряда, содержащее источник тока, компаратор, соединенный с входом компаратора эквивалент нагрузки, исполнительный блок, периодически по сигналу командного блока отключающий АБ от источника тока и подключающий ее к входу компаратора и эквиваленту нагрузки, элемент И, входы которого соединены с командным блоком и выходом компаратора, выход элемента И подключен к входу схемы отключения, управляющей работой источника тока.Недостатком этого устройства является то, что периодичность контроля заряженности АБ и длительность пауз, возникающих в связи с этим в процессе заряда, постоянны и не заьисят от степени заряженности АБ, в результате чего продолжительность заряда(57) Использование: электрооборудование для обеспечения и поддержания состояния заряженности аккумуляторных батарей в процессе их производства и эксплуатации. Сущность изобретения: к зарядному источнику и узлу его отключения от заряжаемой батареи дополнительно в схему блока управления устройства введены триггер и элемент ИЛИ. Источник опорного напряжения выполнен регулируемым, что позволяет эффективно контролировать компаратором в паузах между зарядными импульсами напряжение аккумуляторной батареи, подключенной на эквивалент ее нагрузки. 4 ил. больше оптимальной на суммарную длительность всех пауз контроля заряженности АБ Известно также температурно-компен-, фсированное устройство заряда резервной батареи, содержащее подключенный к входным клеммам температурно-зависимый источник напряжения, выход которого соединен с АБ через токозадающий рези-еч%/ стор и параллельно включенные электронный ключ и испытательную нагрузку,управляемый внешним сигналом ключ длязаземления зарядного тока и одновременного подключения к АБ испытательной на юг грузки, компаратор, подключенный входами к АБ и выдающий сигнал на внешние устройства. Основным недостатком дан ства является уменьшение заря увеличением заряженности АБ, те этого скорость заряда с ростАБ уменьшается, что увеличивает продолжительность заряда АБ.Наиболее близким к предлагаемому является способ зарядки АБ, при котором заряд производят вначале сильным постоянным по величине током до момента достижения заданного напряжения, после чегоосуществляется дозаряд в течение заданного времени, по истечении которого зарядный ток отключают и в течение ранее 10установленного времени измеряют напряжение покоя батареи и сравнивают,его сэталонным напряжением, при достижениикоторого заряд прекращают, в противномслучае зарядный ток вновь включают. 15Недостатком этого устройства являетсято, что длительность пауз заряда постояннаи не зависит от емкости АБ, в результатечего продолжительность заряда больше оптимальной на суммарную длительность всех 20пауз заряда. Другой недостаток состоит втом, что контроль заряженности АБ производится без подключения к ней нагрузки,поэтому длительность пауз заряда получается больше оптимальной из-за большого 25времени установления напряжения на ненагруженной АБ,Цель изобретения - сокращение продолжительности заряда АБ.30Поставленная цель достигается тем, чтов схему для заряда АБ, содержащую подключенный к выходным клеммам источниктока, коммутируемый через узел отключения блоком управления, на входе которого 35включены генератор импульсов и элементзадания времени измерения параметров заряженности АБ, подключенный первым входом к выходным клеммам компаратор,источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора, введены эквивалент нагрузки иподключающий его на время пауз ключевойэлемент, соединенный с блоком управления, в состав которого введены элемент 45ИЛИ и триггер, причем тактовые входы элемента задания времени измерения параметров и триггера подключены к выходугенератора импульсов, инверсный выходтриггера соединен с установочным входом 50элемента задания времени измерения параметров, выход которого соединен с первымвходом элемента ИЛИ, соединенного выходом с узлом отключения, источник опорногонапряжения выполнен регулируемым, причем его вход соединен с прямым выходомтриггера, вторым входом элемента ИЛИ иуправляющим входом ключевого элемента,а выход компаратора соединен с информационным входом триггера,На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 - возможная реализация регулируемого источника опорного напряжения; на фиг, 3 и 4 - временные диаграммы напряжений в различных точках устройства.Устройство содержит источник 1 тока, узел 2 отключения, компаратор 3, ключевой элемент 4, эквивалент нагрузки 5, АБ 6, триггер 7, регулируемый источник 8 опорного напряжения, генератор 9 импульсов, элемент 10 задания времени измерения параметров, элемент ИЛИ 11. Триггер 7, генератор 9 импульсов, элемент 10 задания времени измерения параметров и элемент ИЛИ 11 составляют блок 12 управления.Устройство работает следующим образом.После подачи на устройство напряжения питания начинается первый этап заряда - начальная установка зарядного устройства. Компаратор 3 сравнивает напряжение на АБ 6, поступающее на его первый вход, с образцовым напряжением, поступающим на второй вход компаратора 3 с выхода регулируемого источника опорного напряжения (РИОН) 9 и соответствующим напряжению на АБ, заряженной до номинальной емкости.Если напряжение на АБ меньше образцового напряжения, что соответствует недостаточной емкости АБ 6, на выходе компаратора 3 формируется сигнал низкого уровня, который по переднему фронту сигнала с генаратора 9 импульсов записывается в триггер 7. При этом сигнал высокого уровня, поступающий с инверсного выхода триггера 7 на установочный вход элемента задания времени измерения параметров (ЭЗВИП) 10, устанавливает ЭЗВИП 10 в начальное состояние, при котором на его выходе устанавливается сигнал низкого уровня, поступающий на первый вход элемента ИЛИ 11, Одновременно сигнал низкого уровня с прямого выхода триггера 7 поступает на ключевой элемент 4, РИОН 8 и второй вход элемента ИЛИ 11. В результате этого ключевой элемент 4 отключает эквивалент нагрузки 5 от АБ 6, На выходе РИОН 8 устанавливается заданное напряжение, соотв-.тствующее предельно допустимому напряжению на АБ 6 при ее заряде. На выходе элемента ИЛИ 11 появляется сигнал низкого уровня, поступающий на узел 2 отключения, в результате чего узел отключения включает источник 1 тока, формирующий стабильный ток заряда АБ 6, которая начинает заряжаться, Зарядное устройство переходит в режим заряда. Начинается второй этап заряда - заряд постоянным током, который продолжается до того момента, когда50 55 напряжение на АБ б превысит заданное напряжение, формируемое РИОН 8. При этом на выходе компаратора 3 формируется сигнал высокого уровня, который тактовыми импульсами генератора 9 записывается в триггер 7, Подуправлением сигнала высокого уровня с прямого выхода триггера 7 на выходе элемента ИЛИ 11 появляется сигнал высокого уровня, в результате чего узел 2 отключения отключает источник 1 тока. Ключевой элемент 4 подключает к АБ 6 эквивалент нагрузки 5, предназначенный для сокращения времени установления напряжения на АБ 6, на выходе РИОН 8 формируется образцовое напряжение, Сигнал низкого уровня, поступающий с инверсного выхода триггера 7 на установочный вход ЭЗВИП 10, разрешает работу последнего, который устанавливает время контроля напряжения на АБ 6. Начинается третий этап заряда - заряд импульсным током,Если в течение времени, установленного ЭЗВИП 10, на выходе компаратора 3 появится сигнал низкого уровня, что соответствует напряжению на АБ б меньше образцового напряжения, триггер 7 по переднему фронту сигнала с генератора 9 импульсов возвратится в исходное состояние, при этом ЭЗВИП 10 устанавливается в начальное состояние, на выходе РИОН 8 формируется заданное напряжение, ключевой элемент 4 отключает эквивалент нагрузки 5 от АБ 6, узел отключения вновь включает источник 1 тока. Заряд возобновляется до следующего момента достижения напряжением на АБ 6 заданного напряжения,Если в течение всей длительности одного из интервалов контроля напряжение на АБ б было больше опорного напряжения, напряжение на выходе компаратора 3 и прямом выходе триггера 7 не изменялось и соответствовало высокому уровню, что означает заряд батареи до емкости более номинальной. По прошествии времени контроля, определяемого ЭЗВИП 10, на выходе последнего устанавливается сигнал высокого уровня, блокирующий дальнейшую работу ЭЗВИП 10 и поступающий на первый вход элемента ИЛИ 11, в результате чего на выходе последнего подтверждается сигнал высокого уровня, по которому узел 2 отключения окончательно отключает источник 1 тока, Начинается четвертый этап заряда - отключение зарядного устройства.В результате заряда АБ б через открытый ключевой элемент 4 и эквивалент нагрузки 5 напряжение на АБ б продолжает уменьшаться. Когда напряжение на АБ 6 станет меньше опорного напряжения, по переднему фронту тактовых импульсов ге 5 10 15 20 25 30 35 40 45 нератора 9 импульсов сигнал низкого уровня с выхода компаратора 3 запишется в триггер 7, Под управлением сигнала низкого уровня с прямого выхода последнего ключевой элемент 4 отключает эквивалент нагрузки 5 от АБ 6. На выходе РИОН 8 формируется заданное напряжение. На установочный вход ЭЗВИП 10 с инверсного выхода триггера 7 поступает сигнал высокого уровня, однако ЭЗВИП 10 не устанавливается в начальное состояние, посколькуего работа заблокирована, как указано. В результате сигналом высокого уровня с выхода элемента И.ПИ 11 через узел 2 отключения удерживается отключенное состояние источника тока 1. Продолжительность четвертого этапа. не превышает длительности одного периода следования импульсов генератора 9 импульсов, так как в течение предыдущего интервала контроля напряжение на АБ б достигло образцового напряжения до истечения времени, установленного ЭЗВИП 10, Заряд окончен, АБ б заряжена до номинальной емкости.Если к зарядному устройству подключить перезаряженную АБ 6, после подачи на зарядное устоойство напряжения питания напряжение на АБ б.оказывается больше образцового напряжения, формируемого РИОН 8, сигнал высокого уровня с выхода компаратора 3 по переднему фронту тактовых импульсов генератора 9 импульсов запишется в триггер 7. По сигналу высокого уровня с прямого выхода триггера 7 будет отключен источник 1 тока и ключевой элемент 4 подключит к АБ 6 эквивалент нагрузки 5, Сигналом низкого уровня с инверсного выхода триггера 7 разрешается работа ЭЗВИП 10, По истечении времени контроля. установленного ЭЗВИП 10, по сигналу высокого уровня с его выхода происходит окончательное отключение источника 1 тока, АБ б будет разряжаться через открытый элемент 4 и эквивалент нагрузки 5, Этот процесс аналогичен четвертому этапу заряда. В конце процесса емкость АБ б будет соответствовать номинальной. Возможная реализация РИОН 8 показана на фиг. 2 РИОН 8 содержит ключевой элемент 13, управляющий вывод которого образует вход РИОН 8, а вход подключен к общей шине, последовательно соединенные резисторы 14 - 16, образующие подключенный к источнику стабилизированного напряжения Ос делитель напряжения, причем резистор 14 подключен к напряжению Ост. а резистор 16 - к общей шине, резистор 17, подключенный одним выводом к резисторам 15 и 16, а другим - к выходу ключевого элемента 13. Резистор 15 - подстроечный,РИОН 8 работает следующим образом, При поступлении на его вход сигнала низкого уровня ключевой элемент 13 отключен и резистор 17 не влияет на выходное напряжение делителя напряжения, образованного резисторами 14 - 16, Сопротивления этих резисторов выбраны таким образом, что выходное напряжение делителя напряжения и, соответственно, напряжение на выходе РИОН 8 соответствует предельно допустимому напряжению заряжаемой АБ 6, При поступлении на вход РИОН 8 сигнала высокого уровня ключевой элемент 13 включается и подключает резистор 17 параллельно резистору 15, В результате этого напряжение на выходе делителя напряжения и, соответственно, на выходе РИОН 8 уменьшается, Сопротивление резистора 17 выбрано таким образом, что напряжение на выходе РИОН 8 при этом соответствует образцовому напряжению (напряжению заряженной до номинальной емкости АБ 6), С помощью подстроечного резистора 15 производят регулировку напряжений, формируемых РИОН 8, которые зависят от типа заряжаемой АБ 6.Сокращение продолжительности заряда в .зарядном устройстве происходит за счет того, что анализ напряжения на АБ 6 и новое включение зарядного тока при недостаточном напряжении на АБ 6 происходит не по прошествии фиксированного времени контроля, а в течение этого времени. В результате средняя продолжительность контроля напряжения в течение всего времени заряда незаряженной АБ 6 равна половине установленного ЭЗВИП 10 времени при сохранении точности заряда АБ 6 до номинальной емкости,Применение в схеме тактируемого триггера 7 обеспечивает устойчивую работу устройства при переходе с заряда АБ 6 на контроль напряжения на ней и обратно, так как период следования тактовых импульсов генератора 9 импульсов, по которым происходит запись информации в триггер 7, выбирается больше времени переходного процесса на входах компаратора 3. Тактирование триггера 7 обеспечивает также уменьшение времени заряда АБ 6, так как после превышения напряжением на АБ 6 заданного напряжения источник 1 тока остается включенным до переднего фронта ближайшего тактового импульса генератора 9 импульсов, и АБ 6 дозаряжается в течение времени, среднее значение которого равно половине периода тактовых импульсов генератора 9 импульсов.30 3540 45 50 55 дом триггера 5 10 15 20 25 Период следования тактовых импульсов генератора 9 импульсов в зависимости от формируемого источником 1 тока зарядного тока и типа АБ 6 составляет от десятых долей до единиц секунд, Определяемое ЭЗВИП 10 время измерения параметров АБ 6 (в зависимости от типа АБ) составляет единицы секунд, Значение сопротивления эквивалента нагрузки 5 выбирается из условия минимизации времени установления напряжения на АБ 6 при одновременной минимизации зарядного тока, протекающего через эквивалент нагрузки 5. Для большинства типов АБ зарядный ток через эквивалент нагрузки 5 должен составлять десятые доли от номинального тока нагрузки. При надлежащем выборе периода следования тактовых импульсов генератора 9 тактовых импульсов, определяемого ЭЗВИП 10 времени измерения параметров АБ 6 и сопротивления эквивалента нагрузки 5, продолжительность заряда АБ 6 сокращается на 5 - 10, по сравнению с известными устройствами,Формула изобретения Зарядное устройство, содержащее подключенный к выходным клеммам источник тока, коммутируемый через узел отключения блоком управления, на входе которого включены генератор импульсов и элемент задания времени измерения параметров заряженности аккумуляторной батареи, подключенный первым входом к выходным клеммам, компаратор, источник опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сокращения продолжительности заряда, в него дополнительно введены эквивалент нагрузки и подключающий его на время пауз к выходным клеммам ключевой элемент, соединенный с блоком управления, в состав которого введены элемент ИЛИ и триггер, причем тактовые входы элемента задания времени измерения параметров и триггера подключены к выходу генератора импульсов, ин- версный выход триггера соединен с установочным входом элемента задания времени измерения параметров, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, соединенного с выходом с узлом отключения, источник опорного напряжения выполнен регулируемым, причем его вход соединен с прямым выходом триггера, вторым входом элемента ИЛИ и управляющим входом ключевого элемента, а выход компаратора соединен с информационным вхоЗЗЗФ НОракен юа/б б яд йеУ ЮУ 8 южаржщю 3луаггю РЖАР,ЯВИ Ф ужлюат 1744756 треаии1744756 Яспрякением/ГБ Вы ЙаРИОН 8 ФхООА 1637 ЮюфЮ 5 ЬмиРг 9 фМЛОРОинлрмы 8 УАфммжРыхл/юркгггую РЗихаЭМЮ Р Выдь . ЯгИиъОМ ЮиФАаайЛю 7 а тонии Рл Составитель В,Грибаче ехред М,Мо генталедактор Е.Копча Т р Корректор Т,Палий Заказ 2201 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по изобрет113035, Москва, Ж, Раушск Подписноеям и открытиям при ГКНТ СССРб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10