Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей

(56) Заявка ФРГ М 3325029,кл, Н 02 3 7/04, 1985,Бухаров А.И. и др. Средства заряда аккумуляторов и аккумуляторных батарей.Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988,с,180-182.Авторское свидетельство СССР(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОВЫМ ЗАРЯДОМ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ 57) Изобретение относится к электротехние, в частности к устройствам одновременотносится к электротехни к устройствам одновремен ы аккумуляторных батареи рического генератора в на в свеглое время суток. Изобретени ке и в частности но заряда групп АБ) от фотоэлек земных условия ктриче- аллельа фиг.1 зобретения - повышение коэф спользования мощности генера Цельфициентаора.На фи,1 представлена принципиальная ойства; на фиг,2 - схема зарядноа фиг.3 - схема определения каибольшим напряжением при и ; на фиг,4 - схема коммутатора е двух; на фиг.5 - схема датчика ограничения зарядного тока,схема устр го блока; н нала с на более двух при и боле отсутствия ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАН И ЯО 1778864 А 1 ного заряда группы аккумуляторных батарей (АБ) от фотоэлектрического генератора в наземных условиях в светлое время суток. Цель изобретения - повышение коэффициента использования мощности генератора, Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей содержит фотоэлектрический генератор, параллельно которому подключено и зарядных блоков. Новым является то, что введены и-входовая схема определения канала с наибольшим напряжением, обеспечивающая ограничениетока в канале с наибольшим напряжением. Последнее обеспечивает поддержание рабочей точки на вольтамперной характеристике генератора на уровне, соответствующем этому наибольшему напряжению, чтс позволяет отбирать от генератора дополнительную мощность, повышая коэффициент использования мощности генератора, 3 э,п, ф-лы, 5 ил,Устроиство содержит фотоэле ский генератор 1, подключенные пар но ему и зарядных блоков 2 (н принято и = 2) и и-входную схему 3 определения канала с наибольшим напряжением, выходы которой соединены с информационными входами коммутатора 4, каждый из зарядных блоков 2 (см, фиг.2) включает з себя импульсный регулятор тока 5, дагчик 6 тока, соединяющиевыводы генератора 1 с выходными клеммами 7, 8, источник 9 опорных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу датчика 10 конца заряда, второй вход которого связан с выходной клеммой 7, а выход соединен с первым входом логической схемы И 11 и с5 О управляющим Входом ключз 12, который соединяет одни иэ Входов схемы 3 определения канала с наибольшим напряжением с выходной клеммой 7, Втооой Выход источни- кЗ 9 Опорных напряжений подключен к п 80- Вому Входу схемь3 с(1 Биений, ВторОй Вход кОторОЙ соеДинРн с Выходом Датчика 5 токаа Выход - со ВхйдОм модулятОрз 114, Выход которого подклю 8 Н ко второму Входу схРмы 1 Л 11 и ч 8083 посРВБОБЗУРльио спединенные Датчик 15 Отсутс(вия Орзничения ЗЗРЯБНОО "1 ОКЗ И ПОРОГПВЫй ЗллМР 1,11" одному из упоавляащих Входов 1(оммутзторз 4, один из Выходоз которого поц(Вючен к третьему входу схемы И 11, Выход которой соединен с уп 03 ВляОьцим Входом импульсного рег:(1;Ятопз Я, ЯЗОЯ.(демыДБ;7 ГОг 1- ключ 31тся 1( Выходным клем 1 зм 7, 8,Общяя шина питзния злементов и узлов, Входящих В блоки 2-4, сВЯЗЗНЗ с пе 1- Вым Выводом генератора 1, потенциальная шинЗ питания Олоков 3 4 а ГРк 1(1 .ф :ч 1 ртов 1 и 1 б кЗждоГО иЗ 330 ЯБных бл 01(пя связана со Вторым Выводом Генерзтора 1, ПОТРН 11 ИЗЛЬН 13 Я ШИНЗ ПИТЗНИЯ ОСТЗЛЬНЬХ элементОВ кЗ(ДОГО из блоков 2 связЯ,3 клРммОЙ 7 соответствую 01 его блока 113 фи 1 4 15 по л,11(.,хема 3 д 1 я 1 "1101(8 Г быть. ндг р 1 ме, ВыпОлненз В Виде устройстВЗ Выделения максимального нзпрткения, фуу 1 кио: Зльнзя схема коараго приведена на (1 УГ.,3, Оно ООсУОит из и Оперзц;/1 Онньх (силит 8 лей "9, прямые Входы (сто рык я Бля ются В Одами РРхчы 3 3 Гряпй Выхоз кзждпГО из них с 08 динен ч 8 рез диОд 2 О " инвертиоующими ВходЗми Всех ус 1(лителей 19, ЙиэертУЯ 0- ЩИ 8 Вд(ОДЫ 1(01 ОРЬ 11 ЯБЛЯ 1 ОТСЙ ВЫХ ДЗМИ схемь 1 Э, Г 1 ри ПОДЗче нЗ Рходы усилит 8 лей 19 различных по уООБн 10 ПОложительны нзПРЯЖеиий ГРИЧ(заел НЗПРИМЕР НЗ ВХОДУИЛИ- телЯ 1,".,1 нзибйльв 8 ГО из Всех, Отк 1".,Ьтым останется только ДУюд 20.1, и только 1(силитель 19,1 Окззь 1838 тся Охвачен Г,1 убокои От РИЦЗТВЛЬНОЙ ОЙРЗТНОЙ СВЯЗЬЮ, НЗ 8 ГО ппямОм Выходе нзпряж 8 ние 03 ВНО наибОль ШРМ" НЗПРЯЖВНИЮ ИЗ ПОДДЗННЫХ НЗ ВХОДЫ схемы 3 плюс пзДРние напряжения нз 1(ОЬ. Т(М БУ 108 1 1 ТО СО ТБВТСТБ 1 т ппГИЧ ской единице, на его инвертирующем выходе - логический нуль, На прямых выходах других усилителей 19,2-19.и устанавливается минимальное напряжение насыщения, т.е. логический нуль, а на инвер;ирующих Выходах - логическая единица. В точке соединения катодов всех диодов 20 напряжение равно максимальному из поданных иапряж 8 ний,Коммутатор 4 для и = 2 (см, фиг,1) выполняется из двух логических схем ИЛИ 21, причем оии имеют по два входа, каждый из которых является соответственно управля 10 щим и информационными входами коммутатора 4 относятся к одному зарядному блоку 2, а Выход является выходом коммутатора 4 для другого блока 2, При поступлении сигнзла ло 1 ический нуль одновременно на Оба входа схемы ИЛИ 21 на ее выходе вырабатывается сигнал логического нуля, при сигнале логическая единица хотя бы на одном из Входов схемы ИЛИ 21 иа ее выходе Вырабатывается логическая единица.Коммутатор 4 для и2 выполняется, как показано иа фиг,4, Ои состоит из и двухвходовьх логических схем ИЛИ-НЕ 22, одной и - Входоаой схемы ИЛИ-НЕ 23 и и двухвходо- В -и схем ИЛИ 24, причем два входа каждой из схем ИЛИ-НЕ 22 являются соответственно управляющим и информационным входами коммутатора 4 для одного и того же ззряднОГО блОкз 2, ВыхОД кажДой из Этих схем ИЛИ-НЕ 22 соединен с одним из входов и-входовой схемы ИЛИ-НЕ 23 и с перВым входом одной из и двухвходовых схем ИЛИ 24, второй вход которой подключен к Выходу и-Входовой схемы ИЛИ-НЕ 23, а выход 88 является выходом коммутатора 4 для зтого же блока 2. При поступлении одновременно иа два входа одной из и двухвходозых логических схем ИЛИ-НЕ 22 сигнала логического нуля на ее выходе - логическая. единица, на выходе схемы 23 - логический нуль, нз Выходе схемы ИЛИ 24, соединенной с атой схемой ИЛИ-НЕ 22, - логическая единица, иа Выходах остальных схем ИЛИ 24 - логический нуль, если хотя бы на один из Входов схем ИЛИ-НЕ 22, соединенных с ними, поступает логическая единица.Импульсный регулятор 5 понижающего типа может быть выполнен по типовой схеме, содержащей конденсатор, и последовательно соединенные управляемый злектроииый ключ и Ю-фильтр и предназВчен для регулирования величины тока, те; кущего через него.Модулятор 14 предназначен для преобразованияя величины линейного напряжения на выход схемы 13 сравнения в соответствующее ему импульсное, путем510 15 20 30 35 40 45 50 55 широтно-импульсной, частотно-импульсной (релейной) модуляции,Датчик 15 отсутствия ограничения зарядного тока состоит (см. фиг.4) из диодов 25, один вывод которого является входом датчика 15, а другой подключен через параллельно соединенные резистор 26 и конденсатор 27 к потенциальной шине питания и является выходом датчика 15, Т,е, датчик 15 представляет собой детектор постоянного уровня логической единицы и выполнен в виде амплитудного детектора относительно потенциальной шины питания. Средний уровень напряжения на выходе датчика 15 пропорционален длительности входных импульсов, при отсутствии импульсов напряжение на выходе датчика 15 равно нулю, при отсутствии пауз между импульсами - уровню логической единицы. Такая реализация датчика 15 позволяет наиболее технически просто осуществить операцию сравнения необходимого зарядного токаАБ 17 с действительным независимо от изменения величины необходимого зарядного тока.Поровый элемент 16 может быть выполнен в виде регенеративного компараторакомпаратора с положительной обратной связью. Порог срабатывания элемента 16, близкий к уровню логической единицы, например, составляет 0,8 уровня логической единицы, значение порога срабатывания выбирается в зависимости от инерционности датчика 15(постоянной времени цепи из резистора 26 и конденсатора 27), входной сигнал элементом 16 инвертируется.Устройство для группового заряда АБ работает следующим образом,После подключения на заряд АБ 17 к клеммам 7, 8 в зарядном блоке 2 (см. фиг.2) на выходе датчика 10 конца заряда уровень напряжения соОтветствует логической единице, которая поступает на первый вход схемы И 11 и держит ключ 12 в открытом состоянии. Напряжение с датчика 6 тока в. схеме 13 сравнения сравнивается с напряжением источника 9 опорных напряжений, которое соответствует величине тока, заданной индивидуальным режимом заряда АБ 17, напряжение рассогласования с выхода схемы 13 поступает на модулятор 14, который преобразует линейное напряжение в последовательности импульсов, модулированных по длительности, которые поступают на датчик 15 отсутствия органичения зарядногО тока и на второй вход схемы И 11, причем направление преобразования (регулирования) таково, что если ток через датчик 6 становится меньше заданной величины, то напряжение на выходе схемы 13 уменьшается, а длительность импульсов на выходе модулятора 14 увеличивается, что соответствует увеличению тока через регулятор 5; если ток через датчик 6 становится больше заданной величины, то напряжение на выходе схемы 13 увеличивается, длительность импульсов на выходе модулятора 14 уменьшается, то через регулятор 5 уменьшается, Отсутствие импульсов (уровень логического нуля) на управляющем входе регулятора 5 соответствует полному ограничению тока через него (ток равен нулю), отсутствие пауз между импульсами (уровень логической единицы) соответствует полностью проводящему состоянию регулятора 5(отсутствию ограничения). Если мощность генератора 1 более суммы зарядных мощностей, подключенных АБ 17, на выходе модулятора 14 - импульсный сигнал, на выходе датчика 15 уровень напряжения менее логической. единицы, а на выходе пороговых элементов 16, порог срабатывания которых равен логической единице, уровень, соответствующий логической единице, который поступает через коммутатор 4 (см, фиг.1, 4) на третий вход схем И 11 каждого блока 2, обеспечивая поступление выходных импульсов модулятора 14 на управляющий вход регулятора 5. При срабатывании датчика 10 конца заряда (см фиг,2), что имеет место при равенстве напряжений АБ 17 и заданного источником 9 опорных напряжений, соответствующего полностью заряженному состоянию АБ 17, на его выходе - уровень логического нуля, на выходе схемы И 11 - также логический нуль, зарядный ток прекращается, заряд окончен. Если в процессе заряда мощность фотоэлектрического генератора 1 уменьшается в зависимости от метеоусловий и становится меньше суммы зарядных мощностей, подключенных на заряд АБ 17, то сначала стремится уменьшиться зарядный ток АБ с наибольшим напряжением вследствие параллельного соединения зарядных блоков 2 и последовательного включения электронных ключей в регуляторах 5 при этом, на выходе модулятора 14 (см. фиг.2) зарядного блока 2, подключенного к АБ с наибольшим напряжением исчезают паузы между импульсами, регулятор 5 перестает ограничивать зарядный ток, напряжение на выходе датчика 15 стремится к уровню логической единицы, срабатывает пороговый элемент 16 - на его выходе устанавливается логический нуль, который поступает на управляющий вход коммутатора 4, В соответствии с информацией поступающей на информационные входы коммутатора 4 (см, фиг,1, 4) от5 10 схемы определения канала с наибольшимнапряжением, 3 коммутатор 4 транслирует сигнал логического нуля с этого управляющего входанатретьи входы схемы И 11 (см. фиг.2) остальных зарядных блоков 2, на управляющих входах регуляторов 5 этих блоков устанавливается сигнал логического нуля, что приводит к уменьшению зарядного тока в этих блоках 2, и, соответственно, к увеличению зарядного тока АБ с наибольшим напряжением, блок 2 которой переходит в режим ограничения зарядного тока, на управляющем входе коммутатора 4, подключенного к блоку 2 с АБ, имеющей наибольшее напряжение, устанавливается сигнал логической единицы, снимается сигнал дополнительно ограничения зарядного тока с остальных АБ, их зарядный ток начинает увеличиваться, а зарядный ток АБ с наибольшим напряжением - соответственно уменьшаться и процесс повторяется. Таким образом, осуществляется стабилизация в релейном режиме зарядного тока АБ с наибольшим напряжением на уровне, заданном источником 9 опорных напряжений за счет ограничения зарядного тока остальных АБ. Амплитуда пульсации зарядных токов АБ в этом режиме зависит от инерционности регуляторов 5, датчиков 15 (постоянной времени цепи из резистора 28 и конденсатора 27), а также от порога срабатывания и гистерезиса элемента 18.При и2 с окончанием заряда АБ, имеющей наибольшее напряжение (наиболее заряженной), срабатывает датчик 10 конца заряда того блока 2 и на управляющем входе ключа 12 устанавливается логический нуль, ключ 12 закрывается, напряжение этой АБ отключается от схемы 3 определения канала с наибольшим напряжением и для дальнейшей работы схема 3 определяет ЛБ с наибольшим напряжением из числа оставшихся, с окончанием заряда второй АБ процесс повторяется и т.д.Эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении коэффициента использования мощности генератора.Мощность генератора зависит от дневного хода плотности потока солнечного излучения, которая в реальных наземных условиях имеет колеблющийся характер - зависит от метеоусловий и представляет собой процесс с значительной случайной составляющей, Инсоляция в течение дня также имеет случайную составляющую и оценить предстоящую дневную инсоляцию можно только с определенной вероятностью, то есть колебания мощности генера 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тора и дневной инсоляции в наземных условиях - явления распространенные.Увеличение коэффициента использования мощности генератора при ее колебании достигается поддержанием за счет предлагаемого технического решения рабочей точки на вольт-амперной характеристике генератора на уровне, соответствующем наибольшему напряжению из напряжений заряжаемых АБ, что, во;первых, позволяет при уменьшениях уровня мощности генератора отбирать от генератора дополнительную мощность, равную разнице мощностей генератора, соответствующих максимальную и минимальному из напряжений заряжаемых АБ, и, во-первых, позволяет не использовать в регуляторах диоды блокировки разрядного тока без опасения возникновения разряда АБ, что обеспечивает получение от генератора дополнительной мощности, равной произведению падения напряжения на блокирующих диодах на суммарный зарядный ток подключенных АБ, Разряд АБ на генератор без блокирующих диодов исключается при собственном потреблении зарядным устройством мощности, менее величины, вырабатываемой генератором от рассеянного излучения неба при наиболее высокой степени облачности.Формула изобретения 1. Устройство управления групповым зарядом аккумуляторных батарей, содержащее фотоэлектрический генератор, параллельно которому подключено и зарядных блоков, каждый из которых включает в себя импульсный регулятор, датчик тока, которые соединяют выводы генератора с выходными клеммами, источник опорных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу датчика конца заряда, второй вход которого связанс выходной клеммой, а второй вывод источника опорных напряжений соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу датчика тока, и модулятор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чп, с целью повышения коэффициента использования мощности генератора, введены и-входовая схема определения канала с наибольшим напряжением, коммутатор, а также и логических схем И, датчик отсутствия ограничения зарядного тока, пороговый элемент и ключ, причем выходы схемы определения канала с наибольшим напряжением соединены с информационными входами коммутатора, а в каждом зарядном блоке выход датчика конца заряда подключен к первому входу схемы И и к управляющему входу ключа, соединяющего выходную клемму с одним из входов схемы определения канала с.1 наибольшим напряжением, выход схемы сравнения соединен с входом модулятора, выход которого связан с вторым входом схемы И непосредственно и через последовательно соединенные датчик отсутствия 5 ограничения зарядного тока и пороговый элемент с одним из управляющих входов коммутатора, один из выходов которого подключен к третьему входу схемы И, выход которой соединен с управляющим входом 10 импульсного регулятора.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что коммутатор содержит и двухвходовых логических схем ИЛИ-НЕ, п-входовую схему ИЛИ-НЕ и п двухвходовых 15 логических схем ИЛИ, причем входы каждой двухвходовой логической схемы ИЛИ-НЕ являются соответственно управляющим и информационным входами коммутатора для одного из зарядных блоков, выход каж дого из этих схем соединен с одним из входов п-входовой схемы ИЛИ-НЕ и с первым входом одной из схем ИЛИ, второй вход которого подкючен к выходу п-входовой схемы ИЛИ-НЕ, а выход ее является выходом коммутатора для этого же блока,3. Устройство поп.1, отл ич а ю щ еес я тем, что при и = 2, коммутатор содержит две логические схемы ИЛИ, причем два входа каждой из них являются соответственно управляющим и информационным входами коммутатора и относятся к одному зарядному блоку, а выход - выходом коммутатора для другого блока.4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик отсутствия ограничения зарядного тока выполнен в виде диода, один вывод которого является входом датчика, а другой подключен через параллельно соединенные резистор и конденсатор к потенциальной шине питания и является выходом датчика, 1778864йюа сприйпнай кнспанаийспьаии нап 0 ЯжнаВи.Лисин Коррек Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 4199 ВНИИПИ Госуд Тиражственного комитета по и 113035. Москва, Ж,Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССшская наб., 4/5