Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для зарядки аккумуляторных батарей.

Известно зарядное устройство (патент RU №2118032 МПК H02J 7/00, Н01М 10/46, 1994 г.) Известное устройство содержит силовой трансформатор, выпрямитель, ограничитель тока, реле максимального напряжения, реле времени и клеммы для подключения аккумулятора. При этом контакты реле времени включены в цепь включения клемм аккумулятора, а контакты реле максимального напряжения включены в цепь включения реле времени. Недостатком устройства является отсутствие контроля над режимом на заключительной стадии процесса зарядки, т.е. отключение процесса зарядки выполняется с заданной уставкой по времени, а значение тока при этом не контролируется.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа двухступенчатое зарядное устройство (заряд по методу IU) Научно-производственно-монтажного предприятия «Связьэнергосервис» г. Харьков (http://www.kupol.com.ua/consumer_3.html).

В этом устройстве зарядка аккумуляторной батареи (АБ) происходит в два этапа. Первый этап - зарядка стабилизированным током (I), второй этап - зарядка стабилизированным напряжением (U). Устройство содержит источник питания, стабилизатор тока, стабилизатор напряжения, устройство управления, ключ и клеммы для подключения АБ, при этом выходы стабилизатора тока и стабилизатора напряжения подключены к АБ, к этим же клеммам подключен вход устройства управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа так, что в зависимости от напряжения батареи электрическая энергия источника питания через ключ поступает на стабилизатор тока (первый этап зарядки) или на стабилизатор напряжения (второй этап зарядки).

К недостатку известного устройства следует отнести наличие двух силовых регуляторов, обеспечивающих процесс регулирования зарядного тока, при этом один регулятор (стабилизатор тока) выполняет зарядку АБ на первом этапе, а второй (стабилизатор напряжения) - на втором этапе. Силовой регулятор по сравнению с сигнальным регулятором имеет увеличенные габариты и стоимость. Кроме этого в устройстве отсутствует контроль параметров зарядки, соответствующих окончанию этого процесса. При зарядке АБ, например, автономных необитаемых подводных аппаратов существует необходимость последующего их ввода после зарядки в эксплуатацию и преждевременное отключение процесса зарядки АБ приведет к неполной зарядке батареи, а неоправданное увеличение времени зарядки - к снижению эффективности установки, в которой используются АБ.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача исключить указанные недостатки, т.е. обеспечить отключение АБ от зарядного устройства при уменьшении тока зарядки до заданного значения на втором этапе процесса зарядки и упростить схему силовой части зарядного устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для зарядки аккумуляторной батареи, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, устройство управления и клеммы для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, а выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока, дополнительно в устройство введены измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока, при этом измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.

В заявленном устройстве общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:

- источник питания;

- ключ;

- стабилизатор напряжения;

- стабилизатор тока;

- устройство управления;

- клеммы для подключения аккумуляторной батареи;

- источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока;

- выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа;

- выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения аккумуляторной батареи.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного зарядного устройства и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:

- выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока;

- в устройство дополнительно введены: измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока;

- измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения аккумуляторной батареи;

- измерительный преобразователь выходного напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения;

- выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления;

- задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения;

- задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.

Указанные существенные признаки, отличающие заявленное зарядное устройство от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивают достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Введение в устройство измерительных преобразователей зарядного тока и выходного напряжения, задатчиков тока и напряжения, а также создание необходимых связей между элементами устройства позволило выполнять полный цикл зарядки АБ через стабилизатор тока, т.е. через один силовой регулирующий элемент. Кроме этого в устройстве обеспечивается автоматическое отключение процесса зарядки АБ при снижении тока зарядки на втором этапе до заданного значения.

Таким образом, все существенные признаки заявленного устройства для зарядки аккумуляторной батареи обеспечивают достижение технического результата, т.е. находятся с техническим результатом в причинно-следственной связи и решают поставленную задачу.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: на фиг.1 представлена структурная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи; на фиг.2 представлены графики изменения напряжения U_н(t) и тока заряда I_АБ(t) аккумуляторной батареи, поясняющие работу устройства. На фиг.2 обозначены: U₀ - напряжение аккумуляторной батареи в начале процесса зарядки; U_зн - напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи; I_откл - значение зарядного тока, при котором выполняется отключение процесса зарядки.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи содержит источник 1 питания, ключ 2, стабилизатор 3 напряжения, стабилизатор 4 тока, устройство 5 управления и клеммы 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник 1 питания посредством ключа 2 подсоединен к стабилизатору 4 тока, выход устройства 5 управления подключен к управляющему входу ключа 2, а выходные зажимы стабилизатора 4 тока соединены с клеммами 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, стабилизатор 3 напряжения подключен к первому входу стабилизатора 4 тока, измерительный преобразователь 8 зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющих выходные зажимы стабилизатора 4 тока с клеммами 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь 9 выходного напряжения подсоединен параллельно клеммам 6, 7 для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора 3 напряжения, выход измерительного преобразователя 8 зарядного тока соединен со вторым входом стабилизатора 4 тока и первым входом устройства 5 управления, задатчик 10 напряжения подключен ко второму входу стабилизатора 3 напряжения, а задатчик 11 тока подключен к второму входу устройства 5 управления.

Зарядное устройство работает следующим образом. При включении АБ на зарядку в стабилизаторе 3 напряжения определяется рассогласование между заданным напряжением АБ (сигнал U_зн) и фактическим напряжением АБ (сигнал U_н). Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе напряжения может быть, например, следующий:

U_çÒ=∫(U_çí-U_í)dt, (1),

где U_зт - выходной сигнал стабилизатора напряжения, максимальное значение которого определяет заданное значение тока зарядки.

Этот сигнал является входным (задающим) для стабилизатора 4 тока, в котором определяется рассогласование между сигналом U_зт и сигналом U_T, пропорциональным фактическому значению тока зарядки. Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе 4 тока может быть, например, следующий:

I_ÀÁ=∫(U_çÒ-U_Ò)dt (2),

где I_АБ - выходной сигнал стабилизатора тока, т.е. ток зарядки АБ.

По мере зарядки АБ напряжение U_H возрастает, рассогласование в стабилизаторе 3 напряжения уменьшается и наступает момент (t₁), когда его выходной сигнал U_зт также начинает уменьшаться. Стабилизатор 4 тока отрабатывает уменьшение задания на его входе, что приводит к уменьшению зарядного тока при поддержании постоянного значения напряжения U_H=U_зн на АБ. В устройстве управления 5 выполняется сравнение двух сигналов: сигнала U_т, пропорционального фактическому значению тока зарядки и сигнала U_Tоткл, который соответствует току отключения процесса зарядки.

Когда рассогласование между этими сигналами достигает заданного значения (момент t₂), ключ 2 отключается и зарядка АБ прекращается. Графики изменения напряжения U_H(t) и тока заряда I_АБ(t) аккумуляторной батареи, приведенные на фиг.2, поясняют работу устройства.

Лабораторные испытания макета устройства для зарядки аккумуляторной батареи подтвердили работоспособность устройства и показали высокую точность регулирования тока и напряжения в процессе зарядки АБ.