Устройство контроля и управления зарядом аккумуляторных батарей

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля и управления зарядом аккумуляторных батарей (АБ) различных типов.

Известно устройство для автоматического ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током. Данное устройство предназначено для заряда никель-кадмиевых и никель-металлогидридных АБ. В устройстве реализованы два режима заряда. Первый режим - заряд осуществляется без предварительного доразряда асимметричным током со стабилизированными амплитудами зарядного и разрядного токов, второй режим - заряд осуществляется постоянным током с предварительным доразрядом (RU 2318285, МПК H02J 7/10, опубл. 27.02.2006).

Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности контроля температуры АБ, отсутствие возможности коммутации внешних силовых цепей, отсутствие возможности изменения параметров уставок во время работы и связи с внешней системой управления Система управления по заданному алгоритму может быть использована только в комбинации с системой управления силовой частью этого же устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для автоматического ускоренного заряда АБ асимметричным током. Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током содержит силовую часть, включающую первый блок фильтров, блок регулируемого источника заряд-разрядного тока, второй блок фильтров, блок усилителей, блок подключения аккумуляторных батарей, и систему управления, включающую блок управления, соединенный с блоком индикации, блоком звуковой сигнализации, блоком широтно-импульсной модуляции, блоком задания алгоритма заряда и блоком аналого-цифрового преобразования, блок датчика тока, блок датчика напряжения (RU 2613684, МПК H02J 7/10, опубл. 21.03.2017).

Среди недостатков известного устройства следует отметить отсутствие возможности подключения датчика температуры АБ, отсутствие возможности коммутации внешних силовых цепей, отсутствие возможности изменять параметры установок во время работы, а также система управления зарядным устройством может быть использована только в комбинации с силовой частью зарядного устройства.

Технический результат заключается в упрощении обеспечения связи с внешним источником постоянного тока за счет использования аналогового сигнала 0-5 В, а также в возможностях подключения датчика температуры АБ, ввода параметров контроля и заряда АБ с помощью клавиатуры, отображения напряжения, тока заряда и температуры АБ на индикаторе, передачи параметров напряжения, тока заряда и температуры АБ по промышленному интерфейсу блока последовательной связи в систему управления верхнего уровня, получения и обработки параметров заряда АБ по блоку последовательной связи, коммутации внешних цепей, обеспечение дополнительной связи по дискретным сигналам.

Технический результат достигается за счет того, что устройство контроля и управления зарядом АБ содержит блок датчика тока, блок датчика напряжения, блок индикации, блок звуковой сигнализации. Дополнительно введен однокристальный микроконтроллер, соединенный первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами соответственно с выходами блока датчика тока, блока датчика напряжения, блока датчика температуры, блока входного дискретного сигнала и блока клавиатуры, первым, вторым, третьим, четвертым выходами соответственно с первыми входами блока индикации, блока звуковой сигнализации, блока реле и блока формирования аналогового сигнала. Двунаправленным каналом микроконтроллер соединен с двунаправленным каналом блока последовательной связи, который в свою очередь соединен своим входом с первым выходом блока питания, который имеет первый и второй входы для подключения внешнего напряжения и выходы со второго по одиннадцатый, соответственно соединенные с входом блока датчика тока, входом блока датчика напряжения, шестым входом микроконтроллера, вторым входом блока индикации с возможностью вывода информации в цифро-буквенном виде, вторым входом блока звуковой сигнализации, входом блока датчика температуры, входом блока входного дискретного сигнала, входом блока клавиатуры, вторым входом блока реле и вторым входом блока формирования аналогового сигнала.

Блок-схема устройства контроля и управления зарядом АБ представлена на чертеже.

Устройство контроля и управления зарядом АБ состоит из однокристального микроконтроллера 1, соединенного первым входом с выходом блока датчика тока 2, вторым входом с выходом блока датчика напряжения 3, третьим входом с выходом блока датчика температуры 4, четвертым входом с выходом блока входного дискретного сигнала 5, пятым входом с выходом блока клавиатуры 6. Микроконтроллер 1 первым выходом соединен с первыми входом блока индикации 7, вторым выходом соединен с первым входом блока звуковой сигнализации 8, третьим выходом соединен с первым входом блока реле 9, четвертым выходом соединен с первым входом блока формирования аналогового сигнала 10, Двунаправленный канал микроконтроллера 1 соединен с двунаправленным каналом блока последовательной связи 11, который в свою очередь соединен своим входом с первым выходом блока питания 12. Блок питания 12 имеет первый и второй входы для подключения внешнего напряжения и одиннадцать выходов. Второй выход блока питания 12 соединен с входом блока датчика тока 2, третий выход соединен с входом блока датчика напряжения 3, четвертый выход соединен с шестым входом микроконтроллера 1, пятый выход соединен с вторым входом блока индикации 7 с возможностью вывода информации в цифро-буквенном виде, шестой выход соединен с вторым входом блока звуковой сигнализации 8, седьмой выход соединен с входом блока датчика температуры 4, восьмой выход соединен с входом блока входного дискретного сигнала 5, девятый выход соединен с входом блока клавиатуры 6, десятый выход соединен с вторым входом блока реле 9, одиннадцатый выход соединен со вторым входом блока формирования аналогового сигнала 10.

Устройство контроля и управления зарядом АБ работает следующим образом. При включении устройства блок питания 12 подает питание на все остальные блоки и микроконтроллер 1, инициализирует программу для ЭВМ, записанную в своей памяти, в соответствии с которой анализирует сигналы с блока датчика тока 2, блока датчика напряжения 3, блока датчика температуры 4, блока последовательной связи 11, блока клавиатуры 6, блока входного дискретного сигнала 5, и в соответствии с алгоритмом программы для ЭВМ выдает сигналы управления на блок формирования аналогового сигнала 10, блок реле 9, блок звуковой сигнализации 8, блок индикации 7 и блок последовательной связи 11.

Благодаря блокам датчиков тока 2, напряжения 3 и температуры 4 устройство может контролировать текущее значение тока заряда, напряжения, температуры АБ и в зависимости от алгоритма программы для ЭВМ записанной в микроконтроллер 1, формировать аналоговый сигнал блоком формирования аналогового сигнала 10, управляя тем самым каким-либо внешним источником постоянного тока, который выдает напряжение на АБ. Изменение напряжения на АБ вызывает изменение тока заряда. Блок реле 9 позволяет коммутировать внешнюю силовую цепь, например, сирену, лампочку, или один из контактов АБ, обеспечивая тем самым возможность отключения/включения цепи АБ или внешнего устройства светозвуковой индикации. Блок клавиатуры 6 в комбинации с блоком индикации 7 позволит изменять параметры, допустимые программой управления микроконтроллера 1, такие как, например, тип АБ, режим заряда, максимально и минимально допустимые приделы тока заряда, напряжения температуры АБ, тип внешнего блока питания, типы внешних датчиков тока, напряжения, температуры, параметры, выводимые на блоке индикации по умолчанию и т.п. Блок входного дискретного сигнала 5 в зависимости от алгоритма программы микроконтроллера 1 позволяет получать, например, сигнал внешней аварии и разрешения на включение режима заряда. Блок формирования аналогового сигнала 10 позволяет отправлять информацию о контролируемых параметрах АБ, состоянии устройства и получать управляющие сигналы о разрешении или запрете работы устройства, изменении параметров и режимов допустимых алгоритмом программы. Также возможна работа заявленного изобретения в качестве устройства согласования протоколов заряда между внешним источником постоянного тока и различными типами АБ по последовательному интерфейсу при наличии соответствующего алгоритма в программе микроконтроллера 1. Введение блока датчика температуры 4 позволяет контролировать температуру АБ. В зависимости от программы температура может быть передана по интерфейсу с помощью блока последовательной связи 11 в систему управления верхнего уровня. При достижении максимальной допустимой температуры для данного типа АБ может быть прекращен заряд АБ и с помощью блока реле 9 отключена цепь заряда/разряда АБ.

По сравнению с известным техническим решением предлагаемое позволяет упростить обеспечение связи с внешним источником постоянного тока за счет использования аналогового сигнала 0-5 В, создать возможности подключения датчика температуры АБ, ввода параметров контроля и заряда АБ с помощью клавиатуры, отображения напряжения, тока заряда и температуры АБ на индикаторе, передачи параметров напряжения, тока заряда и температуры АБ по промышленному интерфейсу блока последовательной связи в систему управления верхнего уровня, получения и обработки параметров заряда АБ по блоку последовательной связи, коммутации внешних цепей, обеспечения дополнительной связи с помощью входных дискретных сигналов.