устройство для заряда аккумуляторной батареи

Формула изобретения

Устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее аккумуляторную батарею, датчики напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи, источник зарядного тока, подсоединенный своим первым выходом к положительному электроду аккумуляторной батареи и своим вторым выходом через первый датчик тока к отрицательному электроду аккумуляторной батареи, узел ввода команд, узел индикации и контроллер, подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим выходам узла ввода команд, датчиков напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи и своими соответствующими выходами к соответствующим входам узла индикации и источника зарядного тока, отличающееся тем, что источник зарядного тока выполнен в виде первого преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение, первого «LC»-фильтра, подсоединенного своими входами к выходам первого преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение и первого управляемого ключа, подсоединенного своим входом к первому выходу первого «LC»-фильтра, и являющийся своим выходом первым выходом источника зарядного тока, и второго преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение, второго «LC»-фильтра, подсоединенного своими входами к выходам второго преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение и второго управляемого ключа, подсоединенного своим входом к первому выходу второго «LС»-фильтра и своим выходом к отрицательному электроду аккумуляторной батареи, подсоединенной своим положительным электродом ко второму выходу второго «LC»-фильтра через второй датчик тока.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для заряда аккумуляторных батарей с техническими характеристиками, не соответствующими номинальным параметрам, заявленными производителем.

Аналогичные технические решения известны см., например, патент WO 007911, в котором охарактеризовано техническое решение, которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:

- аккумуляторную батарею;

- систему управления и обработки информации;

- блок памяти, подсоединенный через двунаправленную шину к системе управления и обработки информации;

- блок источников зарядного тока, подсоединенный своими выходами к электродам аккумуляторной батареи и своим соответствующим выходом системы управления и обработки информации;

- узел ввода команд, подсоединенный своим выходом к соответствующему входу системы управления и обработки информации;

- блок индикации, подсоединенный своим входом к соответствующему выходу системы управления и обработки информации;

- датчики напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи, подсоединенные своими выходами к соответствующим входам системы управления и обработки информации.

Общими признаками предлагаемого технического решения и охарактеризованного выше аналогичного технического решения являются:

- аккумуляторная батарея;

- датчики напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи;

- источник зарядного тока, подсоединенный своим первым выходом к положительному электроду аккумуляторной батареи и своим вторым выходом к отрицательному электроду аккумуляторной батареи;

- узел ввода команд;

- узел индикации;

- контролер (система управления и обработки информации), подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим выходам узла ввода команд, датчиков напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи и своими соответствующими выходами к соответствующим входам узла индикации и источника зарядного тока.

Известно также аналогичное техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога (прототипа) см., патент Российской Федерации на полезную модель № 115933, которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:

- аккумуляторную батарею;

- систему управления и обработки информации, выполненную в виде процессора, блока памяти, подсоединенного через двунаправленную шину к процессору, дешифратора, подсоединенного своими соответствующими входами к соответствующим выходам процессора и блока сопряжения, подсоединенного своими выходами к соответствующем входам процессора;

- источник зарядного тока, подсоединенный своими выходами к электродам аккумуляторной батареи и своими соответствующими входами к соответствующим выходам дешифратора системы управления и обработки информации;

- узел ввода команд, подсоединенный своим выходом к соответствующему входу процессора системы управления и обработки информации;

- блок индикации, подсоединенный своим входом к соответствующему выходу процессора системы управления и обработки информации;

- датчики напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи, подсоединенные своими выходами через блок сопряжения к соответствующим входам процессора системы управления и обработки информации.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:

- аккумуляторная батарея;

- датчики напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи;

- источник зарядного тока, подсоединенный своим первым выходом к положительному электроду аккумуляторной батареи и своим вторым выходом через первый датчик тока к отрицательному электроду аккумуляторной батареи;

- узел ввода команд;

- узел индикации;

- контролер (система управления и обработки информации), подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим выходам узла ввода команд, датчиков напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи и своими соответствующими выходами к соответствующим входам узла индикации и источника зарядного тока.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из охарактеризованных выше аналогичных технических решений, заключается в активации вышедшей из строя активной массы электродов аккумуляторной батареи и, как следствие этому, исключение максимально возможных потерь электрической емкости, заряжаемой аккумуляторной батареи.

Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что известные способы и устройства для заряда аккумуляторных батарей просто не могут зарядить аккумуляторную батарею до максимально возможной электрической емкости заряжаемой аккумуляторной батареи в данный момент.

Кроме того, в процессе заряда, например свинцового аккумулятора, его отрицательные электроды превращаются в губчатую массу металлического свинца, а положительные электроды, в оксид свинца (PbO2), при этом концентрация серной кислоты (H2SO4) в электролите (и его плотность) увеличивается. Поверхность электродов приобретает улучшенную пористость, контакт с токоведущей частью борна (скелета электрода), уменьшаются количество и размер центров сульфата свинца, аккумуляторная батарея приобретает максимально приближенные к номинальным параметрам значения.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных решений, можно сделать вывод, что задача по созданию средств для заряда аккумуляторных батарей, обладающих минимально возможными потерями электрической емкости, заряжаемых аккумуляторных батарей является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в устройстве для заряда аккумуляторной батареи, содержащем аккумуляторную батарею, датчики напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи, источник зарядного тока, подсоединенный своим первым выходом к положительному электроду аккумуляторной батареи и своим вторым выходом через первый датчик тока к отрицательному электроду аккумуляторной батареи, узел ввода команд, узел индикации и контроллер, подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим выходам узла ввода команд, датчиков напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи и своими соответствующими выходами к соответствующим входам узла индикации и источника зарядного тока, при этом источник зарядного тока выполнен в виде первого преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение, первого «LC»-фильтра, подсоединенного своими входами к выходам первого преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение и первого управляемого ключа, подсоединенного своим входом к первому выходу первого «LC»-фильтра и являющегося своим выходом первым выходом источника зарядного тока и второго преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение, второго «LC»-фильтра, подсоединенного своими входами к выходам второго преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение и второго управляемого ключа, подсоединенного своим входом к первому выходу второго «LC»-фильтра и своим выходом к отрицательному электроду аккумуляторной батареи, подсоединенной своим положительным электродом к второму выходу второго «LC»-фильтра через второй датчик тока.

Выполнение источника зарядного тока и его подсоединения, как это указано выше, позволяют в соответствии с заданными значениями параметров заряда аккумуляторной батареи и измеренными значениями параметров процесса заряда аккумуляторной батареи, поступающими на соответствующие входы контроллера, провести их сравнение, обработку и сформировать соответствующие управляющие сигналы, поступление которых на первый управляющий ключ или на второй управляющий ключ источника зарядного тока обеспечивают их последовательное включение и формирование, из постоянного напряжения, поступающего с выходов преобразователей переменного напряжения в постоянное напряжение, специфических разнополярных единичных импульсов прямоугольной формы, поступление которых на электроды аккумуляторной батареи обеспечивает активацию вышедшей из строя активной массы электродов аккумуляторной батареи и, как следствие этому, исключение максимально возможных потерь электрической емкости, заряжаемой аккумуляторной батареи. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.

Предлагаемое устройство для заряда аккумуляторной батареи поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства для заряда аккумуляторной батареи и на фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие процесс заряда аккумуляторной батареи.

На фиг.2 представлены временные периоды, отвечающие следующим значениям прямоугольных единичных импульсов: A1 (А2, A3 ) соответствует току до 5С от емкости аккумуляторной батареи, длительностью от 20 мс до 5 часов и значению напряжения, соответствующему верхнему допустимому значению напряжения текущей аккумуляторной батареи; B1 (В2, В3 ) соответствует току до 2С от емкости аккумуляторной батареи, длительностью от 20 мс до 5 часов и значению напряжения, соответствующему нижнему допустимому значению напряжения текущей аккумуляторной батареи; П1 соответствует величине тока от 0 (режим паузы) до 2С от емкости аккумуляторной батареи, длительностью от 20 мс до 5 минут.

Предлагаемое устройство для заряда аккумуляторной батареи содержит:

- аккумуляторную батарею - 1;

- источник - 2 зарядного тока, выполненный в виде первого преобразователя - 3 переменного напряжения в постоянное напряжение, подсоединенного своими входами к выводам первой вторичной обмотки трансформатора - 4, подсоединенного своей первичной обмоткой к выходам сети переменного напряжения, первого «LC»-фильтра - 5, подсоединенного своими входами к выходам первого преобразователя - 1 переменного напряжения в постоянное напряжение, первого управляемого ключа - 6, подсоединенного своим входом к первому выходу первого «LC»-фильтра - 5 и своим выходом (первый выход источника - 2 зарядного тока) к положительному электроду аккумуляторной батареи - 1, подсоединенной своим отрицательным электродом через первичную обмотку первого датчика - 7 тока ко второму выходу первого «LC»-фильтра - 5 (второй выход источника - 2 зарядного тока) и в виде второго преобразователя - 8 переменного напряжения в постоянное напряжение, подсоединенного своими входами к выводам второй вторичной обмотки трансформатора - 4, подсоединенного своей первичной обмоткой к выходам сети переменного напряжения, второго «LC»-фильтра - 9, подсоединенного своими входами к выходам второго преобразователя - 8 переменного напряжения в постоянное напряжение, второго управляемого ключа - 10, подсоединенного своим входом к первому выходу второго «LC»-фильтра - 9 и своим выходом к отрицательному электроду аккумуляторной батареи - 1, подсоединенной своим положительным электродом через первичную обмотку второго датчика - 11 тока к второму выходу второго «LC»-фильтра - 9;

- первый датчик - 12 напряжения, подсоединенный своими входами к первому и второму выходам (первого «LC»-фильтра - 5);

- второй датчик - 13 напряжения, подсоединенный своими входами к первому и второму выходам второго «LC»-фильтра - 9;

- датчик - 14 температуры электролита аккумуляторной батареи - 1, установленный своим входом во внутренней полости аккумуляторной батареи - 1;

- датчик - 15 плотности электролита аккумуляторной батареи - 1, установленный своим входом во внутренней полости аккумуляторной батареи - 1;

- контроллер - 16, подсоединенный своим первым входом к выходу узла - 17 ввода команд (сигналов), своим первым выходом к входу блока - 18 индикации, своим вторым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа - 6, своим третьим выходом к управляющему входу второго управляемого ключа - 10 и своими оставшимися соответствующими входами к соответствующим выходам датчиков напряжения, тока, температуры и плотности электролита аккумуляторной батареи - 1 (т.е. вторым и третьим входами к выходам первого датчика - 12 напряжения, шестым и седьмым входами к выходам датчика - 15 плотности электролита аккумуляторной батареи - 1, восьмым и девятым входами к выходам датчика - 14 температуры электролита аккумуляторной батареи - 1, десятым и одиннадцатым входами к выходам второго датчика - 13 напряжения, а двенадцатым и тринадцатым входами к выходам второго датчика - 11 тока).

Предлагаемое устройство для заряда аккумуляторной батареи работает следующим образом.

Подключают положительный электрод аккумуляторной батареи - 1 к первому выходу источника - 2 зарядного тока (выход первого управляемого ключа - 6) и через второй датчик - 11 тока к второму выводу второго «LC»-фильтра - 9 источника - 2 зарядного тока.

Подключают отрицательный электрод аккумуляторной батареи - 1 через первый датчик - 7 тока ко второму выводу первого «LC»-фильтра - 5 источника - 2 зарядного тока и к выходу второго управляемого ключа - 10 источника - 2 зарядного тока.

В соответствии с программой, записанной в блоке памяти контроллера - 16, осуществляют предварительную диагностику состояния аккумуляторной батареи - 1 и в оперативно-запоминающее устройство контроллера - 16 записывают параметры технологического процесса заряда аккумуляторной батареи - 1, а на экране узла индикации - 18 осуществляют отображение контролируемых параметров.

При запуске процесса заряда аккумуляторной батареи - 1 со второго выхода контроллера - 16 на управляющий вход первого управляемого ключа - 6 поступает управляющий сигнал, сформированный контроллером - 16.

Первый управляемый ключ - 6 замыкает на заданное контроллером - 16 время свои контакты и осуществляет подачу постоянного напряжения с выхода первого преобразователя - 3 переменного напряжения в постоянное напряжение на входы первого «LC»-фильтра - 5 и с первого выхода первого «LC»-фильтра - 5, через замкнутые контакты первого управляемого ключа - 6, с его выхода (первый выход источника - 2 зарядного тока); и со второго выхода первого LC»-фильтра - 5 через первый датчик - 7 тока, в виде единичных импульсов прямоугольной формы к электродам аккумуляторной батареи - 1. Форма импульсов, поступающих к электродам аккумуляторной батареи - 1, представлена позициями: - A1; А2; A3 на фиг.2. По истечении заданного контроллером - 16 времени первый управляемый ключ - 6 размыкает свои контакты и предотвращает поступление к электродам аккумуляторной батареи - 1 первого, а затем и последующих единичных импульсов прямоугольной формы. После возвращения первого управляемого ключа - 6 источника - 2 зарядного тока в исходное состояние с третьего выхода контроллера - 16 на управляющий вход второго управляемого ключа - 10 поступает управляющий сигнал, сформированный контроллером - 16.

Второй управляемый ключ - 10 замыкает на заданное контроллером - 16 время свои контакты и осуществляет подачу постоянного напряжения с выхода второго преобразователя - 8 переменного напряжения в постоянное напряжение на входы второго «LC»-фильтра - 9 и с первого выхода второго «LC»-фильтра - 9, через замкнутые контакты второго управляемого ключа - 10 источника - 2 зарядного тока и со второго выхода второго «LC»-фильтра - 9 через второй датчик - 11 тока в виде единичных импульсов прямоугольной формы к электродам аккумуляторной батареи - 1. Форма импульсов, поступающих к электродам аккумуляторной батареи - 1, представлена позициями - B1; В2; В3 на фиг.2.

По истечении заданного контроллером - 16 времени второй управляемый ключ - 10 размыкает свои контакты и предотвращает поступление к электродам аккумуляторной батареи - 1 первого, а затем и последующих единичных импульсов прямоугольной формы. После возвращения второго управляемого ключа - 10 источника - 2 зарядного тока в исходное состояние контроллер - 16 задерживает формирование последующих управляющих сигналов на определенное время, т.е. создает паузы: - П1; П2 см. фиг.2, а затем вновь переходит к обеспечению технологического процесса заряда аккумуляторной батареи - 1. При этом контроллер - 16 осуществляет сравнение заданных значений параметров процесса заряда аккумуляторной батареи - 1 с текущими значениями параметров заряда аккумуляторной батареи - 1, поступающими на второй и третий входы контроллера - 16 с выходов первого датчика - 7 тока, на четвертый и пятый входы контроллера - 16 с выходов первого датчика - 12 напряжения, на шестой и седьмой входы контроллера - 16 с выхода датчика - 15 плотности электролита аккумуляторной батареи - 1, на восьмой и девятый входы контроллера - 16 с выхода датчика температуры - 14, на десятый и одиннадцатый входы контроллера 16 с выхода второго датчика - 13 напряжения и на двенадцатый и тринадцатый входы контроллера - 16 с выхода второго датчика - 11 тока, и в случае их отключений контроллер - 16 формирует управляющие сигналы с учетом этих отключений и получение на электродах аккумуляторной батареи - 1 оптимальных значений параметров импульсных сигналов, обеспечивающих более эффективный заряд аккумуляторной батареи - 1.