способ дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления

Формула изобретения

Способ дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, заключающийся в том, что определяют напряжение аккумуляторной батареи и формируют импульсы зарядного тока до момента превышения напряжением батареи заданного уровня, отличающийся тем, что осуществляют заряд емкостного накопителя от регулируемого источника постоянного тока, определяют разность напряжений емкостного накопителя и аккумулятоpной батаpеи и пpи пpевышении этой pазностью заданного значения фоpмиpуют импульсы заpядного тока путем pазpяда емкостного накопителя на аккумуляторную батарею.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют температуру каждого элемента аккумуляторной батареи, сравнивают максимальное из измеренных значений температуры с заданным значением и полученный результат используют для формирования заданного значения разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи так, чтобы это значение не превышало наперед заданной величины.

3. Устройство для дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, содержащее источник постоянного тока, первый вывод которого соединен с первым одноименным выводом аккумуляторной батареи, датчик напряжения аккумуляторной батареи, управляемый полупроводниковый элемент, включенный между вторыми одноименными выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, полярностью, соответствующей заряду аккумуляторной батареи, и датчик тока аккумуляторной батареи, выход которого подключен к входу первого порогового элемента, отличающееся тем, что в него введены емкостный накопитель, выводы которого соединены с выводами источника постоянного тока, выполненного регулируемым, датчик разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, включенный между вторыми выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, блок датчиков температуры элементов аккумуляторной батареи, подключенный к блоку выделения максимального сигнала, выход которого соединен с входом регулятора температуры, выход которого соединен с входом управляемого блока ограничения, выход которого соединен с первым входом второго порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом управляемого полупроводникового элемента, причем второй вход второго порогового элемента подключен к выходу датчика разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, а выход датчика напряжения аккумуляторной батареи соединен с первым блокирующим входом источника постоянного тока, второй блокирующий вход которого соединен с выходом первого порогового элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для заряда электрохимических источников тока.

Известен способ дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, заключающийся в том, что определяют напряжение аккумуляторной батареи и формируют импульсы зарядного тока до момента превышения напряжением батареи заданного уровня, [1]

Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее источник постоянного тока, первый вывод которого соединен с первым одноименным выводом аккумуляторной батареи, датчик напряжения аккумуляторной батареи, управляемый полупроводниковый элемент, включенный между вторыми одноименными выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, полярностью соответствующей заряду аккумуляторной батареи и датчик тока аккумуляторной батареи, выход которого подключен к входу первого порогового элемента [2]

Известные способ и устройство не обеспечивают точную дозировку энергии заряда в пределах одного элементарного цикла. Форма импульса зарядного тока не позволяет ускорить процесс электрохимического разделения заряда без существенного уменьшения ресурса и емкости. В процессе заряда не контролируется температура наиболее нагретых элементов аккумуляторной батареи, что может привести к выводу из строя аккумуляторной батареи в целом.

Цель изобретения улучшение срока службы заряжаемого аккумулятора.

Поставленная цель в способе дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, заключающегося в том, что определяют напряжение аккумуляторной батареи и формируют импульсы зарядного тока до момента превышения напряжением батареи заданного уровня, достигается тем, что осуществляют заряд емкостного накопителя от регулируемого источника постоянного тока, определяют разность напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи и при превышении этой разностью заданного значения формируют импульсы зарядного тока, путем разряда емкостного накопителя на аккумуляторную батарею. Также при этом способе измеряют температуру каждого элемента аккумуляторной батареи, сравнивают максимальное из измеренных значений температуры с заданным значением и полученный результат используют для формирования заданного значения разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, таким образом, чтобы это значение не превышало наперед заданной величины.

В устройстве для реализации способа дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, содержащем источник постоянного тока, первый вывод которого соединен с первым одноименным выводом аккумуляторной батареи, датчик напряжения аккумуляторной батареи, управляемый полупроводниковый элемент, включенный между вторыми одноименными выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, полярностью соответствующей заряду аккумуляторной батареи и датчик тока аккумуляторной батареи, выход которого подключен к входу первого порогового элемента, поставленная цель достигается тем, что в него введены емкостной накопитель, выводы которого соединены с выводами источника постоянного тока, выполненного регулируемым, датчик разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, включенный между вторыми выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, блок датчиков температуры элементов аккумуляторной батареи, подключенный к блоку выделения максимального сигнала, выход которого соединен со входом регулятора температуры, выход которого соединен со входом управляемого блока ограничения, выход которого соединен с первым входом второго порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом управляемого полупроводникового элемента, причем второй вход второго порогового элемента подключен к выходу датчика разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, а выход датчика напряжения аккумуляторной батареи соединен с первым блокирующим входом источника постоянного тока, второй блокирующий вход которого соединен с выходом первого порогового элемента.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи; на фиг. 2 осцилограмма тока заряда аккумуляторной батареи в способе ее дозированного ускоренного заряда и устройстве его реализации. На схеме (фиг. 1) показаны: источник постоянного тока 1, аккумуляторная батарея 2, датчик 3 напряжения батареи 2, управляемый полупроводниковый элемент 4, датчик тока 5 батареи 2, первый пороговый элемент 6, емкостной накопитель 7, датчик 8 разности напряжений емкостного накопителя 7 и батареи 2, блок датчиков температуры 9 элементов батареи 2, блок 10 выделения максимального сигнала, регулятор температуры 11, управляемый блок 12 ограничения, второй пороговый элемент 13.

В способе дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, заключающемся в том, что определяют напряжение аккумуляторной батареи и формируют импульсы зарядного тока до момента превышения напряжением батареи заданного уровня, осуществляют (фиг. 1) заряд емкостного накопителя 7 от регулируемого источника тока 1, определяют разность напряжений емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2 и при превышении этой разностью заданного значения формируют импульсы зарядного тока путем разряда емкостного накопителя 7 на аккумуляторную батарею 2. Также этим способом измеряют температуру каждого элемента аккумуляторной батареи 2, сравнивают максимальное из измеренных значений температуры с заданным значением и полученный результат используют для формирования заданного значения разности напряжений емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи, таким образом, чтобы это значение не превышало наперед заданной величины.

Устройство для реализации этих способов содержит: источник 1 постоянного тока (фиг. 1), первый вывод которого соединен с первым одноименным выводом аккумуляторной батареи 2, датчик 3 напряжения аккумуляторной батареи 2, управляемый полупроводниковый элемент 4, включенный между вторыми одноименными выводами источника постоянного тока 1 и аккумуляторной батареи 2, полярностью соответствующей заряду аккумуляторной батареи 2 и датчик 5 тока аккумуляторной батареи 2, выход которого подключен к входу первого порогового элемента 6. При этом устройство (фиг. 2) содержит введенный в него емкостной накопитель 7, выводы которого соединены с выводами источника 1 постоянного тока, выполненного регулируемым, датчик 8 разности напряжений 8 емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2, блок 9 датчиков температуры элементов аккумуляторной батареи 2 подключают к блоку 10 выделения максимального сигнала, выход из которого соединен с входом регулятора 11 температуры, выход которого соединен с входом управляемого блока 12 ограничения, выход которого соединен с первым входом второго порогового элемента 13, выход которого соединен с управляющим входом управляемого полупроводникового элемента 4, причем второй вход второго порогового элемента 13 подключен к выходу датчика 8 разности напряжений емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2, а выход датчика 3 напряжения аккумуляторной батареи 2 соединен с первым блокирующим входом источника 1 постоянного тока, второй блокирующий вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 6.

Устройство работает следующим образом: заряд емкостного накопителя 7 осуществляется от регулируемого источника 1 постоянного тока стабилизированным током заданной величины. Время "Т" заряда емкостного накопителя 7 равно:

T_зар.= U_з/I_зар,

U_з заданное значение разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи (задается уровнем сигнала на задающем входе порогового элемента 13);

-I_зар ток заряда емкостного накопителя.

Когда разность напряжений U_з емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2 достигает значения (заданного) и формирует управляющий импульс управляемого ключевого элемента 4 (например тиристора), который открывается, обеспечивая разряд емкостного накопителя. При величине зарядного тока, отличного от нуля, срабатывает второй пороговый элемент 6, сигнал на выходе которого отключает источник 1 от емкостного накопителя 7.

На фиг. 2 приведена форма заданного тока, который характеризуется крутым передним фронтом I=t/L и задним фронтом в виде экспоненты:

,

где I_max амплитуда импульсов зарядного тока; Т постоянная времени разряда (Т= РхС); U_з заданное значение разности напряжений регулируемого источника постоянного тока и аккумуляторных батарей; e - основание натурального логарифма, L индуктивность, R активное сопротивление аккумуляторной батареи, t текущее время. Когда напряжение емкостного накопителя 7 становится равным напряжению аккумуляторной батареи 2, тиристор 4 запирается, а источник 1 постоянного тока отпирается и опять начинается заряд емкостного накопителя 7 энергии.

В процессе заряда блоком 9 датчиков температуры контролируется температура каждого элемента аккумуляторной батареи. Блок 10 выделяет сигнал соответствующий температуре максимально нагретого элемента. Регулятор 11 температуры стабилизирует заданное напряжение емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2, обеспечивая стабилизацию температуры наиболее нагретого элемента аккумуляторной батареи на допустимом уровне. Блок 12 регулируемого ограничения ограничивает заданное напряжение разности емкостного накопителя энергии 7 и аккумуляторной батареи 2 величиной, определяемой допустимым значением амплитуды импульса зарядного тока Imax (например, ImaxIразр. где Iразр. допустимое значение). В процессе разряда емкостного накопителя 7 ток аккумуляторной батареи уменьшается. При уменьшении этого тока до некоторой минимальной величины (например, до величины тока удержания тиристора) управляемый полупроводниковый элемент 4 запирается. Этот момент фиксируется датчиком 8 тока. При этом срабатывает второй пороговый элемент 13, который своим выходным сигналом включает источник 1 постоянного тока на заряд емкостного накопителя 7. Таким образом обеспечивается точно дозированный заряд аккумуляторной батареи. Форма импульса зарядного тока позволяет форсировать электрохимические процессы заряда без ухудшения ресурсных характеристик аккумуляторных батарей. Непрерывный контроль температуры элементов аккумуляторных батарей позволяет обеспечить надежную и стабильную работу зарядного устройства и диагностику номинальных характеристик каждого элемента. При этом эффективность и промышленная применимость определяется следующим расчетным образом:

возможность точной дозировки энергии W заряда в пределах каждого цикла

W = U(O)xC,

где U(O) разность напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи в начале каждого цикла; С емкость емкостного накопителя энергии;

оптимальная форма импульса тока заряда, позволяющая ускорить заряд аккумуляторных батарей предельно крутой передний фронт

dI/dt = U(O)/L,

где L индуктивность аккумуляторной батареи и соединительных проводов; I ток; t время;

экспоненциальная форма заднего фронта с постоянной времени (T):

Т=RxC,

где R активное сопротивление аккумуляторной батареи и соединительных проводов; С емкость емкостного накопителя.

Заявленный способ и устройство применимы в электротехнике, особенно для ускоренной зарядки аккумуляторных батарей электромобилей.