Зарядное устройство для аккумуляторных батарей

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для заряда электрохимических накопителей энергии, а именно аккумуляторных батарей.

Предложено зарядное устройство для аккумуляторных батарей, содержащее сетевой фильтр, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входом выпрямителя, первый и второй выходы выпрямителя соединены с первым и вторым входами первого сглаживающего фильтра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя напряжения, первый и второй выходы преобразователя напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами второго сглаживающего фильтра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого делителя напряжения, резистивный датчик тока, включенный последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей, первый вывод которого соединен со вторым выходом второго сглаживающего фильтра, а второй со вторым входом узла защиты, первый вход которого подключен к первому выходу второго сглаживающего фильтра, а выход узла защиты подключен к одной из клемм аккумуляторной батареи, вторая клемма которой подключена ко второму входу узла защиты, узел стабилизации, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого делителя напряжения, второму выходу второго сглаживающего фильтра и второму выводу датчика тока, узел гальванической развязки, включенный между выходом узла стабилизации и третьим входом преобразователя напряжения и узел индикации, параллельно клеммам аккумуляторной батареи включены второй делитель напряжения и узел разряда, вход которого соединен с первым выходом узла согласования и управления, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом второго делителя напряжения, со вторым выводом датчика тока и вторым выходом второго сглаживающего фильтра, второй, третий и четвертый выходы узла согласования и управления соединены соответственно с третьим входом узла защиты, с входом узла индикации и с четвертым входом узла стабилизации.

1 н.п. ф-лы; 1 илл.

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для заряда электрохимических накопителей энергии, а именно аккумуляторных батарей.

Известно зарядное устройство, содержащее входной фильтр, выпрямитель, полумостовую инверторную схему, выполненную на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором, узел гальванического разделения, высокочастотный трансформатор, выходной выпрямитель, сглаживающий дроссель и шунт, включенные последовательно с нагрузкой [Патент РФ на полезную модель 97880. МПК H02J 7/10. Опубл. в Б.И. 26, 20.09.2010].

Недостатками данного зарядного устройства являются отсутствие защиты от неправильного подключения аккумуляторной батареи и отсутствие индикации неправильного подключения.

Известно зарядное устройство, содержащее сетевой фильтр, выпрямитель напряжения, преобразователь напряжения, узел стабилизации, узел защиты, второй и третий выпрямители и делитель напряжения [Патент РФ на полезную модель 81854. МПК H02J 7/10. Опубл. в Б.И. 9, 27.03.2009].

Недостатками данного зарядного устройства является отсутствие защиты от неправильного подключения аккумуляторной батареи и отсутствие индикации неправильного подключения.

Наиболее близким к предложенному устройству является зарядное устройство для аккумуляторных батарей [Патент РФ на полезную модель 110561. МПК H02J 7/00. Опубл. в Б.И. 32, 20.11.2011], выбранное в качестве прототипа и содержащее выпрямитель, сетевой фильтр, присоединенный к входу выпрямителя, преобразователь, первый сглаживающий фильтр, включенный между выпрямителем и входом преобразователя напряжения, второй сглаживающий фильтр, подключенный к выходу преобразователя напряжения, делитель напряжения, подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра, узел стабилизации и узел защиты, резистивный датчик тока, включенный последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей и подключенный к выходу второго сглаживающего фильтра, узел индикации, узел гальванической развязки, включенный между выходом узла стабилизации и преобразователем напряжения.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности автоматического регулирования и оптимизации параметров заряда в зависимости от внешних условий и степени изношенности подключенной аккумуляторной батареи (АКБ), а также реализации заряда АКБ асинхронным током.

Заявляемая полезная модель направлена на устранение недостатков, присущих известным из уровня техники устройствам, создание удобного в обращении, легкого и более совершенного автоматического зарядного устройства с цифровой индикацией, которое может программными средствами задавать оптимальные параметры заряда, требуемые для конкретной АКБ.

Указанная цель достигается тем, что зарядное устройство для аккумуляторных батарей, содержит сетевой фильтр, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входом выпрямителя, первый и второй выходы выпрямителя соединены с первым и вторым входами первого сглаживающего фильтра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя напряжения, первый и второй выходы преобразователя напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами второго сглаживающего фильтра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого делителя напряжения, резистивный датчик тока, включенный последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей, первый вывод которого соединен со вторым выходом второго сглаживающего фильтра, а второй со вторым входом узла защиты, первый вход которого подключен к первому выходу второго сглаживающего фильтра, а выход узла защиты подключен к одной из клемм аккумуляторной батареи, вторая клемма которой подключена ко второму входу узла защиты, узел стабилизации, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого делителя напряжения, второму выходу второго сглаживающего фильтра и второму выводу датчика тока, узел гальванической развязки, включенный между выходом узла стабилизации и третьим входом преобразователя напряжения и узел индикации, параллельно клеммам аккумуляторной батареи включены второй делитель напряжения и узел разряда, вход которого соединен с первым выходом узла согласования и управления, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом второго делителя напряжения, со вторым выводом датчика тока и вторым выходом второго сглаживающего фильтра, второй, третий и четвертый выходы узла согласования и управления соединены соответственно с третьим входом узла защиты, с входом узла индикации и с четвертым входом узла стабилизации.

Как вариант исполнения, возможно, что узел согласования и управления выполнен на базе микроконтроллера со встроенным аналого-цифровым преобразователем.

Как вариант исполнения, возможно, что узел согласования и управления выполнен на базе микроконтроллера соединенного с двухканальным аналого-цифровым преобразователем.

При различных вариантах исполнения возможно создание удобного в обращении, легкого и более совершенного автоматического зарядного устройства с цифровой индикацией, которое может программными средствами задавать оптимальные параметры заряда, требуемые для конкретной АКБ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию новизна.

На фиг.1 приведена блок-схема зарядного устройства в объеме независимого пункта 1 формулы полезной модели.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Зарядное устройство для аккумуляторных батарей на фиг.1, содержит сетевой фильтр 1, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входом выпрямителя 2, первый и второй выходы выпрямителя соединены с первым и вторым входами первого сглаживающего фильтра 3, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя напряжения 4. Первый и второй выходы преобразователя напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами второго сглаживающего фильтра 5, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого делителя напряжения 6. Резистивный датчик тока 11, включенный последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей 10. Первый вывод датчика тока 11 соединен со вторым выходом второго сглаживающего фильтра 5, а второй со вторым входом узла защиты 7, первый вход которого подключен к первому выходу второго сглаживающего фильтра 5. Выход узла защиты 7 подключен к одной из клемм аккумуляторной батареи 10, вторая клемма которой подключена ко второму входу узла защиты 7. Узел стабилизации 13, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого делителя напряжения 6, второму выходу второго сглаживающего фильтра 5 и выходу датчика тока 11. Узел гальванической развязки 12, включенный между выходом узла стабилизации 13 и третьим входом преобразователем напряжения 4. Параллельно клеммам аккумуляторной батареи 10 включены второй делитель напряжения 8 и узел разряда 9, вход которого соединен с первым выходом узла согласования и управления 14, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом второго делителя напряжения 8, со вторым выводом датчика тока 11 и вторым выходом второго сглаживающего фильтра 5. Второй, третий и четвертый выходы узла согласования и управления 14 соединены соответственно с третьим входом узла защиты 7, с входом узла индикации 15 и с четвертым входом узла стабилизации 13.

Зарядное устройство для аккумуляторных батарей на фиг.1 работает следующим образом.

Напряжение питания от сети переменного тока 220 В поступает через сетевой фильтр 1 на выпрямитель 2, с выхода выпрямителя 2 выпрямленное напряжение сглаживается при помощи первого сглаживающего фильтра 3, и поступает на вход преобразователя напряжения 4. На выходе преобразователя имеется напряжение постоянного тока низкого уровня, которое сглаживается при помощи второго сглаживающего фильтра 5. Зарядный ток с выхода второго сглаживающего фильтра 5 подается на заряжаемую аккумуляторную батарею через узел защиты 7 и резистивный датчик тока 11, которые включены последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей 10.

При отсутствии заряжаемой аккумуляторной батареи узел согласования и управления 14 анализирует напряжение на втором делителе напряжения 8 (U<1 В) и подает запрещающий сигнал на узел защиты 7, электронный ключ в узле защиты 7 закрывается.

При правильном подключении аккумуляторной батареи узел согласования и управления 14 анализирует напряжение на втором делителе напряжения 8 (1<U<16 В) и подает разрешающий сигнал на узел защиты 7, электронный ключ в узле защиты 7 открывается и начинается процесс заряда.

В случае неправильного подключения аккумуляторной батареи к зарядному устройству узел согласования и управления 14 анализирует напряжение на втором делителе напряжения 8 (U<1 В) и подает запрещающий сигнал на узел защиты 7, электронный ключ в узле защиты 7 закрывается. В этом случае аккумуляторная батарея не подключена к зарядному устройству.

При коротком замыкании выходных контактов зарядного устройства узел согласования и управления 14 также анализирует напряжение на втором делителе напряжения 8 (U<1 В) и подает запрещающий сигнал на узел защиты 7, электронный ключ в узле защиты 7 закрывается.

При коротком замыкании выхода зарядного устройства в процессе заряда аккумуляторной батареи, когда ключ в узле защиты 7 был открыт, узел согласования и управления 14 анализирует напряжение на втором делителе напряжения 8 (U<1 В) и подает запрещающий сигнал на узел защиты 7, электронный ключ в узле защиты 7 закрывается и отключает аккумуляторную батарею от зарядного устройства.

Узел индикации 15 индицирует напряжение подключенной АКБ, а при заряде - ток заряда, режим короткого замыкания и неправильное подключение аккумуляторной батареи.

Стабилизация тока и напряжения заряда аккумуляторной батареи осуществляется при помощи изменения режима работы преобразователя напряжения 4.

Стабилизация выходного напряжения преобразователя напряжения осуществляется путем подачи на первый и второй входы узла стабилизации 13 напряжения, снимаемого с первого делителя напряжения 6.

В начале процесса заряда аккумуляторной батареи происходит стабилизация зарядного тока, который пропорционален напряжению, снимаемому с резистивного датчика тока 11, и подаваемому на второй и третий входы узла стабилизации 13. В конце процесса заряда происходит увеличение напряжения на аккумуляторной батарее 10, узел согласования и управления 14 анализирует напряжение на втором делителе напряжения 8 (U14,5 В) и подает управляющее напряжение на узел стабилизации 13, который в свою очередь уменьшает ток, и зарядное устройство переходит в режим стабилизации напряжения на заданном уровне, например 14,5 В. Узел стабилизации 13 через узел гальванической развязки 12 изменяет режим работы преобразователя 4 таким образом, чтобы автоматически происходила стабилизация зарядного тока или напряжения в зависимости от степени заряженности аккумулятора.

При заряде асинхронным током, узел согласования и управления 14 поочередно открывает ключи в узлах защиты 7 и разряда 9, в соответствии с управляющей программой. Кроме того, программным способом, можно сформировать выходной ток и напряжение с произвольным законом изменения во времени, в зависимости от характеристик подключаемой АКБ.

В качестве датчика тока применен низкоомный резистор. Узел стабилизации может быть выполнен на базе ШИМ-контроллера, например, микросхемы TL494 или другой подобной. В качестве узла согласования и управления может быть применен контроллер, содержащий аналого-цифровой преобразователь и широтно-импульсный модулятор, например, pic16f690.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:

- средство, выполняющее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в автомобильной промышленности.

- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте формулы, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию промышленная применимость.

1. Зарядное устройство для аккумуляторных батарей, содержащее сетевой фильтр, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входом выпрямителя, первый и второй выходы выпрямителя соединены с первым и вторым входами первого сглаживающего фильтра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя напряжения, первый и второй выходы преобразователя напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами второго сглаживающего фильтра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого делителя напряжения, резистивный датчик тока, включенный последовательно с заряжаемой аккумуляторной батареей, первый вывод которого соединен со вторым выходом второго сглаживающего фильтра, а второй со вторым входом узла защиты, первый вход которого подключен к первому выходу второго сглаживающего фильтра, а выход узла защиты подключен к одной из клемм аккумуляторной батареи, вторая клемма которой подключена ко второму входу узла защиты, узел стабилизации, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого делителя напряжения, второму выходу второго сглаживающего фильтра и второму выводу датчика тока, узел гальванической развязки, включенный между выходом узла стабилизации и третьим входом преобразователя напряжения, и узел индикации, отличающееся тем, что параллельно клеммам аккумуляторной батареи включены второй делитель напряжения и узел разряда, вход которого соединен с первым выходом узла согласования и управления, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом второго делителя напряжения, со вторым выводом датчика тока и вторым выходом второго сглаживающего фильтра, второй, третий и четвертый выходы узла согласования и управления соединены соответственно с третьим входом узла защиты, с входом узла индикации и с четвертым входом узла стабилизации.

2. Зарядное устройство для аккумуляторных батарей по п.1, отличающееся тем, что узел согласования и управления выполнен на базе микроконтроллера со встроенным аналого-цифровым преобразователем.

3. Зарядное устройство для аккумуляторных батарей по п.1, отличающееся тем, что узел согласования и управления выполнен на базе микроконтроллера, соединенного с двухканальным аналого-цифровым преобразователем.