Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок

Устройство относится к электротехнике, а точнее, к устройствам заряда химических источников тока, и может быть использовано для заряда аккумуляторов, преимущественно, никель-кадмиевых и никель-металлгидридных герметичных цилиндрических, и защиты их от перегрузок, которые могут возникать в процессе эксплуатации этих изделий.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известное зарядное устройство (устройство), состоящее из корпуса и размещенных в нем разъема для подключения к источнику напряжения (РПИН), зарядной цепи (ЗЦ), элемента аккумулятора (ЭА), индикатора и блока контроля и управления (БКУ), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, со входом узла индикатора, со входом узла ЭА и первым портом узла ЗЦ, который своим вторым портом соединен с выходом узла РПИН, и выполненное с возможностью управления зарядом элементом аккумулятора, отображения степени заряда узла ЭА с помощью индикатора, трансформации конструкции узла корпуса к двум видам, в первом и втором из которых обеспечивается, соответственно, открытие доступа к узлу РПИН, для его подключения к внешнему источнику напряжения, и закрытие доступа к узлу РПИН, для придания узлу корпуса форм-фактора, соответствующего стандартному типоразмеру аккумулятора, дополнительно введены в его состав ключ, датчик тока (ДТ) и флеш память (ФП), которая своим портом соединена с четвертым портом узла БКУ, который своими пятым и шестым портами соединен, соответственно, с первым портом датчика тока (ДТ) и первым портом ключа, который вторым и третьим портами соединен, соответственно, со входом узла ЭА и вторым портом узла ДТ, который третьим портом соединен с третьим портом узла ЗЦ, кроме того, узел БКУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность формирования и хранения в узле ФП информации в виде массивов данных, отражающих «образ» разрядной характеристики (РХ) и значения электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора, автоматически определяемых в начале его эксплуатации, управления процедурами восстановления работоспособности узла ЭА с контролем соответствия его РХ и ЗЭП допустимым значениям с выводом на узел индикатора сообщений, отражающих уровень работоспособности узла ЭА, оценки степени деградации электрических параметров узла ЭА с автоматической активацией процедур восстановления его работоспособности, например, проведения «тренировки» узла ЭА, выполняемых при обнаружении выхода РХ или ЗЭП из области допустимых значений, мониторинга уровней напряжения на узле ЭА и тока, отдаваемого им в нагрузку, и в случаях перегрузки узла ЭА, определяемой на основе выхода контролируемых параметров за пределы допустимых норм, активации режима защиты, обеспечивающего электрическую изоляцию (отключения от нагрузки) узла ЭА путем перевода узла ключа в состояние высокого импеданса до прекращения действия на элемент аккумулятора упомянутой перегрузки.

Введенные существенные признаки обеспечивают расширение функциональных возможностей устройства, связанных с повышением работоспособности и надежности обслуживаемого им элемента аккумулятора на основе его защиты от перегрузок, возникающих в процессе эксплуатации этого изделия.

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам заряда химических источников тока, и может быть использовано для заряда аккумуляторов, преимущественно, никель-кадмиевых и никель-металлгидридных герметичных цилиндрических, и защиты их от перегрузок, которые могут возникать в процессе эксплуатации этих изделий.

Работоспособность технических устройств и систем, функционирующих в автономном режиме, наиболее часто обеспечивается с помощью химических источников тока (ХИТ) - аккумуляторов.

Среди большого ассортимента ХИТ, производимых и широкого потребляемых в мире, значительное место по популярности занимают никель-кадмиевые и никель-металлгидридные [Л1] герметичные цилиндрические аккумуляторы (далее - аккумулятор), которые широко применяются в различной технике, например, для электропитания радиостанций, радиотелефонов и радио-удлинителей, портативных компьютеров, цифровых фотоаппаратов и видеокамер, различных приборов, инструментов и других устройств.

Актуальность этих аккумуляторов, как показано в [Л2-Л3], обусловлена рядом их достоинств и преимуществ, среди которых: высокая надежность, долговечность, большое количество циклов заряда/разряда, работоспособность при низких температурах, поддержка больших разрядных токов, способность заряжаться как малыми, так и большими токами, а также низкая стоимость. Кроме того, все эти аккумуляторы являются взрыво-пожаробезопасными, выдерживают короткие замыкания и конструктивно оснащены прочным герметичным корпусом, который выдерживает давление внутренних газов в тяжелых условиях эксплуатации. Поэтому, аккумуляторы данного типа востребованы во многих применениях, в том числе, ответственных, то есть там, где требуется обеспечить высокий уровень надежности функционирования устройств и систем, например, в связи, медицине, военном деле и др.

Эффективность работы упомянутых устройств и систем, в том числе, надежность и длительность их автономной работы, существенно зависит от состояния системы электропитания, основу которой составляет аккумулятор. Поскольку аккумулятор является важным элементом, который существенным образом влияет на работоспособность и надежность устройств и систем, которые от него получают электропитание, то поддержание его работоспособности на высоком уровне с защитой от «стрессовых» воздействий, вызывающих ускоренный износ ресурса и надежности этого изделия, является весьма актуальной задачей.

Как известно [Л4], для поддержки работоспособности необходимо соблюдать технологические регламенты аккумулятора (TPА) - требования производителя этих изделий в части, касающейся соблюдения правил хранения, подготовки к работе, ввода в эксплуатацию, заряда/разряда, восстановления работоспособности аккумулятора, защиты его от перегрузок и др. При нарушении ТРА его электрические параметры могут интенсивно деградировать, то есть, аккумулятор может быстро потерять свою работоспособность и/или выйти из строя.

Исследования показали, что успешное решение задачи, связанной с поддержанием высокой работоспособности на основе соблюдением всех требований ТРА, весьма затруднено из-за наличия и влияния на этот процесс объективных и субъективных факторов, зачастую носящих случайный характер, действия противоречий различного характера, наличия у этих изделий недостатков, например, тока саморазряда, «эффекта памяти» [Л5], ограниченности ресурса (количества циклов разряда/заряда), большого технологического разброса электрических параметров, а также необходимостью учета состояния обслуживаемых изделий, например, исправности, степени разряда и др. Кроме того, в процессе эксплуатации аккумулятор может подвергаться «шоковым» воздействиям из-за токовых перегрузок, которые могут возникать, например, при нарушении правил хранения (помещения в чрезмерно влажную среду, вызывающую коррозию корпуса), в следствии неправильного подключения аккумулятора к нагрузке, в случаях возникновения нештатных режимов работы потребительского устройства (при возникновении в нем неисправностей) и др. Токовая перегрузка аккумулятора (ТПА) вызывает его ускоренный износ и может приводить к преждевременному выходу из строя этого изделия. Например, ТПА может возникать п при восстановлении работоспособности аккумулятора с использованием зарядных устройств низкого качества и допускают заряд аккумулятора чрезмерно большими токами, что, как известно [Л6], может вызывать деградацию аккумулятора и потерю его работоспособности из-за быстрого увеличения давления внутри этого изделия. И хотя, герметичные аккумуляторы оснащены аварийным клапаном для сброса излишнего давления газа, но их эксплуатация не предусматривает неоднократного вскрытия клапана, так как это приводит к необратимой потери баланса состава химического элемента, что влияет на электропроводность электролита и ведет к снижению работоспособности аккумулятора.

Высокая «чувствительность» аккумулятора к соблюдению ТРА вызывает трудности в реализации технических решений, обеспечивающих поддержание высокого уровня работоспособности и надежности аккумулятора с защитой от «стрессовых» воздействий, вызывающих ускоренный износ ресурса и надежности этого изделия. Это привело к тому, что на практике получил широкое распространение упрощенный подход к реализации ТРА. Так, в большом ассортименте зарядных устройств (ЗУ), представленных на рынке, реализованы технические решения (TP), в которых низкая стоимость и проста в использовании достигнуты за счет снижения качества обслуживания аккумуляторов и нарушения требований ТРА. Использование таких ЗУ приводит к интенсивной деградации электрических параметров аккумулятора, быстрому расходованию его ресурса, а также снижением надежности и работоспособности этого изделия.

Поэтому, поиск новых, более эффективных технических решений, обеспечивающих возможность поддержания высокого уровня работоспособности аккумулятора, является актуальной задачей.

Исследования показали, что все воздействия на аккумулятор, условно, можно разделить на две категории. Первый вид воздействий связан с обслуживанием аккумулятора при восстановлении его работоспособности - это воздействия реабилитационного характера (ВРХ).

Здесь, под обслуживанием аккумулятора понимается возможность выполнения ряда процедур, направленных на восстановление его работоспособности, например, определение его исправности, наличие остаточного заряда, выполнение процедуры тренировки и др.

Второй вид воздействий связан с использованием аккумулятора в рабочей среде, которую формирует потребительские устройства и/или системы. Эти воздействия могут быть именованы воздействиями пользовательского характера (ВПХ).

Установлено, что наибольший вред аккумулятору, с точки зрения ускорения износа и деградации его электрических параметров, наносят «стрессовые» токовые нагрузки, которые могут возникать как в условиях типа ВРХ, так и в условиях типа ВПХ. Это обусловлено тем, что аккумулятор постоянно «мигрирует» из одной среды в другую. Так, для восстановления работоспособности он помещается в условия ВРХ, то есть, в зарядное устройство для восполнения энергозапаса, а для использования по назначению, помещается в условия ВПХ, то есть, в пользовательское устройство или систему для обеспечения их электропитания и автономного функционирования.

Исследования показали, что известные из техники устройства и системы имеют низкую эффективность поддержания работоспособности аккумулятора. Их использование не обеспечивает выполнение рекомендуемых ТРА, что приводит к интенсивной деградации электрических параметров и ускоренному износу ресурса аккумулятора. Во многом это обусловлено низким качеством обслуживания аккумулятора, нарушениями ТРА и низкой эффективностью защиты этого изделия от токовых перегрузок.

Так, наибольшее распространение получила практика использования для обслуживания аккумулятора простейших зарядных устройств (ЗУ), режимы работы которых могут существенно отличаться от режимов, которые заданы ТРА. Такая ситуация обусловлена, в частности тем, что используемые ЗУ могут быть обезличенными относительно обслуживаемых ими аккумуляторов. Причиной тому является тот факт, что с одной стороны, большое количество ЗУ, которые производятся многими фирмами, имеют универсальную конструкцию узла подключения аккумулятора (УПА). Это удобно для пользователей тем, что они без труда могут подобрать доступное по цене ЗУ с таким узлом УПА, конструкция которого позволяет подключать к нему любой из аккумуляторов, имеющий одинаковый форм-фактор (типоразмер), например, «АА». В результате такой ситуации, для восстановления работоспособности, аккумулятор может быть подключен к ЗУ от различных производителей.

С другой стороны, посредством узла УПА к ЗУ могут быть подключены аккумуляторы одинакового типоразмера, но произведенные разными фирмами. В результате этого допускается подключение к ЗУ аккумуляторов с электрическими параметрами, которые могут существенно отличаться друг от друга. Например, с типоразмером «АА» (LR6) известны: Ni-MH аккумуляторы AcmePower R06, емкостью 2700 мА*час, производства фирмы AcmePower, [Л7], Ni-MH аккумуляторы BL-2 R06, емкостью 1700 мА*час, производства фирмы DURACELL [Л8], никель-кадмиевые аккумуляторы типа GP100AAKC и GP60AAKC производства фирмы GP [Л9], обладающие емкостью, соответственно, 1000 мА*час и 600 мА*час, и для который производителем рекомендован режим заряда током, равным для GP100AAKC и GP60AAKC, соответственно, 100 мА и 60 мА.

Как видно из приведенных примеров, среди аккумуляторов одного типоразмера могут быть экземпляры, которые существенно отличаются своими электрическими характеристиками, например, емкостью и режимами заряда.

Исследования также показали, что среди известных из техники ЗУ существует большой разброс по алгоритмам обслуживания (режимам заряда) аккумуляторов. При этом, возможность адаптации алгоритма обслуживания аккумулятора в зависимости от его электрических параметров - не обеспечивается. Это приводит к применению к аккумуляторам с различными электрическими характеристиками типовой (усредненное) процедуры обслуживания (заряда), что не может обеспечить высокую эффективность восстановление работоспособности аккумулятора и обеспечить его защиту от перегрузок, например, чрезмерно большим зарядным током.

Сложность преодоления данной ситуации обусловлена также действием субъективного фактора, к которому можно отнести действия физически лиц (ФЛ), игнорирующих предупреждения и рекомендации производителей конкретных типов аккумуляторов о необходимости использования для заряда этих изделий только конкретные типы ЗУ. Более того, сложилась широкая практика, когда пользователи аккумуляторов используют для обслуживания (заряда) этих изделий любое ЗУ, коммутационный узел которого позволяет подключить данный аккумулятор. При этом, ФЛ уверены, что если аккумулятор можно подключить к ЗУ физически (позволяет конструкция стыковочного узла УПА), значит такое ЗУ и электрически совместимо для качественного обслуживания (заряда) аккумулятора.

Из техники [Л10] известно зарядное устройство (ЗУ), состоящее из контактов для подключения к источнику напряжения (КПИН) зарядной цепи (ЗЦ), контактов для подключения аккумуляторов (КПА) и блока контроля и управления (БКУ), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с выходом узла КЛИН, со входом узла ЗЦ и с выходом узла ЗЦ и входом узла КПА, и выполненное с возможностью обеспечивать заряд аккумуляторов токами разной величины, предотвращать протекания тока от аккумуляторов в узел ЗЦ, исключать обратный отбор мощности от аккумуляторов и защищать их от перегрузок при повторной подаче входного питающего напряжения.

Данное ЗУ функционирует следующим образом. В исходном состоянии к узлу КПА подключаются аккумуляторы (4 шт.). Узел КПИН подключается к источнику постоянного напряжения. Сразу же после подачи на ЗУ питающего напряжения, начинается процесс заряда аккумуляторов постоянным током с использованием метода стабилизации зарядного тока, известного из техники [Л11]. Напряжение с выхода узла КПИН поступает через узел ЗЦ на вход батареи аккумуляторов. При этом, узел ЗЦ стабилизирует ток, протекающий в цепи заряда.

С помощью данного ЗУ обеспечивается возможность быстрого заряда аккумуляторов (большим током около 1 А) в течении нескольких часов или их подзарядка небольшим током (около 0.1 А). Длительность заряда контролируется пользователем ЗУ. По истечении нескольких часов (3-5 час) ускоренного заряда считается, что аккумуляторы восстановили работоспособность (зарядились) и ЗУ может быть выключено.

К достоинствам данного ЗУ можно отнести то, что в нем реализованы некоторые защитные функции предусматривающие предотвращение протекания тока от аккумуляторов в узел ЗЦ, исключение обратного отбора мощности от аккумуляторов и их защита от перегрузок при повторной подаче напряжения.

Также к достоинствам данного ЗУ можно отнести то, что в нем реализован режим ускоренного заряда, что позволяет сократить время восстановления работоспособности аккумуляторов. Пользователи ценят свое время и предпочитают ЗУ, с помощью которых имеется возможность выполнять быстрый заряд аккумуляторов.

Данное зарядное устройство имеет низкую эффективность поддержания работоспособности аккумулятора. Это обусловлено действием следующих факторов.

Во-первых, это ЗУ не обеспечивает тестирование аккумуляторов. Наличие одного или нескольких неисправных аккумуляторов может вызвать заряд исправных экземпляров чрезмерно большим током и привести к их ускоренному износу и/или выходу из строя.

Во-вторых, это ЗУ не обеспечивает проверку аккумуляторов на наличие остаточного заряда. Проведение процедуры заряда не до конца разряженных аккумуляторов вызывает снижение их работоспособности (емкости) из-за влияния упомянутого «эффекта памяти».

В-третьих, это ЗУ обезличено относительно аккумуляторов, подключаемых к узлу КПА. Это приводит, как упоминалось выше, к применению к аккумуляторам с различными электрическими характеристиками типовой процедуры обслуживания (заряда), что не может обеспечить высокую эффективность восстановление работоспособности аккумулятора и обеспечить его защиту от перегрузок, вызванных, например большим зарядным током.

В-четвертых, в данном ЗУ отсутствует аппаратный контроль времени заряда аккумулятора. В этом ЗУ за временем обслуживания аккумулятора возлагается на пользователя, который может забыть вовремя выключить процесс заряда аккумулятора. Отсутствие защиты аккумулятора от перезаряда влечет его перезаряд. Перезаряд небольшими токами (режим нормального заряда) в течении не продолжительного времени (1-2 часа) практически не приносит вреда для аккумулятора. Однако, как показано в [Л12, Л13], при использовании больших зарядных токов (в режиме ускоренного заряда) перезаряд аккумулятора вызывает ухудшение его электрических параметров, а также снижает надежность и качество этого изделия. В данном устройстве имеется возможность установки как режима нормального заряда (небольшой ток заряда), так и ускоренного заряда (большой ток заряда). Как правило, пользователи ЗУ используют возможность ускорить процесс заряда аккумуляторов. Это вполне естественно, при постоянном дефиците времени.

С одной стороны, использование ускоренного заряда предоставляет пользователю возможность сократить время подготовки аккумулятора к эксплуатации. При этом, использование ускоренного заряда должно быть регламентировано по времени, чтобы не допустить перезаряд аккумулятора большим током и не допустить нарушения его работоспособности. В виду постоянного дефицита времени такой режим заряда используется достаточно часто. С другой, стороны, регламентированный по времени заряд аккумулятора обеспечить практически невозможно из-за объективных факторов (в ЗУ отсутствует механизм защиты аккумулятора от его перезаряда) и влияния субъективных факторов, обусловленных тем, что пользователь ЗУ может нарушить хронометраж заряда, например, по забывчивости, рассеянности, в результате действия отвлекающих факторов, стрессов и т.п. В результате действия указанных факторов данное ЗУ, при использовании его в режиме ускоренного заряда, может подвергнуть аккумулятор перезаряду интенсивным током. Это приводит к снижению, как качества (основных параметров), так и надежности обслуживаемого аккумулятора. Использование данного ЗУ ведет к преждевременному не контролируемому износу аккумулятора, снижению его качества из-за интенсивной деградации рабочих (электрических) характеристик, что снижает надежность функционирования аккумулятора и может вызывать преждевременный отказ в работе пользовательских устройств или систем.

В-пятых, это ЗУ не обеспечивает защиту аккумуляторов от «стрессовых» ситуаций, которые могут возникать в случаях их эксплуатации в составе потребительских устройств (ПУ), то есть, при упомянутых воздействиях типа ВПХ, например, при возникновении в них (в ПУ) неисправностей в системе электропитания типа «к.з.» (короткое замыкание). В подобных случаях аккумуляторы подвергаются интенсивному износу и могут выйти из строя.

Из техники [Л14] известно зарядное устройство (ЗУ), состоящее из корпуса и размещенных в нем разъема для подключения к источнику напряжения (РПИН), зарядной цепи (ЗЦ), отсека для установки аккумуляторов (ОУА), светодиодного индикатора (СИ) и блока контроля и управления (БКУ), который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с выходом узла РПИН и первым входом узла ЗЦ, со вторым входом узла ЗЦ, со входом узла СИ и с выходом узла ЗЦ и входом узла ОУА, и выполненное с возможностью изменения тока заряда, тестирования исправности, контроля времени заряда, полярности подключения аккумуляторов и их защиты от избыточного напряжения.

Данное зарядное устройство (ЗУ) функционирует во многом подобно предыдущему ЗУ. В исходном состоянии в узел ОУА устанавливаются аккумуляторы (до 4-х шт.), что обеспечивает их подключение к ЗУ. При этом обеспечивается контроль правильной полярности аккумуляторов, установленных в узел ОУА. Если аккумулятор установлен в узел ОУА не правильно, то эта ситуация отображается с помощью узла СИ, например, светоиндикатор начинает мигать. Кроме того, процедура заряда для такого аккумулятора не активируется. Узел РПИН подключается к источнику напряжения. Сразу же после подачи на ЗУ питающего напряжения, выполняется процедура тестирования исправности, а затем начинается процесс заряда исправных аккумуляторов, который осуществляется постоянным током, с использованием упомянутого метода стабилизации зарядного тока. Наличие неисправного аккумулятора также сигнализируется узлом СИ, например, путем изменения цвета его свечения. Напряжение с выхода узла РПИН поступает через узел ЗЦ на вход аккумуляторов. При этом, узел ЗЦ стабилизирует ток, протекающий в цепи заряда.

С помощью данного ЗУ обеспечивается заряд аккумулятора в течении около 1416-и часов в режиме нормального заряда и в течении нескольких часов в режиме ускоренного заряда. Для защиты аккумуляторов от перегрузок, которые могут возникнуть в результате перезаряда, узлом БКУ осуществляется контроль времени заряда аккумуляторов. То есть, после завершения заряда аккумуляторов данное ЗУ автоматически выключается.

Данное ЗУ частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Это достигается за счет того, что в нем повышено качество обслуживания и реализованы дополнительные механизмы защиты аккумуляторов от перегрузок. Это - контроль правильной установки (полярности) аккумуляторов в узел ОУА, а также выполнение процедур тестирования исправности и контроля времени заряда с защитой от избыточного напряжения.

Данное зарядное устройство имеет низкую эффективность поддержания работоспособности аккумулятора. Это обусловлено наличием в нем недостатков, во многом аналогичных предыдущему устройству. Кроме того, следует заметить, что при подключении аккумуляторов к данному зарядному устройству (ЗУ), их заряд начинается, вне зависимости от того в каком состоянии разряженности они находятся. Процедура заряда производится типовым режимом, не учитывающим индивидуальные параметры (электрические характеристики) изделия и их изменения в процессе эксплуатации аккумулятора. То есть, обслуживание аккумуляторов выполняется без учета степени их разряженности. Поэтому, заряду может подвергаться аккумулятор, который не полностью разряжен и выработал свой ресурс (потеряли емкость и др.). При этом, в случае заряда не полностью разряженного аккумулятора, его реальная емкость может существенно снижаться из-за действия упомянутого «эффекта памяти» процесса укрупнения кристаллических образований активного вещества аккумулятора и уменьшения площади активной поверхности его рабочего вещества. С помощью данного ЗУ не обеспечивается возможность предотвращения заряда не полностью разряженного аккумулятора, в результате чего, с каждым новым циклом заряда-разряда, рабочее вещество внутри аккумулятора может постепенно изменять свою структуру в сторону уменьшения площади активной поверхности, что приводит к уменьшению реальной емкости обслуживаемого аккумулятора. Следует заметить, что в процессе эксплуатации, из-за действия субъективных факторов, аккумулятор не доводится до состояния полной разрядки и часто подвергается новому заряду. Впрочем, это вполне естественно, особенно, когда отсутствуют запасные аккумуляторы. В результате такой практики, как показано в [Л6], через 3-6 месяцев (в зависимости от частоты заряда, глубины разряда, условий эксплуатации и качества аккумулятора) реальная емкость аккумулятора заметно уменьшается. Сокращается также и время заряда и может увеличиваться внутреннее сопротивление аккумулятора, что существенно снижает качество этого изделия и эффективность его функционирования. Если и далее не принимать особых мер, то при дальнейшей эксплуатации аккумулятора, увеличивающиеся кристаллические образования могут привести к разрушению сепаратора (своего рода перегородки, разделяющей анод и катод) и увеличению тока саморазряда.

В процессе использования аккумулятора по назначению, может создаваться ситуация, при которой, с одной стороны, чтобы обеспечить работоспособность технического устройства, аккумулятор не должен полностью разряжаться. Иначе функционирование изделия, в котором он установлен, будет нарушено, что - не допустимо. Поэтому, не разряженный до конца аккумулятор, как правило, извлекается из пользовательского устройства и подвергаются процедуре заряда для восстановления его емкости, что вызывает формирование «эффекта памяти» и ведет к снижению реальной емкости этого изделия. С другой стороны, для того чтобы обеспечить поддержание высокого уровня работоспособности аккумулятора, он должен полностью разряжаться. Так, согласно [Л4], аккумулятор перед зарядом должен быть разряжен при температуре окружающей среды (20±5)°C постоянным током 0,2С5 А до конечного напряжения 1,0 В.

Таким образом, сочетание субъективных и объективных факторов формируют противоречивую ситуацию, в которой чтобы аккумулятор был постоянно заряжена и готова к использованию для обеспечения функций технических устройств, пользователь должен подзаряжать аккумулятор, не доводя его до полного разряда. С другой стороны, чтобы работоспособность аккумулятора поддерживалась максимальной (не снижалась емкость), аккумулятор не должен подзаряжаться, а разряжаться полностью, иначе проявляется эффект памяти, снижающий его работоспособность (емкость и другие параметры). Данное ЗУ не обеспечивает разрешения этого противоречия.

Из техники [Л13], известно зарядное устройство (ЗУ), состоящее из корпуса и размещенных в нем разъема для подключения к источнику напряжения (РПИН), зарядной цепи (ЗЦ), отсека для установки аккумулятора (ОУА), индикатора и блока контроля и управления (БКУ), который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с выходом узла РПИН и первым входом узла ЗЦ, со вторым входом узла ЗЦ, со входом узла индикатора и с выходом узла ЗЦ и входом узла ОУА, и выполненное с возможностью ограничения потребляемого тока и напряжения на входе, защиты от неправильного подключения аккумуляторной батареи, контроля за степенью зарядки аккумулятора и автоматического управления зарядным током и отображения на узле индикатора степень заряда аккумулятора.

Работа этого ЗУ во многом сходна с функционированием предыдущего зарядного устройства. Режим заряда аккумулятора контролируется узлом БКУ, который вырабатывает сигналы управления узлом ЗЦ. Процесс заряда отображается с помощью индикатора.

Данное ЗУ частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Так, применение для заряда импульсного тока, вместо постоянного, как известно из [Л14], способствует частичному восстановлению активного вещества в аккумуляторах, то есть, приводит к снижению упомянутого «эффекта памяти». С помощью узла БКУ осуществляется контроль и управление процедурой заряда аккумулятора, а также обеспечивается ее своевременное прекращение с отображением результатов с помощью индикатора. При этом, с помощью индикатора пользователь ЗУ может выполнить «грубую» оценку работоспособности аккумулятора.

Данное ЗУ имеет недостатки, во многом аналогичные предыдущему устройству. Кроме того, при заряде аккумуляторов с использованием данного устройства, узлом БКУ осуществляется контроль и управление зарядом на основе измерения напряжения на аккумуляторной батарее. Известно, что при длительной эксплуатации электрические параметры различных экземпляров аккумуляторов, в силу их технологического различия, могут деградировать в разной степени. Поэтому, заряд нескольких таких аккумуляторов, последовательно соединенных в узле ОУА, может приводить к перезаряду отдельных экземпляров этих изделий. Возникающая при этом токовая перегрузка, может вызвать ускоренный износ и выход из строя этих аккумуляторов.

В ходе исследований установлено, что низкий уровень работоспособности аккумуляторов, обеспечиваемый известными техническими решениями, во многом обусловлен, как наличием упомянутой обезличенности ЗУ относительно обслуживаемых ими аккумуляторов, так и отсутствием защитных механизмов, оберегающих эти изделия от перегрузок, которые могут возникать в процессе обслуживания и эксплуатации аккумуляторов в составе потребительских устройств и систем, то есть, от перегрузок, возникающих при воздействиях типа ВРХ и ВПХ. Так, будучи установленным в любое, практически, случайное ЗУ, конструкция стыковочного узла которого обеспечивает подключение аккумулятора, последний подвергается риску воздействия «стрессов» в виде токовых перегрузок. При установке в рабочую среду, например в контейнер электропитания плеера или другого потребительского устройства (ПУ), аккумулятор становится, образно говоря, «беззащитным» от воздействия со стороны нагрузки, которой является ПУ (плеер, радиостанция, электрошокер и др.). Находясь в потребительском устройстве (ПУ), аккумулятор часто подвергается перегрузкам, которые могут возникать при чрезмерно длительном нахождении ПУ во включенном состоянии, что может приводить к полному разряду аккумулятора и выходу его из строя, к возникновению различных неисправностей, вызывающих повышенную токовую нагрузку или режим к.з., что также отрицательно сказывается на работоспособности аккумулятора.

По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известное из техники [Л17], зарядное устройство (ЗУ), состоящее из корпуса и размещенных в нем разъема для подключения к источнику напряжения (РПИН), зарядной цепи (ЗЦ), элемента аккумулятора (ЭА), индикатора и блока контроля и управления (БКУ), который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с выходом узла РПИН и первым входом узла ЗЦ, со вторым входом узла ЗЦ, со входом узла индикатора и с выходом узла ЗЦ и входом узла ОУА, и выполненное с возможностью управления зарядом элементом аккумулятора, отображения степени заряда узла ЭА с помощью индикатора, трансформации конструкции узла корпуса к двум видам, в первом и втором из которых обеспечивается, соответственно, открытие доступа к узлу РПИН, для его подключения к внешнему источнику напряжения, и закрытие доступа к узлу РПИН, для придания узлу корпуса форм-фактора, соответствующего стандартному типоразмеру аккумулятора, например, «АА».

Функциональная схема данного ЗУ (далее - устройство) представлена на фиг.1

Устройство (фиг.1) содержит корпус 1, в котором установлены: индикатор 2, блок контроля и управления (БКУ) 3, разъем для подключения к источнику напряжения (РПИН) 5, зарядная цепь (ЗЦ) 6 и элемента аккумулятора (ЭА) 7. При этом, узел КПИН 5 выполнен в виде стандартного разъема, что обеспечивает возможность подключения ЗУ к типовому источнику напряжения для осуществления его электропитания, например сетевому адаптеру. Конструкция узла корпуса 1 выполнена с возможностью трансформации, при которой, в одном из положений (например, при раскрытии корпуса 1) обеспечивается свободный доступ к узлу РПИН 5 для обеспечения возможности его подключения к внешнему источнику напряжения 4, а в другом положении (например, при закрытом корпусе 1) обеспечивается целостность ЗУ и его конструктивное соответствие стандартному форм-фактору (типоразмеру), например, типа «АА».

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии устройство по внешнему виду и типоразмеру конструкции соответствует стандартному аккумулятору. Это позволяет легко использовать данное изделие по назначению, например, устанавливать в типовые контейнеры электропитания пользовательских устройств и систем. Для выполнения процедуры заряда элемента аккумулятора 7 корпус 1 раскрывается, например, откидывается в сторону крышка корпуса 1, расположенная со стороны анода аккумулятора, и обеспечивается доступ к узлу РПИН 5, который выполнен в виде стандартного разъема. Для подачи питающего напряжения на устройство узел РПИН 5 подключается к внешнему источнику напряжения 4, например, сетевому адаптеру. После этого начинается процесс заряда элемента аккумулятора 7 под управлением узла БКУ 3. Процесс заряда индицируется на индикаторе 2, например, путем его мигания. После окончания заряда характер свечения индикатора 2 изменяется, например, становится постоянным, что указывает пользователю об окончании процедуры заряда узла ЭА 7. После этого устройство отключается от источника напряжения 4 и выполняется обратная трансформация (сборка) корпуса 1 для придания устройству вида и конструкции, соответствующей стандартному типоразмеру аккумулятора, что позволяет его устанавливать в стандартные контейнеры (отсеки) электропитания потребительских устройств и систем.

Данное ЗУ частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Это обеспечивается за счет того, что устройство выполнено по принципу «все - в одном», то есть, и зарядное устройство и элемент аккумулятора объединены в одно изделие, что позволяет устранить упомянутую неопределенность между ЗУ и обслуживаемым им аккумулятором. При этом реализуется и используется очень важное свойство - режимы обслуживания (заряда) ЗУ адаптированы и оптимизированы к свойствам и параметрам элемента аккумулятора 7 на этапе изготовления этого изделия, что обеспечивает возможность более эффективного поддержания работоспособности узла ЭА 7 в процессе его эксплуатации. В данном устройстве процедура обслуживания (заряда) осуществляется в соответствии с заводскими настройками, учитывающими как электрические характеристики элемента аккумулятора 7, так и технологические особенности его производства. В данном ЗУ реализована адаптация режима обслуживания (заряда) элемента аккумулятора 7 к его электрическим параметрам. Благодаря этому работоспособность узла ЭА 7 может быть существенно улучшена, по сравнению с предыдущим ЗУ.

К достоинствам этого ЗУ также можно отнести то, что оно обладает простой и удобством в использовании, так как оно никогда не потеряется, его не надо искать - оно всегда «под рукой», что очень удобно для пользователя этого изделия. Разъем для подключения устройства к источнику напряжения (РПИН) 5 выполнен в виде стандартного разъема, что обеспечивает его простое подключение к типовым источникам напряжения, например, сетевым адаптерам.

Данное зарядное устройство имеет низкую эффективность поддержания работоспособности аккумулятора, что обусловлено наличием в нем недостатков, во многом аналогичных предыдущему устройству. При этом, наиболее существенным фактором является отсутствие возможностей по защите узла ЭА 7 от токовых перегрузок, которые могут возникать в процессе его обслуживания и эксплуатации, то есть от «стрессовых» воздействий упомянутых типов ВРХ и ВПХ.

Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей зарядного устройства, связанных с повышением работоспособности обслуживаемого им аккумулятора.

Поставленная цель достигается за счет того, что в зарядное устройство (далее - устройство), состоящее из корпуса и размещенных в нем разъема для подключения к источнику напряжения (РПИН), зарядной цепи (ЗЦ), элемента аккумулятора (ЭА), индикатора и блока контроля и управления (БКУ), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, со входом узла индикатора, со входом узла ЭА и первым портом узла ЗЦ, который своим вторым портом соединен с выходом узла РПИН, и выполненное с возможностью управления зарядом элементом аккумулятора, отображения степени заряда узла ЭА с помощью индикатора, трансформации конструкции узла корпуса к двум видам, в первом и втором из которых обеспечивается, соответственно, открытие доступа к узлу РПИН, для его подключения к внешнему источнику напряжения, и закрытие доступа к узлу РПИН, для придания узлу корпуса форм-фактора, соответствующего стандартному типоразмеру аккумулятора, дополнительно введены в его состав ключ, датчик тока (ДТ) и флеш память (ФП), которая своим портом соединена с четвертым портом узла БКУ, который своими пятым и шестым портами соединен, соответственно, с первым портом датчика тока (ДТ) и первым портом ключа, который вторым и третьим портом соединен, соответственно, со входом узла ЭА и вторым портом узла ДТ, который третьим портом соединен с третьим портом узла ЗЦ, при этом, узел БКУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность формирования и хранения в узле ФП информации в виде массивов данных, отражающих «образ» разрядной характеристики (РХ) и значений электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора, автоматически определяемых в начале его эксплуатации, управления процедурой восстановления работоспособности узла ЭА с контролем соответствия его РХ и ЗЭП допустимым значениям с выводом на узел индикатора сообщений, отражающих уровень работоспособности узла ЭА, оценки степени деградации электрических параметров узла ЭА с автоматической активацией процедур восстановления его работоспособности, например, проведения его «тренировки» (циклической процедуры заряда-разряда), выполняемых при обнаружении выхода РХ или ЗЭП из области допустимых значений, мониторинга уровней напряжения на узле ЭА и тока, отдаваемого им в нагрузку, и в случаях выхода контролируемых параметров за пределы допустимых норм, например, снижения напряжения на узле ЭА из-за его разряда, или чрезмерного увеличения тока через узел ЭА, активации режима защиты от перегрузок (РЗП) узла ЭА путем его электрической изоляции, например, отключения от нагрузки с помощью выключения узла ключа, до прекращения «стрессовых» воздействий, например, подключения зарядного устройства (ЗУ) к внешнему источнику (включения режима заряда) или механического отключения устройства от нагрузки, например, путем его извлечения из контейнера электропитания потребительского устройства.

Функциональная схема устройства заряда аккумулятора и контроля его работоспособности (далее - устройство) приведена на фиг.2.

Устройство (фиг.2) состоит из корпуса 1, индикатора 2, элемента аккумулятора (ЭА) 3, флеш памяти (ФП) 4, микроконтроллера (МК) 5, ключа 6, разъема для подключения к источнику напряжения (РПИН) 8, зарядной цепи (ЗЦ) 9 и датчика тока (ДТ) 10. При этом, узел МК 5 своими с первого по шестой портами соединен, соответственно, с портом узла ФП 4, со входом узла индикатора 2, со входом узла ЭА 3 и первым портом узла ключа 6, со вторым портом узла ключа 6, с первым узла ДТ 10 и с первым портом узла ЗЦ 9, который вторым и третьим портами соединен, соответственно, с выходом узла РПИН 8 и со вторым портом узла ДТ 10, который третьим портом соединен с третьим портом узла ключа 6. При этом, узел МК 5 функционирующего по программе, обеспечивающей возможность формирования в узле ФП 4 массивов данных, отражающих «образ» разрядной характеристики (РХ) и значений электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора 3, автоматически определяемых в начале его эксплуатации, оценки степени деградации электрических параметров узла ЭА 3 с автоматической активацией процедур восстановления его работоспособности, например, проведения его «тренировки» (циклической процедуры заряда-разряда узла ЭА 3), выполняемых при обнаружении выхода РХ или ЗЭП из области допустимых значений, управления процедурами восстановления работоспособности узла ЭА 3 с контролем соответствия его РХ и ЗЭП допустимым значениям с выводом на узел индикатора 2 сообщений, отражающих уровень работоспособности узла ЭА 3, мониторинга уровней напряжения на узле ЭА 3 и тока, отдаваемого им в нагрузку, и в случаях выхода контролируемых параметров за пределы допустимых норм, например, снижения напряжения на узле ЭА 3 из-за его разряда, или чрезмерного увеличения тока через узел ЭА 3, активации режима защиты от перегрузок (РЗП) узла ЭА 3 путем его электрической изоляции, например, отключения от нагрузки с помощью выключения узла ключа 6 до прекращения «стрессовых» воздействий, например, подключения устройства к внешнему источнику напряжения 7 (включения режима заряда) и/или механического отключения устройства от нагрузки, например, путем его извлечения из контейнера электропитания потребительского устройства.

Устройство (фиг.2) функционирует следующим образом. Работа этого устройства частично сходна с функционированием предыдущего ЗУ. В исходном состоянии корпус 1 трансформирован таким образом, что его конструкция соответствует форм-фактору (типоразмеру) аккумулятора, что обеспечивает возможность простой установки этого изделия в типовой отсек пользовательского изделия, например, плеера, радиочасов и др. При использовании в составе пользовательского изделия может быть осуществлена грубая оценка степени работоспособности узла ЭА 3, например, по интенсивности свечения индикатора 2. Это позволяет пользователю напоминать о необходимости своевременного обслуживания узла ЭА 3. Для выполнения процедуры обслуживания узла ЭА 3, корпус 1 трансформируется так, что открывается доступ узлу РПИН 8, который выполнен в виде типового разъема, установленного внутри корпуса 1. Узел РПИН 8 подключается к внешнему источнику напряжения 7, например, сетевому адаптеру. Питающее напряжение используется для электропитания устройства и обеспечения его функций. Следует заметить, что кроме типовых алгоритмов обслуживания узла ЭА 3, при вводе устройства в эксплуатацию узлом МК дополнительно выполняются тестовые процедуры по формированию в узле ФП 4 массивов данных, отражающих «образ» начальной (исходной, базовой, паспортной) разрядной характеристики (РХ) и начальных (исходных, базовых, номинальных, паспортных) значений электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора 3. В процессе дальнейшей эксплуатации эти данные используются для определения степени износа узла ЭА 3 и потери его работоспособности.

В процессе эксплуатации устройство периодически подключается к нагрузке путем его установки в отсеки электропитания различных изделий. Для этого, конструкции корпуса 1 трансформируется к виду, соответствующему стандартному типоразмеру аккумулятора, например «АА». А после разряда узла ЭА 3, устройство извлекается из потребительского изделия и подключается к источнику напряжения 7 для восстановления работоспособности. При этом, конструкции корпуса 1 трансформируется к виду, при котором обеспечивается открытие доступа к узлу РПИН 8, для его подключения к источнику напряжения 7.

Напряжение, которое подается с узла РПИН 8 от источника напряжения 7, используется для формирования зарядного тока с помощью узла ЗЦ 9, работой которого управляет узел МК 5 в процессе обслуживания узла ЭА 3.

После подключения устройства к источнику напряжения 7, узлом МК 5 выполняются процедуры по оценке степени деградации электрических параметров узла ЭА 3 и восстановления его работоспособности (заряда). При этом, если в процессе обслуживания обнаруживается выход РХ или ЗЭП из области допустимых значений, которые зафиксированы в узле ФП 4 в качестве базовых параметров ЭА 3, то автоматически активируется процедур восстановления работоспособности ЭА 3, например, проведения его «тренировки» (циклической процедуры заряда-разряда). В процессе обслуживания узла ЭА 3, узлом МК 5 осуществляется управление процедурами восстановления работоспособности узла ЭА 3 с контролем соответствия его РХ и ЗЭП допустимым значениям с выводом на узел индикатора 2 сообщений, отражающих уровень работоспособности узла ЭА 3.

После установки устройства в отсек питания пользовательского изделия, узлом МК 5 осуществляется мониторинг уровней напряжения на узле ЭА 3 и тока, отдаваемого им в нагрузку, и в случаях выхода контролируемых параметров за пределы допустимых норм, например, снижения напряжения на узле ЭА 3 из-за его разряда, или чрезмерного увеличения тока через узел ЭА 3, осуществляется активации режима защиты от перегрузок (РЗП) узла ЭА 3 путем его электрической изоляции, например, отключения от нагрузки с помощью выключения узла ключа 6 (переводу ключа 6 в состояние высокого импеданса) до прекращения «стрессовых» воздействий, например, подключения устройства к внешнему источнику напряжения 7 (включения режима заряда) и/или механического отключения устройства от нагрузки, например, путем его извлечения из контейнера электропитания потребительского устройства.

После выполнения процедуры обслуживания, корпус 1 устройства легко трансформируется к виду, который соответствует стандартному типоразмеру, что позволяет использовать устройство по назначению в составе потребительских устройств и систем, например, путем установки в их отсеки электропитания.

В предлагаемом устройстве обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.

В состав устройства дополнительно введены ключ, датчик тока (ДТ) и флеш память (ФП), которая своим портом соединена с четвертым портом узла БКУ, который своими пятым и шестым портами соединен, соответственно, с первым портом датчика тока (ДТ) и первым портом ключа, который вторым и третьим портом соединен, соответственно, со входом узла ЭА и вторым портом узла ДТ, который третьим портом соединен с третьим портом узла ЗЦ.

Узел БКУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность:

- формирования и хранения в узле ФП информации в виде массивов данных, отражающих «образ» разрядной характеристики (РХ) и значений электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора, автоматически определяемых в начале его эксплуатации;

- управления процедурой восстановления работоспособности узла ЭА с контролем соответствия его РХ и ЗЭП допустимым значениям с выводом на узел индикатора сообщений, отражающих уровень работоспособности узла ЭА;

- оценки степени деградации электрических параметров узла ЭА с автоматической активацией процедур восстановления его работоспособности, например, проведения его «тренировки» (циклической процедуры заряда-разряда), выполняемых при обнаружении выхода РХ или ЗЭП из области допустимых значений;

- мониторинга уровней напряжения на узле ЭА и тока, отдаваемого им в нагрузку, и в случаях выхода контролируемых параметров за пределы допустимых норм, например, снижения напряжения на узле ЭА из-за его разряда, или чрезмерного увеличения тока через узел ЭА, активации режима защиты от перегрузок (РЗП) узла ЭА путем его электрической изоляции, например, отключения от нагрузки с помощью выключения узла ключа, до прекращения «стрессовых» воздействий, например, подключения зарядного устройства (ЗУ) к внешнему источнику (включения режима заряда) или механического отключения устройства от нагрузки, например, путем его извлечения из контейнера электропитания потребительского устройства.

Указанные признаки и свойства позволяют существенно расширить функциональные возможности устройства, связанные с повышением уровня работоспособности и надежности обслуживаемого им аккумулятора на основе защиты его от «шоковых» воздействий, например, токовых перегрузок и глубоких разрядов, которые могут возникать в процессе эксплуатации элемента аккумулятора 3.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является снижение степени износа аккумулятора, что обеспечивается за счет введения и использования новых признаков и свойств, обеспечивающих возможность защиты аккумулятора от перегрузок, возникающих в процессе его обслуживания и эксплуатации в составе потребительских устройств и систем.

Введение дополнительных признаков и использование новых свойств, а также использование достигаемого технического результата позволяет достичь в предлагаемом техническом решении (TP) существенного повышения уровня работоспособности и надежности узла ЭА 3.

Кроме того, предлагаемое TP обладает простотой в использовании, что достигается за счет минимального участия пользователя в выполнении необходимых действий. Фактически, реализуется принцип «подключил и забыл» - процедуры, связанные как с обслуживанием (восстановления работоспособности), так и с реализацией защиты узла ЭА 3 от перегрузок, осуществляется автоматически, без участия пользователя.

Сочетание отличительных признаков и свойств, предлагаемого устройства заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по расширению функциональных возможностей устройства, связанных с повышением уровня работоспособности и надежности обслуживаемого им элемента аккумулятора 3 на основе его защиты от перегрузок, которые могут возникать в процессе эксплуатации этого изделия, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.

Обобщенный алгоритм функционирования устройства может быть представлен в следующем виде.

- Начало;

- Процедура 1. Подготовка к обслуживанию. Трансформация (раскрытие) узла корпуса 1 к виду для доступа к узлу РПИН 8, подключение устройства к источнику напряжения 7. Переход к следующей процедуре.

- Процедура 2. Проверка: запись в узел ФП 4 массивов данных, отражающих «образ» разрядной характеристики (РХ) узла ЭА 3 и значения электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора 3 выполнен? - Если Нет, то активация процедуры записи (формирования) в узле ФП 4 информационных массивов данных, отражающих «образ» разрядной характеристики (РХ) и значений электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора 3. Если - Да, то переход к следующей процедуре.

- Процедура 3. Обслуживание (заряд) узла ЭА 3. Управления процедурами восстановления работоспособности узла ЭА 3 с контролем соответствия его РХ и ЗЭП допустимым значениям, хранящимся в узле ФП 4, с выводом на узел индикатора 2 сообщений, отражающих уровень работоспособности узла ЭА 3. Переход к следующей процедуре.

- Процедура 4. Оценка степени деградации электрических параметров узла ЭА 3: РХ или ЗЭП узла ЭА 3 - находятся в области допустимых значений? - Если Да, то переход к процедуре 6. Если нет, то активация процедур восстановления работоспособности узла ЭА 3 путем проведения его «тренировки» (циклической процедуры заряда-разряда).

- Процедура 5. Проверка: РХ или ЗЭП - находятся в области допустимых значений? - Если нет, то вывод на узел индикатора 2 сообщений о потере работоспособности (неисправности) узла ЭА 3 и завершение работы (переход к процедуре Конец). Если Да, то переход к следующей процедуре.

- Процедура 6. Подготовка устройства к работе в составе пользовательского изделия. Трансформация (сборка, закрытие) конструкции узла корпуса 1 для придания корпусу 1 вида (форм-фактора), соответствующего стандартному типоразмеру аккумулятора, установка устройства в пользовательское изделие.

- Процедура 7. Мониторинг уровней напряжения на узле ЭА 3 и тока, отдаваемого им в нагрузку. Проверка: контролируемые параметры (напряжение на узле ЭА 3 и ток через него) - в пределах допустимых норм? - Если Да, то продолжение процедуры 7. Если - Нет, то активации режима защиты от перегрузок (РЗП) узла ЭА 3, путем выключения узла ключа 6. Переход к следующей процедуре.

- Процедура 8. Проверка: «стрессовые» воздействия на узел ЭА 3 прекратились? - Если нет, то возврат к процедуре 8. Если Да, то переход к следующей процедуре.

- Процедура 9. Контролируемые параметры (напряжение на узле ЭА 3 и ток через него) - в пределах допустимых норм? - Если Да, то включение узла ключа 6 и возврат к процедуре 7. Если - Нет, то вывод на узел индикатора сообщения о потере работоспособности узла ЭА 3 и необходимости проведения его обслуживания. Завершение работы и переход к процедуре 1.

- Конец.

Узлы корпуса 1, индикатора 2, ЭА 3, разъема РПИН 8 и ЗЦ 9 - могут быть аналогичными соответствующим признакам прототипа и не требуют значительной доработки при реализации устройства.

Узел ФП 4 может быть реализован на основе использования микросхем энергонезависимой памяти Atmel с последовательным интерфейсом серии серии АТ26 и АТ45 [Л18].

Узел ключа 6 может быть реализован на основе низковольтных аналоговых ключей типа NX3V1T66 и NX3V1G66 [Л19] от компании NXP, которые отличаются ультракомпактными размерами и крайне низким сопротивлением открытого состояния (0.8 Ом).

Узел ДТ 10 может быть реализован на основе датчиков тока типа Allegro® ACS713 [Л20], отличающихся миниатюрностью и низким сопротивлением токовой шины (1,2 мОм).

Узел МК 5 может быть реализован на основе PIC-контроллеров, известных из [Л21, Л22].

Для реализации алгоритмов функционирования узла МК 5, связанных с выполнения процедур, выполняемых при обслуживании узла ЭА, могут быть использованы методы, известные из техники [Л23-25].

Для реализации узлов предлагаемого устройства с необходимыми признаками и свойствами и обеспечения функционирования узла МК 5 по требуемым алгоритмам, также могут быть использованы решения и программные процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л26-Л33] и авторских технических решений [Л34-Л40].

При практической реализации конструкции корпуса 1 устройства могут быть использованы решения, аналогичные устройству-прототипу, то есть в виде корпуса с трансформируемой (разборной) конструкцией, обеспечивающей, как удобство подключения к источнику напряжения 7 для обслуживания элемента аккумулятора ЭА 3, так и придание конструкции корпуса 1 вида, соответствующего стандартному типоразмеру для обеспечения возможностей установки устройства в типовые контейнеры (отсеки электропитания) различных изделий.

На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая авторами полезная модель устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет существенно расширить функциональные возможности известного устройства-прототипа по повышению работоспособности и надежности элемента аккумулятора ЭА 3 на основе защиты от «стрессовых» перегрузок, возникающих при его эксплуатации.

Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.

Основные узлы предлагаемой полезной модели устройства заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов.

Производимые изделия могут быть использованы в интересах широкого круга потребителей никель-кадмиевых и никель-металлгидридных герметичных цилиндрических аккумуляторов, особенно для применений, где требуется обеспечить высокий уровень работоспособности и надежности автономного функционирования потребительской техники в течении заданного времени.

Разработанное авторами техническое решение, обеспечивает успешное решение поставленной задачи, связанной с поддержкой высокого уровня работоспособности и надежной работы аккумулятора с защитой его перегрузок, которые могут возникать в процессе эксплуатации этого изделия.

Предлагаемое техническое решение будет востребовано широким кругом пользователей для эффективного обслуживания (поддержания высокого уровня работоспособности и надежности) никель-кадмиевых и никель-металлгидридных герметичных цилиндрических аккумуляторов, используемых для электропитания различных устройств и систем.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторы: история, описание и правильное использование, 159-articles-Ni-Cd

2. Никель-кадмиеваые аккумуляторы, . adetiplus.ru/?title

3. Аккумуляторы для мобильных устройств. mobile/accumulators-mem.shtml

4. Аккумуляторы никель-кадмиевые герметичные цилиндрические. ГОСТ Р МЭК 60285-2002

5. Эффект памяти, http://ru.wikipedia.org/wiki/Эффeкт_пaмяти

6. Никель-кадмиевые аккумуляторы, accumulator-nicd.php

7. Аккумуляторы типа AcmePower R06,

8. Аккумуляторы от известных производителей,

9. Никель-кадмиевые аккумуляторы производства компании GP,

10. Зарядное устройство для никель-кадмиевого аккумулятора, Рудольф Ф.Граф и Вильям Шиитс, Энциклопедия электронных схем, том 6, часть 1, книга 4, стр.136-137, издательство ДМК, Москва, 2002 г.

11. Зарядные устройства аккумуляторов,

12. Эксплуатационные характеристики Ni-Cd аккумуляторов,

13. Зарядка Ni-MH аккумуляторов, nimh.php

14. Универсальное зарядное устройство ENKATSU СН-8Н59 для никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов типа «АА» или «ААА».

15. Зарядное устройство аккумуляторных батарей, патент RU (11) 2003116121 (13) А, 2003116121/09, дата публикации 10.01.2005 г.

16. Зарядные устройства аккумуляторов, charge.php

17. Устройство EG-BA-001 со встроенным USB разъемом для заряда аккумулятора АА,

18. Микросхемы энергонезависимой памяти Atmel с последовательным интерфейсом, 1

19. Новые низковольтные аналоговые ключи компании NXP,

20. The Allegro® ACS713. Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current Conductor, http://www.allegromicro.com

21. Обзор PIC-контроллеров,

22. Семейство микроконтроллеров PIC 18FX5XX с поддержкой шины USB2.0, 18_2.htm

23. Алевтина Аганова, «Диагностика химических источников тока», журнал «Современная Электроника», выпуск 7/2007 г., стр.20-22, www/soel.ru

24. Методика тестирования аккумуляторов и батареек

25. О зарядных устройствах и технологиях заряда аккумуляторов, 1.htm

26. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Драйвер ПЗУ Serial EEPROM», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2009612937 от 5 июня 2009 г.

27. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Драйвер Flash-карточки», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2008614977 от 16 октября, 2008 г.

28. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Контроллер памяти FRAM», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, 2010612120 от 22.01.2010 г.

29. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Контроллер устройства хранения данных», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, 2011610241 от 18.10.2010 г.

30. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Драйвер светоиндикаторного устройства», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, 2011610487 от 13.11.2010 г.

31. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа автоматизированной обработки данных», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2009613019 от 10.06.2009 г.

32. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Анализатор файлов», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, 2009616394 от 18.11.2009 г.

33. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менеджер сенсора», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ.

34. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 98641 «Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 20 октября 2010 г.

35. Войсковая часть 11135 (RU), Патент на изобретение 2289856 «Устройство индикации», зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20.12.2006 г.

36. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 86331 «Накопитель с защитой доступа к памяти», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 27.08.2009 г.

37. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 87276 «Защищенный накопитель», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 27.09.2009 г.

38. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 84594 «Накопитель с защитой от несанкционированного доступа к памяти», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10.07.2009 г.

39. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 90595 «Накопитель с защитой от несанкционированного доступа к памяти», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 января 2010 г.

40. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 86026 «Скрытый регистратор доступа на объект», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 августа 2009 г.

Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок (устройство), состоящее из корпуса и размещенных в нем разъема для подключения к источнику напряжения (РПИН), зарядной цепи (ЗЦ), элемента аккумулятора (ЭА), индикатора и блока контроля и управления (БКУ), который своими с первого по третий портами соединен соответственно с входом узла индикатора, с входом узла ЭА и первым портом узла ЗЦ, который своим вторым портом соединен с выходом узла РПИН, и выполненное с возможностью управления зарядом элемента аккумулятора, отображения степени заряда узла ЭА с помощью индикатора, трансформации конструкции узла корпуса к двум видам, в первом и втором из которых обеспечивается соответственно открытие доступа к узлу РПИН для его подключения к внешнему источнику напряжения и закрытие доступа к узлу РПИН для придания узлу корпуса вида (форм-фактора), соответствующего стандартному типоразмеру аккумулятора, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены ключ, датчик тока (ДТ) и флеш память (ФП), которая своим портом соединена с четвертым портом узла БКУ, который своими пятым и шестым портами соединен соответственно с первым портом датчика тока (ДТ) и первым портом ключа, который вторым и третьим портами соединен соответственно с входом узла ЭА и вторым портом узла ДТ, который третьим портом соединен с третьим портом узла ЗЦ, кроме того, узел БКУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность формирования и хранения в узле ФП информации в виде массивов данных, отражающих «образ» разрядной характеристики (РХ) и значения электрических параметров (ЗЭП) элемента аккумулятора, автоматически определяемых в начале его эксплуатации, управления процедурами восстановления работоспособности узла ЭА с контролем соответствия его РХ и ЗЭП допустимым значениям с выводом на узел индикатора сообщений, отражающих уровень работоспособности узла ЭА, оценки степени деградации электрических параметров узла ЭА с автоматической активацией процедур восстановления его работоспособности, например, проведения «тренировки» узла ЭА, выполняемых при обнаружении выхода РХ или ЗЭП из области допустимых значений, мониторинга уровней напряжения на узле ЭА и тока, отдаваемого им в нагрузку, и в случаях перегрузки узла ЭА, определяемой на основе выхода контролируемых параметров за пределы допустимых норм, активации режима защиты, обеспечивающего электрическую изоляцию (отключения от нагрузки) узла ЭА путем перевода узла ключа в состояние высокого импеданса до прекращения действия на элемент аккумулятора упомянутой перегрузки.