Устройство баланса напряжений

 

Использование: для поддержания исправности аккумуляторных батарей в режиме хранения. Сущность изобретения: в устройстве баланса напряжений двухнаправленный электронный n=канальный переключатель с накопительным конденсатором на входе, выходом подключен к аккумуляторной батарее, точки соединения элементов которой подключены к одноименным выходам электронного переключателя, m входов управления которого подключены к соответствующим выходам m=разрядного счетчика. Вход управления счетчика соединен с выходом генератора импульсов, разрешающий вход которого подключен к выходу узла сравнения напряжений. Первый вход узла сравнения соединен с источником опорного напряжения, а второй - с одним из элементов аккумуляторной батареи. Устройство обеспечивает выравнивание расхода ресурса элементов аккумуляторной батареи в режиме хранения путем периодического автоматического подзаряда наиболее разряженных элементов за счет емкости элементов этой же батареи, имеющих более высокое напряжение. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для поддержания исправности необслуживаемых аккумуляторных батарей в режиме хранения. Известен способ и устройство контроля состояния аккумуляторной батареи по плотности электролита [1] Недостатком данного способа является невозможность контроля герметичных аккумуляторных батарей.

Известен также способ и устройство контроля с помощью вольтметра состояния герметичных аккумуляторных батарей по напряжению [2] Недостатком данного способа и устройства является необходимость периодического контроля разряженных элементов даже при наличии достаточного количества энергии в остальных элементах. Наиболее близким по технической реализации к предлагаемому устройству является преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий двухнаправленный электронный переключатель с накопительным конденсатором на входе и цепочкой конденсаторов на выходе, в котором с помощью генератора и счетчика по определенному алгоритму накопительный конденсатор последовательно и поочередно подключается к конденсаторам цепочки и выравнивают напряжение на них до уровня среднего [3] Данное устройство выбрано в качестве прототипа. Основным недостатком данного устройства является непрерывный цикл работы даже при наличии равенства напряжений на выходных конденсаторах.

В устройстве баланса напряжений двухнаправленный электронный N-канальный переключатель с накопительным конденсатором на входе, выходом подключен к аккумуляторной батарее, точки соединения элементов которой подключены к одноименным выходам электронного переключателя, m входов управления (N 2^m) которого подключены к соответствующим выходам m-размерного счетчика, вход управления которого соединен с выходом генератора импульсов, разрешающий вход которого подключен к выходу узла сравнения напряжений, первый вход которого соединен с резистивным делителем напряжения, а второй с N-1 выходом электронного переключателя.

Сущностью предлагаемого технического решения является выравнивание расхода ресурса элементов аккумуляторной батареи в режиме хранения путем периодического автоматического подзаряда наиболее разряженных элементов за счет емкости элементов этой же батареи, имеющих более высокое выходное напряжение. Поскольку элементы аккумуляторной батареи являются устройствами с ограниченным ресурсом, то при выравнивании расхода ресурса между отдельными элементами достигается максимальное время поддержания безотказного состояния аккумуляторной батареи в целом. Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются: 1. Контроль с помощью резистивного делителя и узла сравнения напряжений на отдельных элементах аккумуляторной батареи.

2. Автоматический периодический подзаряд разряженных элементов за счет элементов, имеющих более высокий энергетический ресурс.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор импульсов 1, выход которого соединен с входом m-разрядного счетчика 2. Накопительный конденсатор 3 подключен к входу N-канального двухнаправленного электронного переключателя 4, m входов управления которого подключены к соответствующим выходам счетчика 2. Аккумуляторная батарея 5 из N-1 элементов подключена между первым и последним выводом переключателя 4. Параллельно аккумуляторной батарее подключен резистивный делитель из элементов 6 и 7, выход которого соединен с первым входом узла сравнения напряжений 8. Элементы 6 и 7 выбираются из условия R₇ Узел сравнения напряжений 8 содержит первый компаратор 8₁ верхнего порога напряжения и второй компаратор 8₂ нижнего порога напряжения. Выходы компараторов 8₁ и 8₂ объединены через элемент ИЛИ 8₃.

В качестве узла сравнения может быть использована, например, ИМС К554СА1.

Устройство работает следующим образом.

При заряженной батарее напряжения на всех ее элементах будут иметь примерно одинаковые значения и равны падению напряжения на элементе 7. На входах компараторов 8₁ и 8₂ рассогласование напряжения будет ниже порога срабатывания и на выходе элемента ИЛИ 8₃ установится запрещающий сигнал для генератора импульсов 1. Накопительный конденсатор 3 подключен к одному из элементов аккумуляторной батареи 5. Устройство находится в режиме ожидания. При разряде одного из элементов батареи равенство напряжений на входах компараторов будет нарушено. В результате срабатывания одного из компараторов на выходе элемента ИЛИ 8₃ появится запрещающий сигнал. После запуска генератора и счетчика, с помощью переключателя 4 осуществляется периодическое подключение накопительного конденсатора 3 к элементам аккумуляторной батареи 5. В результате заряда конденсатора 3 от одних элементов и разряда на другие обеспечивается выравнивание напряжений на элементах 5₁,5_N-1. При достижении равенства напряжений устройство вновь переходит в режим ожидания. Так, например, для заряженной аккумуляторной батареи, состоящей из 4-х элементов, заряд каждой из которых равен 1,5 В, заряд всей аккумуляторной батареи составит 6 В. Падение напряжения на элементе 7 будет составлять 6/4 1,5 В. При этом обеспечивается выполнение равенства напряжений на всех элементах батареи и напряжения на элементе делителя 7. Допустим, что схема находится в режиме ожидания при пороге срабатывания 0,1 вольт. Если в процессе хранения заряд элемента 5₄снизится до 1 В, то заряд всей батареи станет составлять 5,5 В, а напряжение на элементе 7 5,5/4 1,33 В. Разность напряжений на элементе 5₄ и элементе 7 делителя составит 1,33-1,0 0,33 В. Сработает компаратор 8₁, начнется процесс выравнивания напряжений. Если в процессе хранения заряд одного из элементов 5₁.5₃ уменьшится до 1 В, то разность напряжений на элементе 5₄ и элементе 7 делителя составит 1,5-1,33 0,17 В. Сработает компаратор 8₂, начнется процесс выравнивания напряжений. При использовании ИМС серий КМОП устройство потребляет ток на уровне саморазряда батареи и не оказывает существенного влияния на ее разряд.

Таким образом, с помощью данного устройства обеспечивается выравнивание расхода ресурса отдельных элементов аккумуляторной батареи и достигается увеличение среднего времени безотказной работы аккумуляторной батареи в режиме хранения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО БАЛАНСА НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее двухнаправленный электронный N-канальный переключатель с накопительным конденсатором, подключенным к его входу, генератор импульсов, выход которого соединен с входом m-разрядного счетчика (N=2^m), m выходов которого соединены с соответствующими входами электронного переключателя, отличающееся тем, что между первым и последним выводами электронного переключателя подключена аккумуляторная батарея, содержащая N-1 последовательно соединенных элементов, точки соединения которых подключены к одноименным выходам электронного переключателя, N-1-й выход которого соединен с первым входом узла сравнения напряжений, второй вход которого подключен к резистивному делителю напряжения, включенному параллельно аккумуляторной батарее, выход узла сравнения напряжений подключен к разрешающему входу генератора, при этом цепь питания всех элементов и узлов устройства подключена к аккумуляторной батарее, а узел сравнения напряжений содержит два компаратора с параллельно соединенными входами, выходы которых объединены через элемент ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1