CS250340B1 - Zapojení statického zdroje pro nabíjení a vybíjení akumulátorů - Google Patents

Abstract

Účelem zapojení je odstranění nedostatků dosavadních nabíječů akumulátorů, možnost řízeného nabíjení a vybíjení akumulátorů, jeho odpojení posouzením konečných znaků nabití nebo vybití, možnost ovlivnění nabíjecích charakteristik ručním zásahem a bezkontaktního blokování funkce zdroje při nesprávném připojení k síti nebo akumulátoru. Uvedeného účelu se dosáhne zapojením statického zdroje, který obsahuje obvody jištění, synchronizace a odrušení, galvanického oddělení a převodu napětí, usměrňovačů, filtrace, 'kontaktní reverzace, čidla proudu a obvod regulátoru. Obvod regulátoru je složen z obvodů zdroje referenčního napětí, výpadku a sledu fází, generátoru zapalovacích impulsů, časování, kontroly polarity akumulátoru, zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí, zesilovače a komparátoru proudu, regulátoru proudu, přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, regulátoru napětí, komparátoru napěťové úrovně, volby režimu, reverzační logiky, logiky vyhodnocení stavu zátěže, signalizace a obvodu měření derivace výstupního proudu.

Description

Vynález se týká zapojení statického zdroje pro nabíjení a vybíjení akumulátorů.

Současně používané nabíjecí zdroje plní funkci nabíječe jednoho nebo více typů akumulátorů s možností volby několika nabíjecích charakteristik, kde velikost náboje je určována převážně pouze časovým intervalem některé z charakteristik. Tyto zdroje neumožňují řízení vybití, například pro formování akumulátorů a velikost náboje není posuzována konečnými znaky nabití, ale pouze časem nabíjení. Funkce vybíjení pro kapacitní a životnostní zkoušky je zajišťována samostatnými vybíjecími zařízeními, která umožňují pouze vybíjení mařením energie v pasivních odporech.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení statického zdroje pro nabíjení a vybíjení akumulátorů podle vynálezu sestávající z:

obvodu jištění, synchronizace a odrušení, obvodu galvanického oddělení a převodu napětí, obvodu usměrňovačů, obvodu filtrace, obvodu kontaktní reverzace, obvodu čidla proudu, obvodu regulátoru proudu, obvodu zdroje referenčního napětí, obvodu výpadku a sledu fází, obvodu generátoru zapalovacích impulsů, obvodu časování, obvodu kontroly polarity akumulátoru, obvodu zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí, obvodu zesilovače a komparátoru proudu, obvodu regulátoru proudu, obvodu přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, obvodu regulátoru napětí, obvodu komparátoru napěťové úrovně, obvodu volby režimu, obvodu reverzační logiky, obvodu logiky vyhodnocení stavu zátěže, obvodu signalizace a obvodu měření derivace výstupního proudu.

Vstupní svorka je spojena se vstupem oovodu jištění, synchronizace a odrušení, jehož první výstpp je spojen se vstupem obvodu galvanického oddělení a transformace napětí. Jeho výstup je spojen s prvním vstupem obvodu usměrňovače, jehož druhý výstup je spojen s druhým vstupem obvodu reverzaice.

(První výstup obvodu usměrňovače je spojen se vstupem obvodu filtrace, jehož výstup je spojen s prvním vstupem obvodu reverzace.

Druhý výstup obvodu reverzace je spojen se vstupem obvodu čidla proudu, jehož první výstup je spojen s výstupní svorkou. Druhý výstup obvodu jištění, synchronizace a odrušení je spojen se vstupem obvodu zdroje referenčního napětí a současně se vstupem obvodu výpadku a sledu fází, s prvním vstupem obvodu generátoru zapalovacích impulsů a prvním vstupem obvodu časování.

Výstupní svorka je spojena se vstupem obvodu kontroly polarity akumulátoru a vstupem obvodu zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí. Druhý výstup obvodu čidla proudu je spojen se vstupem obvodu zesilovače a komparátoru proudu. První výstup obvodu generátoru zapalovacích impulsů je spojen s druhým vstupem obvodu usměrňovače.

První výstup obvodu reverzační logiky je spojen s třetím vstupem obvodu reverzace. První výstup obvodu zdroje referenčního napětí je spojen s prvním vstupem obvodu regulátoru proudu a druhý výstup je spojen s prvním vstupem obvodu přepínače úrovně a polarity výstupního napětí. Jeho výstup je spojen s prvním vstupem obvodu regulátoru napětí.

První výstup obvodu zesilovače a komparátoru napěťové úrovně je spojen s druhým vstupem obvodu regulátoru proudu a současně s prvním vstupem obvodu měření derivace výstupního proudu. Výstup obvodu zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí je spojen s druhým vstupem obvodu regulátoru napětí. Výstup obvodu regulátoru napětí je spojen s prvním vstupem obvodu komparátoru napěťové úrovně a současně s třetím vstupem obvodu generátoru zapalovacích impulsů.

Druhý vstup generátoru zapalovacích impulsů je spojen s výstupem obvodu regulátoru proudu a současně s druhým vstupem obvodu komparátoru napěťové úrovně. Výstup obvodu volby režimu je spojen s druhým vstupem obvodu zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí, současně s druhým vstupem obvodu přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, s prvním vstupem obvodu reverzační logiky, s třetím vstupem obvodu časování, prvním vstupem obvodu logiky vyhodnocení stavu zátěže a s prvním vstupem obvodu signalizace.

Druhý výstup obvodu zesilovače a komparátoru proudu je spojen s druhým vstupem obvodu reverzační logiky, jehož třetí vstup je spojen s druhým výstupem obvodu generátoru zapalovacích impulsů. Druhý výstup oblvodu reverzační logiky je spojen současně se čtvrtým vstupem obvodu generátoru zapalovacích impulsů, prvním výstupem obvodu komparátoru napěťové úrovně, prvním výstupem obvodu výpadku a sledu fází a prvním výstupem obvodu kontroly polarity akumulátoru.

Druhý výstup obvodu logiky vyhodnocení stavu zátěže, druhý výstup obvodu komparátoru napěťové úrovně, druhý výstup obvodu výpadku a sledu fází a druhý výstup obvodu kontroly polarity akumulátoru jsou spojeny s druhým vstupem obvodu signalizace. Druhý vstup obvodu měření derivace výstupního proudu je spojen s druhým výstupem obvodu časování. Výstup obvodu

230340 měření derivace výstupního .proudu je spojen s druhým vstupem obvodu logiky vyhodnocení stavu zátěže, jehož třetí vstup je spojen s prvním výstupem obvodu časování.

Třetí výstup obvodu časování je spojen s třetím vstupem obvodu přepínače úrovně a polarity výstupního napětí. Druhý vstup obvodu časování je spojen s třetím výstupem obvodu logiky vyhodnocení stavu zátěže, jehož první výstup je spojen se čtvrtým vstupem obvodu generátoru zapalovacích impulsů.

Blok reverzace může být nahrazen dvěma řízenými usměrňovači v reverzačním zapojení v obvodu usměrňovače.

Statický zdroj podle vynálezu umožňuje řízené nabíjení akumulátoru, případně jeho· vybíjení rekuperací energie do sítě, bezkontaktní, eventuálně kontaktní odpojení akumulátoru posouzením konečných znaků nabití nebo vybití akumulátoru a promíchání jeho elektrolytu časovaným zvýšením nabíjecího napětí.

Dále umožňuje ovlivnění nabíjecích charakteristik ručním zásahem, který umožní plné nabití starších akumulátorů s bezpečnostním časovým omezením při nabíjení vyšší napěťovou hladinou než plynovací napětí akumulátoru. Dále umožňuje bezkontaktní blokování funkce zdroje při nesprávném připojení k akumulátoru nabo k napájecí síti a desulfataci sulfátem poškozených akumulátorů.

Na obrázku je znázorněno zapojení statického zdroje podle vynálezu v blokovém schématu.

Konkrétní provedení

Vstupní svorka 1 je spojena se vstupem 21 obvodu 2 jištění, synchronizace a odrušení. Jeho první výstup 22 je .spojen se vstupem 31 obvodu 3 galvanického oddělení a transformace napětí, jehož výstup 32 je spojen s .prvním vstupem 41 obvodu 4 usměrňovače. Jeho druhý výstup 43 je spojen s druhým vstupem 63 obvodu 6 reverzace.

První výstup 42 obvodu 4 usměrňovače je spojen se vstupem 51 obvodu 5 filtrace, jehož výstup 52 je spojen s prvním vstupem jol obvodu 6 reverzace. Jeho druhý výstup 62 je spojen se vstupem 71 obvodu 7 čidla proudu, jehož první výstup 72 je spojen s výstupní svorkou 8.

Druhý výstup 23 obvodu 2 jištění, synchronizace a odrušení je spojen se vstupem 141 obvodu 14 zdroje referenčního napětí a současně se vstupem 211 obvodu 21 výpadku a sledu fází, s prvním vstupem 151 obvodu 15 generátoru zapalovacích impulsů a prvním vstupem 191 obvodu 19 časování. Výstupní svorka 8 je spojena se vstupem 221 obvodu 22 kontroly polarity akumulátoru a vstupem 101 obvodu 10 zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí.

Druhý výstup 73 obvodu 7 čidla proudu

S je spojen se vstupem 91 obvodu 9 zesilovače a komparátoru proudu. První výstup 152 obvodu 15 generátoru zapalovacích impulsů je spojen s druhým vstupem 44 obvodu 4 usměrňovače. První výstup 171 obvodu 17 reverzační logiky je spojen s třetím vstupem 64 obvodu 6 reverzace.

•První výstup 142 obvodu 14 zdroje referenčního napětí je spojen s prvním vstupem

111 Obvodu 11 regulátoru proudu. Druhý výstup 143 obvodu 14 zdroje referenčního napětí je spojen s .prvním vstupem 131 obvodu 13 přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, jehož výstup 132 je spojen s prvním vstupem 121 obvodu 12 regulátoru napětí. Privní výstup 92 obvodu 9 zesilovače a komparátoru je spojen s druhým vstupem

112 Obvodu 11 regulátoru proudu a současně s prvním vstupem 201 obvodu 20 měření derivace výstupního proudu..

Výstup 102 obvodu 10 zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí je spojen s druhým vstupem 122 obvodu 12 regulátoru napětí, jehož výstup 123 je spojen s prvním vstupem 161 obvodu 16 komparátoru napěťové úrovně a současně s třetím vstupem 154 obvodu 15 generátoru zapalovacích impulsů. Druhý vstup 153 obvodu 15 generátoru zapalovacích impulsů je spojen s výstupem 113 obvodu 11 regulátoru proudu a současně s druhým vstupem 164 obvodu 16 komparátoru napětové úrovně.

Výstup 231 obvodu 23 volby režimu je spojen s druhým vstupem 103 obvodu 10 zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí, současně s druhým vstupem 133 obvodu 13 přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, s prvním vstupem 172 obvodu 17 reverzační logiky, s třetím vstupem 193 obvodu 19 časování, prvním vstupem 181 obvodu 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže a s prvním vstupem 241 obvodu 24 signalizace.

Druhý výstup 93 obvodu 9 zesilovače a komparátoru proudu je spojen s druhým vstupem 173 obvodu 17 reverzační logiky, jehož třetí vstup 174 je spojen s druhým ' výstupem 155 obvodu 15 generátoru zapalovacích Impulsů. Druhý výstup 175 obvodu 17 reverzační logiky je spojen současně se čtvrtým vstupem 156 obvodu 15 generátoru zapalovacích impulsů, prvním výstupem 162 obvodu 16 komparátoru napěťové úrovně, prvním výstupem 212 obvodu 21 výpadku a sledu fází a prvním výstupem 222 obvodu 22 kontroly polarity akumulátoru.

Druhý výstup 183 obvodu 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže, druhý výstup 163 obvodu 16 komparátoru napětové úrovně, druhý výstup 213 obvodu 21 výpadku a sledu fází a druhý výstup 223 obvodů 22 kontroly polarity akumulátoru jsou spojeny s druhým vstupem 243 obvodu 24 signalizace. Druhý vstup 202 obvodu 20 měření derivace výstupního proudu je spojen s druhým výstupem 194 obvodu 19 časování.

Výstup 203 obvodu 20 měření derivace výstupního proudu je spojen s druhým vstupem 184 oblvodu 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže, jehož třetí vstup 185 je spojen s prvním výstupem 192 obvodu 19 časování. Třetí výstup 196 obvodu 19 časování je spojen s třetím vstupem 134 obvodu 13 přepínače úrovně a polarity výstupního napětí. Druhý vstup 193 obvodu 19 časování je spojen s třetím výstupem 186 obvodu 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže, jehož první výstup 182 je spojen se čtvrtým vstupem 156 obvodu 15 generátoru zapalovacích impulsů.

Napájecí napětí 3 χ 380 V ze vstupní svorky 1 je přivedeno přes obvod 2 jištění, synchronizace a odrušení a obvod 3 galvanického oddělení a transformace napětí na obvod 4 usměrňovače. Jeho výstup 43 je přiveden přes obvod 6 reverzace a obvod 7 čidla proudu na výstupní svorku 8, ke které je připojena zátěž, tvořená akumulátorem. Obvod 4 usměrňovače obsahuje řízený usměrňovač a neřízený zdroj pomocného stejnosměrného napětí pro napájení pomocných obvodů.

Prostřednictvím zapalovacích impulsů z obvodu 15 generátoru impulsů řídí regulátor složený z obvodů 9 až 24 výstupní voltampérové charakteristiky v čase. Správné připojení statického zdroje k síti zajišťuje obvod 21 výpadku a sledu fází, který při nesprávném sledu fází, eventuálně absenci některé z fází jej bezkontaktně odpojí od zátěže. Obdobně pracuje obvod 22 kontroly polarity akumulátoru, .který blokuje funkci statického zdroje v případě nesprávného připojení akumulátoru, respektive při odpojení měřicího zpětnovazebního vedení.

Obvod 23 volby režimu umožňuje volbu automatického nabíjení nebo vybíjení, eventuálně ruční ovládání výstupního proudu' s možností v libovolném čase zavést skok napětí k promíchání elektrolytu. Výstupní voltampérové charakteristiky zajišťuje obvod 11 regulátoru proudu a obvod 12 regulátoru napětí. Požadované úrovně napěťových hladin, respektive proudu zátěže jsou řízené obvodem 14 zdroje referenčního napětí a obvodem 13 přepínače úrovně a polarity výstupního napětí.

'Skutečnou hodnotu výstupního napětí zpracovává obvod 10 zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí. Skutečná hodnota výstupního proudu z obvodu 7 čidla proudu se zesiluje v obvodu 9 zesilovače a komparátoru proudu. Informace o dosažení požadovaných hladin výstupního napětí je prostřednictvím obvodu 16 komparátoru napěťové úrovně zpracována v obvodu 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže. Obvod 17 reverzační logiky zajišťuje bezporuchový přechod z nabíjecího do vybíjecího režimu a naopak.

Pokud není zvoleno ruční ovládání, probíhá nabíjecí cyklus zcela automaticky. Po dosažení plynovacího napětí při nabíjení konstantním proudem přejde automaticky statický zdroj do režimu s konstantním výstupním napětím. Automatické ukončení nabíjení a bezkontaktní odpojení akumulátoru je provedeno po dosažení konečných znaků nabití obvodem 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže. Stav nabití zátěže je periodicky zjišťován měřením přírůstku nabíjecího proudu obvodem 20 měření derivace výstupního proudu.

Dosažení požadované hodnoty této derivace je vyhodnoceno obvodem 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže. Obvod 19 časování, který pracuje s násobky síťové frekvence, určuje měřicí intervaly obvodu 20 měření derivace výstupního proudu. Současně zabezpečuje při režimu ručního ovládání a dosažení mezní hranice napětí akumulátoru bezkontaktní odpojení po uplynutí pevně zvoleného ochranného času prostřednictvím obvodu 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže.

Dále zajišťuje bezpečnou dobu míchacího cyklu prostřednictvím obvodu 13 přepínače úrovně a polarity výstupního· napětí. Vybíjecí cyklus je ukončen automaticky po dosažení jedné ze dvou pevně zvolených napěťových hladin, které odpovídají režimu jmenovitého vybíjení, respektive rychlovybíjení bezkontaktním vypnutím prostřednictvím obvodu 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže a signalizován stejně jako ukončení nabíjecího cyklu v obvodu 24 signalizace.

Požadavky na zablokování chodu statického zdroje při poruchovém stavu, respektive pro bezkontaktní odpojení při dosažení požadovaného stavu z obvodů 21 výpadku a sledu fází, 18 logiky vyhodnocení stavu zátěže, 16 komparátoru napěťové úrovně, 17 reverzační logiky a 22 kontroly polarity akumulátoru, zpracovává obvod 15 generátoru zapalovacích impulsů, Obvod' 24 signalizace signalizuje provozní a poruchové stavy.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT

   1. Zapojení statického zdroje pro nabíjení a vybíjení akumulátorů, sestávající z obvodu jištění, synchronizace a odrušení, obvodu galvanického oddělení a převodu napětí, obvodu usměrňovačů, obvodu filtrace, obvodu kontaktní reverzace, obvodu čidla proudu, obvodu regulátoru proudu, obvodu zdroje referenčního napětí, obvodu výpadku a sledu fází, obvodu generátoru zapalovacích impulsů, obvodu časování, obvodu kontroly polarity akumulátoru, obvodu zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí, obvodu zesilovače a komparátoru proudu, obvodu regulátoru proudu, obvodu přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, obvodu regulátoru napětí, obvodu komparátoru napěťové úrovně, obvodu volby režimu, obvodu reverzační logiky, obvodu logiky vyhodnocení stavu zátěže, obvodu signalizace a obvodu měření derivace výstupního proudu, vyznačené tím, že vstupní svorka (1) je spojena se vstupem (21) obvodu (2) jištění, synchronizace a odrušení, jehož první výstup (22) je spojen se vstupem (31) obvodu (3) galvanického oddělení a transformace napětí, jehož výstup (32) je spojen s prvním vstupem (41) obvodu (4) usměrňovače, jehož druhý výstup (43) je spojen s druhým vstupem (63) obvodu (6) reverzace a první výstup (4,2) obvodu (4) usměrňovače je spojen se vstupem (51) obvodu (5) filtrace, jehož výstup (52) je spojen s prvním vstupem (61 j obvodu (6) reverzace, jehož druhý výstup (62) je spojen se vstupem (71) obvodu (7) čidla proudu, jehož první výstup (72) je spojen s výstupní svorkou (8), přičemž druhý výstup (23) obvodu (2) jištění, synchronizace a odrušení je spojen se vstupem (141) obvodu (14) zdroje referenčního napětí a současně se vstupem (211) obvodu (21) výpadku a sledu fází, s prvním vstupem (151) obvodu (15) generátoru zapalovacích impulsů a prvním vstupem (191) obvodu (19) časování, přičemž výstupní svorka (8) je spojena se vstupem (221) obvodu (22) kontroly polarity akumulátoru a vstupem (101) obvodu (10) zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí, přičemž druhý výstup (73) obvodu (7) čidla proudu je spojen se vstupem (91) obvodu (9) zesilovače a komparátoru proudu, první výstup (152) obvodu (15) generátoru zapalovacích impulsů je spojen s druhým vstupem (44) obvodu (4) usměrňovače a první výstup (171) obvodu (17) reverzační logiky je spojen s třetím vstupem (64) obvodu (6) reverzace, přičemž první výstup (142) obvodu (14) zdroje referenčního napětí je spojen s prvním vstupem (111) obvodu (11) regulátoru proudu a druhý výstup (143) obvodu (14) zdroje referenčního napětí je spojen s prvním vstupem (131) obvodu (13) přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, jehož

   VYNÁLEZU výstup (132) je spojen s prvním vstupem (121) obvodu (12) regulátoru napětí, přičemž první výstup (92) obvodu (9) zesilovače a komparátoru proudu je spojen s druhým vstupem (112) obvodu (11) regulátoru proudu a současně s prvním vstupem (201) obvodu (20) měření derivace výstupního proudu, výstup (102) obvodu (10) zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí je spojen s druhým vstupem (122) obvodu (12) regulátoru napětí, jehož výstup (123) je spojen s prvním vstupem (161) obvodu (16) komparátoru napěťové úrovně a současně s třetím vstupem (154) obvodu (15) generátoru zapalovacích impulsů, jehož druhý vstup (153) je spojen s výstupem (113) obvodu (11) regulátoru proudu a současně s druhým vstupem (164) obvodu (16) komparátoru napěťové úrovně, přičemž výstup (231) obvodu (23) volby režimu je spojen s druhým vstupem (103) obvodu (10) zesilovače a přepínače polarity výstupního napětí, současně s druhým vstupem (133) obvodu (13) přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, s prvním vstupem (172) obvodu (17) reverzační logiky, s třetím vstupem (195) obvodu (19) časování, prvním vstupem (181) obvodu (18) logiky vyhodnocení stavu zátěže a s prvním vstupem (241) obvodu (24) signalizace, přičemž druhý výstup (93) obvodu (9) zesilovače a komparátoru proudu je spojen s druhým vstupem (173) obvodu (17) reverzační logiky, jehož třetí vstup (174) je spojen s druhým výstupem (155) obvodu (15) generátoru zapalovacích impulsů a druhý výstup (175) obvodu (17) reverzační logiky je spojen současně se čtvrtým vstupem (156) obvodu (15) generátoru zapalovacích impulsů, prvním výstupem (162) obvodu (16) komparátoru napěťové úrovně, prvním výstupem (212) obvodu (21) výpadku a sledů fází a prvním výstupem (222) obvodu (22) kontroly polarity akumulátoru, přičemž druhý výstup (183) obvodu (18) logiky vyhodnocení stavu zátěže, druhý výstup (163) Obvodu (16) komparátoru napěťové úrovně, druhý výstup (213) obvodu (21) výpadku a sledu fází a druhý výstup (223) obvodu (22) kontroly polarity akumulátoru jsou spojeny s druhým vstupem (243) obvodu (24) signalizace, druhý vstup (202) obvodu (20) měření derivace výstupního proudu je spojen s druhým výstupem (194) obvodu (19) časování a výstup (203) obvodu (20) měření derivace výstupního proudů je spojen s druhým vstupem (184) obvodu (18) logiky vyhodnocení stavu zátěže, jehož třetí vstup (185) je spojen s prvním výstupem (192) obvodu (19) časování, jehož třetí výstup (196) je spojen s třetím vstupem (134) obvodu (13) přepínače úrovně a polarity výstupního napětí, přičemž druhý vstup (193) obvodu (19) časování je spojen s třetím výstupem (186) obvodu (18) logiky vyhodnocení stavu zátěže, jehož první výstup (182) je spojen se čtvrtým vstupem (156) obvodu (15) generátoru zapalovacích impulsů.
2. 2. Zapojení statického zdroje podle bodu 1, vyznačené tím, že blok (6) reverzace je nahrazen dvěma řízenými usměrňovači v reverzačním zapojení v obvodu (4) usměrňovače.