CZ20022049A3 - Nabíječ akumulátoru - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká nabíječe akumulátoru se zadáváním vstupních údajů o kapacitě k zadávání nominální kapacity nabíjeného akumulátoru, s měřením nabíjení k stanovení náboje uloženého během nabíjení a s komparátorem nabíjení, který porovnává zjištěný náboj se zadanou kapacitou a při shodě vytváří první vypínací signál, který ukončuje proces nabíjení, přičemž je navržen komparátor, který měřenou hodnotu nabíjecího napětí porovnává se zadaným mezním napětím a který vytváří druhý vypínací signál, který ukončuje proces nabíjení, jestliže měřená hodnota nabíjecího napětí dosahuje hraniční hodnotu.

Dosavadní stav techniky

Vynález se týká nabíječe akumulátoru, jaký je znám například z odborného časopisu „ELVjournal“, číslo 4/98, str. 81-83. Známý nabíječ akumulátoru má klávesnici k předvolbě různých nabíjecích programů a k předvolbě údajů o akumulátoru, jako je například nominální kapacita nebo nominální napětí. Podle zadané nominální kapacity se zvolí nabíjecí proud. Vedle nabíjení niklokadmiových baterií se známý nabíječ akumulátoru hodí také k nabíjení olověných kyselinových baterií, které se nabíjejí podle konstantního způsobu napětí s omezením proudu. Zároveň je maximální přípustné napětí akumulátoru omezeno na předvolenou hodnotu a nabijecí proud je stanoven podle údajů o akumulátoru. Až do dosažení maximálního přípustného nabíjecího napětí se nabíjecí proud reguluje nebo řídí na stanovenou hodnotu. Při dosažení maximálního přípustného « «· * -V • · · · · ·· · ·· · «·· ··»· · · * « · · · · ·· · · · · «·· ·· · ·♦* ··· ·« 19 «· ·· ·♦«* nabíjecího napětí se naproti tomu řídí nebo reguluje na maximální přípustné nabíjecí napětí, přičemž se redukuje nabíjecí proud.

Úkol vynálezu spočívá ve vytvoření nabíječe akumulátoru, který prakticky zamezí přebití akumulátoru.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje nabíječ akumulátoru se zadáváním vstupních údajů o kapacitě k zadávání jmenovité kapacity nabíjeného akumulátoru, s měřením nabíjení k stanovení náboje uloženého během nabíjení a s komparátorem nabíjení, který porovnává zjištěný náboj se zadanou kapacitou a při shodě vytváří první vypínací signál, který ukončuje proces nabíjení, přičemž je navržen komparátor, který měřenou hodnotu nabíjecího napětí porovnává se zadaným mezním napětím a který vytváří druhý vypínací signál, který ukončuje proces nabíjení, jestliže měřená hodnota nabíjecího napětí dosahuje hraniční hodnotu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že je upraveno ovládací zařízení nabíjení, přičemž ovládací zařízení nabíjení kontroluje měřenou hodnotu nabíjecího napětí na hodnověrnost tím, že ovládací zařízení nabíjení vyhodnocuje měřenou hodnotu nabíjecího napětí v závislosti na nabíjecí době, takže, jestliže měřená hodnota nabíjecího napětí dosahuje hraničního napětí již po krátké době, identifikuje akumulátor jako vysokoohmový a proces nabíjení se může ukončit.

Nabíječ akumulátoru podle vynálezu má tu výhodu, že nabíjecí proces se ukončí nejpozději potom, jestliže vložený náboj odpovídá nominální kapacitě nabíjeného akumulátoru. Nedosáhne-li nabíjený akumulátor během nabíjecího procesu očekávané nabíjecí napětí a přibere-li se nabíjecí napětí jako kriterium k omezení nabíjecího proudu, tak by nebylo možné řádné ukončení nabíjecího procesu.

4 4 4 · 4 · * · · *

4 * ··«· 4« · » · · 4 4 4 ··· 4 4 4 • 4 » 4 4 4 444

444 44 44 44 44 4444

Nabíječ akumulátoru podle vynálezu ukončuje v takových případech nabíjecí proces také potom, jestliže má akumulátor jeden nebo několik poškozených článků.

Maximální přípustné nabíjecí napětí je závislé na několika faktorech jako například na teplotě a provozním stáří akumulátoru, takže určení maximálního přípustného nabíjecího napětí může být jen hodnota stanovená odhadem. Nabíječ akumulátoru podle vynálezu umožňuje stanovení poměrně vysokého přípustného maximálního nabíjecího napětí, protože nabíjecí proces se v každém případě ukončí po dosažení nominální kapacity odpovídajících náboje.

Výhodné úpravy a další utváření nabíječe akumulátoru podle vynálezu vyplývají z vedlejších nároků.

První výhodná úprava zajišťuje určení nabíjecího proudu v závislosti na zadané kapacitě. Tímto opatřením zajišťuje přizpůsobení nabíjecího proudu na velikost akumulátoru. Přípustné nabíjecí proudy jsou uvedeny výrobci akumulátorů a mohou se přiměřeně zvolit.

Jiná výhodná úprava zajišťuje určení nabíjecího proudu v závislosti na předvoleném nabíjecím programu. Tímto opatřením je předvolitelné například normální nabíjení, akcelerované nabíjení nebo rychlonabíjení příslušným určením nabíjecího proudu. Obzvláště výhodná je kombinace nabíjecích programů se zadanou nominální kapacitou, aby neustále zůstala v rámci přípustných nabíjecích napětí.

Další utváření nabíječe akumulátoru podle vynálezu upravuje zadání maximálního přípustného nabíjecího napětí. Tímto opatřením se dosáhne ochrana akumulátoru. U olověného akumulátoru nebo ···· » · · · · » · * • · » ···· ·· · • · « * · · «·· · · · ’ ··» · · « · ♦ · ··· ·« « »· ♦· ··♦ olovo-želatinového akumulátoru se zadáním maximálního přípustného nabíjecího napětí zabrání vření v akumulátoru nebo se alespoň vření zachová v neškodném rámci.

Obzvláště výhodné další utváření upravuje v rámci zadání maximálního přípustného nabíjecího napětí, že se maximální přípustné nabíjecí napětí určuje v závislosti na zadaném nabíjecím programu. Při zadaném urychleném nabíjení se může maximální přípustné nabíjecí napětí zvýšit, aby mohlo nechat proudit vyšší nabíjecí proud.

Další výhodné utváření nabíječe podle vynálezu upravuje záznamové zařízení k stanovení nabíjecího napětí. Pokud je upraven limit na zadávané maximální přípustné nabíjecí napětí, může se toto omezení alespoň krátkodobě navýšit, aby se mohlo měřit nabíjecí napětí zastavující se při předvoleném nabíjecím proudu. Komparátor porovnává nabíjecí napětí se zadaným mezním napětím a generuje v daném případě vypínací signál, který rovněž ukončuje nabíjecí proces.

Další výhodná utváření a úpravy nabíječe akumulátoru podle vynálezu vyplývají z dalších vedlejších nároků a z následujícího popisu.

Přehled obrázků na výkresech

V obrázku 1 je znázorněn blokový diagram nabíječe akumulátoru podle vynálezu.

• ·

V · • · • · • 0 0 · * * • 0 · 0 · · •00 · 000 · · 0 0 0 0 · «0

Příklady provedení vynálezu

Zdroj 10 energie je spojen přes regulátor 10 nabíjení s nabíjeným akumulátorem 12. Regulátor 10 nabíjení určuje nabíjecí proud v závislosti na požadované hodnotě Isoll nabíjecího proudu a napětí v závislosti na maximálním přípustném nabíjecím napětí Umax, Požadovaná hodnota Isoll nabíjecího proudu a maximální přípustné nabíjecí napětí Umax nastavuje pohotově ovládací zařízení 13 nabíjeni. Ovládací zařízení 13 nabíjení dostává signály od předvolby nabíjecích programů P a od zadávání C vstupních údajů o kapacitě. Měření 14 nabíjení zjišťuje z digitální měřené hodnoty 1LD nabíjecího proudu, náboj Ah uložený do akumulátoru 12 během procesu nabíjení a předává je na komparátor 15 nabíjení, který porovnává náboj Ah s nominální kapacitou akumulátoru 12 předvolenou přes zadávání C_ vstupních údajů o kapacitě. Komparátor 15 nabíjení předává na ovládací zařízení 13 nabíjení první vypínací signál A

Ovládacímu zařízení 13 nabíjení je mimoto přivedena digitální měřená hodnota ULD nabíjecího napětí, kterou poskytuje vedle digitální měřené hodnoty ILD nabíjecího proudu analogově-číslicový převodník 16. Digitální měřená hodnota ILD nabíjecího proudu je vedle měření nabíjení dána k dispozici ještě regulátoru 11 nabíjení. Analogově-číslicový převodník 16 vypočítává digitální měřenou hodnotu ULD nabíjecího napětí jakož i digitální měřenou hodnotu ILD nabíjecího proudu z (analogické) měřené hodnoty UL nabíjecího napětí popřípadě z (analogické) měřené hodnoty LL nabíjecího proudu.

Měřená hodnota IL nabíjecího proudu se zaznamenává jako úbytek napětí, který vzniká na bočníku 1 7. Bočník 17 je spojen s demultiplexorem 18, který přenáší buď měřenou hodnotu IL φφ φφφφ φφφφ φφφφ φ φ · φ φ φφφ φφφ φ φ φ φ φφφ • Φ φφ φφ φφφφ nabíjecího proudu anebo měřenou hodnotu UL nabíjecího napětí na analogově-číslicový převodník £6.. Měřená hodnota UL nabíjecího napětí se redukuje děličem 19 napětí a je dána k dispozici přes demultiplexor 1 8 analogově-číslicovému převodníku 1 6.

Nabíječ akumulátoru podle vynálezu pracuje následujícím způsobem:

Nejprve je zadána nominální kapacita nabíjeného akumulátoru 12 přes zadávání C vstupních údajů o kapacitě. Ve znázorněném příkladu provedení se předpokládá, že akumulátor 12 je olověný kyselinový akumulátor. Vhodný způsob nabíjení, který je předvolen v regulátoru 1 1 nabíjení, upravuje to, že se akumulátor 12 nejprve nabíjí předvoleným proudem Isoll až k dosažení maximálního přípustného nabíjecího napětí Umax, sledovaného režimem konstantního napětí, u kterého je předvoleno napětí, které je nižší nebo nanejvýš rovno maximálnímu přípustnému nabíjecímu napětí Umax. V závislosti na zadané nominální kapacitě akumulátoru 1 2 určuje ovládací zařízení 13 nabíjení požadovanou hodnotu Isoll nabíjecího proudu, kterou má regulátor 11 nabíjení nastavit. Při známém nominálním napětí akumulátoru 12, například 12 voltů, zadává ovládací zařízení 13 nabíjení, vyladěné na požadovanou hodnotu Isoll nabíjecího proudu, zároveň maximální přípustné nabíjecí napětí Umax. Maximální přípustné nabíjecí napětí Umax se může kvůli nevyhnutelným odporům vedení a kvůli vyššímu úbytku napětí na vnitřním odporu akumulátoru 12 při vyšší požadované hodnotě Isoll nabíjecího proudu stanovit vyšší než u nižší požadované hodnoty Isoll nabíjecího proudu.

Výhodně je upravena předvolba nabíjecích programů P, která umožňuje výběr nabíjecího programu. Vedle zde blíže nepopisovaných výkladových programů nebo programů obsluhujících ···· · * · » ···. • · ·.«· · · « * « · · · * ··· · · · · • « · ·· · · · ·

·.· *· ·· ·· ·· ···· akumulátor může být ovlivněna zejména doba nabíjení. Například se může předvolit nabíjecí program v rámci normálního nabíjení, zrychleného nabíjení nebo rychlonabíj ení. Ovládací zařízení 1 3 stanovuje požadovanou hodnotu Tso 11 nabíjecího napětí tudíž navíc v závislosti na předvolbě nabíjecího programu P_ a pozměňuje v daném případě přiměřeně maximální přípustné nabíjecí napětí Umax.

Nabíječ akumulátoru podle vynálezu upravuje především podchycení měřené hodnoty IL nabíjecího proudu, která se ve znázorněném příkladu provedení zaznamenává jako úbytek napětí na bočníku 1 7. Se zřetelem na vysoký stupeň účinnosti by se mělo potom dbát na to, aby bočník 17 měl jen malý činný odpor, takže úbytek napětí je rovněž jen nepatrný. Dělič 19 napětí redukuje měřenou hodnotu UL nabíjecího napětí, aby došla alespoň přibližně na tutéž řádovou velikost, jako úbytek napětí na bočníku 1 7. Podstatná výhoda tohoto opatření spočívá v tom, že analogově-číslicový převodník může být přizpůsoben pro obě vstupní veličiny na tutéž oblast změn. Demultiplexor 18 pečuje o to, aby se v předvolitelné časové posloupnosti vložila na analogově-číslicový převodník 1 6 buď měřená hodnota IL nabíjecího proudu anebo měřená hodnota UL nabíjecího napětí.

Analogově-číslicový převodník 16 dává k dispozici digitální měřenou hodnotu ILD nabíjecího proudu, která je na jedné straně přiváděna regulátoru 1 1 nabíjení jako měřená hodnota pro v daném případě předvídanou regulaci elektrického proudu a na druhé straně je přiváděna měření 14 napětí. Měření 14 napětí provádí po tu dobu integraci a dává k dispozici jako výstupní signál porovnávací míru pro náboj Ah vložený do akumulátoru 12 během procesu nabíjení. Na základě digitálně dané měřené hodnoty ILD nabíjecího proudu se

• 4

44

444 444 4 · 4 4 «· 44 4444 může měření 14 nabíjení realizovat jednoduchým způsobem prostřednictvím počítadla.

Vypočítaný náboj Ah se porovnává v komparátoru 15 nabíjení s nominální kapacitou akumulátoru 12 předvolenou zadáváním C vstupních údajů o kapacitě. Dosáhne-li vložený náboj Ah nominální kapacitu, tak předá komparátor 15 nabíjení první vypínací signál A na ovládací zařízení 1 3 nabíjení, které ukončí proces nabíjení. Tímto opatřením je zabezpečeno, že nabíjecí proces je ukončen nejpozději při dosažení náboje Ah, který odpovídá předvolené nominální kapacitě akumulátoru 12. První vypínací signál A vede k ukončení procesu nabíjení nezávisle na tom, kterou požadovanou hodnotu Isoll nabíjecího proudu nebo které maximální přípustné nabíjecí napětí Umax ovládací zařízení 13 nabíjení zadává regulátoru 11 nabíjení. Například nebylo-li by u akumulátoru 1 2, u kterého je napětí alespoň jednoho článku akumulátoru pod obvyklou hodnotou, dosaženo maximálního přípustného nabíjecího napětí, s tím následkem, že proces nabíjení by pokračoval s plným nabíjecím proudem libovolně dlouho s tím následkem, že nedotčené články akumulátoru 1 2 by byly výrazně přebity.

První vypínací signál A ukončuje nabíjecí proces také v tom případě, při kterém je dosaženo maximální přípustné nabíjecí napětí Umax a v důsledku toho se nabíjecí proud IL redukuje na hodnoty, které závisejí na vnitřním odporu elektrického obvodu akumulátoru připojeného na regulátor 11 nabíjeni. Do tohoto provozního režimu se už nemůže udržovat požadovaná hodnota Isoll nabíjecího proudu, protože se proud už nedá vybudit. Nabíjení bude pokračovat potud, až pří redukovaném nabíjecím proudu první vypínací signál A ukončí proces nabíjení při dosažení náboje Ah odpovídajícího nominální kapacitě akumulátoru.

4 · 4 · * ·

4 · 4

4 »

Pomocně zde může být upraveno sledování měřené hodnoty UL nabíjecího napětí na ověření hodnověrnosti. Za tímto účelem vyhodnocuje ovládací zařízení 13 nabíjení k dispozici nastavenou měřenou hodnotu ULD nabíjecího napětí například v závislosti na době nabíjení. Vyskytne-li se například po krátké době napětí odpovídající maximálnímu přípustnému nabíjecímu napětí Umax, znamená toto, že je akumulátor 12 buď vysokoohmový anebo již plně nabitý. Dále může ovládací zařízení 13 nabíjení pro testovací účely výhodně zvýšit předvolené maximální přípustné nabíjecí napětí Umax krátkodobě na nedosažitelnou hodnotu, aby se při předvolené požadované hodnotě Isoll nabíjecího proudu zaznamenala a aby se porovnala s mezní hodnotou. Při překračování předvolené mezní hodnoty vzniká v ovládacím zařízení 13 nabíjení druhý vypínací signál, který rovněž ukončuje proces nabíjení na základě kriteria napětí.

V dalších úpravách nabíječe akumulátoru podle vynálezu může být upraven například přístroj s ukazatelem k zobrazení popsaných položek. Nabíječ akumulátoru podle vynálezu se hodí zejména k nabíjení olověných kyselinových baterií. Nabíjení jiných typů akumulátorů, například niklokadmiových baterií, je možné s odpovídajícím přizpůsobením kapacit připravených ovládacím zařízením 13 nabíjení. V daném případě je vedle prvního vypínacího signálu A upraven další vypínací signál, který jc získán na základč jiných vyhodnocení signálů. Například může být upraveno vyhodnocování časového průběhu nabíjecího napětí UL zjištěním první odchylky a/nebo vyšších odchylek po tomto čase.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Nabíječ akumulátoru se zadáváním (C) vstupních údajů o kapacitě k zadávání nominální kapacity nabíjeného akumulátoru (12), s měřením (14) nabíjení k stanovení náboje (Ah) uloženého během nabíjení a s komparátorem (15) nabíjení, který porovnává zjištěný náboj (Ah) se zadanou kapacitou a při shodě vytváří první vypínací signál (A), který ukončuje proces nabíjení, přičemž je upraven komparátor, který měřenou hodnotu (UL) nabíjecího napětí porovnává se zadaným mezním napětím (Umax) a který vytváří druhý vypínací signál, který ukončuje proces nabíjení, jestliže měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí dosahuje hraniční hodnoty (Umax), vyznačující se tím, že je upraveno ovládací zařízení (13) nabíjení, přičemž ovládací zařízení (13) nabíjení kontroluje měřenou hodnotu (UL) nabíjecího napětí na hodnověrnost tím, že ovládací zařízení (13) nabíjení vyhodnocuje měřenou hodnotu (UL) nabíjecího napětí v závislosti na nabíjecí době, takže, dosahuje-li měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí hraničního napětí (Umax) již po krátké době, identifikuje akumulátor jako vysokoohmový a proces nabíjení se může ukončit.
2. 2. Nabíječ akumulátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovládací zařízení (13) nabíjení zkouší měřenou hodnotu nabíjecího napětí tím, že předvolené maximální přípustné napětí se krátkodobě zvýší na nedosažitelnou hodnotu, aby se zaznamenala při předvolené požadované hodnotě nabíjecího proudu sebe zastavující měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí na akumulátoru a aby se porovnala s mezní hodnotou, takže se proces nabíjení může při překročení mezní hodnoty ukončit.
3. 3. Nabíječ akumulátoru podle jednoho z předcházejících nároků, u kterého je určena požadovaná hodnota (Isoll) nabíjecího proudu v závislosti na předvolené kapacitě.

   · «V — — -«··· · · » · # · · · • · · to · · · · · · « to to to · · ··· · · · · • to to toto · · · * to·· ·· toto ·· *· toto·*
4. 4. Nabíječ akumulátoru podle jednoho z předcházejících nároků, u kterého je určena požadovaná hodnota (Isoll) nabíjecího proudu v závislosti na předvoleném nabíjecím programu (P).
5. 5. Nabíječ akumulátoru podle nároku 4, u kterého závisí maximální přípustné nabíjecí napětí (Umax) na nabíjecím programu (P).
6. 6. Nabíječ akumulátoru podle jednoho z předcházejících nároků, u kterého je měřená hodnota (IL) nabíjecího napětí zaznamenávána jako úbytek napětí na bočníku (17).
7. 7. Nabíječ akumulátoru podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí a měřená hodnota (IL) nabíjecího proudu jsou přes demultiplexor (18) vloženy v časovém sledu na jediný vstup analogově-čí slicového převodníku (16).
8. 8. Nabíječ akumulátoru podle jednoho z předcházejících nároků, u kterého je měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí před analogověčíslicovým převodníkem (16) redukována děličem (19) napětí.
9. 9. Způsob nabíjení akumulátoru, při kterém se během nabíjení zaznamenává náboj (Ah) a porovnává se s nominální kapacitou nabíjeného akumulátoru, přičemž při shodě se ukončuje proces nabíjení, přičemž měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí se porovnává s předvoleným mezním napětím (Umax) a proces nabíjení se ukončuje, jestliže měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí dosáhne mezní hodnotu (Umax), vyznačující se tím, že měřená hodnota (UL) nabíjecího napětí se zde kontroluje na hodnověrnost tím, že měřená hodnota nabíjecího napětí se vyhodnocuje v závislosti na době

   4·· ·· » » · • 9 9

   4 494 • 9 · ·

   9 9 9

   4 9 4 9

   4 9 9 4 9

   49 ·· »« ···· nabíjení, takže dosáhne-li měřená hodnota nabíjecího napětí mezní hodnotu již po krátké době, identifikuje vysokoohmový akumulátor a proces nabíjení se může ukončit.