PL168583B1

PL168583B1 - Sposób i urzadzenie do ladowania akumulatora elektrycznego PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL168583B1
Application number: PL92300302A
Authority: PL
Inventors: John Reipur; Ebbe Juul-Hansen
Original assignee: Chartec Lab As
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1996-03-29
Also published as: JP3198439B2; NO932879L; CA2104223A1; EP0704954A3; SG43227A1; DE69233127T2; SG64922A1; MY108688A; TW208095B; EP0571493A1; DK25391D0; DE69214800D1; WO1992015142A1; JPH07502857A; BR9205637A; AU661990B2; EP0571493B1; US5619118A; EP0704954A2; ATE244950T1

Abstract

1. Sposób ladowania akumulatora elektrycznego, w któ- rym dolacza sie zródlo energii elektrycznej do akumulatora, dostar- cza sie prad ladowania do zacisków akumulatora, dokonuje sie pomiarów napiecia na zaciskach polaczeniowych akumulatora w nastepnych punktach czasowych podczas ladowania oraz porównu- je sie zmierzone napiecia z wartosciami odniesienia, znam ienny tym , ze w pierwszym punkcie czasowym pomiaru, za pomoca porównania z wartosciami odniesienia odpowiednich napiec i pozo- stalych czasów ladowania okresla sie pierwszy przyblizony pozo- staly czas ladowania, któremu odpowiada pierwszy dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ladowania, w drugim punkcie czasowym pomiaru, za pomoca porównania z wartosciami odnie- sienia odpowiednich napiec i pozostalych czasów ladowania okresla sie drugi przyblizony pozostaly czas ladowania, któremu odpowiada drugi dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ladowania, który to etap powtarza sie przynajmniej jeden raz i okresla sie nastepne dopuszczalne punkty czasowe zatrzymania, nastepnie wy- biera sie jeden z okreslonych dopuszczalnych punktów czasowych zatrzymania i konczy sie ladowanie w wybranym punkcie czaso- wym zatrzymania. 22. Urzadzenie do ladowania akumulatora elektrycznego, zawierajace srodki laczace akumulator ze zródlem energii elektrycznej dostarczajacym prad ladowania akumulatora, zespól pomiarowy dla pomiaru napiecia na zaciskach przylaczeniowych akumulatora, pola- czony z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, który polaczony jest ze stopniem sterowania, porównujacym mierzone napiecia z warto- sciami odniesienia w kolejnych punktach czasowych pomiaru podczas ladowania akumulatora, znam ienne tym, ze przetwornik analogowo- cyfrowy (9) jest polaczony ze stopniem sterowania (8) poprzez proce- sor (7) okreslajacy pozostaly czas ladowania, a zatem dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ladowania, do którego to proce- sora dolaczona jest pamiec (10) przechowujaca wartosci pomiarowe, wartosci odniesienia, okreslone pozostale czasy ladowania i/lub okre- slone dopuszczalne punkty czasowe zatrzymania Fig. 5 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do ładowania akumulatora elektrycznego.

Podczas ładowania akumulatora, na przykład akumulatora NiCd, do jego końcówek przykłada się elektryczne napięcie, większe od napięcia na zaciskach akumulatora. Dzięki temu

168 583 przez akumulator przepływa prąd, który wywołuje proces chemiczny, za pomocą którego w akumulatorze magazynuje się energię. Po osiągnięciu stanu pełnego naładowania akumulatora proces chemiczny zatrzymuje się, a dodana energia zostaje przetworzona na ciepło. Ponieważ akumulatorjest zbudowany jak uszczelniony pojemnik, w takiej sytuacji nastąpi wzrost ciśnienia w akumulatorze, który może spowodować uszkodzenie chemiczne. Oznacza to zmniejszenie pojemności akumulatora. Dla akumulatora prawidłowo wykorzystywanego jest ważne, aby proces ładowania akumulatora całkowicie naładowanego został przerwany, zanim wytworzone ciepło stanie się zbyt duże. Istotnym problemem jest więc przerwanie ładowania we właściwym momencie, z dużą precyzją. Często jest pożądany bardzo krótki okres ładowania dla akumulatora, co prowadzi do stosowania coraz większych prądów ładowania. Ponieważ w tym przypadku dodatkowo przyspiesza się proces wytwarzania ciepła, więc przerwanie ładowania we właściwym czasie jest bardzo ważne.

W zwykłej sekwencji ładowania akumulatora napięcia akumulatora wzrasta równomiernie. Gdy akumulator osiągnie stan pełnego naładowania, napięcie wzrasta bardziej gwałtownie aż do szczytu oznaczającego stan pełnego naładowania. Następnie napięcie to spada, z powodu wzrostu temperatury, ponieważ współczynnik temperatury napięcia jest ujemny. Odpowiednio, prąd ładowania spada do minimum przy pełnym naładowaniu i następnie wzrasta.

Dotychczas znane sposoby ładowania zmierzają do zapewnienia optymalnego ładowania za pomocą przerwania ładowania we właściwym czasie. Jednak stwierdzono w nich brak precyzji. Jeśli ładowanie zostanie przerwane zbyt późno, to wynikiem będzie wytworzone ciepło i uszkodzenie mechaniczne, a jeśli ładowanie zostanie przerwane zbyt wcześnie, to akumulator będzie niedoładowany.

Znanym sposobem jest mierzenie temperatury akumulatora i następnie przerwanie ładowania po zaobserwowaniu wzrostu temperatury. Jednak często, gdy wzrost temperatury jest tak duży, że nie może być zmierzony, przerwanie ładowania następuje zbyt późno. Ponadto, wystarczająco dokładny pomiar temperatury jest skomplikowany, a wpływ wywierają również zmiany temperatury otoczenia. Znanym sposobem postępowaniajest również mierzenie napięcia akumulatora i przerwanie ładowania, gdy napięcie osiągnie określony poziom. Jednakże napięcie to zmienia się dla poszczególnych egzemplarzy akumulatora, nawet w przypadku akumulatorów tego samego rodzaju. Ponadto, napięcie to jest zależne od temperatury i bardzo trudno jest określić napięcie, przy jakim proces ładowania należy przerwać. Możliwe jest również mierzenie prądu ładowania, ale spostrzeżenia poczynione przy stosowaniu pomiaru napięcia, pozostają tu aktualne.

Znane urządzenia do ładowania akumulatora mają ustalony okres czasu, po którym proces ładowania jest po prostu przerwany. Jest to jednak sposób wysoce niewskazany, ponieważ nie wiadomo z góry czy akumulator jest rozładowany całkowicie, czy tylko częściowo, a niezbędny czas ładowania jest od tego uzależniony.

Bardziej zaawansowanym sposobem ładowania akumulatorajest sposób, w którym mierzy się zmiany napięcia (lub zmiany prądu) w funkcji czasu, to znaczy mierzy się nachylenie krzywej przedstawiającej napięcie w funkcji czasu. Na przykład w opisie patentowym nr US 4 052 656 przedstawiono sposób, w którym znajduje się punkt, w którym nachylenie krzywej jest zerowe, co odpowiada szczytowi w przebiegu wykresu napięcia. Akumulator jest wówczas naładowany. Jednak trudno jest określić ten punkt dokładnie, ponieważ krzywa ta może być bardzo płaska. Inną wadą jest to, że mogą występować inne punkty na tej krzywej, gdzie jej nachylenie jest zerowe, tak że ładowanie akumulatora zostanie przerwane zbyt wcześnie.

W opisie patentowym nr US 4 474 854 przedstawiono sposób, w którym wykrywa się moment, kiedy krzywa napięcia przyjmuje nachylenie ujemne, przekraczające wartość odniesienia. W takim rozwiązaniu jednak akumulator może zostać w pewnym stopniu przeładowany, co może go uszkodzić.

W opisie patentowym nr US 4 388 582 przedstawiono sposób ładowania akumulatora, w którym mierzy się pochylenie krzywej napięcia aby znaleźć punkt, w którym nachylenie krzywej zmienia się ze wzrastającego na malejące. Jest to sposób bardziej pewny, ponieważ zmniejsza się ryzyko przeładowania akumulatora. Jednak położenie poszukiwanego punktu może znacznie się różnić, a ładowanie zwykle zostaje przerwane zbyt wcześnie, tak że akumulator jest naładowany

168 583 tylko w części swojej pojemności. Ponadto, istnieje w tym rozwiązaniu ryzyko złych pomiarów, jeśli na przykład prąd ładowania lub doprowadzone napięcie zostanie zmienione w trakcie ładowania.

Znane jest również stosowanie kombinacji niektórych znanych przedstawionych sposobów. Na przykład w opisie patentowym nr US 4 639 655 przedstawiono rozwiązanie z wykorzystaniem czterech kryteriów zatrzymania procesu ładowania, mianowicie ograniczonego napięcia, uprzednio określonego ograniczonego czasu, obliczonego wzrostu na krzywej napięciowej jak również punktu, w którym nachylenie krzywej napięciowej jest zerowe. Ładowanie zostaje przerwane jeśli jedno z tych kryteriów jest spełnione. Wspomniane ograniczenie czasowe zostaje wybrane po rozpoczęciu ładowania i po wykonaniu pomiaru napięcia początkowego. Na tej podstawie wybiera się krótki lub długi czas ładowania, na przykład 1 godzina lub 1.75 godziny. Korzystne jest to, że może być wzięty pod uwagę stan rozładowania akumulatora na początku, jak również liczba ogniw w akumulatorze, ale jest to ciągle sposób nieprecyzyjny, który pociąga za sobą ryzyko przeładowania akumulatora.

Sposób według wynalazku przeznaczony jest do ładowania akumulatora elektrycznego. W procesie ładowania dołącza się źródło energii elektrycznej do akumulatora, dostarcza się prąd ładowania do zacisków akumulatora, dokonuje się pomiarów napięcia na zaciskach połączeniowych akumulatora w następnych punktach czasowych podczas ładowania oraz porównuje się zmierzone napięcia z wartościami odniesienia. Sposób tego rodzaju charakteryzuje się tym, że w pierwszym punkcie czasowym pomiaru, za pomocą porównania z wartościami odniesienia odpowiednich napięć i pozostałych czasów ładowania określa się pierwszy przybliżony pozostały czas ładowania, któremu odpowiada pierwszy dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania. W drugim punkcie czasowym pomiaru, za pomocą porównania z wartościami odniesienia odpowiednich napięć i pozostałych czasów ładowania określa się drugi przybliżony pozostały czas ładowania, któremu odpowiada drugi dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania, który to etap powtarza się przynajmniej jeden raz i określa się następne dopuszczalne punkty czasowe zatrzymania. Następnie wybiera sięjeden z określonych dopuszczalnych punktów czasowych zatrzymania i kończy się ładowanie w wybranym punkcie czasowym zatrzymania.

W korzystnym wykonaniu sposobu według wynalazku porównuje się aktualne wartości pomiaru napięcia z poprzednimi wartościami pomiaru dla każdego z punktów czasowych pomiaru, przy czym wielkość zmiany parametrów określa się w funkcji czasu. Porównuje się wielkości zmian z wartościami odniesienia i określa się punkty czasowe zatrzymania w odpowiedzi na nie.

Korzystnie, określa się punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania gdy napięcie i/lub wielkość zmiany napięcia osiągają jedną z wartości odniesienia. Odcina się dopływ prądu ładowania do akumulatora na krótki okres przed pomiarem napięcia akumulatora. Napięcie doprowadzane do akumulatora reguluje się i utrzymuje się względnie niski prąd ładowania na początku procesu ładowania. Utrzymuje się stały prąd ładowania dostarczany do akumulatora podczas pierwszej części okresu ładowania, a następnie stopniowo redukuje się prąd ładowania aż do zakończenia ładowania. Reguluje się prąd ładowania doprowadzany do akumulatora przez modulację szerokości impulsu źródła energii elektrycznej.

Określanie wielkości zmian i/lub dopuszczalnych punktów czasowych zatrzymania procesu ładowania określa się, gdy mierzone napięcie osiąga określoną wartość.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku stosuje się wartości pomiarowe napięcia dla każdego z punktów czasowych pomiaru, które są średnią wielu pośrednich pomiarów wykonanych od poprzedniego punktu czasowego pomiaru.

Ładowanie kończy się, jeśli jeden z punktów czasowych zatrzymania nie wystąpił po określonym okresie od rozpoczęcia procesu ładowania.

W innym korzystnym rozwiązaniu ładowanie kończy się, jeśli mierzone napięcie osiąga jedną z wielu określonych wartości.

Odmienny sposób według wynalazku służy do ładowania akumulatora elektrycznego wyposażonego w parę zacisków. W sposobie tym dokonuje się pomiaru przebiegu przynajmniej jednego parametru ładowania podczas przynajmniej części procesu ładowania akumulatora, który to parametr ładowania wybiera się z grupy zawierającej potencjał na zaciskach akumulatora, prąd elektryczny ładowania dostarczany do akumulatora, temperaturę akumulatora, wiel6

168 583 kość zmian dowolnego z tych parametrów oraz kombinacje tych parametrów i/lub wielkość zmian. Sposób tego rodzaju charakteryzuje się tym, że podłącza się źródło energii elektrycznej do zacisków akumulatora i dostarcza się prąd ładowania do zacisków akumulatora. Podczas ładowania, przy użyciu środków porównujących porównuje się przebieg przynajmniej jednego parametru ładowania z przebiegami parametrów odniesienia przechowywanymi w środkach pamięci, które przedstawiają idealny albo oczekiwany proces ładowania akumulatora dla różnych stanów początkowych ładowania akumulatora i określa się w ten sposób stan początkowy ładowania akumulatora. Następnie wybiera się przebieg odniesienia ze stanem początkowym ładowania podobnym do aktualnie określonego stanu początkowego ładowania akumulatora oraz steruje się za pomocą środków sterujących procesem ładowania akumulatora, przy czym przebieg przynajmniej jednego parametru jest zbliżony do wybranego przebiegu odniesienia.

Proces ładowania steruje się przez regulowanie napięcia doprowadzonego do zacisków akumulatora. Reguluje się napięcie doprowadzane do akumulatora i utrzymuje się prąd ładowania doprowadzony do akumulatora na zasadniczo tej samej maksymalnej wartości podczas głównej części procesu.

Korzystnie, reguluje się napięcie doprowadzane do akumulatora i utrzymuje się względnie niski prąd ładowania doprowadzany do akumulatora na początku procesu ładowania.

Napięcie doprowadzane do zacisków akumulatora ogranicza się do określonej wartości maksymalnej, przy czym proces ładowania kończy się po upływie określonego okresu rozpoczynającego się w momencie gdy napięcie osiąga wartość maksymalną. Określony okres odnosi się do wybranego przebiegu odniesienia. Prąd ładowania odcina się od akumulatora na krótki okres, bezpośrednio przed pomiarem różnicy napięć zacisków akumulatora.

Prąd ładowania doprowadzany do baterii reguluje się za pomocą modulacji szerokości impulsu źródła energii elektrycznej. Okres ładowania ogranicza się do określonego okresu maksymalnego. Proces ładowania kończy się, jeśli mierzona wartość jednego z parametrów przekracza określoną wartość tego parametru.

Urządzenie według wynalazku, przeznaczone do ładowania akumulatora elektrycznego, zawiera środki łączące akumulator ze źródłem energii elektrycznej dostarczającym prąd ładowania akumulatora, zespół pomiarowy dla pomiaru napięcia na zaciskach przyłączeniowych akumulatora, połączony z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, który połączony jest ze stopniem sterowania, porównującym mierzone napięcia z wartościami odniesienia w kolejnych punktach czasowych pomiaru podczas ładowania akumulatora. Urządzenie tego rodzaju charakteryzuje się tym, że przetwornik analogowo-cyfrowy jest połączony ze stopniem sterowania poprzez procesor określający pozostały czas ładowania, a zatem dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania. Do tego procesora dołączona jest pamięć przechowująca wartości pomiarowe, wartości odniesienia, określone pozostałe czasy ładowania i/lub określone dopuszczalne punkty czasowe zatrzymania.

Do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego połączonego z jednym zaciskiem akumulatora, dołączony jest pomiarowy rezystor, którego druga końcówka jest uziemiona, dla bieżącego pomiaru wartości przynajmniej jednego parametru ładowania w krótkich odstępach czasu podczas ładowania akumulatora.

Ładowanie może być zatrzymane w optymalnym czasie, gdy akumulator zostanie całkowicie naładowany bez ryzyka przeładowania i mechanicznego uszkodzenia akumulatora.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione jest w przykładowych sposobach przeprowadzenia procesu ładowania akumulatora.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, w wyniku porównania zmierzonych lub obliczonych parametrów ze znanymi wartościami odniesienia określa się w każdym punkcie czasowym pozostały czas ładowania i związany z tym dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania, w którym ładowanie akumulatora zostaje przerwane.

Dla przeprowadzonego procesu ładowania, jako parametry charakterystyczne stosuje się napięcie akumulatora lub prąd ładowania. Odnośnie krzywych ilustrujących te parametry w funkcji czasu, doświadczenia wskazują, że występuje duża zależność pomiędzy chwilowym przebiegiem tych krzywych i odległością do punktu czasowego, który jest optymalny dla

168 583 zatrzymywania ładowania. Mając pomierzony chwilowy przebieg krzywej określa się łatwo, poprzez porównanie z wartościami odniesienia, jak długo jeszcze akumulator będzie ładowany.

Ładowanie przerywa się, gdy występuje pierwszy z utworzonych punktów czasowych zatrzymania ładowania. Jednak stosuje się również rozwiązanie, w którym uwzględnia się ostatnio obliczony punkt czasowy zatrzymania ładowania. W tym przypadku punkt czasowy zatrzymania może być pominięty, jeśli ostatnie obliczenia wskazują, że był on nieprawidłowy. Ponadto, określa się tempo zmian parametrów w funkcji czasu, czemu odpowiada nachylenie wspomnianych krzywych. Korzystnie przeprowadza się to za pomocą przechowywania wartości zmierzonych w pamięci taki, że w danym momencie wartość aktualną porównuje się z wartością zmierzoną poprzednio. Dzięki temu oblicza się szybkość zmiany. Dla określonego przykładu przeprowadzenia sposobu według wynalazku, występuje ściśle ograniczona liczba wartości odniesienia, a nowy punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania określa się tylko wówczas, gdy rozważany parametr lub parametry przyjmą jedną z wartości odniesienia. Powoduje to uproszczenie procedury, która pomimo tego zapewnia prawidłowe określenie optymalnego punktu czasowego zatrzymania ładowania wystarczająco dokładnie.

Gdy mierzonym parametrem jest napięcie na zaciskach akumulatora, to otrzymuje się dokładniejsze pomiary, jeśli przerywa się na krótki okres czasu prąd ładowania akumulatora, przed pomiarem napięcia. Stanowi to zabezpieczenie przed spadkiem napięcia na wewnętrznej rezystancji szeregowej akumulatora w wyniku przepływu prądu ładowania, który to spadek napięcia nie powinien być objęty pomiarem napięcia.

Po osiągnięciu punktu czasowego zatrzymania ładowania stopniowo zmniejsza się prąd ładowania, zwłaszcza w przypadku trybu szybkiego ładowania przy użyciu wysokiego prądu ładowania, ponieważ wówczas łatwiej znajduje się optymalny punkt czasowy zatrzymania. Tak wiec korzystnie ładowanie przeprowadza się przy stałym wysokim prądzie ładowania, dopóki jeden z mierzonych parametrów nie osiągnie określonego poziomu, po którym prąd stopniowo zmniejsza się. Korzystnie źródłem pożądanego prądu ładowania jest źródło napięcia stałego z modulowaną szerokością impulsu.

Dokładność pomiarów podwyższa się, gdy mierzone wartości parametrów charakterystycznych dla każdego z wymienionych punktów czasu są średnimi z wielu pomiarów pośrednich. Pomiary takie są mniej wrażliwe, zwłaszcza na przebiegi nieustalone. Ten sam rezultat otrzymuje się za pomocą całkowania rozpatrywanych parametrów w okresie,, który upłynął od ostatniego pomiarui.

W korzystnym przykładzie wykonania przyjmuje się pewne znane stosowane dotychczas kryteria zakończenia ładowania, jako dodatkowe zabezpieczenia, w ten sposób ustala się na przykład maksymalny okres ładowania. Ładowanie zostaje wówczas przerwane w końcowym punkcie czasowym, nawet jeśli nie wystąpiły inne kryteria zakończenia ładowania. Jest również możliwe ustalenie ograniczeń na jeden lub więcej z mierzonych parametrów i wówczas ładowanie przerywa się, jeśli jeden z tych parametrów przekroczy lub spadnie poniżej określonej wartości. Przy zatrzymaniu ładowania korzystnie utrzymuje się stan ładowania akumulatora, za pomocą prądu pulsującego. Zapewnia to, że akumulator jest ciągle całkowicie naładowany, nawet jeśli nie jest wyjęty z urządzenia ładującego jeszcze długo po zakończeniu ładowania.

Zgodnie ze sposobem ładowania akumulatora, przyłącza się źródło energii elektrycznej do zacisków akumulatora i dokonuje się pomiaru przebiegu co najmniej jednego parametru ładowania w trakcie przynajmniej części procesu ładowania akumulatora. Następnie porównuje się przebieg wspomnianego parametru ładowania z parametrem odniesienia szeregu przebiegów reprezentujących idealny lub pożądany proces ładowania akumulatora dla różnych stanów początkowych naładowania akumulatora ,po czym wybiera się przebieg odniesienia o początkowym stanie naładowania podobnym do rzeczywistego stanu początkowego naładowania akumulatora. Ponadto reguluje się proces ładowania akumulatora, aby przybliżyć przebieg wspomnianego co najmniej jednego parametru, do wybranego przebiegu odniesienia.

Wybraną liczbę doświadczalnie określonych przebiegów parametru odniesienia zapamiętuje się, korzystnie w pamięci elektronicznej. Przy żądanym szybkim ładowaniu akumulatora, idealny lub pożądany proces ładowania zależy głównie od stanu naładowania akumulatora przed rozpoczęciem procesu ładowania. Dlatego zapamiętane przebiegi parametru odniesienia przedstawiają idealny lub żądany proces ładowania dla różnych początkowych stanów naładowania akumulatora. Jeśli jest

168 583 znany, lub może być określony stan naładowania akumulatora, który ma być ponownie ładowany, to wybiera się przebiegi odniesienia o początkowym stanie naładowania najbliższym rzeczywistemu stanowi naładowania akumulatora przeznaczonego do ponownego ładowania. Proces ładowania akumulatora reguluje się tak, aby przybliżyć przebieg wspomnianego co najmniej jednego parametru do wybranego przebiegu odniesienia, dzięki czemu zapewnia się, że akumulator w żadnym przypadku nie będzie narażony na nadmiernie wysokie napięcie, lub prąd ładowania, lub na zbytnie grzanie.

Stan naładowania akumulatora przeznaczonego do ponownego ładowania określa się za pomocą specjalnego etapu pomiarowego, podczas którego wybiera się odpowiedni przebieg parametru odniesienia, dostosowany do początkowego stanu naładowania akumulatora, na przykład przez doprowadzenie stosownej informacji do elektronicznego zespołu sterowania za pomocą odpowiednich klawiszy. Jednak w korzystnym przykładzie wykonania, stosowny przebieg odniesienia wybiera się automatycznie za pomocą elektronicznego układu sterującego. Do parametrów ładowania należą potencjał na zaciskach akumulatora, elektryczny prąd ładowania doprowadzony do akumulatora, temperatura ogniwa akumulatora, szybkość zmiany każdego parametru, ewentualnie kombinacja tych parametrów i/lub szybkość zmian.

Proces ładowania steruje się w każdy odpowiedni sposób tak, że przebieg parametru ładowania zostaje przybliżony do wybranego przebiegu parametru odniesienia. Korzystnie, proces ładowania steruje się poprzez regulowanie napięcia doprowadzonego do zacisków akumulatora. Napięcie jest korzystnie regulowane tak, że prąd ładowania doprowadzony do akumulatora jest niski na początku procesu ładowania. Prąd ładowania korzystnie utrzymuje się na tej samej maksymalnej wartości w trakcie następującej głównej części procesu ładowania, aby go przyspieszyć.

Przy końcu procesu ładowania, opór wewnętrzny ogniwa akumulatora wzrasta, przez co napięcie ładowania ma skłonność do wzrostu, gdy prąd ładowaniajest utrzymywany na wartości maksymalnej. Zbyt wysokie napięcie może powodować szkodliwy wzrost temperatury wewnątrz ogniw akumulatora. Korzystnie, ogranicza się go do określonej wartości maksymalnej, a proces ładowania zatrzymuje się po upływie określonego okresu czasu od momentu, w którym napięcie osiągnie wartość maksymalną. Oznacza to, że napięcie ładowania korzystnie utrzymuje się na wartości maksymalnej przez określony okres czasu, a gdy opór wewnętrzny ogniw akumulatora wzrośnie, to prąd ładowania stopniowo zmniejsza się w tym okresie czasu, w którym akumulator zostanie całkowicie naładowany.

Wartość parametru mierzy się, a szybkość zmian wartości parametru określa się w równomiernych odstępach czasu. Wartości parametru mierzy się dość często co oznacza, że odstępy czasowe są stosunkowo krótkie, na przykład 10 sekund. Szybkość zmian jest korzystnie oparta na pomiarach w odstępach czasu kilka razy większych, korzystnie 90 sekund.

Określenie szybkości zmian zaczyna się na początku procesu ładowania. Jednak może ono być korzystnie opóźnione do momentu aż zmierzona wartość parametrów charakterystycznych nie przekroczy określonej wartości. Zapamiętane przebiegi parametru odniesienia obejmuje nie tylko przebiegi reprezentujące procesy ładowania, które są pożądane dla tego samego rodzaju akumulatora, ale również wiele przebiegów parametru odniesienia dla każdego z różnych rodzajów akumulatorów. W takim przypadku w pierwszym etapie procesu ładowania określa się rodzaj akumulatora przeznaczonego do ładowania i wybiera się przebieg parametru odniesienia związanego z tym rodzajem akumulatora.

Rozwiązanie według wynalazku jest dodatkowo objaśnione w nawiązaniu do rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przebieg napięcia w funkcji czasu dla akumulatora NiCd, który jest ładowany stałym prądem, fig. 2 - odcinek wykresu z fig. 1, fig. 3 - wykresy napięć w funkcji czasu dla regulowanego przebiegu ładowania dla akumulatora NiCd, fig. 4 - napięcie akumulatora NiCd w funkcji czasu dla sześciu różnych początkowych stanów naładowania, fig. 5 schemat blokowy urządzenia według wynalazku, a fig. 6 - przedstawia bardziej szczegółowy schemat urządzenia z fig. 5.

Na figurze 1 przedstawiono typową sekwencję ładowania dla akumulatora NiCd. Wykres przedstawia napięcie akumulatora jako funkcję czasu, przy stałym prądzie ładowania. Przebieg wykresu jest taki sam dla wszystkich akumulatorów NiCd, ale określone wartości napięcia i czasu zmieniają się odpowiadając rzeczywistemu prądowi ładowania i konkretnemu egzempla168 583 rzowi akumulatora. Przebieg wykresu jest podzielony na zakresy reprezentujące różne etapy procesu ładowania. Na fig. 1 zaznaczono cztery zakresy A, B, C i D. Zakres A stanowi początek procesu ładowania. Przy uruchamianiu procesu ładowania, napięcie może się trochę zmieniać, w zależności od stanu naładowania akumulatora przed rozpoczęciem procesu ładowania. Ponieważ napięcie w tym zakresie A jest raczej nieokreślone, to zwykle żadne właściwe pomiary nie są przeprowadzane w tym zakresie. Zakres B oznacza rzeczywisty okres ładowania, w którym prąd ładowania jest przetworzony na energię zmagazynowaną w akumulatorze za pomocą procesu chemicznego. W okresie tym napięcie akumulatora wzrasta tylko powoli. W zakresie C akumulator osiąga stan pełnego naładowania i napięcie zaczyna wzrastać bardzo szybko. Przy końcu zakresu C zaczyna narastać uwalnianie tlenu, co powoduje zwiększenie ciśnienia i przez to wzrost temperatury w akumulatorze. To oznacza, że napięcie wzrasta teraz znowu wolniej, ze względu na jego ujemny współczynnik temperaturowy. Napięcie akumulatora nie wzrasta dodatkowo przy przejściu pomiędzy zakresami C i D i zachowuje osiągniętą wartość najwyższą. Jeśli proces ładowania jest dalej prowadzony w zakresie D, to napięcie akumulatora spada, ponieważ energia elektryczna zostaje teraz generalnie przekształcona na ciepło. Powstający wzrost temperatury i ciśnienia spowoduje uszkodzenie mechaniczne w akumulatorze, którego pojemność zostaje w ten sposób zmniejszona. Proces ładowania powinien być z tego powodu przerwany, przy rozpoczęciu lub na początku zakresu D.

Na podstawie przeprowadzonych prób stwierdzono, że chociaż przebieg wykresu z fig. 1 może się trochę różnić w zależności od prądu ładowania stosowanego w przeszłości dla rozpatrywanego akumulatora, to występuje ścisła korelacja pomiędzy wartościami różnych parametrów ładowania w obrębie zakresów A, B i C, takich jak nachylenie krzywej w określonym momencie w zakresie C i odległość w czasie od rozpatrywanej chwili do optymalnego punktu czasowego zatrzymania procesu ładowania. Jeśli informacja o korelacji jest przechowywana w odpowiednim układzie elektronicznym, to stosunkowo łatwe jest obliczenie lub określenie jak długo powinno być prowadzone ładowanie akumulatora, czemu odpowiada optymalny czasowy punkt zatrzymania procesu ładowania, w tym celu mierzy się nachylenie krzywej w danej chwili. Jeśli obliczenie takie jest przeprowadzone w kilku kolejnych chwilach, to uzyskuje się odpowiadającą im liczbę propozycji dla optymalnego punktu czasowego zatrzymania.

Na figurze 2 przedstawiono przykładowy wykres, na którym zaznaczono wyniki trzech pomiarów. Pozostały okres ładowania ΔΤ1 jest obliczony w punkcie czasowym T1, drugi pozostały okres ładowania ΔΤ2 jest obliczony w punkcie czasowym T2, a trzeci okres ładowania ΔΤ3 jest obliczony w punkcie czasowym T3. Na rysunku te trzy obliczone punkty czasowe zatrzymania występują dokładnie w tej samej chwili. Jednak w praktyce, obliczone punkty czasowe zatrzymania procesu ładowania zwykle trochę się różnią, z czego wynika liczba propozycji dla punktów czasowych zatrzymania. W przedstawionym przykładzie wykonania ładowania akumulatora, zadecydowano o przerwaniu procesu ładowania wówczas, gdy wystąpi pierwszy z obliczonych punktów czasowych zatrzymania. Ponieważ układ do przeprowadzania procesu ładowania akumulatora zawiera mikroprocesor, to są również możliwe bardziej wyrafinowane kryteria zatrzymania procesu. Tak więc możliwe jest na przykład przywiązanie większej wagi do punktów czasowych zatrzymania ostatnio obliczonych. Jest więc na przykład możliwe pominięcie pewnych wartości obliczonych poprzednio, jeśli wszystkie następne obliczenia gromadzą się wokół określonej wartości

Na figurach 1 i 2 przedstawiono wykres napięcia akumulatora w funkcji czasu, gdy jest stosowany stały prąd ładowania. Typowy przebieg wykresu powstaje, gdy prąd ładowania jest określony w funkcji czasu przy stałym napięciu ładowania. Uzyskuje się wówczas powtarzalne krzywe przedstawiające etapy w procesie ładowania nawet wówczas, gdy ani prąd ładowania, ani napięcie ładowania, nie są utrzymywane jako stałe. Uzyskane krzywe mogą być wykorzystane w sposób podobny do uprzednio opisanego.

Odpowiednie przebiegi wykresów o różnym kształcie uzyskuje się dla innych rodzajów akumulatorów. Dla niektórych z nich związek pomiędzy rzeczywistym punktem czasowym pomiaru, a optymalnym pozostałym czasem ładowania nie jest koniecznie związany z nachyleniem krzywej w rozpatrywanej chwili, ale z innymi parametrami dla tego wykresu, takimi jak na przykład napięcie bezwzględne w rozpatrywanej chwili.

168 583

Pomiaru nachylenia krzywej napięcia dokonuje się na bieżąco, na przykład co dziesięć sekund. Dla każdego pomiaru oblicza się pozostały okres ładowania i oblicza się nowy przewidywany punkt czasowy zatrzymania. Procesor następnie przechowuje tę wartość wraz z innymi, albo włączają do bardziej złożonych obliczeń chwili, gdy proces ładowania będzie zakończony.

W innym korzystnym przykładzie wykonania sposobu według wynalazku wprowadza się do pamięci ograniczoną liczbę wartości odniesienia dla nachylenia tej krzywej. Przy każdym pomiarze bieżące nachylenie krzywej porównuje się z wartościami odniesienia i tylko wtedy, gdy nachylenie to przyjmuje jedną z wartości odniesienia, procesor oblicza nowy punkt czasowy zatrzymania. W ten sposób oszczędza się czas obliczeniowy procesora, a wynik jest całkowicie zadawalający w wielu sytuacjach.

Jak wspomniano, wykresy na fig. 1 i 2 są uzyskane przy stałym prądzie ładowania. Jednak alternatywną możliwością jest przerwanie na krótko prądu ładowania za każdym razem, gdy przeprowadza się pomiar napięcia. W ten sposób otrzymuje się właściwą krzywą, ale bezwzględne wartości napięcia będą trochę niżej, ponieważ krzywa ta nie uwzględnia spadku napięcia wywołanego przez prąd ładowania na wewnętrznym oporze akumulatora. Ponieważ wewnętrzny opór akumulatora zwykle wzrasta przy końcu sekwencji ładowania, pomiar napięcia bez tego udziału będzie bardziej dokładną miarą stanu akumulatora.

Jak już wspomniano, powtarzalność krzywych jest zachowana, nawet jeśli prąd ładowania nie jest utrzymany jako stały w trakcie całego procesu ładowania. Podstawa rozwiązania według wynalazku może być dlatego bardzo dobrze powiązana z procesem ładowania, gdzie ładowanie jest początkowo przeprowadzone przy stałym, wysokim prądzie, który następnie zmniejsza się przy końcu procesu ładowania. Dzięki zastosowaniu mniejszego prądu ładowania podczas ostatniej części procesu ładowania, możliwe jest bardziej dokładne określenie optymalnego punktu czasowego zatrzymania, bez dostrzegalnego zmniejszenia ogólnego czasu ładowania. Może to być połączone z przeprowadzeniem prostego pomiaru napięcia w trakcie pierwszej części procesu ładowania. Gdy napięcie to osiąga określoną wartość, prąd ładowania zmniejsza się i rozpoczyna się pomiary nachylenia krzywej. Istnieje również możliwość zmniejszenia prądu ładowania przy wybranej wartości napięcia i zapoczątkowanie pomiaru nachylenia krzywej przy innej wartości napięcia.

Na figurze 3 przedstawiono typowe krzywe ładowania otrzymane zgodnie z przykładem wykonania sposobu według wynalazku, przy ładowaniu akumulatora NiCd. Krzywa V wskazuje napięcie akumulatora jako funkcję czasu, gdy napięcie doprowadzone do akumulatora reguluje się zgodnie z wynalazkiem, aby otrzymać optymalną krzywą prądu ładowania C i optymalną krzywą temperatury akumulatora T. Krzywa napięcia akumulatora V może być podzielona na zakresy reprezentujące różne stadia procesu ładowania, podobnie do fig. 1. Fig. 3 pokazuje cztery zakresy, które oznaczono odpowiednio A, B, C i D. Zakres oznaczony A stanowi początek procesu ładowania. W tym zakresie reguluje się napięcie doprowadzone tak, że prąd ładowania doprowadzony do akumulatora jest stosunkowo niski. Zakres B wskazuje okres faktycznego ładowania, gdzie prąd ładowania zostaje przekształcony na energię zmagazynowaną w akumulatorze. W tym zakresie tak reguluje się napięcie doprowadzone, że prąd ładowania utrzymuje się na stałej wartości maksymalnej, która jest określona przez rodzaj ładowanego akumulatora, a napięcia akumulatora wzrasta tylko powoli. W zakresie C akumulator osiąga stan pełnego naładowania i aby utrzymać maksymalny prąd ładowania, napięcie na akumulatorze zaczyna wzrastać bardzo szybko, dopóki napięcie na zaciskach akumulatora nie osiągnie określonej wartości maksymalnej V_max, która jest określona dla danego rodzaju ładowanego akumulatora. W zakresie D napięcie doprowadzone reguluje się tak, że zmierzone napięcie na zaciskach akumulatora jest równe granicy maksymalnej V_max. W zakresach C i D wewnętrzny opór ogniwa akumulatora wzrasta, a dla stałego napięcia akumulatora, jak w zakresie D, wynikający prąd ładowania maleje. Ze względu na fakt, że napięcie akumulatora utrzymuje się jako wartość stałą w zakresie D, wzrost temperatury jest stosunkowo niski, zachowując minimalny niszczący wpływ wywoływany przez prąd ładowania na ogniwa akumulatora.

Pozostały okres ładowania określa się nie później niż w chwili T_max, gdy jest osiągnięte napięcie graniczne V_max. Gdy minie pozostały okres ładowania poczynając od Tmax proces

168 583 ładowania zostaje zakończony. Prąd ładowania doprowadzony do akumulatora reguluje się za pomocą źródła napięcia stałego z modulacją szerokości impulsu.

Krzywa napięcia V przedstawiona na fig. 3, reprezentuje proces ładowania akumulatora NiCd, który jest bliski rozładowania. Figura 4 przedstawia sześć podobnych krzywych napięcia V1- V6, reprezentujących różne przebiegi ładowania dla tego samego akumulatora, przy różnym naładowaniu początkowym. Krzywa V1 reprezentuje proces ładowania akumulatora bliskiego pełnego naładowania, a krzywa V6 reprezentuje proces ładowania akumulatora prawie całkowicie rozładowanego. Na fig. 4 przedstawiono wzrost okresu ładowania niezbędnego do otrzymania maksymalnego napięcia Vmax, gdy maleje początkowy stan naładowania akumulatora. Można również zauważyć na fig. 4, że pozostały okres ładowania, który jest okresem czasu od osiągnięcia Vmax aż do zakończenia procesu ładowania, wzrasta gdy maleje początkowy stan naładowania akumulatora.

Informacje o idealnych lub żądanych krzywych napięcia odniesienia dla rozpatrywanego rodzaju akumulatora, dla wielu różnych początkowych stanów naładowania akumulatora, korzystnie przechowuje się w pamięci elektronicznej. Przez porównanie przebiegu bieżącej krzywej napięcia, zwłaszcza nachylenia krzywej z zapisanymi wartościami odniesienia, określa się stosowną krzywą napięcia odniesienia i pozostały czas ładowania z nią związany.

Nachylenie krzywej napięcia mierzy się na bieżąco, na przykład w każdej dziesiątej sekundzie w trakcie procesu ładowania. Dla każdego pomiaru wykonuje się porównanie z przechowywanymi nachyleniami odniesienia i określa się nowy przewidywany pozostały czas ładowania. Gdy zmierzone napięcie akumulatora osiąga przechowywaną wartość maksymalną Vmax określanie pozostałego czasu ładowania kasuje się i wykorzystuje się poprzednio określoną wartość pozostałego czasu ładowania.

Inny przykład wykonania sposobu według wynalazku, który również prowadzi do krzywych ładowania przedstawionych na fig. 3 i 4, obejmuje wstępne przechowanie ograniczonej liczby wartości odniesienia dla nachylenia krzywej napięcia. W każdym pomiarze bieżące nachylenie krzywej porównuje się z wartościami odniesienia i określa się nową wartość pozostałego czasu ładowania tylko wtedy, gdy nachylenie przyjmuje jedną z wartości odniesienia.

Krzywe odpowiadające wykresom z fig. 3 i 4 otrzymuje się również dla innych rodzajów akumulatora. Krzywe te mogą mieć różny wygląd i dla niektórych z nich, zależność pomiędzy czasem od osiągnięcia napięcia Vmax i optymalnego pozostałego czasu ładowania, nie będzie koniecznie związana z nachyleniem rozpatrywanej krzywej napięcia, ale z innymi parametrami tej krzywej, takimi jak na przykład bezwzględne napięcie w rozpatrywanej chwili. Im więcej parametrów jest zmierzonych i przechowywanych, tym bardziej złożone obliczanie może być wykonane, aby wyznaczyć optymalny pozostały czas ładowania.

Dalszy przykład wykonania sposobu według wynalazku, który prowadzi do uzyskania krzywych ładowania w rodzaju przedstawionych na fig. 3 i 4, obejmuje pomiar napięcia akumulatora w ustalonym czasie, razem z pomiarem nachylenia krzywej napięcia, gdy zostanie osiągnięte maksymalne napięcie Vmax· W tym przykładzie napięcie razem z nachyleniem krzywej napięcia może być poddane bardziej złożonym obliczeniom dla otrzymania optymalnego pozostałego czasu ładowania.

Krzywe napięcia przedstawione na fig. 3 i 4 wykreślono na podstawie wyników pomiarów napięcia na zaciskach akumulatora, podczas ładowania tego akumulatora. Alternatywną możliwością jest przerwanie krótko prądu ładowania za każdym razem gdy przeprowadza się pomiar napięcia. W ten sposób otrzymuje się podobną krzywą, ale bezwzględne wartości napięcia są trochę niżej, ponieważ krzywa nie uwzględnia spadku napięcia wywołanego przez prąd ładowania na wewnętrznym oporze akumulatora. Ponieważ opór wewnętrzny akumulatora zwykle wzrasta przy końcu sekwencji ładowania, pomiar napięcia bez tego udziału jest bardziej dokładną miarą stanu akumulatora.

W opisanych przykładach wykonania pomiar nachylenia krzywej przeprowadza się w następujący sposób. Przy każdym pomiarze punktu czasu, to znaczy na przykład co każdą dziesiątą sekundę, mierzy się napięcie akumulatora, a procesor elektroniczny przechowuje tę wartość napięcia w układzie pamięciowym. Procesor oblicza następnie różnicę pomiędzy tą wartością zmierzoną i na przykład wartością, która była zmierzona 90 sekund wcześniej. Różnicę

168 583 tę wykorzystuje się jako miarę nachylenia krzywej w rozpatrywanym czasie. W ten sposób nowa wartość nachylenia, która została zmierzona w okresie na przykład 90 sekund, jest otrzymana z upływem każdych dziesięciu sekund.

Dla ochrony pomiarów napięcia przed wpływem przebiegów nieustalonych, napięcie korzystnie mierzy się znacznie częściej, na przykład 100 razy pomiędzy każdym z wymienionych punktów czasowych. Wynik każdego z tych pomiarów pośrednich przechowuje się w procesorze, a przy bieżących punktach pomiarowych czasu procesor oblicza średnią ze 100 pomiarów pośrednich, które były przeprowadzone od ostatniego zmierzonego punktu czasowego.

Po zakończeniu procesu ładowania może dalej utrzymywać się ładowanie akumulatora, jeśli akumulator ten pozostaje w urządzeniu ładującym. Odbywa się to za pomocą impulsów prądowych przechodzących w odstępach czasowych przez akumulator. Te impulsy prądowe i czas pomiędzy nimi dostosowuje się tak, że kompensują one samorozładowanie akumulatora, które występowałoby. Impulsy te korzystnie mają okres trwania 15 - 30 sekund, a odstęp pomiędzy nimi może wynosić kilka godzin.

Na figurze 5 przedstawiono schemat blokowy urządzenia według wynalazku. Napięcie 220 Volt jest doprowadzone do urządzenia za pomocą wtyczki sieciowej 1. Napięcie jest przetworzone w bloku prostownika 2 na 9 Voltów napięcia stałego. Prostownik 2 połączony jest z regulatorem prądowym 3, który doprowadza prąd do ładowanego akumulatora za pośrednictwem zacisków 4, 5. Prąd od akumulatora biegnie poprzez zacisk 5 i rezystor 6 poprzez uziemienie z powrotem do układu prostownika 2. Regulator prądowy 3 jest sterowany za pośrednictwem stopnia sterowania 8 przez procesor 7. W procesorze 7 odbywa się pomiar prądu i napięcia za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 9. Prąd ładowania jest mierzony przez pomiar spadku napięcia na rezystorze 6, podczas gdy napięcie akumulatora jest otrzymane jako różnica pomiędzy napięciami zmierzonymi odpowiednio na zaciskach akumulatora 4 i 5. Ponadto, procesor 7 jest połączony z układem pamięciowym 10 ,który jest użyty do przechowania zmierzonych wartości prądu i napięcia, jak również do obliczenia punktów czasowych zatrzymania. Układ regulatora 11 wytwarza napięcie stałe 5 Volt z napięcia 9 Volt z układu prostownika 2. Napięcie 5 Volt jest użyte do zasilania układów 7, 9 i 10. Regulator prądowy 3 jest regulowany za pomocą modulacji szerokości impulsu prądowego, a procesor 7 reguluje te szerokość impulsu w taki sposób, że żądany prąd ładowania stale przepływa przez akumulator. Procesor 7 mierzy ten prąd za pomocą pomiaru spadku napięcia na rezystorze 6. Jeśli jest to pożądane procesor może przeprowadzić pomiar napięcia akumulatora w odstępach pomiędzy impulsami prądu. Pomiary napięcia nie będą wówczas pod wpływem spadku napięcia, który wywołuje prąd ładowania na wewnętrznej rezystancji akumulatora.

Na figurze 6 przedstawiono schemat układu przykładu urządzenia z fig. 5. Bloki z fig. 5 są wskazane liniami przerywanymi, z tymi samymi odnośnikami liczbowymi. Prostownik 2 zawiera transformator T1 oraz obwód prostownikowy składający się z czterech diod D1, D2, D3 i D4. Wyjściowe napięcie z niego jest stałym napięciem 9 Volt, które przechodzi do regulatora prądowego 3 oraz do układu regulatora 11. Regulator prądowy 3 zawiera tranzystor Q4 i jest sterowany z procesora IC1 poprzez stopień sterowania 8. Stopień sterowania 8 składa się z rezystorów R5, R6, R7 i R8 jak również tranzystora Q3. Gdy zacisk wyjściowy P1.1 procesora ma wysoki poziom sygnału wyjściowego, to tranzystor Q3 jest w stanie przewodzenia poprzez dzielnik napięciowy, składający się z rezystorów R7 i R8. Prąd będzie tą drogą przepływał poprzez dzielnik napięciowy R5 i R6, powodując przyjęcie przez tranzystor Q4 stanu przewodzenia, dzięki czemu prąd jest doprowadzony do akumulatora. Gdy zacisk wyjściowy P1.1 procesora ma niski poziom sygnału, to obydwa tranzystory Q3 i Q4 znajdują się w stanie nieprzewodzenia i żaden prąd ładowania nie zasila akumulatora.

Przetwornik analogowo-cyfrowy 9 zawiera układ scalony IC2, jak również rezystory R2 i R3 i kondensatory wygładzające C4, C7. Zmierzone napięcia, które wskazują napięcie akumulatora i prąd akumulatora, zostają przetworzone na informację cyfrową w układzie scalonym IC2,a ta informacja cyfrowa przechodzi dalej do zacisków P1.2 i P1.3 procesora.

W tym przykładzie wykonania układ scalony IC1 zawiera zarówno procesor 7 jak i układ pamięciowy 10. Ponadto, do procesorowego układu scalonego IC1 przyłączone są kondensatory

168 583

C1, C2 i C3, jak również rezonator kwarcowy X1. Tryb działania układu procesorowego jest znany.

Układ regulatora 11 zawiera scalony regulator napięcia IC3 jak również kondensatory C5 i C6. Układ ten dostarcza stałe napięcie 5 Volt, które jest użyte do zasilania napięciem układów scalonych IC1 i IC2.

Przedstawiony układ jest użyteczny zarówno wówczas gdy zdecydowano o pomiarze napięcia w trakcie ładowania akumulatora przy stałym prądzie, jak i wówczas gdy zdecydowano o pomiarze prądu w trakcie ładowania akumulatora przy stałym napięciu. Połączenia tych dwóch możliwości również mogą być wykorzystane.

168 583

Napięcie (V)

Fig. 5

168 583

Napięcie (V)

Prąd (C) A

Temp. (T) o

O co’ o

CO o

IO o

M o

CM

O

CO o

CM

CO

Ó) «mm

LL·

168 583

ng. 2

168 583

Czas

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób ładowania akumulatora elektrycznego, w którym dołącza się źródło energii elektrycznej do akumulatora, dostarcza się prąd ładowania do zacisków akumulatora, dokonuje się pomiarów napięcia na zaciskach połączeniowych akumulatora w następnych punktach czasowych podczas ładowania oraz porównuje się zmierzone napięcia z wartościami odniesienia, znamienny tym, że w pierwszym punkcie czasowym pomiaru, za pomocą porównania z wartościami odniesienia odpowiednich napięć i pozostałych czasów ładowania określa się pierwszy przybliżony pozostały czas ładowania, któremu odpowiada pierwszy dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania, w drugim punkcie czasowym pomiaru, za pomocą porównania z wartościami odniesienia odpowiednich napięć i pozostałych czasów ładowania określa się drugi przybliżony pozostały czas ładowania, któremu odpowiada drugi dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania, który to etap powtarza się przynajmniej jeden raz i określa się następne dopuszczalne punkty czasowe zatrzymania, następnie wybiera się jeden z określonych dopuszczalnych punktów czasowych zatrzymania i kończy się ładowanie w wybranym punkcie czasowym zatrzymania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że porównuje się aktualne wartości pomiaru napięcia z poprzednimi wartościami pomiaru dla każdego z punktów czasowych pomiaru, przy czym wielkość zmiany parametrów określa się w funkcji czasu, porównuje się wielkości zmian z wartościami odniesienia i określa się punkty czasowe zatrzymania w odpowiedzi na nie.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że określa się punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania gdy napięcie i/lub wielkość zmiany napięcia osiągają jedną z wartości odniesienia.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odcina się dopływ prądu ładowania do akumulatora na krótki okres przed pomiarem napięcia akumulatora.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że napięcie doprowadzane do akumulatora reguluje się i utrzymuje się względnie niski prąd ładowania na początku procesu ładowania.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się stały prąd ładowania dostarczany do akumulatora podczas pierwszej części okresu ładowania, a następnie stopniowo redukuje się prąd ładowania aż do zakończenia ładowania.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reguluje się prąd ładowania doprowadzany do akumulatora przez modulację szerokości impulsu źródła energii elektrycznej.
8. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rozpoczyna się określanie wielkości zmian i/lub dopuszczalnych punktów czasowych zatrzymania procesu ładowania gdy mierzone napięcie osiąga określoną wartość.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wartości pomiarowe napięcia dla każdego z punktów czasowych pomiaru, które są średnią wielu pośrednich pomiarów wykonanych od poprzedniego punktu czasowego pomiaru.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kończy się ładowanie jeśli jeden z punktów czasowych zatrzymania nie wystąpił po określonym okresie od rozpoczęcia procesu ładowania.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kończy się ładowanie jeśli mierzone napięcie osiąga jedną z wielu określonych wartości.
12. Sposób ładowania akumulatora elektrycznego wyposażonego w parę zacisków, w którym dokonuje się pomiaru przebiegu przynajmniej jednego parametru ładowania podczas przynajmniej części procesu ładowania akumulatora, który to parametr ładowania wybiera się z grupy zawierającej potencjał na zaciskach akumulatora, prąd elektryczny ładowania dostarczany do akumulatora, temperaturę akumulatora, wielkość zmian dowolnego z tych parametrów oraz kombinacje tych parametrów i/lub wielkość zmian, znamienny tym, że podłącza się źródło energii elektrycznej (3) do zacisków (4, 5) akumulatora i dostarcza się prąd ładowania do

168 583 zacisków akumulatora, a podczas ładowania, przy użyciu środków porównujących (7) porównuje się przebieg przynajmniej jednego parametru ładowania z przebiegami parametrów odniesienia przechowywanymi w środkach pamięci (10), które przedstawiają idealny albo oczekiwany proces ładowania akumulatora dla różnych stanów początkowych ładowania akumulatora i określa się w ten sposób stan początkowy ładowania akumulatora, wybiera się przebieg odniesienia ze stanem początkowym ładowania podobnym do aktualnie określonego stanu początkowego ładowania akumulatora oraz steruje się za pomocą środków sterujących (7,8) procesem ładowania akumulatora, przy czym przebieg przynajmniej jednego parametru jest zbliżony do wybranego przebiegu odniesienia.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że proces ładowania steruje się przez regulowanie napięcia doprowadzonego do zacisków (4, 5) akumulatora.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że reguluje się napięcie doprowadzane do akumulatora i utrzymuje się prąd ładowania doprowadzony do akumulatora na zasadniczo tej samej maksymalnej wartości podczas głównej części procesu.
15. Sposób według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że reguluje się napięcie doprowadzane do akumulatora i utrzymuje względnie niski prąd ładowania doprowadzany do akumulatora na początku procesu ładowania.
16. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że napięcie doprowadzane do zacisków akumulatora ogranicza się do określonej wartości maksymalnej, przy czym proces ładowania kończy się po upływie określonego okresu rozpoczynającego się w momencie gdy napięcie osiąga wartość maksymalną.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że określony okres odnosi się do wybranego przebiegu odniesienia.
18. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że odcina się prąd ładowania od akumulatora na krótki okres, bezpośrednio przed każdym pomiarem różnicy napięć zacisków akumulatora.
19. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że prąd ładowania doprowadzany do baterii reguluje się za pomocą modulacji szerokości impulsu źródła energii elektrycznej.
20. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że okres ładowania ogranicza się do określonego okresu maksymalnego.
21. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że proces ładowania kończy się jeśli mierzona wartość jednego z parametrów przekracza określoną wartość tego parametru.
22. Urządzenie do ładowania akumulatora elektrycznego, zawierające środki łączące akumulator ze źródłem energii elektrycznej dostarczającym prąd ładowania akumulatora, zespół pomiarowy dla pomiaru napięcia na zaciskach przyłączeniowych akumulatora, połączony z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, który połączony jest ze stopniem sterowania, porównującym mierzone napięcia z wartościami odniesienia w kolejnych punktach czasowych pomiaru podczas ładowania akumulatora, znamienne tym, że przetwornik analogowo-cyfrowy (9) jest połączony ze stopniem sterowania (8) poprzez procesor (7) określający pozostały czas ładowania, a zatem dopuszczalny punkt czasowy zatrzymania procesu ładowania, do którego to procesora dołączona jest pamięć (10) przechowująca wartości pomiarowe, wartości odniesienia, określone pozostałe czasy ładowania i/lub określone dopuszczalne punkty czasowe zatrzymania.
23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego (9) połączonego z jednym zaciskiem (5) akumulatora, dołączony jest pomiarowy rezystor (6), którego druga końcówka jest uziemiona, dla bieżącego pomiaru wartości przynajmniej jednego parametru ładowania w krótkich odstępach czasu podczas ładowania akumulatora.