RU2071625C1

RU2071625C1 - Automatic pulse charger for continuous long-duration charging of automobile storage battery from ac network

Info

Publication number: RU2071625C1
Authority: RU
Inventors: Г.Б. Светлаков; В.А. Шахматов; Е.К. Лакеева
Original assignee: Российская хозяйственная ассоциация "Фактор"
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1997-01-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: automatic pulse charger is built on base of skeleton diagram incorporating transformer, rectifier, current limiting elements, controlling element limiting charging current and voltage and unit for protection against short-circuit in cell jars of storage battery and wrong connection of polarity. It is inserted with element for protection of storage battery against short-circuit in line connecting iy to charger and two indicators; red one indicating emergency mode and green one indicating normal charging process. Controlling element forms charging current equal to self-discharge current of storage battery in process of its storage which prevents its full discharge and provides for its constant readiness for operation. Unit for protection executes diagnostic function comparing emf of storage battery with reference voltage of serviceable battery. EFFECT: enhanced operational efficiency and reliable protection of storage battery. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрической промышленности и может быть использовано для зарядки и подзарядки аккумуляторных батарей автомобилей. The invention relates to the electrical industry and can be used for charging and recharging batteries of automobiles.

Известно устройство для зарядки аккумуляторных батарей (АБ) от сети переменного тока 220 В, содержащее трансформатор, выпрямитель, регулятор зарядного тока и блок управления [1]
Недостатком известного устройства является отсутствие системы защиты АБ от аварийных режимов работы, что требует постоянного контроля за процессом со стороны человека.A device for charging rechargeable batteries (AB) from an alternating current network of 220 V, comprising a transformer, a rectifier, a charge current regulator and a control unit [1]
A disadvantage of the known device is the lack of a battery protection system from emergency operation, which requires constant monitoring of the process by humans.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранное в качестве прототипа зарядное устройство для заряда АБ импульсными токами [2] содержащее сетевой трансформатор, одна обмотка которого последовательно соединена с блоком синхронизации и управляющим генератором, а вторая с тиристорным выпрямителем; выходы выпрямителя соединены с АБ, а второй вход с цепочкой последовательно связанных регулятора зарядного тока, управляющего генератора и импульсного трансформатора. В устройство введен блок защиты от короткого замыкания и неправильного включения полярности АБ, соединенный входом с соединительной цепью, а выходом с управляющим генератором, и устройство блокировки зарядного тока, передающее сигнал об окончании зарядки от АБ на управляющий генератор. The closest in technical essence to the proposed device is the selected as a prototype charger for charging AB pulsed currents [2] containing a network transformer, one winding of which is connected in series with the synchronization unit and the control generator, and the second with a thyristor rectifier; the rectifier outputs are connected to the AB, and the second input is connected to a chain of series-connected charge current regulator, control generator and pulse transformer. The device is equipped with a block for protection against short circuit and incorrect polarity switching of the AB connected to the input with the connecting circuit and the output to the control generator, and a charging current blocking device that transmits a signal about the end of charging from the battery to the control generator.

Недостатком известного устройства является следующее: отключение зарядного устройства при достижении номинальной емкости батареи, что приводит к ее саморазряду при последующем хранении; отсутствие индикации аварийного режима. Не предусмотрена защита АБ от короткого замыкания на подводящей линии. A disadvantage of the known device is the following: disconnecting the charger when the nominal capacity of the battery is reached, which leads to its self-discharge during subsequent storage; lack of indication of emergency mode. Protection of the battery against short circuit in the supply line is not provided.

Целью изобретения является улучшение емкостных характеристик аккумуляторной батареи, поддержание ее работоспособности в течение длительного хранения, контроль за процессом зарядки и уменьшение габаритов устройства. The aim of the invention is to improve the capacitive characteristics of the battery, maintaining its operability during long-term storage, monitoring the charging process and reducing the size of the device.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемое зарядное устройство, содержащее последовательно соединенные сетевой трансформатор, выпрямитель, токоограничивающий элемент, цепочку из блока защиты и управляющего элемента, подсоединенную к выходу и второму входу токоограничивающего элемента, дополнительно снабжено элементом защиты АБ от короткого замыкания на подводящей линии, а также индикатором нормального режима зарядки, соединенного со вторым выходом управляющего элемента, и индикатором аварийного режима, соединенным со вторым выходом блока защиты. This goal is achieved by the fact that the proposed charger, which contains a series-connected network transformer, a rectifier, a current-limiting element, a chain of a protection unit and a control element connected to the output and the second input of the current-limiting element, is additionally equipped with a battery protection element against short circuit on the supply line, as well as an indicator of the normal charging mode connected to the second output of the control element, and an emergency mode indicator connected to the second the output of the protection unit.

На чертеже приведена блок-схема автоматического зарядного устройства. The drawing shows a block diagram of an automatic charger.

Устройство содержит последовательно соединенные сетевой трансформатор 1, выпрямитель 2, токоограничивающий элемент 3, к выходам которого через линию подключения 4 и элемент защиты 5 присоединена аккумуляторная батарея 6, а ко второму входу цепочка из последовательно соединенных управляющего элемента 7, и блока защиты 8, входы которых соединены с выходом токоограничивающего элемента 3, а также индикатор аварийного режима 9, присоединенный к второму выходу блока защиты 8, и индикатор нормального процесса зарядки 10, присоединенный к второму выходу управляющего элемента 7. The device contains a series-connected network transformer 1, a rectifier 2, a current-limiting element 3, to the outputs of which a battery 6 is connected via the connection line 4 and the protection element 5, and a chain of series-connected control element 7 and a protection unit 8, the inputs of which are connected to the second input connected to the output of the current-limiting element 3, as well as an emergency indicator 9 connected to the second output of the protection unit 8, and a normal charging process indicator 10 connected to the second ode control element 7.

Устройство работает следующим образом. Сетевое напряжение 220 В преобразуется с помощью трансформатора 1 и выпрямителя 2 в двухполупериодное напряжение. В течение каждого периода при достижении напряжения, превышающего напряжение АБ, в цепи зарядки появляется ток, который возрастает по мере роста напряжения на выходе выпрямителя 2. При достижении амплитуды тока порядка 0,6 0,7 А (оптимальная величина зарядного тока, обеспечивающая достаточную скорость зарядки и оптимальные массогабаритные характеристики устройства), управляющий элемент 7, подключенный к выходу токоограничивающего элемента 3, ограничивает дальнейший рост тока и включает зеленый индикатор процесса зарядки 10, интенсивность свечения которого пропорциональна амплитуде зарядного тока АБ. В промежутках времени, когда напряжение на выходе выпрямителя 2 ниже напряжения на АБ, идет процесс разряда АБ на внутреннее сопротивление и сопротивление внешней цепи (токи утечки). The device operates as follows. The mains voltage of 220 V is converted using a transformer 1 and a rectifier 2 into a half-wave voltage. During each period, when the voltage exceeds AB voltage, a current appears in the charging circuit, which increases with increasing voltage at the output of the rectifier 2. When the current amplitude reaches about 0.6 0.7 A (the optimal value of the charging current, providing a sufficient speed charging and optimal weight and size characteristics of the device), the control element 7, connected to the output of the current-limiting element 3, limits the further increase in current and turns on the green indicator of the charging process 10, the intensity eternal AB is proportional to the amplitude of the charging current. In the time intervals when the voltage at the output of the rectifier 2 is lower than the voltage on the battery, the battery is being discharged to the internal resistance and external circuit resistance (leakage currents).

По мере зарядки аккумуляторной батареи ее напряжение поднимается до 14,4 15,0 В [3, с. 99] При достижении этого напряжения управляющий элемент 7 вырабатывает сигнал, ограничивающий дальнейший рост выходного напряжения токоограничивающего элемента 3, который находится в режиме двух ограничений: предельного выходного тока и выходного напряжения. При этом элемент 3 формирует зарядный ток с двойной частотой питающей сети, равный току саморазряда; равенство токов поддерживается в течение всего времени хранения АБ, что исключает глубокий саморазряд и, как следствие, сульфатацию пластин [4]
Перед началом процесса зарядки в первый полупериод выпрямленного напряжения блок защиты 8 сравнивает наличие электродвижущей силы (ЭДС) аккумуляторной батареи с опорным напряжением, которое должно превышать в случае работоспособной АБ 1,75х6 10,5 В [3, с. 103] При отсутствии ЭДС АБ (короткое замыкание на линии) или ЭДС меньше 10,5 В (короткое замыкание в одной или нескольких банках АБ) блок защиты 8 вырабатывает сигнал на управляющий элемент 7, который ограничивает нарастание напряжения на выходе токоограничивающего элемента 3 и включает индикатор аварийного режима 9. При этом элемент 3 переводит зарядное устройство в режим "выключено" и энергия во внешнюю цепь не передается.As the battery is charging, its voltage rises to 14.4 15.0 V [3, p. 99] When this voltage is reached, the control element 7 generates a signal restricting the further increase in the output voltage of the current-limiting element 3, which is in the mode of two restrictions: the limiting output current and the output voltage. In this case, element 3 generates a charging current with a double frequency of the supply network, equal to the self-discharge current; the equality of currents is maintained throughout the entire storage time of the battery, which eliminates deep self-discharge and, as a result, sulfation of the plates [4]
Before starting the charging process in the first half-cycle of the rectified voltage, the protection unit 8 compares the presence of the electromotive force (EMF) of the battery with a reference voltage that should exceed 1.75 × 6 10.5 V in the case of a functioning battery [3, p. 103] In the absence of battery EMF (short circuit on the line) or EMF less than 10.5 V (short circuit in one or several AB banks), the protection unit 8 generates a signal to the control element 7, which limits the increase in voltage at the output of the current-limiting element 3 and turns on emergency mode indicator 9. In this case, element 3 puts the charger in the “off” mode and energy is not transferred to the external circuit.

Аналогична работа блока защиты 8 в режиме неправильного включения полярности АБ. The operation of protection block 8 in the mode of incorrect switching on the polarity of AB is similar.

В случае короткого замыкания на линии подключения АБ к зарядному устройству элемент защиты 5 разрывает цепь и прерывает процесс зарядки. In the event of a short circuit on the line connecting the battery to the charger, the protection element 5 breaks the circuit and interrupts the charging process.

Таким образом, предложенное автоматическое импульсное зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторные батареи автомобилей без присутствия человека, поддерживать их в состоянии постоянной готовности к работе. Устройство характеризуется надежностью, малыми габаритами. Thus, the proposed automatic pulse charger allows you to charge car batteries without the presence of a person, to maintain them in a state of constant readiness for work. The device is characterized by reliability, small dimensions.

Предложенное устройство может быть осуществлено в условиях промышленного производства и использоваться для зарядки аккумуляторных батарей автомобилей. The proposed device can be implemented in industrial production and used to charge car batteries.

Claims

1. Automatic pulse charger for continuous long-term charging of the vehicle’s battery from the AC mains, containing a transformer, a rectifier and a current-limiting element in series, as well as a control element that limits the current and voltage of the charge, and a short-circuit protection unit in the banks of the battery and incorrect connection of its polarity, connected to one input of the control element, to the second input of which the current-to-voltage output is connected a casing element, characterized in that the output of the control element is connected to the second input of the current-limiting element, and the output of the current-limiting element is connected to the output terminals via a battery protection element against short circuit on the line connecting it to these terminals.

2. The device according to p. 1, characterized in that the block of protection against short circuit in the banks of the battery and improper connection of its polarity is equipped with an element for comparing the battery EMF with a reference voltage corresponding to the voltage of a working battery.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the emergency indicator is connected to the output of the short-circuit protection block in the banks of the battery and its polarity is incorrectly connected, and the indicator of the normal charging process changes to the second output of the control element, the glow intensity of which changes as the battery charges.