RU2620255C1 - Charging device for storage battery - Google Patents
Charging device for storage battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620255C1 RU2620255C1 RU2016123917A RU2016123917A RU2620255C1 RU 2620255 C1 RU2620255 C1 RU 2620255C1 RU 2016123917 A RU2016123917 A RU 2016123917A RU 2016123917 A RU2016123917 A RU 2016123917A RU 2620255 C1 RU2620255 C1 RU 2620255C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- voltage
- input
- stabilizer
- battery
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для зарядки аккумуляторных батарей.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to a device for charging batteries.
Известно зарядное устройство (http://www.kupol.com.ua/consumer_3.html). Известное устройство содержит источник питания, стабилизатор тока, стабилизатор напряжения, устройство управления, ключ и клеммы для подключения аккумуляторной батареи (АБ). Выходы стабилизаторов тока и напряжения подключены к АБ, к этим же клеммам подключен вход устройства управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа так, что в зависимости от напряжения АБ электрическая энергия источника питания через ключ поступает на стабилизатор тока (первый этап заряда) или на стабилизатор напряжения (второй этап заряда).A known charger (http://www.kupol.com.ua/consumer_3.html). The known device contains a power source, a current stabilizer, a voltage stabilizer, a control device, a key and terminals for connecting a battery (AB). The outputs of the current and voltage stabilizers are connected to the battery, the input of the control device is connected to the same terminals, the output of which is connected to the control input of the switch so that, depending on the voltage of the battery, the electric energy of the power source through the switch goes to the current stabilizer (first stage of charging) or voltage stabilizer (second stage of charge).
К недостаткам такого устройства можно отнести наличие двух силовых регуляторов (стабилизатор тока и стабилизатор напряжения), которые по сравнению с сигнальными регуляторами имеют увеличенные габариты и стоимость. Кроме этого, в устройстве отсутствует контроль параметров заряда, соответствующих окончанию этого процесса. При зарядке АБ, например, автономных необитаемых подводных аппаратов существует необходимость оперативного последующего ввода их в эксплуатацию после заряда. При этом как преждевременное отключение процесса зарядки АБ, приводящее к неполному ее заряду, так и неоправданное увеличение времени заряда приведет к снижению эффективности подводного аппарата, в котором используется АБ.The disadvantages of such a device include the presence of two power regulators (current stabilizer and voltage stabilizer), which, in comparison with signal regulators, have increased dimensions and cost. In addition, the device lacks control of the charge parameters corresponding to the end of this process. When charging AB, for example, autonomous uninhabited underwater vehicles, there is a need for prompt subsequent commissioning of them after charging. In this case, both premature shutdown of the battery charging process, leading to its incomplete charge, and an unjustified increase in the charge time will lead to a decrease in the efficiency of the underwater vehicle in which the battery is used.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для зарядки АБ (патент RU 2530877, МПК H02J 7/04). Устройство содержит источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, устройство управления и клеммы для подключения АБ, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, а выходные зажимы стабилизатора тока соединены с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, выход стабилизатора напряжения подключен к первому входу стабилизатора тока, при этом устройство содержит также измерительный преобразователь зарядного тока, измерительный преобразователь выходного напряжения, задатчик напряжения и задатчик тока, измерительный преобразователь зарядного тока включен в разрыв одного из проводов, соединяющий выходные зажимы стабилизатора тока с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен с вторым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.The closest in technical essence to the claimed device is selected as a prototype device for charging AB (patent RU 2530877, IPC
Работа такого устройства заключается в следующем. При зарядке аккумуляторной батареи в стабилизаторе напряжения определяется рассогласование между заданным напряжением АБ, определяемым уставкой задатчика напряжения, и фактическим напряжением на батарее. Сигнал на выходе стабилизатора напряжения является задающим для стабилизатора тока, в котором, в свою очередь, определяется рассогласование между этим сигналом и сигналом обратной связи, пропорциональным фактическому значению тока заряда. По мере зарядки аккумуляторной батареи напряжение на ней возрастает. Рассогласование на входе стабилизатора напряжения уменьшается, что приводит к уменьшению сигнала на входе стабилизатора тока и, соответственно, к уменьшению тока заряда. При некотором заданном значении рассогласования между фактическим значением тока заряда и уставкой задатчика тока устройство управления отключит ключ, и процесс зарядки АБ прекратится.The operation of such a device is as follows. When charging the battery in the voltage regulator, a mismatch is determined between the set voltage AB determined by the setpoint of the voltage regulator and the actual voltage on the battery. The signal at the output of the voltage stabilizer is the driving one for the current stabilizer, which, in turn, determines the mismatch between this signal and the feedback signal proportional to the actual value of the charge current. As the battery is charging, the voltage on it increases. The mismatch at the input of the voltage regulator decreases, which leads to a decrease in the signal at the input of the current stabilizer and, accordingly, to a decrease in the charge current. At a certain set value of the mismatch between the actual value of the charge current and the setting of the current setter, the control device will turn off the key, and the battery charging process will stop.
В ряде случаев необходимо обеспечить гальваническую изоляцию цепей управления от силовых цепей. Для этого обратные связи по току и по напряжению в устройстве реализуются через элементы, которые обладают указанным свойством. Эти элементы наряду с требуемой изоляцией могут вносить запаздывание в передачу сигналов, что изменяет динамические характеристики устройства. Для такого объекта регулирования как АБ процесс зарядки характерен стационарностью в установившемся режиме, т.е. внешние воздействия в виде задающих сигналов или возмущений являются неизменными и дополнительная инерционность каналов обратных связей не оказывает влияния на качество регулирования. Динамический режим возникает только при включении устройства, поскольку в начальный момент времени рассогласования на входах стабилизаторов напряжения и тока имеют максимальные значения и изменяется скачкообразно. При этом за счет увеличенной инерционности цепи обратной связи в контуре тока происходит выброс регулируемого параметра - тока заряда.In some cases, it is necessary to provide galvanic isolation of control circuits from power circuits. To do this, current and voltage feedbacks in the device are realized through elements that have the indicated property. These elements, along with the required insulation, can introduce a delay in the transmission of signals, which changes the dynamic characteristics of the device. For such an object of regulation as AB, the charging process is characterized by stationarity in the steady state, i.e. external influences in the form of driving signals or disturbances are unchanged and the additional inertia of the feedback channels does not affect the quality of regulation. The dynamic mode occurs only when the device is turned on, since at the initial instant of time, the mismatches at the inputs of the voltage and current stabilizers have maximum values and changes stepwise. In this case, due to the increased inertia of the feedback circuit in the current loop, an adjustable parameter is ejected - the charge current.
Это является недостатком, так как приводит к перегрузке силовых элементов устройства - источника питания, ключа и стабилизатора тока.This is a disadvantage, since it leads to an overload of the power elements of the device - the power source, key and current stabilizer.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача исключить указанный недостаток, т.е. обеспечить снижение выброса зарядного тока в начальный момент времени при включении устройства, тем самым разгрузить силовые элементы устройства.The basis of the claimed invention is tasked to eliminate this drawback, i.e. to reduce the discharge of charging current at the initial time when the device is turned on, thereby relieving the power elements of the device.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для зарядки аккумуляторной батареи, содержащее источник питания, ключ, стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, измерительный преобразователь напряжения, измерительный преобразователь тока, задатчик тока, задатчик напряжения, устройство управления и клеммы для подключения аккумуляторной батареи, при этом источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока, выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа, первый выходной зажим стабилизатора тока соединен с первой клеммой для подключения аккумуляторной батареи непосредственно, а его второй выходной зажим соединен со второй клеммой для подключения аккумуляторной батареи через измерительный преобразователь тока, измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен с первым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления, задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления, дополнительно введен демпфирующий элемент, который включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока.The problem is solved in that in a device for charging a battery containing a power source, a key, a voltage stabilizer, a current stabilizer, a voltage transducer, a current transducer, a current regulator, a voltage regulator, a control device and terminals for connecting the battery, while the power source through the key is connected to the current stabilizer, the output of the control device is connected to the control input of the key, the first output terminal of the current stabilizer connected to the first terminal for connecting the battery directly, and its second output terminal is connected to the second terminal for connecting the battery through the current transducer, the voltage transducer is connected in parallel to the terminals for connecting the battery, and its output is connected to the first input of the voltage regulator, output the charge current measuring transducer is connected to the first input of the current stabilizer and the first input of the control device, setting snip voltage is connected to the second input of the voltage regulator, and a current setting element is connected to the second input of the control device, is additionally introduced damping element which is connected between the output of the voltage regulator and the second input of the current regulator.
В заявленном устройстве общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:In the claimed device, the common essential features for him and for his prototype are:
- источник питания;- source of power;
- ключ;- key;
- стабилизаторы напряжения и тока;- voltage and current stabilizers;
- устройство управления;- control device;
- клеммы для подключения аккумуляторной батареи;- terminals for connecting the battery;
- задатчики напряжения и тока;- voltage and current adjusters;
- измерительные преобразователи напряжения и тока;- voltage and current measuring transducers;
- источник питания посредством ключа подсоединен к стабилизатору тока;- the power source is connected via a key to a current stabilizer;
- выход устройства управления подключен к управляющему входу ключа;- the output of the control device is connected to the control input of the key;
- первый выходной зажим стабилизатора тока соединен с первой клеммой для подключения аккумуляторной батареи непосредственно, а его второй выходной зажим соединен со второй клеммой для подключения аккумуляторной батареи через измерительный преобразователь тока;- the first output terminal of the current stabilizer is connected to the first terminal for connecting the battery directly, and its second output terminal is connected to the second terminal for connecting the battery through the current measuring transducer;
- измерительный преобразователь напряжения подсоединен параллельно клеммам для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения;- the voltage measuring transducer is connected parallel to the terminals for connecting the battery, and its output is connected to the first input of the voltage regulator;
- выход измерительного преобразователя зарядного тока соединен с первым входом стабилизатора тока и первым входом устройства управления,- the output of the measuring converter of the charging current is connected to the first input of the current stabilizer and the first input of the control device,
- задатчик напряжения подключен ко второму входу стабилизатора напряжения, а задатчик тока подключен ко второму входу устройства управления.- the voltage regulator is connected to the second input of the voltage regulator, and the current regulator is connected to the second input of the control device.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного зарядного устройства и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed charger and prototype shows that the first, in contrast to the prototype, has the following distinctive features:
- в устройство введен демпфирующий элемент;- a damping element is introduced into the device;
- демпфирующий элемент включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока.- a damping element is connected between the output of the voltage regulator and the second input of the current stabilizer.
Указанные существенные признаки, отличающие заявленное зарядное устройство от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивают достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.These essential features that distinguish the claimed charger from the prototype, together with the features common to it and the prototype, ensure the achievement of the claimed technical result in all cases to which the scope of legal protection applies.
Дополнительное введение в устройство демпфирующего элемента, который включен между выходом стабилизатора напряжения и вторым входом стабилизатора тока, ограничивает скорость нарастания задающего сигнала на входе стабилизатора тока и позволяет ограничить выброс зарядного тока при включении устройства.An additional introduction to the device of a damping element, which is connected between the output of the voltage regulator and the second input of the current stabilizer, limits the slew rate of the reference signal at the input of the current stabilizer and allows you to limit the discharge of the charging current when the device is turned on.
Таким образом, существенный признак заявленного устройства для зарядки аккумуляторной батареи обеспечивают достижение технического результата, т.е. находятся с техническим результатом в причинно-следственной связи и решает поставленную задачу.Thus, an essential feature of the claimed device for charging a battery ensures the achievement of a technical result, i.e. are with a technical result in a causal relationship and solves the problem.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1. представлена структурная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи; на фиг. 2 - осциллограммы изменения напряжения на батарее в процессе заряда UЗ(t) и тока заряда IЗ(t), полученные в результате схемотехнического моделирования и поясняющие работу устройства. Для иллюстрации эффективности заявленного устройства на фиг. 3 представлены осциллограммы изменения напряжения UЗ(t) и тока заряда IЗ(t) аккумуляторной батареи, соответствующие прототипу.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1. presents a structural diagram of a device for charging a battery; in FIG. 2 - oscillograms of the voltage change on the battery during the charge U З (t) and charge current I З (t), obtained as a result of circuit simulation and explaining the operation of the device. To illustrate the effectiveness of the claimed device in FIG. 3 shows the oscillograms of the voltage change U З (t) and charge current I З (t) of the battery corresponding to the prototype.
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи содержит источник 1 питания, ключ 2, стабилизатор 3 напряжения, демпфирующий элемент 4, стабилизатор 5 тока, устройство 6 управления, клеммы 7, 8 для подключения аккумуляторной батареи, измерительный преобразователь 9 тока, измерительный преобразователь 10 напряжения, задатчик 11 напряжения и задатчик 12 тока, при этом источник 1 питания посредством ключа 2 подсоединен к стабилизатору 5 тока, выход устройства 6 управления подключен к управляющему входу ключа, 2, первый выходной зажим стабилизатора 5 тока соединен с первой клеммой 7 для подключения аккумуляторной батареи непосредственно, а его второй выходной зажим соединен со второй клеммой 8 для подключения аккумуляторной батареи через измерительный преобразователь 9 тока, выход стабилизатора 3 напряжения подключен к входу демпфирующего элемента 4, выход которого подключен ко второму входу стабилизатора 5 тока, измерительный преобразователь 10 напряжения подсоединен параллельно клеммам 7, 8 для подключения аккумуляторной батареи, а его выход соединен с первым входом стабилизатора 3 напряжения, выход измерительного преобразователя 9 зарядного тока соединен с первым входом стабилизатора 5 тока и первым входом устройства 6 управления, задатчик 11 напряжения подключен ко второму входу стабилизатора 3 напряжения, а задатчик 12 тока подключен к второму входу устройства 6 управления.A device for charging a battery contains a
Зарядное устройство работает следующим образом. При включении устройства в стабилизаторе 3 напряжения определяется рассогласование между заданным напряжением АБ (сигнал UЗН) и фактическим напряжением АБ (сигнал UОС). Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе напряжения может быть, например, следующийThe charger operates as follows. When you turn on the device in the
где UН - выходной сигнал стабилизатора напряжения.where U N is the output signal of the voltage regulator.
Выходной сигнал UH поступает на вход демпфирующего элемента 4. В этом блоке осуществляется ограничение скорости изменения сигнала, поступающего с выхода стабилизатора 3 напряжения на вход стабилизатора 5 тока. Сигнал UЗТ с выхода блока демпфирующего элемента 4 является задающим для стабилизатора 5 тока, а сигнал UТ является сигналом обратной связи для стабилизатора 5 тока.The output signal U H goes to the input of the
Алгоритм обработки рассогласования в стабилизаторе 5 тока может быть принят, например, в видеThe mismatch processing algorithm in the
где IЗ - выходной сигнал стабилизатора тока, т.е. ток заряда АБ.where I Z is the output signal of the current stabilizer, i.e. charge current AB.
Алгоритм обработки сигнала в демпфирующем элементе 4 может быть, например, следующимThe signal processing algorithm in the
Таким образом, за счет того, что интенсивность изменения задающего сигнала для стабилизатора 5 тока ограничивается, интенсивность изменения тока на выходе этого стабилизатора 5 также ограничивается. Это обеспечивает уменьшение перерегулирования тока при включении устройства.Thus, due to the fact that the rate of change of the driving signal for the
Работу устройства поясняют осциллограммы, приведенные на фиг. 2.The operation of the device is illustrated by the oscillograms shown in FIG. 2.
При включении устройства ток заряда IЗ(t) устанавливается на заданном уровне IУСТ с перерегулированием примерно 20% и поддерживается практически неизменным в процессе зарядки АБ, т.е. осуществляется первый этап зарядки аккумуляторной батареи. При этом напряжение UЗ(t) на АБ увеличивается и при достижении заданного значения UЗН происходит снижение тока заряда при неизменном напряжении на батарее, т.е. устройство переходит на второй этап заряда. При уменьшении тока заряда до заданного значения происходит отключение устройства.When the device is turned on, the charge current I З (t) is set at a given level I IUT with an overshoot of approximately 20% and is maintained practically unchanged during battery charging, i.e. the first stage of charging the battery is carried out. In this case, the voltage U З (t) on the battery increases and when the set value U ЗН is reached, the charge current decreases with the voltage on the battery unchanged, i.e. the device goes to the second stage of charging. When the charge current decreases to a predetermined value, the device turns off.
На фиг. 3 представлены осциллограммы исходного варианта (прототипа), на которых видно, что перерегулирование составляет примерно 150%.In FIG. Figure 3 shows the oscillograms of the initial version (prototype), which shows that the overshoot is approximately 150%.
Таким образом, можно сделать вывод, что применение демпфирующего элемента в устройстве уменьшает выброс тока при включении устройства и позволяет разгрузить источник питания, ключ и стабилизатор тока.Thus, we can conclude that the use of a damping element in the device reduces the current surge when the device is turned on and allows you to unload the power source, key and current stabilizer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016123917A RU2620255C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Charging device for storage battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016123917A RU2620255C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Charging device for storage battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620255C1 true RU2620255C1 (en) | 2017-05-24 |
Family
ID=58882618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016123917A RU2620255C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Charging device for storage battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620255C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019232530A1 (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-05 | Texas Instruments Incorporated | Battery charger |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2155425C1 (en) * | 1999-06-25 | 2000-08-27 | Сибирский государственный индустриальный университет | Capacitor bank charging device |
US8305044B2 (en) * | 2008-07-11 | 2012-11-06 | Sony Corporation | Battery pack, information processing apparatus, charge control system, charge control method by battery pack, and charge control method by charge control system |
RU2520877C1 (en) * | 2013-01-28 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Минерал "Нано-Технология" | Method of processing phosphogypsum for production of concentrate of rare earth metals and gypsum |
-
2016
- 2016-06-15 RU RU2016123917A patent/RU2620255C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2155425C1 (en) * | 1999-06-25 | 2000-08-27 | Сибирский государственный индустриальный университет | Capacitor bank charging device |
US8305044B2 (en) * | 2008-07-11 | 2012-11-06 | Sony Corporation | Battery pack, information processing apparatus, charge control system, charge control method by battery pack, and charge control method by charge control system |
RU2520877C1 (en) * | 2013-01-28 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Минерал "Нано-Технология" | Method of processing phosphogypsum for production of concentrate of rare earth metals and gypsum |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019232530A1 (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-05 | Texas Instruments Incorporated | Battery charger |
CN112106272A (en) * | 2018-06-01 | 2020-12-18 | 德州仪器公司 | Battery charger |
US11239680B2 (en) | 2018-06-01 | 2022-02-01 | Texas Instruments Incorporated | Battery charger |
CN112106272B (en) * | 2018-06-01 | 2024-06-04 | 德州仪器公司 | Battery charger and system and method for charging a battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102082380B1 (en) | Method and system for controling driving current of load | |
US9748789B2 (en) | Charging/discharging control circuit, charging/discharging control device, and battery device | |
JP6476061B2 (en) | Battery device and battery device manufacturing method | |
JP2015031582A (en) | Current measurement instrument | |
US20160049808A1 (en) | Battery charging and discharging of single switch and control method therefor | |
RU2620255C1 (en) | Charging device for storage battery | |
US20170005490A1 (en) | Charging/discharging control circuit, charging/discharging control device, and battery apparatus | |
JP2011248869A (en) | Voltage regulator | |
EP3579328A1 (en) | Charging device | |
JP2015149815A (en) | power converter | |
JP6139422B2 (en) | Reference voltage output circuit and power supply device | |
RU2530877C1 (en) | Charging device for accumulator battery | |
CN106980338B (en) | Voltage stabilizer | |
US9312690B2 (en) | Protective circuit | |
US9671808B2 (en) | Circuit and method for controlling standyby power consumption | |
US20150270702A1 (en) | Power supply device with over-voltage protection | |
US10128680B2 (en) | Constant current charging device | |
JP2017529822A (en) | A device for generating a constant DC load current | |
EP2889994A1 (en) | Driving device of synchronous rectification apparatus | |
US20160065050A1 (en) | Power source circuit and method of controlling power source circuit | |
RU2017106324A (en) | METHOD AND SYSTEM OF CONTROL OF THE REVERSE CONVERTER OF THE CONSTANT VOLTAGE TO THE PERMANENT VEHICLE | |
KR20170110934A (en) | Apparatus for controlling amount of charging current | |
RU2618624C1 (en) | Charging device for storage battery | |
CN210518101U (en) | Power supply soft start circuit and soft start device | |
RU2201642C2 (en) | Device for measuring storage battery degree of charge |