Пристрій для заряду акумуляторної батареї імпульсним струмом

Реферат: UA 75383 U UA 75383 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області електротехніки і може бути застосована для заряду акумуляторних батарей в автономних системах, на виробництві та на автозаправних станціях для електромобілів. Для заряду акумуляторних батарей використовують наступні способи: постійним струмом (I=const), постійною напругою (U=const), та комбінований спосіб. Вказані режими забезпечуються відповідними напівпровідниковими схемами зарядних джерел живлення акумуляторних батарей. Згідно [1], доцільним є заряд акумуляторної батареї переривчастим струмом. Відомо, що заряд нікель-кадмієвих акумуляторів імпульсним струмом сприятливо позначається на їхніх експлуатаційних параметрах, а саме сприяє формуванню більше розвиненої поверхні електродів, запобігає утворенню великих кристалів на електродах, а також полегшує рекомбінацію газів, що утворяться при заряді [2]. Для свинцево-кислотних акумуляторів такий спосіб забезпечує рівномірний об'ємний розподіл концентрації електроліту, включаючи область пор усередині активної маси, оскільки фронт дифузії не встигає віддалитися на помітну відстань від поверхні електрода при періодичній зміні напрямків струму. У результаті досягається збільшення зарядної ємності, скорочення часу заряду, а також підвищення ресурсу акумуляторної батареї (у порівнянні з параметрами, одержуваними при заряді постійним струмом) [1-3]. У режимі постійного струму є, по суті, тільки один регульований параметр - величина зарядного струму й, відповідно, тільки одна контрольована величина - напруга на акумуляторі. При заряді акумулятора імпульсами струму число параметрів, які можна реєструвати й використати в системі керування, багаторазово збільшується в порівнянні із зарядом постійним струмом. При імпульсному режимі можна задавати тривалість імпульсів, їхню амплітуду, шпаруватість, форму, можна чергувати імпульси різної спрямованості й т.д. Аналіз швидких перехідних процесів при заряді імпульсним струмом дозволяє одержати досить детальну інформацію про характер явищ, що відбуваються в акумуляторі. Для поліпшення експлуатаційних характеристик акумуляторів різних типів, в залежності від стану зарядженості та віку, доцільно використовувати адаптивний режим заряду, який забезпечить досягнення позитивних результатів навіть при відсутності досить повної інформації про стан акумулятора та про деталі процесів, що відбуваються в ньому. Обсяг інформації, одержуваної від акумулятора, можна значно збільшити, якщо вести заряд імпульсним струмом, й фіксувати зміни напруги, що відбуваються протягом кожного імпульсу та інтервалу "відпочинку" (рест-періоду) між імпульсами. Зміст і ціль застосування імпульсного режиму заряду не зводиться тільки до того, щоб з його допомогою одержувати інформацію, потрібну для керування. Заряд імпульсним струмом має й самостійне значення, значно впливаючи на хід різних електрохімічних процесів [4]. Як найближчий аналог вибрано пристрій для заряду акумуляторної батареї імпульсним струмом [5], який містить формувач імпульсів зарядного струму, вихід якого має виводи для підключення акумуляторної батареї. Якщо тривалість імпульсу зарядного струму істотно коротше часу перехідного процесу на електроді (з), то через електрод буде протікати в основному нефарадеївський ємнісний струм, що не дає приросту запасу хімічної енергії в електроді. З іншого боку, імпульс зарядного струму не повинен бути набагато триваліше з, тому що в цьому випадку всі передбачувані переваги імпульсного режиму будуть тією чи іншою мірою втрачатися і імпульсний режим буде наближатися до звичайного постійнострумового. Тривалість інтервалу "відпочинку" (рест-періоду) між імпульсами зарядного струму не повинна бути істотно коротше часу перехідного процесу на електроді (в.), тому що в цьому випадку буде проявлятися ефект нагромадження залишкової напруги, в результаті якого напруга на акумуляторі, що заряджається, буде постійно наростати аж до досягнення неприпустимої межі. З іншого боку, інтервал "відпочинку" (рест-періоду) між імпульсами зарядного струму не повинен бути набагато триваліше в.., тому що в цьому випадку час заряду збільшуватиметься. Тривалості імпульсів зарядного струму/рест-періоду повинні постійно корегуватися в залежності від тривалості перехідних процесів на електроді, які в залежності від типу, стану зарядженості та віку акумуляторної батареї будуть постійно змінюватись. Амплітуда імпульсу зарядного струму повинна вибиратися таким чином, щоб поляризаційна напруга або ж загальна напруга на акумуляторі за час імпульсу не встигала виходити за якісь припустимі межі, конкретні для кожного типу акумуляторів, при виході за які створюються умови для протікання або істотного прискорення небажаних побічних процесів на електродах. Такими процесами можуть бути, наприклад, у свинцевому акумуляторі, виділення кисню на позитивному електроді. Обмеження по величині загальної напруги на акумуляторі можуть бути, крім того, пов'язані з тепловим режимом через можливість перегріву. Недоліком даного пристрою-прототипу є фіксована 1 UA 75383 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 тривалість і амплітуда імпульсів зарядного струму/рест-періоду та неможливість заряджати акумуляторні батареї в адаптивному режимі. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення пристрою для заряду акумуляторної батареї імпульсним струмом шляхом додаткового введення датчика напруги та ланки адаптивного керування, що забезпечує заряд акумуляторної батареї імпульсним струмом в адаптивному режимі, за рахунок чого досягається поліпшення експлуатаційних характеристик - збільшення зарядної ємності, скорочення часу заряду та підвищення ресурсу акумуляторних батарей різних типів, з різним станом зарядженості та різних за віком. Поліпшення експлуатаційних характеристик досягається шляхом керування процесом заряду в залежності від інформації про стан об'єкту адаптації - акумуляторної батареї, яку отримують за допомогою датчика напруги, а саме зміною тривалості імпульсів, їхньої амплітуди, шпаруватості та форми, навіть при відсутності досить повної інформації про стан акумулятора та про деталі процесів, що відбуваються в ньому. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для заряду акумуляторної батареї імпульсним струмом, що містить формувач імпульсів зарядного струму, вхід якого є входом пристрою, а вихід - має виводи для підключення акумуляторної батареї, згідно з корисною моделлю, в пристрій введено датчик напруги та ланку адаптивного керування, причому датчик напруги приєднаний до виходу формувача імпульсів зарядного струму, а інформаційний вихід датчика напруги приєднаний до інформаційного входу ланки адаптивного керування, виходи керування якої в свою чергу приєднані до входів керування формувача імпульсів зарядного струму. Сутність пристрою пояснюється кресленням, де зображено схему функціональну пристрою для заряду акумуляторної батареї імпульсним струмом. Пристрій містить формувач імпульсів зарядного струму 1, виводи для підключення акумуляторної батареї 2, датчик напруги та/чи датчик температури 3 і ланку адаптивного керування 4. Пристрій працює наступним чином. Напруга мережі надходить на вхід формувача імпульсів зарядного струму 1, звідки струм необхідної амплітуди надходить у акумуляторну батарею, яка підключається до виводів 2, - формується імпульс зарядного струму. В проміжках між зарядними імпульсами є інтервали "відпочинку" (рест-періоди). Під час формування імпульсів зарядного струму та рест-періодів ланка адаптивного керування 4 знімає і аналізує значення напруги на акумуляторній батареї, підключеній до виводів 2, з датчику напруги 3 на відповідність певним критеріям, та по завершенню перехідного процесу в акумуляторній батареї перериває імпульс зарядного струму/інтервалу "відпочинку" (рест-періоду), і увесь час корегує параметри наступних імпульсів та пауз між ними (відповідно до закладеної програми зменшує або збільшує їхню амплітуду або тривалість, так само як і тривалість інтервалів "відпочинку" (рест-періодів) між імпульсами) та формує сигнали керування формувачем імпульсів зарядного струму 1, подаючи сигнали керування на входи керування. Пристроєм забезпечується заряд акумуляторної батареї імпульсним струмом в адаптивному режимі. Джерела інформації: 1. Синдеев Игорь Михайлович. Электроснабжение летательных аппаратов: [Учебник для вузов гражд. авиации] / И. М. Синдеев. - М.: Транспорт, 1982. - 272 с.: ил.; 22 см. 2. Подражанский Юрий Маркович. Использование импульсных режимов заряда для повышения эксплуатационных параметров аккумуляторов: Дис… канд. техн. наук: 05.17.03 / Украинский гос. химико-технологический ун-т. - Д., 2000. - 133 л. + прил. (24 л.) - Две кн. единицы. - Библиогр.: л. 127-133. 3. Батарейки и аккумуляторы: Для широкого круга читателей / B.C. Лаврус (ред.). - К.: Наука и техника, 1995. - 47 с.: ил. - (Информационное издание; Вып. 1). 4. Романов В.В., Хашев Ю.М. Химические источники тока - М.: Сов. Радио, 1978. - 264 с. 5. Galaxy Power, Inc. QuickSaver® Charge Controller for Nickel-Cadmium and Nickel-Metal Hydride Batteries, ICS1702 January 19, 1999. http://www.galaxypower.com/organization/icsl702.pdf ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Пристрій для заряду акумуляторної батареї імпульсним струмом, що містить формувач імпульсів зарядного струму, вхід якого є входом пристрою, а вихід - має виводи для підключення акумуляторної батареї, який відрізняється тим, що пристрій містить датчик напруги та ланку адаптивного керування, причому датчик напруги приєднаний до виходу формувача імпульсів зарядного струму, а інформаційний вихід датчика напруги приєднаний до 2 UA 75383 U інформаційного входу ланки адаптивного керування, виходи керування якої в свою чергу приєднані до входів керування формувача імпульсів зарядного струму. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3