устройство управления зарядом аккумуляторной батареи транспортного средства

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАРЯДОМ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, работающей на общую нагрузку в схеме с генератором и регулятором напряжения в режимах циклирования, состоящее из измерительной, вычислительной и выходной частей, содержащее в измерительной части средства измерения тока аккумуляторной батареи, напряжения на ее клеммах и температуры электролита, для чего предусмотрены входные клеммы для подсоединения к шунту, включенному в разрядно-зарядную цепь, к выводным клеммам аккумуляторной батареи и датчику температуры, а в вычислительной части - блок аналого-цифровых преобразователей, подключенный к входам блока вычисления степени заряженности, соединенным также с первым блоком памяти, а выходом через блок вычисления среднего значения заряженности по результатам нескольких измерений - с блоком сравнения, имеющим в своем составе набор предельных значений заряженности, а выход блока сравнения соединен с входом блока выработки управляющего сигнала, выходы которого в выходной части устройства соединены с интерфейсом передачи сигнала регулятору напряжения и средствами индикации состояния заряженности аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности управления зарядом, в измерительную часть введены таймер, имеющий в своем составе элемент определения знака тока, соединенный с шунтом измерения тока, и элемент подсчета времени заряда, и блок включения для передачи измеряемой информации от входным клемм измерительной части к блоку аналого-цифровых преобразователей, а в вичислительную часть введен соединенный с таймером и блоком включения в измерительной части, а в вычислительной части - с блоком вычисления степени заряженности и среднего значения заряженности блок управления алгоритмом работы устройства, определяющий момент времени измерения, равный времени, при котором определялись хранящиеся в первом блоке памяти предварительно полученные экспериментальные зависимости между зарядным током, напряжением, температурой электролита и степенью заряженности

I = X (U,C,T),

где I - зарядный ток батареи;

U - напряжение на клеммах батареи;

C - степень заряженности батареи;

T - температура электролита батареи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортной электронике.

Известны устройства, управляющие процессом заряда и определяющие состояние аккумуляторных батарей на транспортных средствах по уровню зарядного напряжения с учетом температурных условий, например [1, 2].

Недостатком таких устройств является невысокая точность определения состояния заряженности аккумуляторной батареи, так как в них не учитываются скоростные и нагрузочные режимы работы генераторной установки транспортного средства, которые резко изменяются в зависимости от времени суток, времени года и характера эксплуатации (город, шоссе) и в значительной мере определяют состояние батареи.

Известны также способ и устройство определения степени заряженности аккумуляторной батареи. Способ заключается в измерении тока аккумуляторной батареи и напряжения на ее клеммах непосредственно при работе в схеме с генератором, в токе и напряжении которого имеются гармонические пульсации определенных частот, вычислении внутренних сопротивлений батареи переменному току этих частот с последующим сравнением этих сопротивлений с заранее полученными экспериментальными зависимостями названных сопротивлений от степени заряженности батареи [3].

Этот способ применим только в схемах, где имеются гармонические пульсации зарядных и разрядных токов и напряжений. Кроме того, этот способ не учитывает изменение свойств батареи в условиях изменяющейся температуры.

Наиболее близким к изобретению является система управления зарядкой аккумуляторной батареи транспортного средства, работающей на общую нагрузку в схеме с генератором и регулятором напряжения, содержащая измерительную часть, включающую средства измерения тока аккумуляторной батареи, напряжения на ее клеммах, плотности и температуры электролита, соединенную с измерительной частью через блок аналого-цифровых преобразователей, вычислительную часть с микроЭВМ. На основе этой информации ЭВМ вырабатывает оптимальное значение напряжения и воздействует на регулятор напряжения, приводя напряжение в системе к найденному оптимальному значению [4].

Недостатком этого технического решения является то, что при определении степени заряженности необходимо помещать датчик плотности в электролит батареи, что усложняет конструкцию и создает дополнительные трудности, связанные с обеспечением коррозионной стойкости датчика плотности. Кроме того, во всех упомянутых технических решениях не оговаривается время замера информации от датчиков, хотя известно, что такие показатели, как напряжение и особенно ток заряда аккумуляторной батареи, непрерывно и резко изменяются при работе транспортных средств.

Изобретение дает упрощение за счет отказа от датчика плотности электролита и в то же время повышение точности управления зарядом аккумуляторной батареи на транспортном средстве, что достигается тем, что в устройство управления зарядом аккумуляторной батареи транспортного средства, работающей на общую нагрузку в схеме с генератором и регулятором напряжения в режимах циклирования, состоящее из измерительной, вычислительной и выходной частей, содержащее в измерительной части средства для измерения текущего значения тока аккумуляторной батареи, напряжения на ее клеммах и температуры электролита, для чего предусмотрены входные клеммы для подсоединения к шунту, включенному в разрядно-зарядную цепь, к выводным клеммам аккумуляторной батареи и датчику температуры, а в вычислительной части с микроЭВМ блок аналого-цифровых преобразователей, подключенный к трем входам блока вычисления степени заряженности, на четвертый вход которого включен первый блок памяти с хранящимися в ней предварительно полученными экспериментальными зависимостями между зарядным током, напряжением, температурой электролита и степенью заряженности (I = f(U,C,T), причем его выход через блок вычисления среднего значения заряженности по результатам нескольких измерений соединен с блоком сравнения, имеющим в своем составе набор предельных значений заряженности, а выход блока сравнения соединен с входом блока выработки управляющего сигнала, выходы которого в выходной части устройства соединены с интерфейсом передачи сигнала регулятору напряжения и средствами индикации состояния заряженности аккумуляторной батареи, в его измерительную часть введены таймер, имеющий в своем составе элемент определения знака тока, соединенный с шунтом измерения тока, и элемент подсчета времени заряда, и блок включения для передачи измеряемой информации от входных клемм измерительной части к блоку аналого-цифровых преобразователей, а в вычислительную часть введен соединенный с таймером и блоком включения в измерительной части, а в вычислительной части с блоками вычисления степени заряженности и среднего значения заряженности блок управления алгоритмом работы устройства, определяющий момент времени измерения, равный времени, при котором определялись упомянутые предварительно полученные экспериментальные зависимости I = f(U,C,T).

Предлагаемое устройство обеспечивает надежную защиту аккумуляторной батареи на транспортном средстве как от глубокого разряда, так и от чрезмерного перезаряда. Это, с одной стороны, обеспечивает надежную работу пусковой системы в тяжелых условиях эксплуатации зимой и исключение непроизводительного расхода дистиллированной воды летом, что ведет к существенному увеличению срока службы аккумуляторной батареи в эксплуатации. С другой стороны, существенно снижены затраты на техническое обслуживание аккумуляторной батареи в эксплуатации из-за почти полной ликвидации необходимости контроля уровня электролита и долива дистиллированной воды или снятия батареи с транспортного средства для подзаряда.

На чертеже показано устройство управления зарядом аккумуляторной батареи 1, работающей на общую нагрузку 2 в схеме с генератором 3, напряжение которого регулируется регулятором 4. Оно состоит из трех частей: измерительной 5, вычислительной 6 и выходной 7.

Измерительная часть 5 включает входные клеммы для измерения тока аккумуляторной батареи 1 в виде падения напряжения U_ш на шунте 8, включенном в разрядно-зарядную цепь, измерения напряжения U_a на клеммах аккумуляторной батареи 1 и температуры электролита Т_эл с помощью датчика 9 температуры, например термометра сопротивления, помещенного в электролит одного из средних аккумуляторов аккумуляторной батареи 1. Измерительная часть 5 включает также управляющий режимом измерения названных величин таймер 10, имеющий в своем составе элемент 11 определения знака тока по знаку падения напряжения U_ш на шунте, элемент выдачи запроса на знак тока с периодичностью 1 с и элемент подсчета времени заряда, а также блок 12 включения измерительной информации, фиксирующей значения измеряемых величин U_ш, U_a и Т_эл в определенный момент времени, определяемый блоком 13 управления алгоритмом работы устройства, имеющимся в вычислительной части 6.

Вычислительная часть 6 содержит также блок аналого-цифровых преобразователей 14 информации, поступающей из блока 12 включения измерительной части 5, блок 15 вычисления степени заряженности аккумуляторной батареи 1, первый блок 16 памяти, в котором хранится массив полученных заранее экспериментальных зависимостей зарядного тока от напряжения, заряженности, температуры электролита (I = f(U,C,T). Вычислительная часть 6 содержит также счетчик 17 подсчета числа измерений и блок 18 вычисления среднего значения заряженности по результатам трех измерений, передающий вычисленное среднее значение заряженности блоку 19 сравнения, соединенному с вторым блоком 20 памяти, в котором хранятся опорные уровни заряженности. Блок 19 сравнения соединен с блоком 21 выработки управляющего сигнала, соединенным с выходной частью 7.

Выходная часть 7 содержит интерфейс 22 передачи управляющего сигнала на регулятор 4 напряжения, а также индикатор 23 текущей информации и индикатор 24 сигнала об аварийном глубоком разряде аккумуляторной батареи 1.

Работает устройство следующим образом.

После запуска двигателя и вступления в работу генератора 3 регулятор 4 напряжения работает на верхней ступени напряжения. Включается элемент 11 ежесекундных запросов знака тока таймера 10. В цепи батареи 1 протекают токи, при этом на шунте 8 образуется падение напряжения U_ш, пропорциональное току батареи, по величине и по знаку соответствующее зарядному току, если U_ш > 0, или разрядному току, если U_ш < 0. На клеммах аккумуляторной батареи 1 замеряется напряжение U_a, а помещенный в электролит одного из аккумуляторов батареи 1 датчик 9 температуры вырабатывает сигнал, пропорциональный температуре электролита Т_эл. Величины U_ш, U_a и Т_эл подаются на входы блока 12 включения через входные клеммы измерительной части 5 устройства.

Если первое время идет заряд аккумуляторной батареи 1 (U_ш > 0), то включение в работу счетчика времени заряда таймера 10 не производится и продолжаются ежесекундные запросы знака тока. После возникновения режима разряда аккумуляторной батареи 1 на нагрузку 2 (U_ш < 0) счетчик времени заряда таймера 10 приводится в исходное состояние, и после начала заряда, следующего за разрядом, начинается подсчет времени заряда. Если заряд длится меньше, чем заданное время измерения (Т_изм), то счетчик времени заряда обнуляется, приводится в исходное состояние и вновь начинает работать после начала следующего цикла заряда. Если время заряда достигает Т_изм, блок 13 управления алгоритмом работы устройства приводит в работу включатель 12, и происходит измерение тока заряда, напряжения на клеммах и температуры электролита аккумуляторной батареи 1, которые через блок аналого-цифровых преобразователей 14 передаются в блок 15 вычисления степени заряженности.

В блоке 15 на основе сравнения полученных результатов измерения с хранящимся в первом блоке 16 памяти массивом полученных заранее экспериментальных зависимостей I = f(U, C, T) производится вычисление состояния заряженности аккумуляторной батареи 1, которое передается в блок 18 вычисления среднего значения заряженности, и одновременно в счетчик 17 измерений передается сигнал о проведенном измерении, откуда в блок 13 управления алгоритмом работы устройства передается сигнал о завершении цикла обработки результатов измерений, и вся измерительная часть 5 устройства возвращается в исходное состояние, начиная очередной цикл измерения.

После проведения трех последовательных измерений состояния заряженности в блоке 18 подсчитывается среднее значение заряженности (С_ср), а счетчик 17 измерений обнуляется и измерительная часть 5 вновь переходит к очередному циклу измерений.

Вычисленная средняя заряженность С_ср из блока 18 передается одновременно в блок 19 сравнения и в выходную часть 7 устройства на индикатор 23 текущей информации. В блоке 19 сравнения производится сравнение полученной в результате вычислений средней заряженности С_ср с опорными уровнями заряженности, хранящимися во втором блоке 20 памяти, результаты которого передаются в блок 21 выработки управляющего сигнала.

Если С_мин < С_ср < С_макс, то система не выработает никакого сигнала, и регулятор 4 напряжения не изменяет уровня регулируемого напряжения. Если С_ср > С_макс, блок 21 через интерфейс 22 выдает сигнал на перевод регулятора 4 напряжения на нижнюю ступень напряжения. Если регулятор 4 напряжения на момент выдачи управляющего сигнала уже работал на нижней ступени, то работа системы остается без изменений. Если С_ср < С_мин, блок 21 через интерфейс 22 выдает сигнал на перевод регулятора 4 напряжения на верхнюю ступень. Если регулятор напряжения на момент выдачи управляющего сигнала уже работал на верхней ступени, то работа системы остается без изменений.

В блоке 19 тем временем проводится дополнительное сравнение средней заряженности с допустимым по глубине разрядом С_доп, и в случае С_ср < С_доп блок 21 выдает на индикатор 24 выходной части 7 устройства сигнал о чрезмерном разряде и необходимости дополнительного контроля батареи или системы электроснабжения транспортного средства для установления и устранения причины глубокого разряда батареи.

Приведенное описание показывает, что предлагаемое устройство обеспечивает надежную работу и защиту аккумуляторной батареи на транспортном средстве как от глубокого разряда, так и от чрезмерного перезаряда. Это, с одной стороны, обеспечивает надежную работу системы пуска двигателя в тяжелых условиях эксплуатации зимой и исключение непроизводительного расхода дистиллированной воды летом, что ведет к существенному увеличению срока службы аккумуляторных батарей в эксплуатации. С другой стороны, существенно снижены затраты на техническое обслуживание аккумуляторной батареи в эксплуатации из-за почти полной ликвидации необходимости контроля уровня электролита в ней и долива дистиллированной воды или снятия батареи с транспортного средства для подзаряда.