устройство подзарядки аккумуляторных батарей гибридного автомобиля

Формула изобретения

Устройство подзарядки аккумуляторных батарей гибридного автомобиля, содержащее источник питания, накопительную емкость, датчик тока и электронные ключи, причем в режиме подзарядки аккумуляторная батарея одним из электронных ключей подключается по сигналу датчика тока к предварительно заряженному конденсатору от источника питания, отличающееся тем, что устройство снабжено двумя мультиплексорами, мультиплексором информационных сигналов, аналогово-цифровым преобразователем, группой электронных ключей на базе полевых транзисторов, группой накопительных емкостей, количество которых равно количеству аккумуляторных батарей, входящих в группу, защитными диодами, подключенными к положительным клеммам каждой аккумуляторной батареи в группе для исключения их замыкания на общую минусовую шину, группой датчиков тока, включенных в разрядную цепь между положительными клеммами группы аккумуляторных батарей и истоками группы электронных ключей на базе полевых транзисторов, при этом на вход одного мультиплексора от источника питания подается положительное напряжение, а его выходы и стоки группы электронных ключей на базе полевых транзисторов подключены к правым пластинам группы накопительных емкостей; вход другого мультиплексора подключен к общей минусовой шине, а его выходы подключены к левым пластинам группы емкостных накопителей и к минусовым клеммам группы аккумуляторных батарей; количество выходов мультиплексоров равно количеству аккумуляторных батарей и накопительных емкостей; истоками группа электронных ключей на базе полевых транзисторов подсоединена через защитные диоды к положительным клеммам группы аккумуляторных батарей, а затворами - к соответствующим выходам микроконтроллера, выходы группы датчиков тока подключены к соответствующим входам мультиплексора информационных сигналов и через аналогово-цифровой преобразователь подключены к входу в микроконтроллер, причем управляемые входы мультиплексоров, группы электронных ключей на базе полевых транзисторов и мультиплексора информационных сигналов подключены к соответствующим выходам микроконтроллера.

Описание изобретения к патенту

,Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для подзарядки группы аккумуляторных батарей, установленных на транспортном средстве.

Из уровня техники известен способ зарядки аккумуляторов установленных на транспортном средстве (патент RU № 2416142, опубл. 10.04.2011), осуществляющийся от внешнего источника питания. Способ направлен на оценку состояния заряда каждой аккумуляторной батареи и зарядом их посредством источника питания внешним для транспортного средства.

Также известно устройство для осуществления указанного способа, содержащее аккумуляторы, зарядное устройство, внешний источник питания для транспортного средства, устройство управления зарядкой и машиночитаемый носитель хранения данных с сохраненной программой для ее выполнения компьютером.

Недостатками указанных способа и устройства является сравнительная сложность по своей технической реализации при необходимости осуществления подзарядки аккумуляторов в автономном режиме соответственно от источника питания, установленного на самом транспортном средстве.

Наиболее близко, по технической сущности, к предлагаемому изобретению относится устройство форсированного заряда аккумуляторной батареи ассиметричным током, принятый за прототип по (патенту RU № 2038671, опубл. 27.06.1995), содержащее источник питания, накопительную емкость, датчик тока и электронные ключи, причем в режиме подзарядки аккумуляторная батарея одним из электронных ключей подключается по сигналу датчика тока к предварительно заряженному конденсатору от источника питания.

К недостаткам указанного устройства относится сложность технической реализации данного устройства на транспортном средстве, в частности на гибридных автомобилях. Кроме того, невозможность подзарядки аккумуляторной батареи от источника питания, установленного на транспортном средстве.

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации аккумуляторных батарей с учетом состояния каждой из них входящих в группу от источника питания, установленного на транспортном средстве гибридного автомобиля, а также улучшения процесса подзарядки каждой аккумуляторной батареи из группы.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит источник питания, накопительную емкость, датчик тока и электронные ключи, причем в режиме подзарядки аккумуляторная батарея одним из электронных ключей подключается по сигналу датчика тока к предварительно заряженному конденсатору от источника питания, согласно изобретению отличие состоит в том, что устройство снабжено двумя мультиплексорами (коммутаторами) повышенной мощности, мультиплексором информационных сигналов, аналогово-цифровым преобразователем, группой электронных ключей на базе полевых транзисторов, группой накопительных емкостей, количество которых равно количеству аккумуляторных батарей, входящих в группу, защитными диодами, подключенными к положительным клеммам каждой аккумуляторной батареи в группе для исключения их замыкания на общую минусовую шину, группой датчиков тока, включенных в разрядную цепь между положительными клеммами группы аккумуляторных батарей и истоками группы электронных ключей на базе полевых транзисторов, при этом на вход одного мультиплексора (коммутатора) от источника питания подается положительное напряжение, а его выходы и стоки группы электронных ключей на базе полевых транзисторов подключены к правым пластинам группы накопительных емкостей; вход другого мультиплексора (коммутатора) подключен к общей минусовой шине, а его выходы подключены к левым пластинам группы емкостных накопителей и к минусовым клеммам группы аккумуляторных батарей; количество выходов мультиплексоров (коммутаторов) равно количеству аккумуляторных батарей и накопительных емкостей; истоками группа электронных ключей на базе полевых транзисторов подсоединена через защитные диоды к положительным клеммам группы аккумуляторных батарей, а затворами - к соответствующим выходам микроконтроллера, выходы группы датчиков тока подключены к соответствующим входам мультиплексора информационных сигналов и через аналогово-цифровой преобразователь подключены к входу в микроконтроллер, причем управляемые входы мультиплексоров (коммутаторов), группы электронных ключей на базе полевых транзисторов и мультиплексора информационных сигналов подключены к соответствующим выходам микроконтроллера.

Технический результат, получаемый с помощью данного устройства, заключается в адаптивности подзарядки аккумуляторных батарей в группе, повышении надежности и увеличении срока эксплуатации работы их, особенно установленных на транспортном средстве, гибкости и экономичности для источника подзарядки группы аккумуляторных батарей, и, как следствие, улучшения экологических параметров транспортного средства, на котором они установлены.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства подзарядки аккумуляторных батарей.

Устройство подзарядки аккумуляторных батарей включает источник питания (ИП) 1, два мультиплексора: (MX) 2, (MX) 3 повышенной мощности, которые иначе можно назвать коммутаторами, выполняющими функцию цифровых переключателей, группу 4 электронных ключей на базе полевых транзисторов VT₁, VT₂ VTn, группу 5 аккумуляторных батарей G₁, G ₂ Gn с защитными диодами VD₁, VD₂, VD_n, группу 6 накопительных емкостей C ₁, C₂ C_n, группу 7 датчиков тока L₁, L ₂ Ln, мультиплексор информационных сигналов (MX) 8, аналого-цифровой преобразователь (ADC) 9 и микроконтроллер (МК) 10.

Источник питания 1 подключен к входу (VCC) мультиплексора (коммутатора) 2, а его выходы (1, 2, n) подключены к группе 6 накопительных емкостей, управляемый вход (A₁) мультиплексора (коммутатора) 2, подключен к соответствующим выходам (Out) микроконтроллера 10, мультиплексор (коммутатор) 3 входом (GND) подключен к общей минусовой шине, а выходами (1, 2, n) подключен к левым пластинам (обкладкам) емкостных накопителей и к минусовым клеммам группы 5 аккумуляторных батарей, управляемый вход (А₂) мультиплексора (коммутатора) 3 также подключен к соответствующим выходам микроконтроллера 10, а группа 4 электронных ключей на базе полевых транзисторов, состоящие из стоков, истоков и затворов, стоками подключена к правым пластинам группы 6 накопительных емкостей, истоками через защитные диоды к положительным клеммам группы 5 аккумуляторных батарей, а затворами подключены к соответствующим выходам микроконтроллера 10, группа 7 датчиков тока включена в разрядную цепь между положительными клеммами группы 5 аккумуляторных батарей и истоками группы 4 электронных ключей, при этом выходы группы 7 датчиков тока подключены к соответствующим входам мультиплексора информационных сигналов 8, а выход мультиплексора информационных сигналов 8 и общая шина группы 7 датчиков тока подключены к входам аналого-цифрового преобразователя 9, кроме того, управляемый вход (A3) мультиплексора информационных сигналов 8 подключен к соответствующему выходу микроконтроллера 10, а выход аналого-цифрового преобразователя 9 подключен к входу (In) микроконтроллера 10.

Предложенное устройство работает следующим образом.

По сигналам микроконтроллера 10, подаваемым на управляемый вход мультиплексора 2, питающее напряжение через вход VCC подается на его соответствующие выходы, также по сигналам микроконтроллера 10, подаваемым на управляемый вход мультиплексора (коммутатора) 3, соответствующие выходы заземляются через вход GND. Происходит зарядка соответствующего емкостного накопителя из группы 6 емкостных накопителей от источника питания 1. Причем положительное напряжение от источника питания 1 подается через мультиплексор (коммутатор) 2 на правую пластину (обкладку) емкостного накопителя 6, а отрицательное напряжение подается с общей шины через мультиплексор (коммутатор) 3 на левую пластину (обкладку) емкостного накопителя 6.

Далее по сигналам микроконтроллера 10, подаваемым на затворы полевых транзисторов группы 4 электронных ключей, соответствующий ключ, входящий в эту группу, открывается. Происходит разрядка заряженного емкостного накопителя из группы 6 на соответствующую аккумуляторную батарею из группы 5. В этот момент осуществляется подзарядка этой аккумуляторной батареи из группы 5 через защитные диоды.

Причем с целью исключения замыкания каждой аккумуляторной батареи, на общую минусовую шину к положительным клеммам каждой аккумуляторной батареи группы 5 подключены защитные диоды.

Далее процесс подзарядки остальных аккумуляторных батарей, входящих в группу 5, происходит в порядке, заложенном в управляющей программе микроконтроллера 10.

В процессе разрядки емкостных накопителей, входящих в группу 6, на соответствующие аккумуляторные батареи, входящие в группу 5, группа 7 датчиков тока передает информацию о процессе разряда на входы мультиплексора информационных сигналов 8.

При этом микроконтроллер 10 на мультиплексор информационных сигналов 8 подает сигналы выбора датчика тока из группы 7, соответствующего заряжаемой в данный момент аккумуляторной батареи из группы 5.

Далее сигнал с выбранного датчика тока из группы 7 оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 9 и передается на вход микроконтроллера 10, в котором полученная информация сравнивается с информацией, заложенной в запоминающем устройстве.

По результатам сравнения микроконтроллер 10 задает длительность управляющих импульсов на затворах полевых транзисторов группы 4 электронных ключей, которые, в свою очередь, влияют на степень заряженности каждой аккумуляторной батареи, входящей в группу 5.