(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

RZECZPO SPO LITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 172018 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21)Numer zgłoszenia 298251 (22) Data zgłoszenia: 23.03.1993 (51) Int.Cl.6 G01R 31/36 H02J 7/02 (54) Przekształtnik do ładowania baterii akumulatorów (43) Zgłoszenie ogłoszono: 03.10.1994 BUP 20/94 (73) Uprawniony z patentu: Zakłady Urządzeń Technologicznych ''BESTER", Bielawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.1997 W UP 07/97 (72) Twórca wynalazku: Józef Banach, Bielawa, PL PL 172018 B1 (57) 1. Przekształtnik do ładowania baterii akumulatorów, zbudowany z transformatora głównego zasilającego prostow nik oraz transform atora pom ocniczego zasilającego układ sterujący, a układ sterujący połączony jest z zaciskami ładowanej baterii akumulatorów oraz z wyłącznikiem głównym i posiada komparator napięcia baterii względem napięcia odniesienia oraz szereg diod elektroluminescencyjnych, znam ienny tym, ze diody od (D l) do (D2) wskaźnika napięcia i prądu ładowania ( W S I) tworzą gałęzie, z których pierwsza gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody (D l) do (D4), druga gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody (D5) do (D8), a trzecia gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody (D9) do (D12), przy czym wejścia diod ( D l), (D5) i (D9), stanowiących początek każdej gałęzi, połączone są ze sobą i z zaciskiem (3) układu ( U l) zasilacza (Z), natomiast wyjście każdej z diod połączone jest dodatkowo z przypisanym jej zaciskiem od (15) do (4) układu komparatora (U4). Fig. 1

Przekształtnik do ładowania baterii akumulatorów Zastrzeżenia patentowe 1. Przekształtnik do ładowania baterii akumulatorów, zbudowany z transformatora głównego zasilającego prostownik oraz transformatora pomocniczego zasilającego układ sterujący, a układ sterujący połączony jest z zaciskami ładowanej baterii akumulatorów oraz z wyłącznikiem głównym i posiada komparator napięcia baterii względem napięcia odniesienia oraz szereg diod elektroluminescencyjnych, znamienny tym, że diody od (D l) do (D2) wskaźnika napięcia i prądu ładowania (WS1) tworzą gałęzie, z których pierwsza gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody (D l) do (D4), druga gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody (D5) do (D8), a trzecia gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody (D9) do (D12), przy czym wejścia diod (D1), (D5) i (D9), stanowiących początek każdej gałęzi, połączone są ze sobą i z zaciskiem (3) układu (U l) zasilacza (Z), natomiast wyjście każdej z diod połączone jest dodatkowo z przypisanym jej zaciskiem od (15) do (4) układu komparatora (U4). 2. Przekształtnik według zastrz. 1, znamienny tym, że układ sterujący (US) posiada wskaźnik napięcia minimalnego baterii (WS2), który tworzy dioda elektroluminescencyjna (D24), nie należąca do szeregu diod wskaźnika napięcia i prądu ładowania (W S1), i która połączona jest z końcówkami emitera i kolektora sterującego jej pracą tranzystora (T6), a baza tego tranzystora połączona jest z wyjściem diody (D l) wskaźnika napięcia i prądu ładowania (WS1) i z końcówką (15) układu komparatora (U4). * * * Przedmiotem wynalazku jest przekształtnik do ładowania baterii akumulatorów służący do przekształcania prądu przemiennego o częstotliwości i napięciu sieciowym na prąd stały o napięciu odpowiednim do ładowanej baterii. Znane są przekształtniki do ładowania baterii akumulatorów zbudowane z transformatora głównego zasilającego prostownik oraz transformatora pomocniczego zasilającego układ sterujący oraz wyłącznika głównego. Układy sterujące znanych urządzeń połączone są z zaciskami ładowanej baterii akumulatorów oraz wyłącznikiem głównym i mogą posiadać komparator napięcia baterii względem napięcia odniesienia. Mogą być one wyposażone we wskaźniki, na przykład diody elektroluminescencyjne, sygnalizujące awarię baterii akumulatorów gdy wystąpi przerwa w obwodzie lub napięcie baterii jest dużo mniejsze od napięcia minimalnego, oraz we wskaźnik sygnalizujący zakończenie ładowania i samoczynne wyłączenie zasilania przekształtnika. Przykładem może być znane z niemieckiego opisu patentowego DE 34 29 673 urządzenie do ładowania baterii wyposażone w diody elektroluminescencyjne sygnalizujące odpowiednie stany pracy urządzenia. Jedna z diod wskazuje gotowość do pracy urządzenia, tj. obecność napięcia sieciowego i prawidłowość podłączenia baterii pod względem biegunowości. Kolejna dioda wskazuje ładowanie szybkie, następna -ładowanie normalne. Jest tu tez dioda sygnalizująca koniec procesu ładowania oraz dioda sygnalizująca zakłócenie ładowania. Znane jest również z europejskiego opisu patentowego EP 0 207 054 urządzenie do ładowania baterii posiadające diody elektroluminescencyjne przyłączone jednymi końcami do wyjść przyporządkowanych im komparatorów porównujących aktualne napięcie baterii z napięciami odniesienia. Drugie końce diod elektroluminescencyjnych są połączone ze sobą. Jedne wejścia komparatorów są połączone ze sobą i są zasilane z dzielnika napięcia potencjałem określonym przez baterię. Inne wejścia są zasilane różnymi potencjałami odniesienia, jakie panują w punktach połączenia szeregowych oporników zasilanych ze źródła napięcia stałego. Wadą wyżej opisanego rozwiązania jest konieczność zastosowania w układzie większej ilości komparatorów sterujących indywidualnie pracą diod elektroluminescencyjnych.

172 018 3 Wszystkie przytoczone wyżej rozwiązania nie pozwalają też stwierdzić, w którym punkcie procesu ładowania znajduje się bateria akumulatorów. Istotą rozwiązania według wynalazku jest to, że diody wskaźnika napięcia i prądu ładowania tworzą trzy gałęzie, z których każda gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody, przy czym wejścia diod stanowiących początek każdej gałęzi, połączone są ze sobą i z zaciskiem układu zasilacza, natomiast wyjście każdej z diod połączone jest dodatkowo z przypisanym jej zaciskiem układu komparatora. Korzystnie jest, kiedy układ sterujący posiada wskaźnik napięcia minimalnego baterii, który tworzy dioda elektroluminescencyjna, nie należąca do szeregu diod wskaźnika napięcia i prądu ładowania, i która połączona jest z końcówkami emitera i kolektora sterującego jej pracą tranzystora, a baza tego tranzystora połączona jest z wyjściem pierwszej diody wskaźnika napięcia i prądu ładowania i z odpowiadającą końcówką układu scalonego komparatora. Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że zastosowano w urządzeniu tylko jeden układ komparatora, sterujący pracą kilku diod elektroluminescencyjnych. Zaletą jest również możliwość sygnalizacji napięcia minimalnego baterii, a także stwierdzenie w czytelny sposób, w którym punkcie procesu ładowania znajduje się bateria akumulatorów. Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1przedstawia schemat blokowy przekształtnika, fig. 2 -schemat blokowy układu sterującego, fig. 3 - schemat ideowy układu sterującego, fig. 4 - rozmieszczenie diod elektroluminescencyjnych wskaźników na płycie czołowej obudowy. Przekształtnik do ładowania baterii akumulatorów składa się z jedno- lub trójfazowego transformatora głównego T l, do obniżenia napięcia przemiennego z sieci do poziomu wymaganego na wejściu przekształtnika, prostownika P do przekształcania prądu przemiennego z sieci w prąd stały, wyłącznika W, który może być wyposażony w wyzwalacze do zabezpieczenia całego układu przed skutkami zwarć i przeciążeń, a także z układu sterującego procesem ładowania baterii akumulatorów US. Układ sterujący US zasilany jest poprzez zaciski 1-2 z oddzielnego transformatora pomocniczego T2 napięciem przemiennym 14 V. Do układu sterującego US podawane jest również na zaciski 3-4 aktualne napięcie na ładowanej baterii akumulatorów. Poprzez zaciski 5-6 układ sterujący US steruje pracą wyłącznika W. Układ sterujący US składa się z zasilacza Z, zegara Ze oraz wskaźnika napięcia i prądu ładowania Ws1, wskaźnika napięcia minimalnego baterii Ws2, wskaźnika "awaria" Ws3 i wskaźnika "koniec ładowania" Ws4. Zasilacz Z składa się z mostka prostowniczego S1 zasilanego napięciem przemiennym 14 V, który wytwarza napięcie stałe, stabilizowane układem stabilizacji U l do poziomu 12 V. Napięcie to wykorzystane jest do zasilania wszystkich elementów układu sterującego US oraz jako napięcie odniesienia przy określaniu poziomu napięć. Zegar Ze składa się z układu generatora U2 oraz z układu licznika U3. Układ licznika U3 zasilany jest z zasilacza Z poprzez diodę D13. W przypadku zaniku napięcia zasilania z sieci energetycznej, napięcie baterii akumulatorów podane na zaciski 3-4 układu sterującego US zasila w dalszym ciągu, poprzez diodę D14 układ licznika U3 nie powodując jego wyzerowania. Po powrocie napięcia ładowanie wznowione zostaje w punkcie, w którym zostało przerwane. Zadaniem kondensatora C8 i rezystorów R 10 oraz R 11 jest wytworzenie impulsu zerującego licznik U3 w momencie włączenia układu do pracy. Wskaźnik napięcia i prądu ładowania Ws1 zawiera układ komparatora U4 sterujący szeregiem diod elektroluminescencyjnych od D l do D12. Diody te tworzą trzy gałęzie, w których pierwsza gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody D l do D4, druga gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody D5 do D8, a trzecia gałąź utworzona jest przez szeregowo połączone diody D9 do D12. Wejścia diod D l, D5 i D9, stanowiących początek każdej gałęzi, połączone są ze sobą i z zaciskiem 3 układu stabilizacji U l zasilacza Z, natomiast wyjście każdej z diod połączone jest dodatkowo z przypisanym jej zaciskiem od 15 do 4 układu komparatora U4. Napięcie baterii na zaciskach 3-4 układu sterującego US zostaje porównane w układzie komparatora U4 z napięciem odniesienia 12 V. Na końcówki 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4

4 172 018 układu komparatora U4 podawane zostają sygnały napięciowe, powodując zapalenie się diod D1 do D12 w ilości proporcjonalnej do zmierzonego napięcia baterii. Odczyt napięcia zawiera się w granicach od 2,1 V/ogniwo do 2,65 V/ogniwo. Diody D l do D12 rozmieszczone są na obudowie przekształtnika w ten sposób, że tworzą krzywą charakterystyki ładowania określającą napięcie ładowania w funkcji prądu ładowania. Charakterystka ta umieszczona jest w układzie współrzędnych prostokątnych naniesionym na obudowie, przy czym na osi odciętych układu oznaczono jednostki prądu, a na osi rzędnych naniesiono jednostki napięcia. Umożliwia to odczytanie wartości ładowania. Sygnały elektryczne na zacisku 15 układu komparatora U4 odpowiadające napięciu 2,1 V/ogniowo i na zacisku 8 układu komparatora U4 odpowiadające napięciu 2,4 V/ogniwo wykorzystywane są do uruchomienia wskaźników Ws2 i Ws4. Wskaźnik napięcia baterii poniżej 2,1 V/ogniwo, czyli wskaźnik napięcia minimalnego baterii Ws2, sygnalizuje znaczne rozładowanie baterii akumulatorów lub zwarcie niektórych ogniw baterii. Wskaźnik ten tworzy dioda elektroluminescencyjna D24. W przypadku gdy napięcie baterii akumulatorów jest mniejsze od napięcia minimalnego, czyli w tym przykładzie mniejsze od 2,1 V/ogniwo, tranzystor T6 nie jest wysterowany, co powoduje, że dioda D24 świeci się, wskazując niskie napięcie baterii. Gdy poziom napięcia przekroczy 2,1 V/ogniwo, na wyprowadzeniu 15 układu komparatora U4 pojawi się napięcie, które wysteruje tranzystor T6 i dioda D24 zgaśnie. Wskaźnik "koniec ładowania" Ws4 stanowi dioda elektroluminescencyjna D15. Jest ona sygnałem świetlnym, że ładowanie baterii akumulatorów zostało zakończone i przekształtnik jest wyłączony. Sygnał elektryczny z wyprowadzenia 8 układu komparatora U4, odpowiadający napięciu 2.4 V/ogniwo, podawany jest na bazę tranzystora T2. Uruchomiony zostaje układ generatora U2. Impulsy układu generatora U2 zliczane są za pomocą układu licznika U3. Po upływie czasu koniecznego do naładowania baterii, układ licznika U3 wysteruje tranzystor T3, co spowoduje zadziałanie przekaźnika Pk, a w konsekwencji wyłączenie wyłącznika głównego W. Zadziałanie przekaźnika Pk spowoduje również zaświecenie diody elektroluminescencyjnej D15 stanowiącej wskaźnik Ws4 "koniec ładowania". Wskaźnik Ws3 "awaria" stanowi dioda elektroluminescencyjna D17. Jeżeli na zaciskach 3-4 układu sterującego US brak jest napięcia baterii lub napięcie to jest niższe niż 1,5 V/ogniwo, nie zostanie wysterowany tranzystor T7, co spowoduje włączenie tranzystora T4 i zadziałanie przekaźnika Pk. Dioda elektroluminescencyjna D17 zaświeci się. Po przekroczeniu napięcia 1.5 V/ogniwo, tranzystor T7 jest wysterowany, dioda D17 gaśnie, a przekaźnik Pk nie działa. Zadaniem tranzystora T5 jest wyłączenie diody D24 w przypadku świecenia się diody D17. Zadziałanie wskaźnika Ws3 może nastąpić wówczas, gdy włączono przekształtnik bez przyłączonej do jego zacisków baterii akumulatorów, przerwany jest obwód baterii (np. gdy przepali się bezpiecznik w obwodzie baterii), przyłączono baterię, której ponad 25% ogniw jest zwartych, przyłączono baterię silnie rozładowaną, lub przyłączono baterię o mniejszej ilości ogniw (np. gdy przyłączono baterię o napięciu znamionowym 40 V do przekształtnika o napięciu znamionowym 80 V).

172 018 Fig. 2

172 018 Fig. 3

172 018 Fig.4

172 018 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł