PL176138B1 - Układ przełączający do sterowania rodzajem pracy chemoelektrycznej bateriiakumulatoróww instalacji prądu dtałeaoz obwodom silnonrądowow - Google Patents

Abstract

1 Układ przełączający do sterowania rodzajem pracy che- , moelektrycznej batem akumulatorów w instalacji prądu stałego z obwodemsilnoprądowym, zwłaszczaobwodem o okresowo dużym poborze prądu zawierającym silnik elektryczny, służący do rozruchu silnika spalinowego, który uruchamiany jest poprzez łącznik startowy 1 stycznik, mający w obwodzie zasilania elektrycznego instalacji dwie połączone jednym wspólnym biegunembaterie akumulatorów, z których jedna pełni funkcję batem podstawowej, a druga dodatkowej baterii rozruchowej, znamienny tym, ze bateria dodatkowa (BA2) przyłączona jest do masy układu poprzez blok sterujący (US), który w torze prądowym batem dodatkowej (BA2) zawiera szeregowo połączony elektryczny zawór (Z) 1 moduł kontroli prądu ładowania (KP), przy czym wyjście sterujące modułu kontroli prądu (KP) połączone jest z wejściem sterującym elektrycznego zaworu (Z), do wejścia którego z kolei dołączone jest również wyjście sterujące modułu kontroli napięcia (KN) włączonego pomiędzy masę a wspólny biegun batem akumulatorów (BA1 1 BA2) stanowiący jednocześnie zacisk wejściowy dla modułu kontroli napięcia (KN), a ponadto blok sterujący (US) ma moduł przełączający (P), którego łącznik wyjściowy wpiętyjest pomiędzy masę układu a wejściowy zacisk elektrycznego zaworu (Z), będący punktem wspólnymdrugiego bieguna batem (BA2) 1 elektrycznego zaworu (Z), przy czym wejście sterujące modułu przełączającego (P) podpięte jest do łącznika startowego (START), znajdującego się w obwodzie o dużym poborze prądu, do zacisku położonego od strony obciążenia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ przełączający do sterowania rodzajem pracy chemoelektrycznej baterii akumulatorów w instalacji prądu stałego z obwodem silnoprądowym, szczególnie przydatny w układach elektrycznych zasilanych wspomagająco dodatkową równolegle przyłączoną baterią akumulatorów pracującą okresowo przy dużych obciążeniach prądowych, zwłaszcza podczas rozruchu silnika spalinowego w pojeździe samochodowym uruchamianym

176 138 za pomocą znajdującego się w układzie elektrycznym specjalnego silnika elektrycznego prądu stałego tzw. rozrusznika.

Klasyczną pokładową instalację elektryczną pojazdu samochodowego zwykle zasila bateria akumulatorów chemoelektrycznych prądu stałego i współpracująca z nią samochodowa komutatorowa prądnica mechanoelektryczna prądu stałego z komutatorem elektronicznym bądź mechanicznym. Bateria akumulatorów przeznaczona jest zarówno do rozruchu silnika spalinowego za pomocą rozrusznika elektromechanicznego, jak i do pokrywania niedoboru energii elektrycznej w pewnych stanach pracy. Stanem niedoboru energii jest sytuacja, gdy wartość chwilowa mocy oddawanej przez komutatorową prądnicę mechanoelektryczną prądu stałego jest mniejsza od wartości chwilowej mocy pobieranej przez odbiorniki energii elektrycznej pojazdu samochodowego, tj. przykładowo w czasie postoju na światłach sygnalizacyjnych, bądź w czasie jazdy z małą prędkością obrotową silnika spalinowego przy dużym poborze mocy przez odbiorniki. Przy niepracującym silniku spalinowym bateria akumulatorów dostarcza energię elektryczną odbiornikom energii elektrycznej zainstalowanym w pojeździe samochodowym, stanowiąc wówczas jedyne źródło energii elektrycznej.

W normalnych warunkach pracy silnika spalinowego lub powyżej pewnej wartości jego prędkości obrotowej, zabudowana w pojeździe samochodowym prądnica prądu stałego pokrywa całkowicie zapotrzebowanie na energię elektryczną, a oprócz tego ładuje baterię akumulatorów magazynując w niej nadmiar energii elektrycznej.

W trudnych zaś warunkach eksploatacji pojazdu samochodowego np. w zimie i podczas pracy z małą prędkością obrotową silnika spalinowego, załączenie większej liczby odbiorników takich jak: dodatkowe oświetlenie pojazdu, wycieraczka elektryczna, ogrzewanie szyb, radioodtwarzacz itp., stanowi zbyt duże obciążenie prądnicy prądu stałego. Wówczas, zasilanie odbiorników energii elektrycznej ma miejsce przy współpracy komutatorowej prądnicy mechanoelektrycznej prądu stałego z baterią akumulatorów chemoelektrycznych prądu stałego. Ponadto, eksploatacja tego rodzaju baterii akumulatorów, w warunkach niedoładowania może prowadzić do jej zasiarczenia, a w efekcie końcowym do szybkiej utraty wartości rzeczywistej pojemności elektrycznej i skrócenia jej trwałości.

W szczególnie trudnych warunkach zimowych bateria akumulatorów chemoelektrycznych ołowiowo-kwasowych, rozładowuje się do tego stopnia, że nie można uruchomić silnika spalinowego. na przykład podczas jego eksploatacji przy stosunkowo częstych rozruchach silnika spalinowego i jeździe miejskiej na światłach mijania.

Zwykle problem rozruchu silnika w zimie rozwiązuje się poprzez mechaniczne równoległe przyłączenie drugiej baterii akumulatorów dając tym samym wzrost sumarycznej pojemności w trakcie rozruchu silnika, obniżenie rezystancji wewnętrznej źródła energii, gdyż wartość rezystancji zastępczej dwóch baterii akumulatorów jest mniejsza od najmniejszej wartości rezystancji baterii składowych, zwiększenie prądu rozrusznika elektromechanicznego w czasie rozruchu, który jest wówczas sumą prądów baterii akumulatorów.

Instalacja elektryczna prądu stałego w obwodzie silnoprądowym zawiera silnik, łącznik startowy i stycznik, w a obwodzie zasilania elektrycznego dwie połączone jednym wspólnym biegunem baterie akumulatorów, z których jedna pełni funkcję baterii podstawowej a druga dodatkowej rezerwowej baterii rozruchowej.

Istota rozwiązania polega na tym, że bateria dodatkowa w instalacji elektrycznej prądu stałego przyłączona jest do masy układu poprzez przełączający jej pracę blok sterujący. Blok ten w torze prądowym baterii dodatkowej zawiera szeregowo połączony elektryczny zawór i moduł kontroli prądu ładowania, przy czym wyjście sterujące modułu kontroli prądu połączone jest z wejściem sterującym elektrycznego zaworu. Z kolei do wejścia tego zaworu dołączone jest również wyjście sterujące modułu kontroli napięcia włączonego pomiędzy masę a wspólny biegun baterii akumulatorów, stanowiący jednocześnie zacisk wejściowy dla modułu kontroli napięcia.

Ponadto blok sterujący ma moduł przełączający, którego łącznik wyjściowy wpięty jest pomiędzy masę układu a wejściowy zacisk elektrycznego' zaworu, będący punktem wspólnym drugiego bieguna baterii i elektrycznego zaworu. Wejście sterujące modułu przełączającego podpięte jest do łącznika startowego, znajdującego się w obwodzie o dużym poborze prądu,

176 138 przykładowo zawierającego silnik elektryczny do rozruchu silnika spalinowego, do zacisku położonego od strony obciążenia.

Zalecane jest by elektryczny zawór stanowił w pełni sterowany unipolarny zawór półprzewodnikowy, korzystnie w postaci tranzystora polowego.

Korzystne rozwiązanie dla modułu kontroli napięcia zawiera dzielnik rezystorowy włączony pomiędzy masę a wspólny biegun baterii, diodę Zenera włączoną w kierunku zaporowym pomiędzy dzielnik a bazę tranzystora bipolarnego pnp. Kolektor tego tranzystora obciążony jest dzielnikiem rezystorowym, w którym punkt wspólny stanowi wyjście sterujące modułu kontroli napięcia, a emiter tego tranzystora dołączony jest do punktu wspólnego baterii.

Korzystne zaś rozwiązanie dla modułu kontroli prądu ładowania w torze prądowym zawiera rezystor kontrolny do którego równolegle przyłączone jest poprzez rezystor ograniczający złącze baza-emiter tranzystora bipolarnego npn. Emiter tego tranzystora połączony jest z masą układu, natomiast kolektor tranzystora stanowi wyjście sterujące modułu kontroli prądu ładowania.

Moduł przełączający może stanowić pomocniczy stycznik, którego uzwojenie wzbudzenia przyłączone jest za pomocą łącznika startowego równolegle do uzwojenia głównego stycznika startowego silnika rozruchowego. Zalecane jest także równolegle do stycznika tego modułu podłączenie diody zabezpieczającej przed iskrzeniem i zakłóceniami w instalacji.

Zaletą rozwiązaniajest to, że układ samoczynnie zmienia pojemność baterii akumulatorów przy dużych poborach prądu, oraz zapewnia jej zwiększoną żywotność eksploatacyjną.

Baterię akumulatorów chemoelektrycznych prądu stałego, według wynalazku, może stanowić, albo odpowiednie połączenie elektryczne pojedynczej baterii akumulatorów we wspólnej obudowie, albo dwóch baterii akumulatorów w oddzielnych obudowach, co pozwala na rozdzielenie ich funkcji. Jedna z baterii akumulatorów pełni tę samą funkcję w instalacji elektrycznej pojazdu co tradycyjnie używana bateria akumulatorów w pojeździe, a więc pokrywa niedobory energii elektrycznej, zatem jest ona w pewnych sytuacjach ładowana tj. przy nadwyżce mocy oddawanej przez prądnicę samochodową, zaś w innych momentach rozładowywana. Druga, dodatkowa bateria akumulatorów połączona galwanicznie jednoimiennym zaciskiem z główną baterią akumulatorów w czasie rozruchu silnika spalinowego pracuje równolegle z baterią główną, dzięki czemu pojemność sumaryczna baterii akumulatorów jest równa sumie pojemności elektrycznych obu baterii.

W sytuacji kiedy pracuje silnik spalinowy i istnieje nadwyżka mocy oddawanej przez prądnicę samochodową, dodatkowa bateria akumulatorów jest ładowana za pomocą elektronicznego układu kontrolującego prawidłowość jej ładowania, przez co jest ona eksploatowana zawsze w stanie naładowania, co powoduje przedłużenie jej żywotności. W przypadku uszkodzenia w instalacji pojazdu np. uszkodzenia regulatora napięcia prądnicy, lub uszkodzenia wewnętrznego baterii akumulatorów np. zwarcie płyt, układ kontroli prądu ładowania ogranicza wartość prądu ładowania baterii dodatkowej, a w pozostałych przypadkach jest ona odłączana od instalacji.

Przedmiot wynalazku w przykładzie zastosowania go w instalacji elektrycznej pojazdu samochodowego przedstawiono na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu, a fig. 2 - jego schemat ideowy.

Instalacja elektryczna prądu stałego w obwodzie silnoprądowym zawiera silnik A, łącznik startowy START i stycznik główny S1, a w obwodzie zasilania elektrycznego dwie połączone jednym wspólnym biegunem baterie akumulatorów, z których jedna pełni funkcję baterii podstawowej BA1, a druga dodatkowej rezerwowej baterii rozruchowej BA2. Bateria dodatkowa BA2 przyłączona jest do masy układu poprzez blok sterujący US. Blok ten zawiera elektryczny zawór Z, modułu kontroli napięcia Kn, moduł kontroli prądu ładowania KP oraz moduł przełączający P. Elektryczny zawór Z stanowi w pełni sterowany unipolarny zawór półprzewodnikowy T3, korzystnie tranzystor połowy, który przyłączony jest do drugiego bieguna baterii BA2 oraz sterowany jest z modułu kontroli napięcia KN i modułu kontroli prądu ładowania KP. Moduł kontroli napięcia KN zawiera dzielnik rezystorowy R1 i R2, diodę Zenera DZ1 oraz tranzystor bipolarny Tl.

176 138

Dzielnik rezystorowy R1 i R2, włączony jest pomiędzy masę a wspólny biegun baterii BA1 i BA2, zaś dioda Zenera DZ1 wpięta jest w kierunku zaporowym pomiędzy bazę tranzystora Tl a dzielnik rezystorowy R1, R2. Tranzystor bipolarny pnp T1 ma bazę połączoną z katodą diody Zenera DZ1, kolektor natomiast obciążony jest dzielnikiem rezystorowym R3, R4, w którym punkt wspólny stanowi wyjście sterujące modułu kontroli napięcia KN, a emiter tranzystora Tl dołączony jest do punktu wspólnego baterii BA1 i BA2.

Moduł kontroli prądu ładowania KP w torze prądowym zawiera rezystor kontrolny R6, do którego równolegle przyłączone jest poprzez rezystor ograniczający R5 złącze baza-emiter tranzystora bipolarnego npn T2. Emiter tranzystora T2 połączony jest z masą układu, natomiast jego kolektor stanowi wyjście sterujące modułu kontroli prądu ładowania KP. Do jednego z wejść sterujących bloku US, stanowiące zacisk wejściowy do modułu KN, podawane jest napięcie kontrolne sprzed baterii BA2, a na drugie wejście bloku US, stanowiące zacisk wejściowy do modułu przełączającego P, podawane jest napięcie z łącznika startowego START z obwodu o dużym poborze prądu. Moduł przełączający P przyłączony jest do punktu wspólnego będącego połączeniem drugiego bieguna baterii BA2 i zaworu Z. Moduł ten stanowi pomocniczy stycznik S2 przyłączony do łącznika START równolegle z głównym stycznikiem startowym S1 silnika A. Korzystne jest gdy równolegle do stycznika S2 podpięta jest w kierunku zaporowym dioda rozładowująca D2 zabezpieczająca go przed iskrzeniem i zakłóceniami.

Działanie układu w poszczególnych rodzajach pracy baterii akumulatorów.

A - Doładowywanie prądu

Jeżeli wartość chwilowa napięcia na zacisku wyjściowym (+) prądnicy przekracza ok. 12,5 V, tj. wartość napięcia jałowego baterii akumulatorów, wówczas tranzystor Tl wchodzi w stan przewodzenia, podając jednocześnie sygnał sterujący na zawór półprzewodnikowy T3, który również zaczyna przewodzić. W przykładowym rozwiązaniu przedstawionym na rysunku zastosowano tranzystor typu MOSFET, ze względu na jego niewielką wartość rezystancji w stanie przewodzenia, jak również bardzo małą wymaganą wartość mocy sygnału sterującego. Jeżeli tranzystor T3 jest w stanie przewodzenia, wtedy bateria akumulatorów BA2 również ulega doładowaniu, podobnie jak bateria BA1. Ten stan pracy dotyczy sytuacji, kiedy wartość chwilowa mocy oddawanej przez prądnicę samochodową przewyższa pobór mocy przez wszystkie odbiorniki. Prąd ładowania baterii akumulatorów BA2 płynie od zacisku (+) prądnicy przez baterię BA2, następnie od zacisku (-) baterii przez tranzystor T3, rezystor kontrolny R6 do masy.

B - Ograniczanie prądu ładowania baterii dodatkowej BA2.

W niektórych stanach awaryjnych układu zasilania może się zdarzyć, że w przypadku uszkodzenia regulatora napięcia prądnicy, bądź w przypadku uszkodzenia baterii akumulatorów BA2 np. zwarcie płyt ogniw, jej prąd ładowania wzrósłby powyżej wartości dopuszczalnej, co groziłoby przeładowaniem baterii BA2 lub uszkodzeniem tranzystora T3, wówczas w takich przypadkach zadziała układ ogranicznika prądu ładowania baterii BA2. Jeżeli napięcie na rezystorze kontrolnym R6 wzrośnie powyżej 0,65 V, tj. powyżej napięcia progowego złącza baza-emiter tranzystora T2, wówczas tranzystor T2 wchodzi w stan przewodzenia, co powoduje zmniejszenie napięcia sterującego na bramce tranzystora T3 i w efekcie obniżenie wartości prądu ładowania baterii BA2 do wartości dopuszczalnej, którą określa wartość rezystora R6, mianowicie: Imax ład = 0,65 [V]/R6[W],

C - Odłączanie baterii dodatkowej BA2

Aby uniemożliwić przepływ ładunku elektrycznego z baterii akumulatorów BA2 do baterii akumulatorów BA1, w stanach pracy kiedy prądnica samochodowa nie pokrywa całkowicie poboru mocy elektrycznej przez odbiorniki, wówczas układ sterujący ładowaniem baterii akumulatorów BA2 powoduje odłączenie jej od masy, tzn. tranzystor T3 jest w stanie nieprzewodzenia.

D - Praca równoległa obu baterii akumulatorów

W czasie rozruchu silnika spalinowego po uruchomieniu łącznika START, następuje podanie napięcia na pomocniczy stycznik S2, który powoduje zbocznikowanie tranzystora T3, tym samym połączenie zacisku (-) baterii akumulatorów BA2 z masą pojazdu. Wówczas prąd rozrusznika A po zadziałaniu głównego stycznika S1 jest równy sumie prądów obu baterii akumulatorów BA1 i BA2. Dioda D2 zapewnia ciągłość prądów uzwojeń styczników S1 i S2, co ogranicza przepięcia w instalacji oraz zwiększa trwałość’ styków łącznika START.

176 138

Fig.1

Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ przełączający do sterowania rodzajem pracy chemoelektrycznej baterii akumulatorów w instalacji prądu stałego z obwodem silnoprądowym, zwłaszcza obwodem o okresowo dużym poborze prądu zawierającym silnik elektryczny, służący do rozruchu silnika spalinowego, który uruchamiany jest poprzez łącznik startowy i stycznik, mający w obwodzie zasilania elektrycznego instalacji dwie połączone jednym wspólnym biegunem baterie akumulatorów, z których jedna pełni funkcję baterii podstawowej, a druga dodatkowej baterii rozruchowej, znamienny tym, że bateria dodatkowa (BA2) przyłączona jest do masy układu poprzez blok sterujący (US), który w torze prądowym baterii dodatkowej (BA2) zawiera szeregowo połączony elektryczny zawór (Z) i moduł kontroli prądu ładowania (KP), przy czym wyjście sterujące modułu kontroli prądu (KP) połączone jest z wejściem sterującym elektrycznego zaworu (Z), do wejścia którego z kolei dołączone jest również wyjście sterujące modułu kontroli napięcia (KN) włączonego pomiędzy masę a wspólny biegun baterii akumulatorów (BA1 i BA2) stanowiący jednocześnie zacisk wejściowy dla modułu kontroli napięcia (KN), a ponadto blok sterujący (US) ma moduł przełączający (P), którego łącznik wyjściowy wpięty jest pomiędzy masę układu a wej ściowy zacisk elektrycznego zaworu (Z), będący punktem wspólnym drugiego bieguna baterii (BA2) i elektrycznego zaworu (Z), przy czym wejście sterujące modułu przełączającego (P) podpięte jest do łącznika startowego (START), znajdującego się w obwodzie o dużym poborze prądu, do zacisku położonego od strony obciążenia.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że elektryczny zawór (Z) stanowi w pełni sterowany unipolarny zawór półprzewodnikowy (T3), korzystnie tranzystor połowy.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł kontroli napięcia (KN) zawiera dzielnik rezystorowy (R1 i R2), włączony pomiędzy masę a wspólny biegun baterii (BA1 i BA2), diodę Zenera (DZ1) włączoną w kierunku zaporowym pomiędzy dzielnik (R1 i R2) a bazę tranzystora bipolarnego pnp (T1), którego kolektor obciążony jest dzielnikiem rezystorowym (R3, R4), w którym punkt wspólny stanowi wyjście sterujące modułu kontroli napięcia (KN), a emiter tranzystora (T1) dołączony jest do punktu wspólnego baterii (BA1 i BA2).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł kontroli prądu ładowania (KP) w torze prądowym zawiera rezystor kontrolny (R6), do którego równolegle przyłączone jest poprzez rezystor ograniczający (R5) złącze baza-emiter tranzystora bipolarnego npn (T2), którego emiter połączony jest z masą układu, natomiast kolektor tranzystora (T2) stanowi wyjście sterujące modułu kontroli prądu ładowania (KP).
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł przełączający (P) stanowi pomocniczy stycznik (S2), którego uzwojenie _wzbudzenia przyłączone jest do łącznika (START) równolegle z uzwojeniem głównego stycznika startowego (S1) silnika (A).
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że równolegle do uzwojenia wzbudzenia stycznika (S2) podłączona jest w kierunku zaporowym dioda (D2).