Device for compensation of battery self-discharge

Abstract

The article describes an electronic device that compensates self-discharge of the battery set out to operating condition and being stored. The authors compared the device with known samples. Its autonomy allows to convert solar energy into electricity and to compensate self-discharge of the battery that is being stored.

Full Text

Аккумуляторная батарея, отключенная от разрядной цепи, самопроизвольно разряжается и теряет свою ёмкость. Такое явление аккумуляторной батареи называется саморазря- дом [1 - 3]. Саморазряд бывает нормальным и повышенным. Нормальный саморазряд для свинцо- вой аккумуляторной батареи - явление неизбежное. Саморазряд считается повышенным, ес- ли после 14-суточного бездействия батарей среднесуточная величина его превышает 0,7 % номинальной ёмкости автомобильных батарей и 0,5 - 0,6 % номинальной ёмкости танковых батарей при температуре окружающей среды 15 - 25 °С. В руководстве по свинцовым аккумуляторным батареям описано устройство по ком- пенсации саморазряда аккумуляторных батарей, подзаряжающее их малыми токами. Токи данного устройства имеют фиксированные значения 50, 100 или 150 мА. Недостатками данной установки является отсутствие защиты от короткого замыкания, неточная компенсация саморазряда, т. к. на все батареи подается одинаковое напряжение, а строго фиксированные значения токов подзаряда не позволяют установить их равными току саморазряда. Невозможность проведения регулировки уровня зарядного напряжения в зави- симости от температуры окружающей среды, что снижает точность компенсации саморазря- да. В результате получается, что одни батареи перезаряжаются, а другие недозаряжаются - это и понижает срок службы аккумуляторных батарей. Эта установка также требует посто- янного контроля за выполнением требований безопасности, так как внешняя получаемая электрическая энергия с напряжением 220 В. Последующие устройства, разрабатываемые для компенсации саморазряда совершен- ствовались, имели индивидуальную настройку для компенсации саморазряда каждой акку- муляторной батареи, но были также энергозависимы от внешней сети с напряжением 220 В. Предлагаемое устройство компенсации саморазряда аккумуляторной батареи (рисунок 1) подразумевает использование фотоэлемента в качестве независимого источника питания, напряжение в цепи устройства которого будет абсолютно безопасно для человека и будет включать в себя автоматическое управление токами подзарядки. Отличительной чертой данного устройства является то, что в его схему для компенса- ции саморазряда аккумуляторной батареи, содержащую фотоэлемент и диод защиты, допол- нительно введены последовательно соединенные дроссель и диод, накопительный элемент, коммутирующий транзистор, задающий генератор импульсов и пороговое устройство. Введение указанных элементов упрощает схему устройства и расширяет его применяе- мость, т.к. возможно использование фотоэлемента с любой величиной выходного напряже- ния. Одно устройство сможет подзаряжать 12-ти и 24-х вольтовые аккумуляторные батареи. Рисунок 1. Схема электрическая устройства для компенсации саморазряда На рисунке 1 представлена схема устройства для компенсации саморазряда аккумуля- торной батареи. Устройство содержит в себе фотоэлемент 1 - источник тока, диод 2 защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи. Между плюсовым выводом фотоэлемента 1 и анодом диода 2 защиты включены последовательно соединенные дроссель 3 и диод 4, а между анодом диода 2 и минусовой шиной 5 устройства включен накопительный элемент 6. Между средней точкой соединения дросселя 3 и диода 4 и минусовой шиной 5 включен коммутирующий транзистор 7, к базе которого подключены выходы задающего генератора 8 и порогового устройства 9. На входе порогового устройства 9 включен регулирующий дели- тель напряжения, соединенный параллельно накопительному элементу 6. В пороговом устройстве между средней точкой соединения резистора 10 и потенциометра 11 и минусовой шиной 5 включены последовательно соединенные стабилитрон 12, диод 13 и резистор 14, подключенный параллельно переходу база - эммитер транзистора 15. Выход порогового устройства 9 через коллектор транзистора 15 подключен к базе коммутирующего транзисто- ра 7. Резистор 16 задает смещение на базе коммутирующего транзистора 7. Аккумуляторная батарея подключается к устройству между плюсовой клеммой 18 и минусовой шиной 5. Работу данного устройства можно описать следующим образом. Фотоэлемент 1 выра- батывает напряжение, которое при открытом состоянии коммутирующего транзистора 7 вы- зывает ток через дроссель 3. Коммутирующий транзистор 7 периодически открывается и за- крывается под действием управляющих импульсов задающего генератора 8. В момент за- крытия коммутирующего транзистора 7 на дросселе 3 наводится ЭДС, по величине значи- тельно большая напряжения фотоэлемента 1. Под действием ЭДС дросселя 3 заряжается накопительный элемент 6 через диод 4. Диод 4 исключает разряд накопительного элемента 6 через фотоэлемент 1. Накопительным элементом в данном случае применяются конденсаторы большой ём- кости или ионисторы. Величина напряжения заряда накопительного элемента регулируется потенциометром 11 порогового устройства 9. С достижением на накопительном элементе 6 напряжения требуемой величины стабилитрон 12 пробивается, транзистор 15 открывается, а коммутирующий транзистор 7 закрывается и заряд накопительного элемента 6 прекращает- ся. Диод 2 служит защитой схемы устройства от инверсного включения аккумуляторной ба- тареи. При понижении температуры для увеличения напряжения, подаваемого на накопитель- ный элемент с целью улучшения подзаряда аккумуляторной батареи применяется диод 13, имеющий температурный коэффициент. При подсоединении на подзарядку аккумуляторную батарею с помощью потенциомет- ра 11 устанавливается уровень напряжения на накопительном элементе 6, равный ЭДС заря- женной батареи. Соответствующий уровень напряжения определяют по нулевым показате- лям миллиамперметра, который при этом включается последовательно с батареей к выходу устройства. В процессе саморазряда аккумуляторной батареи величина ЭДС снижается, и она начинает заряжаться от накопительного элемента 6, напряжение на нём тоже снижается, что приводит к закрытию стабилитрона 12 и транзистора 15. После этого начинает работать за- дающий генератор 8 и переключаться коммутирующий транзистор 7, а на дросселе 3 наво- дится ЭДС, что приводит к заряду накопительного элемента 6 до установленного уровня. В результате изучения различных устройств по компенсации саморазряда аккумуля- торных батарей, их недостатки стало возможным устранить и добиться большей эффектив- ности путём введения дополнительных элементов, а именно дросселя с последовательно со- единенным диодом, накопительного элемента, коммутирующего транзистора, задающего ге- нератора и порогового устройства. Это, несомненно, совершенствует схему устройства и позволяет обеспечить требуемое напряжение подзаряда при фотоэлементе с любым напря- жением и при любом освещении, что существенно расширяет сферу применения данного устройства.