УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 1998 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для заряда аккумуляторной батареи от однофазной или многофазной сети переменного тока постоянным или асимметричным током.

Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее входные и выходные клеммы, согласующий трансформатор, ключевой элемент на основе термобиметаллического элемента с выключателем, выпрямительный диод в зарядной цепи и сигнальную лампу, переменный резистор, теплоизоляторную камеру, в которой помещены ключевой элемент и переменный резистор, при этом переменный резистор включен последовательно с выпрямительным диодом зарядной цепи, размыкающий элемент термобиметаллического элемента включен последовательно с первичной обмоткой согласующего трансформатора, а сигнальная лампа включена параллельно первичной обмотки согласующего трансформатора [1]
Недостатком устройства является относительно малая надежность, вызванная использованием относительно малонадежного контактного элемента в силовых цепях устройства, относительно малого их срока службы, а также относительно большая длительность заряда аккумулятора из-за невозможности регулирования тока заряда.

Известно также устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее входные и выходные выводы, согласующий трансформатор, подключенный к входным выводам, ключевой элемент с параллельно включенным резистором, выпрямительный диод, и пороговую схему контроля напряжения заряженной аккумуляторной батареи на основе реостатного делителя напряжения на тиристоре, проволочный резистор, ключевой элемент выполнен на основе термобиметаллической пластины с выключателем, при этом проволочный резистор намотан на биметаллическую пластину и включен последовательно с выпрямительным диодом и размыкающими контактами выключателя [2]
Недостатком устройства является также относительно малая надежность устройства, вызванная наличием контактных элементов коммутации в цепи заряда, а также относительно большая длительность заряда аккумулятора из-за невозможности регулирования тока заряда.

Известно также наиболее близкое к предлагаемому устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее силовой трансформатор, управляемые вентили, блок программного управления указанными вентилями и токоограничивающие сопротивления, плюсовой вывод аккумуляторной батареи подключен к средней точке вторичной обмотки трансформатора, а к общим точкам попарно и встречно включенных управляемых вентилей, связанных с выводами вторичной обмотки упомянутого трансформатора через токоограничивающие соответствующие сопротивления [3]
Недостатком этого устройства является относительно большая потребляемая мощность устройства, особенно при относительно больших зарядных и разрядных токах, относительно большие массогабаритные показатели устройства, вызванные наличием намагничивающих токов трансформатора и его намагниченностью, возможностью возникновения междувитковых коротких замыканий, вызванных относительно большим временем выключения управляемых вентилей (особенно при использовании относительно высокочастотника переменного напряжения), малая защищенность устройства от аварийных состояний аккумулятора, например, его перезаряда, относительно большой плотности или малой электролита, обильного газовыделения, перегрева аккумуляторной батареи, например электролита, вспучивания герметичного корпуса, возникновения коротких замыканий аккумулятора или относительно большой намагниченности трансформатора, перегрева управляемого вентиля и многих других, приводящих к выходу из строя или аккумуляторной батареи или всего устройства, относительно большие массогабаритные показатели устройства и особенно трансформатора (или реактивных элементов устройства, дросселя при его использовании).

Целью изобретения является увеличение надежности и замещенности устройства, уменьшение массогабаритных показателей и потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее трансформатор (автотрансформатор), вентили и управляемые вентили управляющие выводы которых подключены к соответствующим первым выводам для подключения соответствующих управляющих источников, датчики (ограничители) тока, выводы для подключения источника переменного напряжения и выводы для подключения аккумуляторной батареи, дополнительно введены первое и второе управляемые сопротивления, причем соответствующие выводы первичной обмотки трансформатора подключены к выводам для подключения источника переменного напряжения через встречно-последовательно включенные первый и второй вентили, причем точка соединения одноименных первых выводов первого и второго вентилей соответственно через соответствующую первую и вторую последовательные цепи из соответствующих управляемых вентилей и соответствующих датчиков (ограничителей) тока, образуя встречно-параллельно включенные цепи, причем соответствующие точки соединений первых выводов соответствующих последовательных цепей управляемых вентилей и соответствующих датчиков (ограничителей) тока дополнительно подключены к соответствующим вторым выводам для подключения соответствующих управляющих источников через соответствующие (первый и второй) управляемые сопротивления, управляющие выводы подключены к соответствующим вторым выводам датчиков (ограничителей) тока своих последовательных цепей, а выходные выводы трансформатора (или автотрансформатора) подключены к входу дополнительного вентильного выпрямителя, выходные выводы которого подключены к выводам для подключения аккумуляторной батареи или непосредственно, или через дроссель, или реактор, или дополнительный или датчик, или индикатор, или управляющий вход, или выход, или обмотку электромагнита, или различную их совокупность. Так же тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный управляющий вход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному или соответствующему дополнительному или датчику, или индикатору, или управляющему входу, или выходу, или электромагниту, или дросселю, или управляющему источнику, или реактору, или выполнен или соответственно выполнен в виде дополнительного или соответствующего дополнительного или датчика, или индикатора, или различной их совокупности.

Так же тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит или дополнительно содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному управляющему или соответствующему дополнительному управляющему входу соответствующего (своего) управляемого вентиля.

Кроме того, тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему управляющему входу соответствующего дополнительно введенного управляемого ключа (сопротивления), причем соответствующая точка соединения первых выходов соответствующих управляемых вентилей и ограничителей (датчиков) тока дополнительно подключена к соответствующему второму выводу управляемого вентиля своей последовательной через или соответствующий введенный управляемый ключ (управляемое сопротивление), или через соответствующую дополнительную введенную последовательную цепь из соответствующего введенного управляемого ключа (сопротивления) и или дополнительного источника питания, например, предварительно заряженного конденсатора, или соответствующего дополнительного выхода управляемого сопротивления своей последовательной цепи, или дополнительного или датчика, или индикатора, или дросселя, или реактора, или обмотки электромагнита или управляющего входа, или выхода, или различной их совокупности (последовательности).

Так же тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему дополнительному управляющему входу соответствующего дополнительно введенного управляемого (соответствующего) ключа (сопротивления), причем управляющий вывод (основной или дополнительный) соответствующего управляемого вентиля дополнительно не подключен или к второму выводу или датчика (ограничителя) тока или управляемого вентиля своей последовательной цепи через или соответствующий (соответствующее) дополнительно введенный (введенное) управляемый ключ (управляемое сопротивление), или через соответствующую дополнительно введенную последовательную цепь из введенного управляемого ключа (сопротивления) и или дополнительного источника питания, например, предварительно заряженного конденсатора, или дополнительного выхода управляемого сопротивления (своей последовательной цепи), или дополнительного датчика, или индикатора, или управляющего входа, или выхода, или дросселя, или реактора, или обмотки электромагнита, или различной их совокупности (последовательности).

При этом соответствующий датчик (ограничитель) тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный управляющий вход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или дополнительному соответствующему управляющему входу или выходу, или управляемого сопротивления, или дополнительного или датчика, или индикатора, или реактора, или дросселя, или электромагнита, или управляемого вентиля, или аккумулятора, или управляющего входа, или выхода, или выполнен или соответственно выполнен в виде дополнительного или соответствующего дополнительного датчика, или различной их совокупности.

Кроме того, соответствующий датчик (ограничитель) тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему, или соответствующему дополнительному управляющему входу или управляемого ключа (сопротивления), или управляемого сопротивления (своей или соседней или всех последовательных цепей), или управляемого вентиля, или цепи разряда, или своей или соседней, или и своей и соседней последовательной цепи.

При этом вентиль или часть вентилей выпрямителя выполнена в виде параллельно включенных вентилей и конденсатора.

Достижение цели изобретения поясняется следующим.

Управляемый вентиль включается, подключая источник переменного напряжения для заряда аккумулятора, а управляющий источник обеспечивает импульсный управляющий ток управляющего входа управляемого вентиля, автоматически отключается при увеличении силового тока данного управляемого вентиля более удерживающего, и автоматически подключается при его наличии на управляющих выводах, при уменьшении его силового тока менее удерживающего (подхватывающего), обеспечивая заряд аккумулятора малым током. При неисправности, например, аккумулятора силовой ток ограничивается используемым датчиком-ограничителем тока, исключая выход из строя управляемых вентилей или трансформатора или выпрямителя.

При использовании же двухоперационных управляемых вентилей, а также двунаправленного управляемого сопротивления подложка-сток полевого транзистора или дополнительного вентиля позволяет обеспечить обратным (запирающим) током управляющего входа управляемого вентиля выключение управляемого вентиля, что позволяет увеличить частоту коммутации каждого из управляемых вентилей, тем самым уменьшить массогабаритные показатели реактивных элементов, особенно трансформатора, устройства.

Использование же дополнительных конденсаторов позволяет также обеспечить асимметричный ток заряда аккумуляторной батареи, а также ускоряет процесс включения каждого из управляемых вентилей, особенно при выходном напряжении вторичной обмотки трансформатора менее напряжения на аккумуляторной батареи.

Использование же дополнительного выхода, совпадающего с включающим током управляемого вентиля, подключенного к дополнительному управляющему входу (своего) управляемого вентиля, позволяет обеспечить одновременную подачу на различные управляющие входы управляемого вентиля, например оптического, подключенного к наиболее удаленной части структуры управляемого вентиля, причем оптический сигнал позволяет обеспечить одновременно с облучением генерирование в структуре, на относительно большой глубине (толщине) и на относительно большой площади, фотоносителей, практически без задержки, свойственной инжекции носителей электрического управляющего входа, что позволяет увеличить силовой ток структуры вдали от места подключения электрического входа, а также увеличить проводимость управляющего электрического входа и вдали от места подключения электрического входа, использованием фотоносителей генерируемых оптических облучателем относительно коротковолновой части спектра оптического излучателя выхода, что позволяет значительно уменьшить время задержки включения, увеличить первоначально включаемую площадь, уменьшить потребляемую мощность управляющего входа управляемого вентиля каждого из управляемых вентилей, увеличить предельно допустимую скорость нарастания тока при включении, уменьшить время включения каждого из управляемых вентилей, что позволяет уменьшить коммутационные потери.

Использование же дополнительного управляющего входа соответствующего управляемого сопротивления, подключенного к дополнительному или датчику, или индикатору, или выполненного в виде или датчика, или индикатора, позволяет автоматически отключить поступление включающего сигнала от управляющего входа соответствующего управляемого вентиля, обеспечив защищенность устройства, или изменением величины сигнала, регулируя величину угла включения соответствующего управляемого вентиля, регулировать величину тока заряда или исключать намагниченность трансформатора или асимметричность тока заряда аккумуляторной батареи, использование же управляющего входа, подключенного к дополнительному управляющему источнику, позволяет использовать в качестве дополнительного управляющего источника источник постоянного напряжения, а управляющим источником управлять углом включения соответствующего управляемого вентиля, использование же данного управляющего входа, подключенного к выходу датчика полярности входного напряжения, позволяет отключать включающее напряжение при обратной полярности на силовых выводах соответствующего управляемого вентиля.

Использование же дополнительного выхода, подключенного к дополнительному управляемому ключу (сопротивлению), позволяет уменьшить силовой ток соответствующего управляемого вентиля или обеспечить его запирание обратным током (напряжением) катод-анод или с использованием дополнительного источника питания, например, предварительно заряженного конденсатора, или с использованием источника дополнительного выхода, тем самым обеспечить запирание управляемого вентиля по всей площади равномерно, ликвидируя самый продолжительный этап выключения по управляющему входу управляющим источником его этапа сжатия токопроводящего канала в шнур, свойственного запиранию управляемого вентиля по управляющему входу управляющим источником, дальнейшее же запирание управляющим источником сводит к минимуму продолжительность этапа рекомбинации избыточного заряда в другой (более толстой) базе управляемого вентиля, который практически определяет продолжительность выключения управляемого вентиля при запирании обратным током (напряжением) силовых выводов (катод-анод).

Использование же дополнительного ключа (сопротивления) позволяет уменьшить потребляемую мощность управляющего источника, основанного на использовании падения напряжения на датчике (ограничителе) тока для увеличения запирающего тока управляемого вентиля.

Использование же управляемого датчика (ограничителя) тока, уменьшающего свою проводимость при выключении (запирании) управляемого вентиля, позволяет дополнительно уменьшить силовой запирающий, в том числе реактивный (ток управляемого вентиля, и увеличить запирающий ток, увеличить постоянную времени разряда и перезаряда дополнительного источника, уменьшить скорость нарастания прямого напряжения на управляемом вентиле при его запирании (выключении), уменьшить массогабаритные показатели.

Использование же дополнительного выхода датчика (ограничителя) тока, обеспечивающего при превышении порогового (аварийного напряжения) напряжения автоматически включение управляемого ключа (сопротивление) с некоторой задержкой, позволяет автоматически выключить источник переменного напряжения от устройства, запомнить сигнал.

Таким образом, изменение совокупности существенных признаков известного устройства позволяет увеличить надежность устройства и его защищенность, уменьшить его массогабаритные показатели, особенно трансформатора, увеличением предельно допустимой частоты коммутации, уменьшить коммутационные потери, упростить управление устройством и др.

Использование: для заряда аккумуляторной батареи от сети одно- или многофазного источника питания постоянным или асимметричным током. Сущность изобретения: устройство содержит управляемые вентили, датчики-ограничители тока, управляемые сопротивления, вентили, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, выпрямитель, выполненный на вентилях и конденсаторах, аккумуляторную батарею с цепью разряда, выводы для подключения источника переменного напряжения и управляющих источников. Устройство защищено от перегрузок и КЗ и обеспечивает автоматическое отключение управляемых вентилей. 7 з. п. ф-лы.

1. Устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащей трансформатор или автотрансформатор, вентили и управляемые вентили, управляющие выводы которых подключены к соответствующим первым выводам для подключения соответствующих управляющих источников, датчики (ограничители) тока, выводы для подключения источника переменного напряжения и выводы для подключения аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности и уменьшения потребляемой мощности, в него дополнительно введены первое и второе управляемые сопротивления, причем соответствующие выводы первичной обмотки трансформатора подключены к выводам для подключения источника переменного напряжения через встречно последовательно включенные первый и второй вентили, причем точка соединения одноименных первых выводов первого и второго вентилей дополнительно подключена к соответствующим вторым выводам первого и второго вентилей соответственно через соответствующие первую и вторую последовательные цепи из соответствующих управляемых вентилей и соответствующих датчиков (ограничителей) тока, образуя встречно параллельно включенные цепи, причем соответствующие точки соединений первых выводов соответствующих последовательных цепей управляемых вентилей и соответствующих датчиков (ограничителей) тока дополнительно подключены к соответствующим вторым выводам для подключения соответствующих управляемых источников через соответствующие первый и второй управляемые сопротивления, управляющие выводы которых подключены к соответствующим вторым выводам датчиков (ограничителей) тока своих последовательных цепей, а выходные выводы трансформатора или автотрансформатора подключены к входу дополнительно введенного выпрямителя, выходные выводы которого подключены к выводам для подключения аккумуляторной батареи или непосредственно, или через или дроссель, или реактор, или дополнительный датчик, или индикатор, или управляющий вход, или выход, или обмотку электромагнита, или различную их совокупность. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью увеличения защищенности, соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный управляющий вход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному или соответствующему дополнительному или датчику, или индикатору, или управляющему входу, или выходу, или электромагниту, или дросселю, или реактору, или управляющему источнику, или выполнен или дополнительно выполнен в виде дополнительного или соответствующего дополнительного или датчика, или индикатора, или различной их совокупности. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, соответствующее управляемое сопротивление содержит или дополнительно содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному управляющему или соответствующему дополнительному управляющему входу соответствующего (своего) управляемого вентиля. 4. Устройство по п. 1, или 2, или 3, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей, соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему управляющему входу дополнительно введенного соответствующего управляемого ключа (сопротивления), причем соответствующая точка соединения первых выводов соответствующих управляемого вентиля и ограничителя (датчика) тока дополнительно подключена к соответствующему второму выводу управляемого вентиля своей последовательной цепи через или соответствующий введенный управляемый ключ (управляемое сопротивление), или через соответствующую дополнительно введенную последовательную цепь из соответствующего введенного управляемого ключа (сопротивления) и/или дополнительного источника питания, например предварительно заряженного конденсатора, или соответствующего дополнительного выхода управляемого сопротивления своей последовательной цепи, или дополнительного датчика, или индикатора, или дросселя, или реактора, или обмотки электромагнита, или управляющего входа, или выхода, или различной их совокупности (последовательности). 5. Устройство по одному из пп.1 4, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему дополнительному управляющему входу соответствующего дополнительно введенного управляемого соответствующего ключа (сопротивления), причем управляющий вывод (основной или дополнительный) соответствующего управляемого вентиля дополнительно подключен или к соответствующему второму выводу или датчика (ограничителя) тока, или управляемого вентиля своей последовательной цепи или через соответствующий введенный (введенное) управляемый ключ (управляемое сопротивление), или через соответствующую введенную последовательную цепь из введенного управляемого ключа (сопротивления) или дополнительного источника питания, например предварительно заряженного конденсатора, или соответствующего дополнительного выхода управляемого сопротивления (своей последовательной цепи), или дополнительного датчика, или индикатора, или дросселя, или реактора, или обмотки электромагнита, или управляющего входа, или выхода, или различной их последовательности (совокупности). 6. Устройство по одному из пп.1 5, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности и уменьшения коммутационных потерь, соответствующий датчик (ограничитель) тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный управляющий вход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или дополнительному управляющему входу или выходу или управляемого сопротивления, или дополнительного или датчика, или индикатора, или реактора, или дросселя, или электромагнита, или управляемого вентиля, или аккумулятора, или управляющего или входа, или выхода, или выполнен или дополнительно выполнен в виде дополнительного или датчика, или индикатора, или различной их совокупности. 7. Устройство по одному из пп.1 6, отличающееся тем, что, с целью увеличения защищенности, соответствующий датчик (ограничитель) тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему, или дополнительному управляющему, или соответствующему дополнительному управляющему входу или управляемого ключа (сопротивления), или управляемого сопротивления, или управляемого вентиля, или цепи разряда, или своей или соседней, или своей и соседней цепи. 8. Устройство по одному из пп.1 7, отличающееся тем, что, с целью ускорения заряда, вентиль или часть вентилей выпрямителя выполнена в виде параллельно включенной цепи из вентиля и конденсатора.