УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСКОРЕННОГО ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ Российский патент 1999 года по МПК H02J7/10 H01M10/44 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ускоренного заряда аккумуляторных батарей на основе заряд-разрядных выпрямительно-инверторных преобразователей.

Известно устройство, выполненное на встречно-параллельно включенных управляемых тиристорных мостах [1].

Недостатком известного устройства является принципиальная невозможность реализации требуемых зарядно-разрядных импульсных режимов работы по заданному алгоритму, невозможность задания требуемого режима работы и поддержания его во время заряда в широком диапазоне изменения напряжений на нагрузке.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи, содержащее систему управления силовой частью, включающую два встречно-параллельно включенных управляемых выпрямителя, блоки усилителей, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков управляемых выпрямителей и схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, блок синхронизации и блок питания, соединенный выходом со входом блока синхронизации, а выходы блока управления подключены к соответствующим входам блока усилителей схемы управления силовой части. [2]
Недостатком известного устройства является фиксированный диапазон задания режимов асимметричного тока при заданном входном напряжении и сложность реализации изменения диапазона задания режима. При заряде аккумуляторных батарей возникает задача заряда батарей с разным количеством элементов. В этом случае для установки режима заряда необходима регулировка параметров зарядного устройства, а именно величины входного напряжения и заряд-разрядных токов. Величина входного напряжения зарядного устройства выбирается как сумма максимальной ЭДС батареи и максимального перенапряжения под током в конце заряда, а заряд-разрядные токи регулируются фазовым управлением внутри заданного диапазона питающего напряжения. При уменьшении количества аккумуляторов в батарее более чем на 10 шт. это устройство не позволяет поддерживать заряд батареи заданным режимом асимметричного тока при фиксированном входном напряжении, т.к. для поддержания заданного режима заряда необходимо поддерживать определенное отношение средних значений зарядного и разрядного токов, для чего регулировку управляемых мостов необходимо вести на малых углах открытия тиристоров при больших амплитудах зарядных и разрядных импульсов тока, что приводит к разогреву аккумуляторов и не дает возможности реализовать алгоритм заряда. При увеличении количества аккумуляторов в батарее при фиксированном входном напряжении резко снижается среднее значение зарядного тока, т.к. оптимальное соотношение превышения фиксированного входного напряжения над напряжением аккумуляторной батареи в процессе заряда, когда заданное значение режима асимметричного тока обеспечивается при максимально возможной фазе открытия управляемого тиристорного моста, а с увеличением напряжения на батарее уменьшается угол регулировки, а следовательно, и средние значения зарядного и разрядного токов. Перекоммутация входного напряжения устройства для заряда батарей с разным количеством элементов приведет к усложнению всего устройства.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его технической реализации.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащим схему управления силовой частью, включающую два встречно-параллельно блока включенных управляемых выпрямителя, блоки усилителей, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков управляемых выпрямителей, и схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, блок синхронизации и блок питания, соединенный выходом со входом блока синхронизации, а выходы блока управления подключены к соответствующим входам блока усилителей схемы управления силовой части, в схему управления силовой части введены блок фильтров, блоки зарядных и разрядных конденсаторов, при этом выходы последних подключены к входам блоков соответствующих управляемых выпрямителей, а входы их объединены и подключены к выходу блока фильтров, второй выход которого соединен с другими входами блоков управляемых выпрямителей, схема управления по заданному алгоритму снабжена блоком индикации, блоком задания алгоритма заряда, блоком задания режима заряда, блоком датчика напряжения, выходы которых подключены к входам блока управления, представляющим собой однокристалльный микропроцессор, блок синхронизации состоит из блоков рабочей и начальной синхронизации, входы которых объединены, а выходы подключены к блоку управления, выход блока задания режима заряда соединен с входом блока питания, блок датчика напряжения имеет клеммы для подключения к аккумуляторной батарее.

Использование реактивных токоограничивающих элементов в устройстве ускоренного заряда аккумуляторных батарей позволяет применять это устройство для заряда батарей, состоящих из любого числа аккумуляторов, а максимальное число элементов в батарее ограничено только входным напряжением устройства заряда и, таким образом, позволяет расширить его функциональные возможности с точки зрения универсальности. Замена силового трансформатора с обмотками переключения на конденсаторы позволит упростить устройство и проектирование всех зарядных станций, а также их вес, ввести удобство в эксплуатацию и обслуживание.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство включает систему управления по заданному алгоритму (СУЗА) 1 и систему управления силовой частью (СУСЧ) 2. Блок управления 3, который представляет собой однокристалльный микропроцессор, соединен с блоком синхронизации 4, состоящий из блока начальной синхронизации 5 и блока рабочей синхронизации 6, блоком индикации 7, блоком задания режима заряда 8, блоком задания алгоритма заряда 9, который физически может быть выполнен как одно целое с блоком управления 3, блоком датчика напряжения 10, блоками усилителей 11 и 12, блоком питания 13. Выходы блоков усилителей 11 и 12 соединены с блоками управляемых выпрямителей 14 и 15 соответственно. Положительный вывод блока управляемого выпрямителя 14 и отрицательный вывод блока управляемого выпрямителя 15 объединены и имеют клемму для подключения к положительному выводу аккумуляторной батареи 16, отрицательный вывод управляемого выпрямителя 14 и положительный вывод блока управляемого выпрямителя 15 объединены и имеют клемму для подключения к отрицательному выводу аккумуляторной батареи 16, выводы батареи 16 соединены с блоком датчика напряжения 13, один из выводов для подачи переменного напряжения блоков управляемых выпрямителей 14 и 15 соединен с блоком зарядных конденсаторов 17 и блоком разрядных конденсаторов 18 соответственно, другие выводы для подачи переменного напряжения, блоков управляемых выпрямителей 14 и 15 объединены вместе и подключены к выходу блока фильтров 19, входы блоков зарядных и разрядных конденсаторов 17 и 18 соответственно объединены и подключены к другому выходу блока фильтров 19, входы которого имеют выводы для подключения к питающей сети, выход блока задания режима заряда 8 соединен с входом блока питания 13.

Устройство работает следующим образом. Сигнал включения блока питания 13 поступает из блока задания режима заряда 8, блок питания 13 вырабатывает стабилизированное напряжение для питания блока управления 3, блока индикации 7, блока задания алгоритма заряда 9, блока датчика напряжения 10, блока начальной синхронизации 5, блока рабочей синхронизации 6, а также выпрямленное и сглаженное напряжение для питания блоков усилителей 11 и 12, которое подается на блоки усилителей 11 и 12 с задержкой на время переходных процессов в блоке управления 3, для предотвращения случайного открытия силовых элементов в блоках управляемых выпрямителей 14 и 15, переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора блока питания 13 поступает на блок начальной синхронизации 5 и блок рабочей синхронизации 6, выходом блока начальной синхронизации 5 является сигнал прямоугольной формы длительностью 10 с частотой 50 Гц, передний фронт импульса соответствует переходу синусоиды питающего напряжения из минуса в плюс. Сигнал синхронизации поступает в блок управления 3 для согласования управляющих импульсов с частотой и полярностью питающей сети и служит для первоначального заряда конденсаторов в блоках зарядных и разрядных конденсаторов 17 и 18 соответственно. Выходом блока рабочей синхронизации 6 является сигнал прямоугольной формы длительностью 10 с частотой 50 Гц, передний фронт импульса соответствует переходу синусоиды питающего напряжения через максимальное значение. Сигнал рабочей синхронизации поступает в блок управления 3 для согласования импульсов управления блоков управляемых выпрямителей 14 и 15 с частотой и полярностью питающей сети в процессе выполнения алгоритма заряда, блок управления 3 запускается по сигналу из блока задания режима заряда 8 и отрабатывает алгоритм заряда, находящийся в блоке задания алгоритма заряда 9, на блок индикации 7 поступают сигналы о работе зарядного устройства с блока управления 3, сигнал с блока датчика напряжения 10 поступает в блок управления 3 и обрабатывается в соответствии с алгоритмом заряда, сигналы управления выпрямителями из блока управления 3 поступают на входы блоков усилителей 11 и 12, которые усиливают сигналы управления и выполняют гальваническую развязку цепей управления от силовых цепей, блок фильтров 19 служит для подавления высокочастотных помех сети и представляет собой индуктивно-емкостной Т-образный фильтр. Блок зарядных конденсаторов 17 ограничивает ток заряда аккумуляторной батареи 16, а блок разрядных конденсаторов 18 ограничивает ток разряда батареи и они подключены к соответствующим управляемым выпрямителям 14 и 15, которые включены встречно-параллельно, а в качестве нагрузки включена аккумуляторная батарея 16. Соотношение амплитуд зарядного и разрядного импульсов обеспечивается величиной емкости блока зарядных конденсаторов 17 и величиной емкости блока разрядных конденсаторов 18 соответственно, а количество зарядных и разрядных импульсов определяется в соответствии с алгоритмом заряда.

Использование реактивных токоограничивающих элементов в устройстве ускоренного заряда аккумуляторных батарей позволяет применять это устройство для заряда батарей, состоящих из любого числа аккумуляторов, а максимальное число элементов в батарее ограничено только входным напряжением устройства заряда и, таким образом, позволяет расширить его функциональные возможности с точки зрения универсальности. Замена силового трансформатора с обмотками переключения на конденсаторы позволит упростить устройство и проектирование всех зарядных станций, а также их вес, ввести удобство в эксплуатацию и обслуживание.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 754565, H 02 J 7/10, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР N 1056360, H 02 J 7/10, 1983.

Устройство содержит схему управления по заданному алгоритму и схему управления силовой частью. Блок управления в виде однокристального микропроцессора формирует сигналы в соответствии с алгоритмом заряда и синхронизацией от сети для управления встречно-параллельно включенными управляемыми выпрямителями. В качестве нагрузки к выпрямителям подключается аккумуляторная батарея. Одни обкладки токоограничивающих конденсаторов подключены к питающей сети, а другие обкладки - к управляемым выпрямителям. Ограничение тока в зарядный и разрядный периоды работы позволяет управлять выпрямителями без фазового управления. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его технической реализации. 1 ил.

Устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее схему управления силовой частью, включающую два встречно-параллельно включенных блока управляемых выпрямителей, блоки усилителей, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков управляемых выпрямителей, и схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, блок синхронизации и блок питания, соединенный выходом с входом блока синхронизации, а выходы блока управления подключены к соответствующим входам блока усилителей схемы управления силовой части, отличающееся тем, что в схему управления силовой части введены блок фильтров, блоки зарядных и разрядных конденсаторов, при этом выходы последних подключены к входам блоков соответствующих управляемых выпрямителей, а входы их объединены и подключены к выходу блока фильтров, второй выход которого соединен с другими входами блоков управляемых выпрямителей, схема управления по заданному алгоритму снабжена блоком индикации, блоком задания алгоритма заряда, блоком задания режима заряда, блоком датчика напряжения, выходы которых подключены к входам блока управления, представляющего собой однокристальный микропроцессор, блок синхронизации состоит из блоков рабочей и начальной синхронизации, входы которых объединены, а выходы подключены к блоку управления, выход блока задания режима заряда соединен с входом блока питания, блок датчика напряжения имеет клеммы для подключения к аккумуляторной батарее.