Способ утилизации энергии разряда аккумуляторных батарей Российский патент 2021 года по МПК H02J7/00 H01M10/46 

Эксплуатация аккумуляторных батарей (АКБ) требует их технического обслуживания, в том числе проведения периодических контрольно-тренировочных циклов (КГЦ), состоящих из одного или нескольких контрольных зарядов и разрядов батарей.

При этом оценивается состояние АКБ, возможность их дальнейшего использования, необходимость восстановительных действий (1).

Известные (2) устройства для разряда АКБ делятся по способу утилизации энергии на две группы: устройства с тепловым разрядом батарей на балластные сопротивления или реостаты, и устройства с рекуперацией энергии АКБ в электрическую сеть.

Мощность разрядных устройств составляет от единиц до десятков кВт, работают они, при выполнении КПД автомобильных и танковых батарей, несколько суток в различное время года. Использовать полученную тепловую энергию, а в летнее время и просто избавиться от нее, сложно.

Разрядные устройства с рекуперацией энергии АКБ в электрическую сеть имеют два серьезных недостатка: далеко не всегда есть подходящая однофазная сеть напряжением 220 В, особенно при работе в полевых условиях, да и преобразование постоянного напряжения АКБ в синусоидальное напряжение требуемой фазы, амплитуды и качества синусоиды достаточно дорого стоит. Например, разрядное устройство с функцией рекуперации энергии для АКБ напряжением от 10 до 40 В серии КРОН-РУР-40 (http:4akb.ru/p/ustroystvo-rekuperator-rur-40/) типа КРОН-РУР-40 В. R200A (8000 Вт) стоит 342000 рублей.

Цель изобретения - упрощение и снижение стоимости оборудования, необходимого для проведения контрольно-тренировочных циклов, уменьшение времени, необходимого для проведения этих циклов, и экономия электроэнергии.

В предлагаемом изобретении предложен третий способ утилизации энергии разряда АКБ, способ, при котором энергия разряда одних батарей переходит в энергию заряда других.

Предпосылкой такого решения стало широкое распространение в стране, прежде всего в частях Министерства Обороны Российской Федерации, устройств для заряда свинцовых стартерных автомобильных и танковых аккумуляторных батарей типа «Каскад-4М».

Зарядное устройство «Каскад-4М», в разработке которого участвовал заявитель, основано на известной и повсеместно применяемой схеме транзисторного широтно-импульсного преобразователя («чоппера»), работающего на фиксированной частоте коммутации в нескольких десятков кГц.

На фиг. 1 представлена упрощенная схема зарядного блока установки «Каскад-4М». Напряжение сетевого выпрямителя 1, параллельно выходным зажимам которого включен алюминиевый электролитический конденсатор 2, поступает на подлежащие заряду аккумуляторные батареи 9 через силовой полупроводниковый ключ 4, дроссель зарядного тока 5 и датчик значения зарядного тока 6.

Замкнутому состоянию ключа 4 соответствует нарастание тока заряда, при размыкании ключа ток батарей, поддерживаемый индуктивностью дросселя 5, замыкается через диод Шоттки 3. В качестве ключа 4 использован мощный полевой транзистор, на затвор которого поступают импульсы от электронного блока 7, который содержит микросхемы широтно-импульсного модулятора (ШИМ) и драйвера управления силовым транзистором 4. Задание значения зарядного тока устанавливает оператор потенциометром 8.

Разность сигналов задания значения зарядного тока U зад. и сигнала обратной связи по току заряда U о.с. определяет коэффициент заполнения периода К_з=t_и/T, где t_и - длительность импульса (время замкнутого состояния ключа 4), Т=1/f_k - период коммутации ключа для фиксированной частоты работы преобразователя f_k.

Если пренебречь потерями энергии в преобразователе и в соединительных проводах, и принять равными мощность на входе и на выходе устройства, то I₁^хU₁=I₂^хU₂, или I₁/I₂=U₂/U₁.

Дополнив устройство механическим переключателем 10 так, как это показано на фиг. 2, можно заменить сетевой выпрямитель 1 группой или группами последовательно соединенных заряженных батарей 11 и продолжать заряд группы батарей 9, при этом ток заряда I₂ не изменится.

Все батареи зарядной и разрядной групп должны быть одного типа. Как и положено при проведении КТЦ, все АКБ группы 11 предварительно должны быть полностью заряжены, а АКБ группы 9 разряжены до т.н. конечного разрядного напряжения (10,2 В для 12-вольтовой батареи и 20,4 В для 24-вольтовой батареи). Группы 9 и 11 должны иметь равное количество батарей; число последовательно включенных батарей в группах, подлежащих разряду, должны быть больше числа батарей в заряжаемых группах, то есть U₁>U₂.

Предлагаемый способ утилизации энергии разряда батарей при проведении КТЦ может быть реализован во всех случаях, когда устройство заряда АКБ имеет в своем составе питающий его сетевой выпрямитель.

Батареи группы разряда, в силу неизбежных потерь их энергии в преобразователе и в соединительных проводах, закончат разряд раньше полного заряда АКБ группы 9, поэтому по окончании разряда необходимо поставить переключатель 10 в положение заряда от питающего сетевого выпрямителя и закончить полностью заряд батарей.

Предлагаемый способ утилизации энергии разряда аккумуляторных батарей имеет, по мнению заявителя, следующие преимущества перед известными:

- сокращение необходимого набора оборудования для проведения КТЦ;

- возможность одновременного заряда и разряда АКБ снижает затраты времени на их проведение;

- экономия затрачиваемой электроэнергии.

Источники информации

1. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство. Воениздат, Москва, 1983 г.

2. www.4akb.ru

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в уменьшении времени, необходимого для проведения контрольно-тренировочных циклов, и экономии электроэнергии. Согласно способу утилизации энергии разряда аккумуляторных батарей, при проведении контрольно-тренировочных циклов, энергия заряженных батарей используется для заряда разряженных батарей путем переключения группы заряжаемых аккумуляторных батарей от сетевого выпрямителя зарядного устройства, нагруженного на подлежащие заряду батареи, к группе последовательно включенных заряженных батарей посредством механического переключателя. 2 ил.

Способ утилизации энергии разряда аккумуляторных батарей при проведении контрольно-тренировочных циклов, отличающийся тем, что энергия заряженных батарей используется для заряда разряженных батарей путем переключения группы заряжаемых аккумуляторных батарей от сетевого выпрямителя зарядного устройства, нагруженного на подлежащие заряду батареи, к группе последовательно включенных заряженных батарей посредством механического переключателя.