Устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей Советский патент 1983 года по МПК H02J7/36 

да

4

00

Изобретение относится к электростановкам для питания потребителей остоянного тока, например электромобилей, в которых в качестве источника питания используются аккумуляторные батареи.

Известно устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей с последовательного соединения при заряде на параллельное при разряде Cl.

Недостатком этого устройства является невозможность регулирования напряжения разряда батарей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей со ступенчатым регулированием выходного напряжения при разряде путем ручного переключения батареи с параллельного включения групп элементов на последовательное. Устройство состоит из групп элементов аккумуляторных батарей, полупроводниковых вентилей, обеспечивающих переключение групп элементов батарей с последовательного соединения при заряде на паргшлельное при разряде, полупроводниковых вентилей, включенных последовательно :между группами элементов в прямом для зарядного тока направлении, и переключателя, замыкающего вентили, стоящие между группами элементов батареи ,.

Переключение групп элементов батареи производится контактным способом, поэтому нельзя обеспечить быстрого переключения групп элементов батареи. При этом не рбеспечивается бестоковая коммутаiyiK групп элементов батареи. В. устройстве отсутствует защита от внутренних коротких замыканий, в результате чего при зашунтированных замыкающими контактами вентилях, включенных последовательно между группами элементов, возможен полный разряд групп элементов при внутренних коротких замыканиях. В устройстве отсутствует защита вентилей от сверхтоков. При згииунтированных замыкакяцими контактами вентилях, включенных последовательно между группами элементов, воэможно протекание тока обратной полярности при неправильном включении батареи на заряд. Это снижает надежность устройства в работе, снижает срок службы устройства и ограничивает область его применения

Цель изобретения - повыаение надежности, обеспечение бестоковрй коммутации и расширение области применения.

: Поставленная цель достигается (Тем, что в устройстве для автоматического переключения групп акку.муляторных батарей, содержащем полупроводниковые вентили для переключения групп элементов батарей с последовательного соединения при зарядена параллельное при разряде, в цепь заряда групп элементов включены полупроводниковые симметричные элементы, число которых на единицу меньше числа групп элементов батареи, и элементы защиты от сверхтоков по числу групп элементов батареи, причем точки соединения полупроводниковых симметричных элементов, катодов тиристоров, развязывающих отрицательные полюсы групп элементов, и элементов защиты от сверхтоков соединены через резисторы и диоды с управляющими электродами полупроводниковых симметричных элементов,- а диоды зашунтированы замыкающими контактами вновь введенных включающих элементов .

На чертеже представлена схема устройства для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей.

Устройство состоит из групп аккумуляторных батарей 1-4, число которых определяется необходимой емкостью, максимальньом рабочим напря жением батареи и количеством ступеней регулирования напряжения. Вентили 5-12 обеспечивают параллель.ное соединение групп элементов при разряде. Симметричные тиристоры 13-15 и автоматические выключатели |1б-1Э обеспечивают последовательное соединение групп элементов батареи при заряде и. разряде. Диоды 20-22 обеспечивают включение симметричных тиристоров при правильной полярности напряжения заряда батареи, резисторы 23-25ограничивают ток через управляющие переходы; симметричных тиристоров. На выводы 26-27 подключается нагрузка, на выводы 28 и 29 - зарядное устройство. Выводы 30-35 предназначены для подачи сигналов управления симметричными тиристорами в автоматическом режиме работы, включающие .элементы 36-3 используются при ручном управлении.

Устройство работает следующим образом.

Заряд батареи осуществляется при отключенных включающих элементах 36-38 током, равным номинальному току одного элемента при последовательном включении всех.групп элементов при включенных автоматических выключателях 16-19 При правильном включении батареи на заряд симметричные тиристо{ал 13-15 открываются через диоды 20-22 и резисторы 23-25. После отпирания тиристоров ток управления через их управлякициё электроды прекращается и

симметричные тиристоры остаются включенными до конца заряла. При неправильном вклю,чении батареи на заряд симметричные тиристоры 13-15 не отпираются, так как диоды 20-22 препятствуют протеканию тока через их управляющие электроды. Для получения необходимого напряжения разряда батареи включанэтся соответс вующие тиристоры. Например, при отключенных тиристорах напряжение на нагрузке равно напряжению одной группы элементов, а ток имеет максимальную величину .и равен сумме токов всех групп элементов батареи При включении тиристоров 13 и 15 . напряжение на нагрузке равно напряжению двух групп элементов, так как группы элементов 1, 2 и 3, 4 включены при этом между собой последовательно, а относительно нагрузки группы элементов 1, 2 и 3, 4 включены параллельно. При включении всех тиристоров напряжение на нагрузке максимальное и равно сумме напряжений всех групп элементов. Для включения того или иного тиристора достаточно подать на его уп- равляю1Дий электрод кратковременный импульс управления, после чего тиристор остается открытым и отклвдчается автоматически в момент отключения нагрузки. При этом происходит бесконтактная коммутация групп элементов батареи.

При ручном управлении кратковременно Включаются включающиеэлементы 36-38. После включения тиристора эти включающие элементы должны устанавливаться в исходное состояние. Тогда при подключении нагрузки ни один из тиристоров не может быть включен беэ подачи сигнала ;управления, чем исключается включение нагрузки на максимальное напряжение.

В случае необходимости плавного снижения выходного напряжения дос-таточно кратковременно отключить Один из автоматических выключателей 16-18, при этом запирается соответствующий симметричный тиристор

В случае закорачивания пюбого из вентилей, обеспечиваю1цих парал-. лельное соединение групп элементов, элемен.т, в цепи разряда которого произошла неисправность, автоматически отключается, чем достигается его защита от полного разряда.. Если например, закорочен вентиль 6, то группа элементов 1 стремится разрядиться через вентиль 5, тиристор 13 и автоматический выключатель 16. При этом направление тока через симметричный тиристор 13, если пробой происходит в процессе заряда, меняется на обратное и тиристор 13 запирается под воздействием напряжения группы элементов 1. Ток заряда оставшихся элементов протекает при этом через тиристоры 5 и 6, Аналогичным образом защищаются остальные группы элементов. Если неисправность возникает в процессе разряда батареи, то под воздействием тока разряда отключается один из автоматических выключателей 16-19. При этом цепь разряда той

10 или иной группы элементов прерывается и последовательно соединенные группы элементов разъединяются. В аварийном состоянии последовательное соединение групп элементов ста5новится- невозможным, однако они остаются в работе при их- пдраллельном соединении и транспортное средство сможет продолжать движение на пониженной скорости. Автоматические выключатели 16-19 осуществля0ют также защиту вентилей и- тиристоров от сверхтоков в процессе разряда как при смешанном, так и при последовательном соединении групп элементов. Устройство допускает ра5боту в буферном режиме.

Использование предлагаемого изобретения позволит увеличить надежность, обеспечить, бестоковую коммутацию и расширить область примене0ния устройства, так как устройство имеет более гибкую и быстродействующую схему переключения, позволяющую осуществлят-ь переключение групп элементов батареи в автоматическом

5 режиме. При этом во многих случаях не понадобится специальной схемы регулирования напряж.ения, например, с помощью прерывателей постоянного тока, так как ступенчатого пе0реключения выходного напряжения батареи достаточно.для регулирования скорости некоторых электромо-билей. Заряд батареи в предлагаемом устройстве производится малым током, -что позволит при большой

5 1 глубине регулирования выходного напряжения зарядного устройства производить заряд батарей разной емкости одним зарядным устройством, что будет очень удобно при за0ряде батарей электромобилей разных Систем на зарядных станциях. При этсяи может быть значительно увеличена длина пробега электромобиля, так как батарея может подэаряжать5ся в пути следования путем рекуперации от собственного двигателя во время торможения или спуска с горы, а также от ветродвигателя или солнечных батарей, установленных

0 на крыше электромобиля. Батарея может быть также заряжена ,от слабо-, точного источника во время стоянки в гараже, что значительно сократит время зарядки электромобиля на заряднь1х станциях.

5

Of

м« . « м. м L--J

S

МО-

Ж

Ут.

/7

/5 -o

-L./

S М

S

7 и

Н --4-1

лй

юД

Л, fl il r

-W

KM

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ГРУПП АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ, содержащее полупроводнкковые вентили для переключения групп элементов батарей с последовательного соединения при заряде на параллельное при разряде, . Ьтлич ающеес я тем,, что, с целью повышения надежности, обеспечения бестоковой, коммутации и расширения области применения, в цепь заряда групп элементов включены полупроводниковые симметричные элементы, число которых на единицу меньше числа групп элементов батарей, и элементы защиты от. сверхтоков по числу групп элементов-.бата- реи, причем точки со.единения- полупроводниковых симметричных элементов, катодов тиристоров, развязывающих отрицательные полюсы групп элементов, и элементов защиты от jCBepx-. токов соединены через резистррад и ;диоды с. управляющими электродами полупроводниковых симметричных эле.MeHTcyfe, а диоды заШунтированы замыкающими контактами вновь введенных включающих элементов.