Устройство для заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1985 года по МПК H02J7/02 

2. Устройство по п. 1,. о т л и чающееся тем, что, с целью визуального контроля метода заряда аккумулятбрной батареи, в него введен узел контроля, вход которого подключен к выходу узла переключения.

1136253

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем , что в качестве силового ключа используется контактор подключения аккумуляторной батареи к выходу инвертора.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ комбинированным методом, содержащее выпрямитель с системой управления, датчик тока, регулятор тока заряда, один вход которого соединен с выходом задатчика тока, инвертор, вход которого соединен С выходом вьшрямйтеля через сглаживакщий реактор, один выход инвертора подключен к одному вьосодному выводу, узел сравнения, один вход которого соединен с одним ВЫ2СОДОМ системы управления выпрямителем, выход - с одним входом формирователя импульсов, другой вход которого подключен к выходу программного блока, выход -; к управляющим входам вентилей инвертора, регулятор напряжения, одан вход которого соединен с выходгалш выводами, другой с задатчиком напряжения, первый и втсфой электрон а 1е ключи, входы которых соединены с выход(ж датчика тока, выходы - с другими входами регулятора тока заряда и одними входами регулятора тока разряда, выход которого подключен к другому входу узла сравнения, управляющие входы электронных ключей подключены соот; 1: -Ш«л|;;П ..-: ,г ветственно к прямому и инверсному выходам узла совпадений, ,один вход которого соединен с выходом узла сравнения, другой - с выходом программного блока, сумматор, один вход которого через диод подключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом рег улятора напряжения, отличающееся тем, что, с целью сокращения длительности заряда и уменьшения массогабаритных показателей путем автоматического токоограничения в переходных и установившихся , в него введены блок управления, силовой ключ узел переключения, задатчик тока ограничения, регулятор тока ограничения и коммутатор, другой выход инвертора через силовой ключ подключен ;К другому выходному выводу, первый вьгход блока управления соединен с управляющим входом силового ключа, второй - с дополнительным входом регулятора напряжения, третий-- с дополнительным входом регулятора тока Эд ряда, четвертый - с одним управляющим входом коммутатора, один вход уз ла переключений соединен с выходом за;л датчика напряжения, другой - с э выходными выводами, выход узла переключения соединен с другим управляющим входом коммутатора, один вход регулятора тока ограничения соединен с выходом задатчика тока О1 раничения, другой - с выходом датчика тока, выход регулятора тока ограничения соединен с одним входом коммутатора, дру гой вход которого подключен к выходу сумматора, выход коммутатора соединен с управляющим входом системы управления выпрямителем.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для заряда аккумуляторных батарей.

Известно устройство, содержащее выпрямитель, управления выпрямителем, один выход которой подключен к управляющим входам вентилей выпрямителя, датчик тока, регулятор тока заряда, один вход которого соединен с выходом задатчика тока,инвертор, вход которого соединен с выходом выпрямителя через сглаживающий реактор, а выход подключен к выходным выводам, узел сравнения, один вход которого соединен с другим выходом системы управления вьшрямителем, а вькод - с одним входом формирователя импульсов, другой вход которого подключен к выходу программного блока, а выход соединен с управляюнщми ходами вентилей инвертора lj .

Недостатком известного устройства является большое время заряда аккумуляторных батарей ввиду того, что оно не обеспечивает заряд аккумуляторных батарей асимметричным током по методу постоянства напряжения, так как при изменении величины Зарядного ток величина разрядных импульсов остается Постоянной.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее выпрямитель с системой управления, датчик тока, регулятор тока заряда, один вход которого соединен с выходом задатчика тока инвертор, вход которого соединен с выходом вьшрямителя через сглаживающий реактор, один выход инвертора подключен к одному выходному выводу, узел сравнения, один вход которого соединен с одним выходом системы управления выпрямителем, выход - с одним входом формирователя импульсов,

другой вход которого подключен к выходу программного блока, выход - к управляющим входам вентилей инвертора, регулятор напряжения, один вход которого соединен с выходными выводами, другой - с задатчиком напряжения, первый и второй электронные ключи, входы которых соеданены с выходом датчика тока, выходы - с другими входами регулятора тока заряда и одними входами регулятора тока заряда, выход которого подключен к другому входу узла сравнения, управляющие входы электронных подключены соответственно к прямому и инверсному выходам узла совпадения, один вход которого соединен с выходом узла сравнения, другой - с выходом программного бЛока, сумматор один вход которого через диод под- . ключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом регулятора напряжения 2 .

Недостатком известного устройства является невозможность заряда аккумуляторных батарей комбинированным методом, заключающимся в том, что заряд ведется в этапа: на первом этапе - по способу постоянства напряжения до уменьшения зарядного тока до заданного значения, а на второму этапе - по способу постоянства зарядного тока до полного заряда, т.е. до набора аккумуляторными батареями 100% емкости. Комбинированный метод обеспечивает качественный заряд (до набора 100% емкости) аккумуляторных батарей с одновременным уменьшением времени заряда за счет большего (по сравнению с двухступенчатым зарядом по методу постоянства тока) значения зарядного тока на первом этапе заряда. Кроме тог силовая часть устройства должна быть рассчитана на максимальное значение

тока, возникающего в начальный период заряда, по способу постоянства напряжения аккумуляторньк батарей, разряженных на 75-100% при установке выходного напряжения до значения соответствующего окончанию заряда. Это значение тока определяется раз1Ностью напряжения на выходе устройства и ЭДС аккумуляторной батареи - и внутренним сопротивлением аккумуляторной батареи. Так как внутреннее сопротивление аккуь улятора колеблетс в пределах Ом, то этот ток может превышать ток второй ступени заряда по способу постоянства тока или ток второго этапа комбинированного метода в несколько десятков раз.

Недостатком известного устройства является также возникновение перегру зок по току силовой части в переходных режимах вследствие автоколебаний в системе регуляторов тока и напряжения, длительность которых определяется параметрами этих интегральных регуляторов.

, Целью изобретения является реализация заряда аккумуляторньк батарей комбинированным методом, сокращение длительности заряда и уменьшение . массогабаритнык показателей путем автоматического токоограничекия в переходных и установившихся режимах работы устройства.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для заряда аккумуляторных батарей, содержащее вьшрямитель с системой управления, датчик тока, регулятор тока заряда, один вход которого соединен с выходом задатчика тока, инвертор, вход которого соединен с выходом вьтрямителя через сглаживающий реактор, один выход подключен к одному выходному выводу, узел сравнения, один вход которого соединен с одним выходом системы управления выпрямителем, выход - с одним входом формирователя,импульсов, другой .вход которого подключен к выходу программного блока, выход к управляющим входам вентилей инвертора, регулятор, напряжения, один вход которого соединен с выходными выводами, другой - с задатчиком напряжения, первый и второй электронные ключи, входы которых соединены с выходом датчика тока, выходы - с даугими входанк регулятора тока заряда

и одними входами регулятора тока разряда, выход которого подключен к другому входу узла сравнения, управляю1Щ1е входы электроиньк ключей подключены соответственно к прямому и инверсному выходам узла совпадений, один вход которого соединен с выходом узла сравнения, другой - с выходом программного блока, сумматор один вход которого через диод подключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом регулятора напряжения, введены блок управления, силовой кпюч, узел перетшючения, задатчик тока ограничения регулятор тока ограничения и коммутатор, другой выход инвертора через силовой ключ подключен к другому выходному выводу, первый выход блока упра ления соединен с управляющим входом силового ключа, второй - с дополнительным входом регулятора напряжения, третий - с дополнительным входом регулятора тока заряда, четвертый - с одним управляющим входом коммутатора, один вход узла переключения соединен с выходе задатчика напряжения, другой - с выходными выводами, выход узла переключения соединен с другим управляющим входом коммутатора, один вход регулятора тока orpai-шчеиия соединен с выходом задатчика тока ограничения, другой - с выходом датчика тока, выход регулятора тока ограничения соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого подключен к выходу сумматора, выход коммутатора соединен с управляющим входом системы упрвления выпрямителем.

Кроме того, с целью визуального контроля метода заряда аккумуляторной батареи, в устройство введен узел контроля, вход которого подключен к- выходу узла переключения.

При этом в качестве силового ключа используется контактор подключения аккумуляторной батареи к выходу инвертора.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство для заряда аккумуляторных батарей комбинированным методом содержит выпрямитель 1.с системой 2 управления, датчик 3 тока, регулятор 4 тока заряда, один вход 5 которого соединен с выходом задатчика 6 тока, инвертор 7, вход которого соединен с выходом выпрямителя 1 через сглаживающий реактор 8, один. выход инвертора подключен к одному выходному вьшоду 9 , узел 10 сравнения, один вход 11 которого соединен 5 с одним выходом 12 (аналог выходноо напряжения) системы 2 управления выпрямителем 1, выход - с одним входом 13 формирователя 14 импульсов, другой вход 15 которого подключен к Ю выходу 16 программного блока 17, выход - к управляющим входам вентилей инвертора. Регулятор 18 напряжения одним входом 19 соединен с выходными выводами, другим входе 20 - с 15 задатчиком 21 напряжения. Устройство, также содержи первый 22 и второй 23 электронные ключи, входы которых соединены с выходом датчика 3 тока, выходы - с дрзггими входами 24 и 25 20 регулятора тока заряда и одними входами 26 и 27 регулятора 28 тока разряда. Выход регулятора тока разряда подключен к доугому входу 29 уз(Иа 10 сравнения. Управляющие входы -i 25 электронных ключей подключены соот;ветственно к прямому 30 и инверсному 31. выходам уэла 32 совпадений, один вход 33 которого соединен с выходом узла сравнения другой вход 34 - с зо выходом 35 программного блока. Один вход сумматора 36 через диод подключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом регулятора напряжения.-J5

Креме того, в устройство введены блоки 37 управления, силовой ключ 38, узел 39 Переключения, задатчик 40 тока ограничения, регулятор 41 тока ограничения и коммутатор 42, другой): выход 43 ин1вертора через силовой, ключ 38 подключен к другому выходному выводу 44, один выход 45 блока управления соединен с управляющим входом силового ключа, второй выход 46 - с дополнительным входом 47 регулятора напряжения, третий выход 48 - с допол яи те входом 49 регулятора 4 тока заряда, .четвертый выход 50 - с одним управляющим входом коммуфато- 50 ра, один вход 51 узла 39 переключения соединен с выходом задатчика 21 напряжения, другой вход 52 - с выХОДН1АШ выврдамн, выход узла переключения соединен с другим управляющим 55, входом коммутатора, выход регулятора тока ограничения соединен с одним входом коммутатора, дрзггой вход которого подключен к выходу сумматора, а выход коммутатора соединен с управляющим входом 53 системы 2 управления выпрямителем 1.

. Выход 54 программного блока 17 подключен к входу 55 формирователя 14 импульсов, а выход 56 программного блока соединен с входом 57 системы 2 управления, выход 58 которой Поключен к входу 59 программного блока 17 и входу 60 узла 10 сравнения. Вход 61 программного блока соединён с выходом датчика 3 тока. Инвертор 7 состоит из двух управляемых 62 и 63 и.двух неуправляемых 64 и 65 вентилей и двух дросселей 66 и 67 задержки. К вькодным выводам 9 и 44 подключается аккумуляторная батарея 68. В устройство также введен узел 69 контроля, вход которого подключен .к выходу узла 39 переключений.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питающих напряжений программный блок 17 формирует сигнал которые поступают на вход 57 системы 2 управления и на входы 15 и 55 формирователя 14 импульсов. Формирователь 14 импульсов под воздействием сигналов с программного блока 17 и узла 10 сравнения формирует управляющий сигнал на инвертор 7,.который периодически изменяет полярность подключения аккумуляторной батареи 68 к выходу выпрямителя 1 с одновременным переводом (по сигналу с программного блока) управляемого выпрямителя в выпрямительный или инверторный режим работы (выход 56), и при замкну силовом ключе 38 через аккумуляторную батарею протекают попеременно зарядны и разрядные импульсы тока.

Синхронизация работы программного блока 17 и узла 10 сравнения с системой 2 управления осуществляется тактовыми импульсами, поступающими с выхода 58 системы управления на вход 59 программного блока н вход 60 узла сравнения. На вход регулятора 28 тока разряда поступают сигналы с датчика 3 тока через электронные ключи 22 и 23j управление которыми осуществляетйя сигналами с выхода узла 32 совпадений, на входы которого поступают сигналы с узла 10 сравнения и программного блока 27.

На выходе регулятора тока разряда формируется сигнал, под действием которого узел 10 сравнения вырабатывает сигнал, поступающий на вход формирователя 14 импульсов и обеспечивающий заданную пропорциональнос параметров зарядного.и разрядного им пульсов Toiia, Сигнал, поступающий на вход узла 32 совпадений с програм много блока 17, формируется под воздействием сигнала, поступающего с датчика 3 тока на вход 61 программного блока. При заряде аккумуляторной батареи комбинирован«ым методом сигнал с выхода 50 блока 37 управления поступае на коммутатор 42, который подключает выход сумматора 36 к входу системы 2 управления. Одновременно с выходов 4 и 48 блока 37 управления поступают сигналы управления на входы 47 и 49 соответственно регулятора 18 напряже НИЛ и регулятора 4 тока заряда, которые запрещают работу регулятору 4 тока заряда и разрешают работу регулятору 18 напряжения, а сигнал с выхода 45 управляет силовым ключом 38, который отключает аккумуляторную бат рею 68 от инвертора 7. После отключения аккумуляторной батареи 68 от инвертора 7 сигналом :с выхода задатчика 21 напряжения вы;ставляется напряжение на выходе ин:вертора 7, которое соответствует конечному напряжению первого этапа заряда аккумуляторной батареи 68. Одновременно сигнал с задатчика 21 напряжения поступает на вход 51узла i39 переключений. После задания выходного напряжени блок 37 управления переключается, на выходе 45 формируется сигнал, под Ьействием которого силовой ключ 38 з мыкается и подключает аккумуляторную батарею 68 к выходу инвертора 7. При этом с выхода 50 поступает сигнал на управлягаций вход коммутатора 42, который подключает выход регулятора 41 тока ограничения к входу системы 2 управления, и через аккумуляторную батарею 68 начинает протекать возрастающий ток,.конечное значение которого определяется фиксированным сигналом с задатчика 40 тока ограничения. При этом на вход 52 узла 39 переключения поступает возрастакиций сигнал обратной связи по напряжению. Если.сигнал обратной связи по напряжению превысит (по абт солютному значению) сигнал задания 1 538 по напряжению при токе через аккумуляторную батарею меньшем, чем ток ограничения узел 39 переключения срабатывает и подает сигнал на управляющий вход коммутатора 42, под действием которого коммутатор отключает вход 53 системы 2 управления от выхода регулятора 41 тока ограничения, подключает его к выходу сумматора 36. Работа системы 2 управления определяется сигналом, поступающим с выхода регулятора 18 напряжения, кото1и й обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. Аккумуляторная батарея 68 заряжается по методу постоянства напряжения. По мере заряда величина зарядного тока падает и при достижении заданного значения сигналы с выходов 46 и 48 блока 37 управления запрещают работу регулятора 18 напряжения и разрешают работу регулятору 4 тока заряда, в результате чего заряд продолжается по методу постоянства тока до полного заряда аккумуляторной батареи 68. Если сигнал обратной связи по напряжению не превысит сигнал задания по напряжению при токе через аккумуляторную батарею 59, равном току ограничения, узел 39 переключения не срабатывает и работа системы 2 управления определяется сигналом, поступающим с выхода регулятора 41 тока ограничения, который обеспечивает стабилизацию зарядного тока, равного току ограничения.По мере заряда аккумуляторной батареи напряжение на выходе устройства и сигнал обратной связи возрастают и при превышении (по абсолютной величине) сигналом обратной связи сигнала задания по напряжению узел 39 переключения срабатывает и подает сигнал на управляющий вход коммутатора 42, под действием которого коммутатор отключает вход 53 системы 2 управления от выхода регулятора 41 тока ограничения и подключает его к выходу сумматора 36, после чего работа системы 2 управления определяется сигналом, поступающим с выхода регулятора 18 напряжения.Аккумуляторная батарея 68 аряжается по методу постоянства апряжения..Далее процесс заряда проекает как описано выше. При заряде аккумуляторной батареи 8 Только по методу постоянства напряжения,по окончании первого этапа заряда комбинированным методом сигналы с выходов 46 и А8 блока 37 упавления, запрещающие работу регуля тора 18 напр1Швния и разрешающие ра боту регулятора 4 тока заряда, не подаются и заряд ведется по методу йостоянства напряжения до уменьшени зарядного тока до нуля. Во всех режимах работы устройства при срабатываний узла 39 переклю чений сигнал с его выхода поступает на узел 69 контроля, который фиксирует автоматический переход с режима стабилизации тока на режим стабилизации напряжения. Наличие в устройстве блока управ ленйя выходы которого соединены с входами регуляторов напряжения и то ка заряда, управляющего включением их в работу позволяет вести заряд аккумуляторной батареи по методу постоянства напряжения и методу пос тоянства тока в,требуемой последовательности, т.е. реализовать комбинированный |4етод заряда или, при необходимости, вести заряд только п методу постоянства напряжения или по методу постоянства тока. При этом запрет одновременной работы регуляторовнапряжения и тока заряда исключает возможность возникнове ний автоколебаний между ними. Наличие в устройстве задатчика т ка ограничения, регулятора тока ог310раниченйя, узла переключения и силового ключа обеспечивает автоматическое ограничение тока заряда во всех режимах работы. Наличие в устройстве узла контроля позволяет постоянно контролировать метод заряда. Заряд аккумуляторной батареи комбинированным методом и по методу.постоянства напряжения обеспечивает сокращение времени заряда за счет большей плотности зарядного.тока в начале заряда, а автоматизация процесса заряда позволяет дополнительно уменьшить время заряда за счет автоматической оптимизации процесса заряда. При эТом один оператор может обслуживать в несколько раз больше устройств без ущерба для качества заряда, так как отпадает необходимость постоянного контроля режима (Заряда. Введение автоматического токо Граничения на заданном уровне в пе; реходных и установившихся режимах позволяет существенно снизить массогабаритные и стоимостные показатели устройства за счет уменьшения установленной мощности силового оборудования, а именно силового трансформатора, вентилей вьтрямителя и инвертора, сглаживающего реактора, токоподводящих щинопроводов, коммутационной аппаратуры и предохранителей.