Система заряда аккумуляторной батареи разнополярным импульсным током Советский патент 1986 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам заряда химических источников тока, и может быть использовано для заряда аккумуляторной батареи (АБ) в процессе формовки и штатной эксплуатации, например в составе электроснабжения автономного объекта. Целью изобретения является повышение эффективности процесса заряда АБ путем регулирдвки частоты следования разрядных импульсов тока по мере заряда АБ, На чертеже представлена схема системы заряда АБ разнополярным ;тпульс ным током. Система содержит источник 1 постоянного тока (ИПТ) ограниченной мощности, линейный дроссель 2„ снабженный основной.3 и дополнительной 4 обмоткамиS транзисторные ключей 5 и 6, диоды 7-9, тиристорный ключ 10, конденсатор 11, стабилитроны 12 и 13, резисторы 14 и 15; пшротно-импульсный модулятор (ШИМ) 16 и датчик 17 тока, Линейный дроссель 2, транзисторный ключ 5 и диод 7 образуют конвертор повышающего типа входом подключенньй к ИПТ 15 а выходом связанный с последовательным соединением аккумул яторной батареи (АБ) 18 и датчика 17 тока Вход ШИМ 16 подключен к датчику 17 тока, а выход связан с управляющим входом транзисторного ключа 5, Последовательное соединение тиристорного ключа 10, параллельно которому встречно подключен диод 8, и конденсатора 11 шунтирует диод 7, Катоды стабилиттона 12 и диода 9 связангы с общей точкой транзисторного ключа 5 и диода- 7, Анод стабилитр.она 12 через транзисторный ключ б соединен с управ- ляюшдм входом тиристоряого ключа 10. Обмотка 3 линейного дросселя 2, шунтированная стабилитроном 13 через резистор 14, подключена к управляющему входу транзисторного ключа 6« Дополнительная обмотка 4 дросселя 2 одним из выводов связана анодом с диодом 9,а вторым вьгоодом через резистор 15 соединена с общей точкой конден атора 11 и тиристорного ключа 10, Начало основной обмотки и дополнительных обмоток 3 и 4 дросселя 2 на чертеже обозначены точками. В качестве датчика 17 тока может быть использован шунт. ШИМ 16 обеспечивает кo meнcaционный принцип регулирования средне1272 го зарядного тока АБ 18 относительно введенной в него уставки тока и может быть вьтолнен по любой известной схеме, рассчитанной на управление транзисторным повышающим конвертором. Система заряда АБ разнополярным и Импульсным током работает следующим образом. Под действием сигнала ПШМ 16 открывается транзисторный ключ 5. Ток ИПТ 1 протекает по цепи 1-2-5-1. В магнитном поле дросселя 2 накапливается энергия. Часть энергии ИПТ 1 передается в обмотку 4 дросселя 2, на выводах которой наводится ЭДС самоиндукции. Под действием ЭДС самоиндукции по цепи 4-9-11-15-4 протекает ток заряда конденсатора 11. Величина этого тока ограничена резистором 15. В течение интервала времени открытого состояния транзисторного ключа 5 конденсатор 11 заряжается до некоторого напряжения (полярность показана на чертеже в скобках), равного, например, одной десятой (одной сотой) величины порогового напряжения стабилитрона 12. Одновременно, на выводах обмотки 3 дросселя также наводится ЭДС самоиндукции, которая прикладывается к стабилитрону 13 и через резистор 14 к управляющему входу транзисторного ключа 6. Однако5 транзисторный ключ -6 остается закрытым, так как в цепи стабилитрона 12 протекает только ток стабилизации, величина которого недостаточна для открытия ключа 6. По окончании сигнала ШИМ 16 транзисторный ключ 5 закрывается, а энергия, накопленная в дросселе 2, передается в АБ 18 в виде импульса тока по цепи 2-7-18-17-1-2. В момент поступления очередного сигнала ШИМ 16 транзисторный ключ 5 открывается и производится накопление энергии в дросселе 2 и подзаряд конденсатора 11, а диод 7 закрьшается и в заряде АБ 18 поступает пауза, которая длится в течение времени открытого состояния транзисторного клгоча 5. По окончании сигнала ШИМ 16 транзисторный ключ 5 закрывается и через АБ 18 протекает очередной импульс зарядного тока по ранее указанной цепи. Таким образом, в течение определенного интервала времени через АБ 18 протекает однополярный импульсный ток с паузами, В это зремя с каждым очередным импульсом напряжение конденсатора 11 увеличивается. При достижении напряжения на конденсаторе 11 величина порогового напряжения стабилитрона 12 и с приходом очередного импульса на управляющий вход транзис.торного ключа 6 последний открывается. При этом ток, протекающий по цепи 11-12-6-10-11, открьтает тиристорный ключ 10. Так как включение транзисторного ключа 6 происходит в течение интервала времени открытого состояния транзисторного ключа 5, то образуется цепь 18-10-11-5-17-18, по которой протекает разрядовый импульс тока большой амплитуды, обусловленной суммарным напряжением конденсатора 11 и АБ 18. При этом, конденсатор 11 перезаряжается (полярность показана на чертеже без скобок) за счет накопления разрядной энергии АБ 18. Перезаряд конденсатора 11 завершается к моменту закрытия транзисторного ключа 5. При этом длительность разрядного импульса тока АБ 18 не превышает интервала времени паузы между зарядными импульсами тока, а выключение тиристорного ключа 10 производится за счет самопогасания по окончании перезаряда конденсатора 11.

Таким образом,форма зарядного тока, тока АБ 18 представляет собой последовательность однополярных импульсов и пауз в одну из которых помещается разрядный импульс тока большой амплитуды.

Данная форма тока при минимальном тештовьщелении оказывает благоприятное влияние на протекание процесса заряда АБ 18, так как под действием Совокупности чередую1цихся импульсов тока с паузами нарастание статической поляризации АБ 18 затягивается, а в момент действия разрядного импульса тока большой амплитуды происходит деполяризация, снимающая накопившуюся поляризацию АБ 18. Следовательно, среднее значение падения напряжения на АБ 18 при данной форме тика снижается (за счет уменьшения статической поляризации), что благоприятно влияет на коэффициент использования тока при аккумулировании энергии в АБ 18.

В момент закрьшания транзисторного ключа 5 образуется цепь 1-2-11-8-1817-1, по которой протекает зарядный импульс тока АБ 18. При этом, энергия конденсатора 11 возвращается в АБ 18. По окончании разряда конденсатора 11 на АБ 18 диод 8 закрываетс и начинается повторный пошаговый заряд конденсатора 11 за счет энергии ИПТ 1, Поступающей через обмотку 4 дросселя 2, а работа предложенной система заряда циклически повторяется

Таким образом, частота следования зарядовых импульсов тока и пауз определяется частотой ШИМ 16, а соотношение длительности зарядного импульс тока и паузы зависит от коэффициента заполнения импульсов управления транзисторным ключом 5. Амплитуда зарядных импульсов тока зависит от значения установки среднего тока АБ 18, введенной в ШИМ 16.

Амплитуда разрядного импульса тока АБ 19 зависит от напряжения АБ 18 и уровня напряжения на разрядном конденсаторе. 11, который, в свою очередь, определяется пороговым напряжением стабилитрона 12. Длительность разрядного импульса тока зависит от постоянной времени разрядной цепи АБ 18. Частота следования.разрядных импульсов тока зависит от длительности заряда конденсатора 11 до порогового напряжения стабилитрона 12. Как известно, время задержки конденсатора до фиксированного уровня напряжения зависит от постоянной времени цепи., заряда и амплитуды прикладываемого напряжения. В предложенной системе заряда АБ амплитуда напряжения, прикладываемого к конденсатору 11, зависит от величины ЭДС самоиндукции обмотки 4 дросселя 2 и величины резистора 15. Величина резистора 15 выбирается при настройке системы заряда перед эксплуатацией в соответствии с технологией заряда конкретной АБ. Величина ЭДС самоиндукции обмотки 4 зависит от конструктивных параметров дросселя 2 и коэффициента заполнения импульсов управления ИИМ 16. При малом-значении указанного коэффициента, т.е. при малом среднем значении зарядного тока ЭДС самоиндукции мала и заряд конденсатора 11 протекает медленно, а частота следования разрядных импульсов тока малА. При возрастании коэффициента заполнения импульсов управления ИИМ 16, например по мере заряда АБ 18, вследствие увеличения ее ЭДС амплитуда ЭДС самоиндукции увеличивается. Заряд конденсатора 11 протекает за короткое время, а частота следования разрядных импульсов

тока возрастает. Таким образом, по мере заряда АБ 18 предложенной системе частота следования разрядных импульсов тока увеличивается автоматически.

Положительный эффект, ожидаемый от использования изобретения, заклю чается в повышении эффективности процесса заряда АБ разнополярным импуль сньш током за счет регулировки частоты следования разрядных импульсов тока.

Формула изобретения

Система заряда аккумуляторной батареи разнополярным импульсным токсм, содержащая источник постоянного тока ограниченной мощности, повышающий конвертор, состоящий из линейного дросселя, транзисторного ключа и коммутирукяцего диода, выходом соединенный с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, последовательнов соединение тиристорного ключа, шунтированного обратным диодом, и одной из обкладок конденсатора, отличающаяся тем,:что, с целью повышения эффективности процесса заряда путем регулировки частоты следования разряднь1х импульсов тока по

мере заряда аккумуляторной батареи, она снабжена вторым транзисторным ключом, двзгмя стабилитронами, дополнительным диодом, двумя резисторами, датчиком тока заряда батареи и блоком управления конвертором, а линейный дроссель снабжен двумя дополнительными обмотками, причем катоды первого стабилитрона и дополнительного диода и вторая обкладка указанного конденсатора соединены с общей точкой линейного дросселя и анода коммутирующего диода, катод которого связан с анодом тиристорного ключа, управляющим входом подключенного через введенный транзисторный ключ к аноду стабилитрона, одна из дополнительных обмоток линейного дросселя, шунтированная вторым стабилитроном, соединена через первый резистор с управляющим входом введенного транзисторного ключа, один из выводов другой дополнительной обмотки связан с анодом дополнительного диода, а другой ее вывод через второй резистор подключен к первой обкладке конденсатора, блок управления конвертором выполнен в виде шщготно-импульсного модулятора, выход которого подсоединен на вход конвертора, а вход соединен с выходом датчика тока заряда батареи.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к системам заряда аккумуляторной батареи (АБ). Цель изобретения - повышение эффективности процесса. Под действием сигнала широтно-импульсного модулятора (ШШ) 16 открывается транзисторный ключ (ТК) 5 и энергия источника постоянного тока (Ш1Т) 1 передается в дроссель 2. От дополнительной обмотки 4 дросселя 2 заряжается конденсатор 11. По окончании сигнала ШИМ 16 ТК 5 закрывается, а энергия дросселя 2 в виде импульса тока подается в АБ. При очередном поступлении сигнала ШИМ 16 процесс продолжается и батарея заряжается импульсным током с паузами. При достижении напряжения конденсатора 11 величины порогового напряжения стабилитрона 12 и с приходом очередного импульса с основной обмотки 3 дросселя 2 на управляющий вход транзисторного ключа (ТК) 6 последний открывается. Происходит разряд АБ импульсом тока большой амплитуды в б конденсатор 11. В следующий момент закрытия ТК 5 энергия конденсатора . сл 11 возвращается в АБ и процесс импульсного заряда с паузами повторяется, По мере заряда АБ частота следования разрядных импульсов тока увеличивается автоматически. 1 ил.