Система заряда аккумуляторной батареи разнополярным импульсным током Советский патент 1990 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электро- fехнике, в частности к системам заря- ia химических источников тока, и может быть использовано при их эксплуатации, например, в составе системы электроснабжения автономного объекта.

Цель изобретения - снижение массо- Габаритных показателей и повышение надежности.

На чертеже представлена принципиальная схема системы.

Система содержит источник 1 постоянного тока (ИПТ) ограниченной мощности, линейный дроссель 2, снабженный дополнительной обмоткой 3, транзисторный ключ 4, диоды 5-7, тиристор 8, конденсатор 9, стабилитрон 10, резистор 11,широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 12 и датчик 13 тока. Дроссель 2, транзисторный ключ 4 и диод 5 образуют конвертор повышающего типа, входом подключенный к ИПТ , а выходом связанный с последовательным соединением аккумуляторной батареи (АБ) 14 и датчика 13 тока.

Вход НИМ 12 подключен к датчику 13 тока, а выход связан с управляющим входом транзисторного ключа 4. Последовательное соединение диода 6, дополнительной обмотки 3, резистора 11 и диода 7 подключено параллельно коммутирующему диоду 5. При этом диоды 6 и 7 включены встречно. Последовательное соединение конденсатора 9 и тиристора 8 подключено параллельно АБ 14. Стабилитрон 10 связывает анод и управляющий электрод тиристора 8. Общая точка вывода дополнительной обмотки 3 и диода 6 подключена к точке соединения конденсатора 9 и тиристора 8. В качестве датчика 13 тока может быть использован шунт. ШИМ 12 обеспечивает компенсационный принцип регулирования среднего зарядного тока АБ 14.

Система заряда АБ разнополярным импульсным током работает следующим образом.

Под действием сигнала ШИМ 12 открывается транзисторный ключ 4. Ток ИПТ 1 протекает по цепи 1-2-4-1. В магнитном поле дросселя 2 накапливается энергия. Под действием индуктируемой во вторичной дополнительной обмотке 3 дросселя 2 ЭДС осуществляется заряд конденсатора 9 по цепи 3-9-7-11-3 (полярность показана в скобках). Порог пробоя стабилитрона

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

10 выбирается равным суммарному напряжению АБ 14 и конденсатора 9. Выбор величины резистора 11 осуществляется таким образом, чтобы продолжительность заряда конденсатора 9 до заданного уровня составляла десять (сто) периодов работы ШИМ 12. Поэтому суммарного напряжения АБ 14 и конденсатора 9 недостаточно для пробоя стабилитрона 10 и тиристор 8 остается, в закрытом состоянии. По окончании сигнала ШИМ 12 транзисторный ключ 4 закрывается, а энергия дросселя 2 передается в АБ 14 в виде импульса тока по цепи 2-5-14-13-1-2. Таким образом, в течение заряда конденсатора 9 до заданного уровня зарядный ток АБ 14 представляет собой последовательность однополярных импульсов тока и пауз между ними.

При достижении суммарным напряжением АБ 14 и конденсатора 9 величины порога пробоя стабилитрона 10 осуществляется открытие тиристора 8 (совпадает с интервалом паузы в заряде АБ 14). Образуется цепь разряда АБ 14-9-8-14. Разряд батареи осуществляется в виде кратковременного импульса тока большой амплитуды в паузу между зарядными импульсами. После перезаряда конденсатора 9 до напряжения АБ 14 тиристор 8 закрывается. При формировании очередного зарядного импульса (после закрытия транзисторного ключа 4) образуется цепь 1-2-6-9-14-13- -1, по которой энергия конденсатора 9 возвращается в АБ 14. По окончании разряда конденсатора 9 диод 6 закрывается и начинается повторно пошаговый заряд конденсатора 9 до заданного уровня напряжения, а работа предложенной системы циклически повторяется.

Таким образом, система заряда обеспечивает формирование последовательности однополярных импульсов зарядного тока и пауз, в одну из которых помещается разрядный импульс тока большой амплитуды.

Данная форма тока снижает тепловыделение и оказывает благоприятное влияние на протекание процесса заряда АБ 14, так как под действием совокупности чередующихся импульсов тока с паузами нарастание статистической поляризации АБ 14 затягивается, а в момент действия разрядного импульса тока большой амплитуды происходит

деполяризация, частично снимающая установившуюся (накопившуюся) поляризацию батареи. Следовательно, среднее значение падения напряжения на внутреннем сопротивлении АБ 14 при данной форме тока снижается (за счет уменьшения статической поляризации), что повышает коэффициент использования зарядного тока.

Частота следования зарядный импульсов тока и пауз определяется частотой ШИМ 12, а соотношение длительности зарядного импульса тока и паузы зависит от коэффициента заполнения импульсов управления транзисторным ключом 4. Амплитуда зарядных импульсов тока зависит от значения уставки среднего тока АБ 14, введенной в ШИМ 12.

Амплитуда разрядного импульса тока АБ 14 зависит от напряжения батареи и уровня напряжения на разрядно м конденсаторе 9, который, в свою очередь, задается пороговым напряжением

рядного тока батареи, ЭДС обмотки 3 дросселя 2 мала и заряд конденсатора 9 протекает медленно, а частота следования разрядных импульсов тока также мала. При возрастании коэффициента заполнения импульсов управления ШИМ 12, например, по мере заряда АБ 14 вследствие увеличения ее ЭДС ампjg литуда ЭДС обмотки 3 дросселя 2 увеличивается. Заряд конденсатора 9 осуществляется за короткое время, а частота следования разрядных импульсов тока возрастает. Таким образом, по

15 мере заряда АБ 14 частота следования разрядных импульсов тока увеличивается автоматически, что обеспечивает повышение эффективности процесса заряда АБ.

20ф0рмула изобретения

Система заряда аккумуляторной батареи разнополярным импульсным током, содержащая источник постоянного тока стабилитрона 10. Длительность разряд- 25 ограниченной мощности, повышающий ного импульса тока зависит от посто- конвертор, состоящий из линейного янной времени разрядной цепи АБ 14. дросселя с дополнительной обмоткой, Частота следования разрядных импуль- транзисторного ключа и коммутирующе- сов тока зависит от длительности за- t го диода, выходом соединенный с клем- ряда конденсатора 9 до порогового на- 30 мамй Для подключения аккумуляторной пряжения стабилитрона 10. Продолжи- батареи, блок управления, входом под

46346

рядного тока батареи, ЭДС обмотки 3 дросселя 2 мала и заряд конденсатора 9 протекает медленно, а частота следования разрядных импульсов тока также мала. При возрастании коэффициента заполнения импульсов управления ШИМ 12, например, по мере заряда АБ 14 вследствие увеличения ее ЭДС ампjg литуда ЭДС обмотки 3 дросселя 2 увеличивается. Заряд конденсатора 9 осуществляется за короткое время, а частота следования разрядных импульсов тока возрастает. Таким образом, по

15 мере заряда АБ 14 частота следования разрядных импульсов тока увеличивается автоматически, что обеспечивает повышение эффективности процесса заряда АБ.

20ф0рмула изобретения

Изобретение относится к электротехнике и касается совершенствования основных характеристик аппаратуры заряда аккумуляторной батареи (АБ). Ци - снижение массогабаритных показателей и повышение надежности. В течение нескольких циклов работы повышающего конвертора под действием сигналов широтно-импульсного модулятора 12 осуществляется заряд АБ 14 однополярным импульсным током и заряд конденсатора 9 через диод 7 и резистор 11. По достижении суммарного напряжения на конденсаторе 9 и АБ 14 порога срабатывания стабилитрона 10 (в паузу между зарядными импульсами тока) осуществляется разряд АБ 14 на конденсатор 9. На очередном цикле системы разрядная энергия батареи, сосредоточенная в конденсаторе 9, возвращается в АБ 14 через диод 6. Таким образом, имеет место заряд разнополярным импульсным током с регулируемой автоматически частотой деполяризующих импульсов. Положительный эффект достигается благодаря упрощению конструкции системы путем совмещения выполняемых отдельными элементами функций. 1 ил.

тельность заряда конденсатора 9 до фиксированного уровня напряжения зависит от постоянной времени цепи заряда и амплитуды прикладываемого напряжения. Амплитуда напряжения, прикладываемого к конденсатору 9, зависит от величины ЭДС обмотки 3 дросселя 2 и величины резистора 11. Величина резистора 11 устанавливается при настройке системы заряда перед эксплуатацией в соответствии с технологией заряда конкретной АБ. Величина ЭДС дополнительной обмотки 3 дросселя 2 зависит от конструктивных параметров дросселя и коэффициента заполнения импульсов управления ШИМ 12. При малом значении этого коэффициента, т.е. при малом среднем значении за5

0

5

ключенный к датчику тока батареи, а выходом связанный с входом транзистор- ного ключа, последовательное соединение резистора, дополнительной обмотки дросселя и двух встречных диодов, подключенное параллельно коммутирующему диоду, конденсатор, тиристор и стабилитрон, отличающаяся тем, что, с целью снижения массогабаритных показателей и повышения надежности, общая точка катода одного из встречных диодов и вывода дополнительной обмотки дросселя связана с точкой соединения конденсатора и анода тиристора, подключенных параллельно аккумуляторной батарее, а стабилитрон связывает анод тиристора и его управляющий электрод.