Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током Советский патент 1992 года по МПК H02J7/10 

-- 9

8

tn

;о

Iе

Г3

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрохимическим источникам тока - аккумуляторным батареям, и может быть использовано для заряда аккумуляторов асимметричным током от трехфазного источника пере- . менного тока

Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током от источника переменного тока, содержащее управляемый мостовой вы- . прямитель, подразрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя

В известном устройстве подразряд- ный импульс формируется в паузах меж- ду импульсами зарядного тока, что усложняет систему формирования заряд- но-разрядных импульсов, так как под- разрядный конденсатор необходимо заряжать через дополнительный выпрямитель от второго источника переменного напряжения Отключение основного источника от батареи во время формирования подразрядного импульса, осуществляемое тиристорами управляемого выпрямителя, облегчая формирование подразрядного импульса, приводит к импульсному использованию мощности зарядного источника, его мощность во время пауз не используется, что завышает типовую мощность источника.

Известно также устройство для зэ- ряда аккумуляторной батареи асиммет- ричным током, содержащее источник переменного тока, выполненный в виде трехфазного трансформатора, вторичные обмотки которого включены последовательно так, что две обмотки соединены между собой последовательно-согласно и встречно с третьей обмоткой,.мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого через токоограничива- ющее сопротивление, например линейный дроссель, подключены к клеммам аккумуляторной батареи, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилями выпрямителя,,

Формирование асимметричного тока в этой системе осуществляется наложением на постоянный ток трехфазного выпрямителя отрицательных подразряд- ных импульсов и энергия зтих подраз- рядных импульсов батареи рассеивается на составляющих активного сопротивления системы. Заряд батареи в

таком устройстве характеризуется низким КПД.

, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее источник переменного тока, на выходе которого установлен мостовой выпрямитель, два накрестлежащих плеча которого содержат соответственно два управляемых вентиля и два зарядных конденсатора

В этой системе заряда формирование асимметричного тока осуществляется наложением на переменный ток, ограниченный емкостным сопротивлением за- рядно-разрядных конденсаторов, импульсов выпрямленного тока постоянная составляющая которого, запасаемая в аккумуляторах, восполняет емкость батареи, израсходованную при ее разряде Батарея в такой системе может быть заряжена до напряжения, вдвое превышающего амплитуду фазного напряжения источника, а передача энергии источника в аккумуляторную батарею осуществляется с высоким КПД, так как потеря мощности в данной цепи примерно на два порядка меньше, чем в цепи с активным сопротивлением. Однако невысокое значение зарядного напряжения ухудшает, удельные энергетические показатели и этой системы Кроме того, указанное устройство может быть использовано только при заряде от автономного источника,.обмотки которого включаются в ячейку последовательно, что исключает возможность использования данной системы для заряда от неавтономного источника, обмотки которого соединены, например, по схеме электрической звезды

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей за счет увеличения мощности зарядаI

Поставленная цель достигается тем, что устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее источник переменного тока, на выходе которого установлен мостовой выпрямитель, два накрестлежащих плеча которого содержат соответственно два управляемых вентиля и два зарядных конденсатора, снабжено блокирующим диодом, шунтирующим один из зарядных конденсаторов, емкость которого по меньшей мере в 20 раз меньше емкости другого конденсатора „

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 переменного тока, выполненный, например, на базе трехфазного трансформа- тора две вторичные обмотки которого соединены между собой последовательно-согласно и встречно с третьей обмоткой „ На выходе источника 1 установлен мостовой выпрямитель 2, в два накрестлежащих плеча которого включены управляемые вентили 3 и , с блоком 5 управления и контроля /1ва других плеча содержат зарядные конденсаторы 6 и 7. Между положительной клеммой заряжаемой аккумуляторной батареи 8 и положительным выводом по постоянному току мостового выпрямителя 2 включен линейный дроссель 9«Уст- ройство снабжено блокирующим диодом 10, шунтирующим тот зарядный конденсатор (например, конденсатор 7), емкость которого по меньшей мере в 20 раз меньше емкости другого конденсатора Источник 1 имеет выводные клеммы 11 и 12„

Устройство работает следующим образом „

Пусть управляемые вентили 3 и Ц - тиристоры - в соответствующие полу- периоды полностью открыты, т0е. проводят ток как обычные диоды Формирование асимметричного тока осуществляется путем наложения однополярных. униполярных зарядных импульсов на переменный ток, протекающий через источник 1 и зарядные конденсаторы 6 и 7, которые образуют делитель переменного и умножитель постоянного напряжений о Униполярные зарядные им- пульсы, создающие постоянную составляющую аккумуляторной батареи 8, формируются по двум цепям: клемма 11 - вентиль 3 - батарея 8 - вентиль Ь - клемма 12 при напряжении на заряжае- мой батарее 8, меньшем амплитудного значения напряжения источника 1, а также клемма 12 - конденсатор 6 - батарея 8 - диод 10 - клемма 11 источника 1 питания при заряде аккумуляторной батареи до напряжения, вдвое превышающего амплитуду напряжения источника,, Переменная составляющая проводится по цепи: 8-6-12 - 11 -

Q 5 0 5

, Q 5 Q

0

5

при подразряде батареи 8 и по цепи: , 12-6-8-7-11 при возврате в-батарею 8 энергии подразрядного импульса. Так как емкость конденсатора 7 примерно в 20 раз меньше емкости конденсатора 6, при подразряде аккумуляторной батареи 8 на этот емкостный делитель напряжения конденсатор 7 заряжается от батареи 8 до напряжения, равного 95$, а конденсатор 6 - до напряжения, равного 5% от напряжения цепи: источник 1 - батарея 80

Рассмотрим работу схемы при напряжении батареи 8, меньшем амплитудного значения напряжения источника 1.

В полупериоде изменения мгновенного значения напряжения источника 1 (который будем считать нечетным), когда напряжение на клемме 11 источника 1 положительно, напряжение на клемме 12 отрицательно, а напряжение источника 1 превышает напряжение батареи 8, она заряжается по цепи: клемма 11 - вентиль 3 батарея 8 - вентиль - клемма 12„ Конденсаторы 6 и 7, включенные параллельно рассматриваемой зарядной цепи, заряжаются соответственно через открытые вентили 3 и 4 до напряжения батареи 8 и запасают при этом энергию источника 1. Лиод 10 находится в запертом состоянии, так как к его катоду приложен положительный потенциал относительно анода.

Заряд батареи 8 по рассматриваемой цепи продолжается до тех пор, пока напряжение источника 1, возрастая по абсолютной величине, а затем убывая, не станет равным напряжению батареи 8„ При этом вентили 3 и k перестают проводить ток источника 1 и их сопротивление бесконечно возрастает. В это время параллельно батарее 8 оказывается включенной цепь из трех соединенных последовательно источников: конденсатора 6, источника 1 и конденсатора 7, напряжения которых равны друг другу„ Суммарное напряжение рассматриваемой цепи равно напряжению батареи 8, так как полярность напряжения источника 1 обратна по отношению к полярности конденсаторов 6 и 7„

По мере уменьшения напряжения источника 1 суммарное напряжение рассматриваемой цепи возрастает и поэтому конденсаторы 6 и 7,разряжаясь, отдают батарее 8 энергию, злпасен- ную ими от источника 1. Тлк как энер

гия, запасенная конденсатором 7, примерно и 20 раз меньше энергии, запасенной конденсатором 6, конденсатор 7 отдает свою энергию быстрее, чем конденсатор 6, который продолжает отдавать энергию в батарею 8 через открывающийся диод 10 по цепи: 6-8- 11-1-12-6„ В момент времени, когда напряжение источника 1 становится равным нулю конденсатор 6 разряжается до напряжения, равного напряжению батареи 8„

В следующем (четном) полупериоде изменения напряжения источника 1, когда на клемме 12 положительный потенциал, а на клемме 11 отрицательный, полярность включения конденсатора 6 и источника 1 становится согласной и конденсатор 6 продолжает разряжаться на батарею 8 по той же цепи: 6-8-10-11-1-12-6 до тех пор, пока мгновенное значение напряжения источника 1 не станет равным напряжению батареи 8. После этого поляр- ность напряжения конденсатора 6 изменяется, так как он в это время перезаряжается. Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение источника 1 не достигнет максимального значе- ния. В это время зарядный импульс тока прекращается Напряжение на конденсаторе 6 в это время равно разности амплитудного значения напряжения источника 1 и батареи 8.

В момент уменьшения мгновенного значения напряжения источника 1 начинается подразряд батареи 8 через источник .1 на конденсаторы 6 и 7, первый из которых снова перезаряжается. Подразрядный импульс продолжается до тех пор, пока напряжение источника 1 не станет равным нулю. В это время напряжение конденсатора 1 не станет равным нулю. В это время напряжение конденсатора 7 примерно равно напряжению батареи, а напряжение конденсатора 6 примерно равно нулю (по крайней мере в 20 раз меньше напряжения на конденсаторе 7)„ Диод 10 вновь заперт.

С изменением полярности напряжения источника 1 в следующем нечетном полупериоде подразрядный импульс батареи длится до тех пор, пока напряжение источника не станет равным напряжению батареи 8. В это время подразрядный импульс прекращается, и если вентили 3 и открыты, источник 1 ос

5

5 о

0 -

5

0

шествляет заряд батареи 8 и полчаряд конденсаторов 6 и 7 аналогично рассмотренному случаю.

Если тиристоры закрыты, ток источника 1 в батарею 8 через вентили 3 и Ь не протекает„ Изменяя время открытия тиристоров, можно регулировать среднее значение тока заряда аккумуляторной батареи 8 от источника 1 в течение нечетного полупериода„ | Если напряжение батареи 8 больше амплитудного знамения напряжения источника 1, но меньше ее удвоенного значения, зарядная цепь батареи 8 от источника 1 непосредственно (1-11-3- 8- -12-1) энергию в батарею 8 не передает, а батарея 8 заряжается от источника только через конденсатор 6, который, проводя переменную составляющую батарею 8Т заряжается от источника 1 в нечетном полупериоде и разряжается на нее через источник 1 в Четном полупериоде. Так как максимальное зарядное напряжение на конденсаторе 6 равно амплитудному значению напряжения источника 1, Тэатарея 8 может быть заряжена до напряжения, вдвое превышающего амплитудное значение напряжения источника 1„

Таким образом, через аккумуляторную батарею 8 протекают постоянная и переменная составляющие тока„ Постоянная составляющая тока источника 1 запасается аккумуляторами, а переменная составляющая, циркулирующая в конденсаторах 6 и 7 и замыкающаяся через источник 1 и конденсаторы 6 и 7, активизирует процессы в электрохимической системе аккумуляторов.

Если напряжение батареи 8 меньше амплитудного значения напряжения источника 1, то конденсаторы 6 и 7 заряжаются, а затем разряжаются в нечетном полупериоде, и конденсатор 6, перезаряжаясь в каждом четном полупериоде изменения напряжения источника, проводит переменную составляющую заряда батареи 8„ Конденсатор 7 работает в режиме заряда-разряда«

Формула изобретения

Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее источник переменного тока, на выходе которого установлен мое го- вой выпрямитель, два накрест лежащих плеча которого содержит сптпгтгт91705952 Ю

венно два управляемых вентиля и дваряда, оно снабжено блокирующим диодом,

зарядных конденсатора, отличаю-шунтирующим один из зарядных конденщ е е с я тем, что, с целью улучше- саторов, емкость которого по меньшейния удельных энергетических показа-5 мере в 20 раз мемьше емкости другогб

телей за счет, увеличения мощности за-конденсатора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрохимическим источникам тока, и может быть использовано для заряда аккумуляторов асимметричным током от трехфазного источника переменного тока. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей за счет увеличения мощности заряда. Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током содержит источник 1 переменного тока, мостовой выпрямитель 2, два накрестлежащих плеча которого содержат управляемые вентили 3 и 1 с блоком 5 управления и контроля. Лва других плеча содержат конденсаторы 6 и 7о Между положительной клеммой заряжаемом аккумуляторной батареи 8 и положительным выводом по постоянному Току выпрямителя 2 включен линейный дроссель 9° Устройство снабжено блокирующим диодом 10, шунтирующим тот зарядный конденсатор, емкость которого по меньшей мере в 20 раз меньше емкости другого конденсатора. 1 ил. § ko