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

Изобретение относится к устройствам для формовки при производстве и заряда (подзаряда) аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) в процессе их эксплуатации (как в стационарных условиях, так и на подвижных автономных объектах, например на автомобилях) асимметричным током.

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей системы заряда АБ путем увеличения скорости передачи энергии источника в заряжаемую батарею.

На чертеже представлена электрическая схема заряда АБ AT.

Система заряда содержит фазовые обмотки 1-3 ТИПТ и выпрямитель-формирователь А. Обмотки источника соединены по схеме трехлучевой звезды с выведенной

нейтралью, один луч-обмотка .1 которого через токоограничиватощий конденсатор 4 подключен к клеммам выходной диагностики моста, образованного зарядно-разряд- ными конденсаторами 5 и 6 и вентилями 7 и 8. В качестве вентиля 8 может быть использован как тиристор, так и обычный диод. Вентили 7 и 8 соединены между собой диодом 9 с выходными клеммами для подключения АБ 10. Контроль напряжения и управление вентилями осуществляется блоком 11.

Вторая фазовая обмотка ТИПТ через токоограничивающий конденсатор 12 подключена в точке соединения зарядно-раз- рядного конденсатора 13, тиристора 14 и диода 15. Зарядно-разрядный конденсатор 13 и тиристор 14 образуют цепочку.

включенную параллельно выходным шинам, а диод 15 соединяет вентили 8 и 14 последовательно согласно, аналогично как в цепи с фазовой обмоткой 1. Аналогично обмотка 3 через токоограничивающий кон- денсатор 16 подключена к общей точке за- рядно-разрядного конденсатора 17, тиристора 18 и диода 19, который соединяет последовательно согласно вентили 8 и 18.

Емкость токоограничивающих конден- саторов 4,12,16 на порядок превышает емкость разрядно-зарядных конденсаторов 5,6,13 и 17.

При рассмотрении процессов считаем, что тиристоры в соответствующие полупе- риоды открыты, т.е. проводят ток как обычные диоды.

Работа системы происходит следующим образом.

Пусть в исходный момент времени на- пряжение фазы 1 и 2 имеет положительное, а фазы 3 отрицательные значения. Тогда в последующий момент времени потенциал вывода обмотки 1, соединенный с общей точкой трехлучевой звезды становится по- ложительным. Под действием этого напряженияначинаетсязарядтокоограничивающего конденсатора 4 по цепи: 1-9-4-1. Этот заряд завершается через 90 электрических градусов и токоогра- ничивающий конденсатор 4 будет заряжен до напряжения, равного 1)фт - амплитудное значение фазного напряжения обмоток источника. После этого напряжение фазной обмотки 1 будет убывать по абсолютной величине, а диод 9 будет находиться в запертом состоянии, так как к его катоду приложен положительный (относительно анода) потенциал.

При уменьшении напряжения обмотки 1 суммарное напряжение обмотки 1 и токоограничивающего конденсатора 4 начинает возрастать, открываются вентили (тиристоры) 7 и 8 и заряжаются разрядно-зарядные конденсаторы 5 и 6 по цепям: 1-4-7-5-1 и 1-4-6-8-1. Когда суммарное напряжение обмотки 1 и токоограничивающего конденсатора 4 превысит ЭДС батареи начнется ее заряд по цепи:1-4-7-10-8-1. Конденсатор 4 при этом сначала разряжается, а затем перезаряжается (т.е. заряжается обратной полярностью), отдавая энергию в аккумуляторную батарею и зарядно-разрядный конденсатор.

Процесс перезарядки завершается через 270 электрических градусов от начала отсчета, когда напряжение фазовой обмотки 1 вновь достигает своего амплитудного значения. После этого напряжение фазной обмотки 1 начинает убывать по абсолютной

величине, тиристоры 7 и 8 закрываются (в режиме естественного самопогасания), напряжение зарядно-разрядных конденсаторов 5 и 6 равно напряжению аккумуляторной батареи 10. В этот момент происходит скачкообразное изменение структуры системы, зарядно-разрядный конденсатор 5, аккумуляторная батарея 10 и зарядно-разрядный конденсатор 6 оказываются включенными через входную диагональ моста последовательно друг с другом.

В момент изменения структуры, когда тиристоры погасают, а напряжение источника начинает уменьшаться по абсолютной величине, батарея 10 подзаряжается до цепи: 10-5-1-4-6. Токоограничивающий конденсатор 4 при этом продолжает перезаряжаться, однако так как его емкость превышает емкость зарядно-разрядных конденсаторов, напряжение на обкладках токоограничивающего конденсатора изменяется медленнее, чем на обкладках заряд- но-разрядных конденсаторов.

Диод 9 находится в закрытом состоянии до тех пор, пока убывающее напряжение фазовой обмотки источника не становится равным напряжению токоограничивающего конденсатора. Начиная с этого момента времени, структура систем заряда изменяется, так как открывается диод 9 и токоограничивающий конденсатор 4 через него повторно начинает заряжаться. Так как напряжение фазы вновь увеличивается, при этом зарядно-разрядные конденсаторы 5 и 6 начинают возвращать свою энергию в аккумуляторную батарею, а токоограничивающий конденсатор 4 повторно заряжается в исходной полярности. Далее процессы в рассмотренной цепи повторяются циклически,

Таким образом, во второй половине каждого четного полупериода напряжение фазы 1. убывает по абсолютной величине и под действием этого убывающего напряжения батарея 10 подзаряжается через источник на зарядно-разрядные конденсаторы 5 и 6, которые запасают энергию подзаряда аккумуляторной батареи. Конденсатор 4 через диод 9 заряжается (этот заряд завершается в конце первой половины каждого нечетного полупериода), запасая энергию источника. В моменты открытия и закрытия диода 9 структура системы также изменяется при открытии и закрытии тиристоров 7 и 8, пропускающих в аккумуляторную батарею постоянную составляющую асимметричного тока заряда, батарей, т.е. за период изменения тока в фазе структура изменяется четыре раза. Если тиристоры не открывать, то по цепи: 10-6-4-1-5-10 протека ет

только переменная составляющая асимметричного тока, осуществляя активную депо- ляризацию аккумуляторов, так как конденсаторы 5 и 6, запасая энергию подза- рядных импульсов аккумуляторной батарей, в последующем возвращают ее в батарею.

Заряд батарей при закрытых тиристорах не производится, а напряжение на клеммах входной диагонали этого моста изменяется практически от нуля до удвоенной амплитуды фазного напряжения трехфазного источника переменного тока. Именно до этого напряжения и заряжается аккумуляторная батарея 10 в зарядно-разрядных конденсаторах 5 и 6, если тиристоры открыты в соответствующие моменты времени.

Если напряжение заряжаемой батареи равно или превышает амплитуду напряжения фазной обмотки, то конденсатор 4 не перезаряжается (он подзаряжается в нечетном полупериоде через диод 19 и подзаряжается в четном полупериоде через тиристоры 7 и 8.

В электрических цепях, связанных с фазой 2 (токоограничивающий конденсатор 12, диод 15,тиристоры 14 и8изарядно:раз- рядные конденсаторы 5 и 13) и фазой 3 (то- коограничивающий конденсатор 16, диод 19, тиристоры 18 и 8) протекают процессы, аналогичные рассмотренным, но со сдвигом по фазе (для фазы 2 на 120 электрических градусов, а для фазы 3 на 240 эл. градусов). Система при этом генерирует три зарядных импульса тока в каждом периоде изменения питающего напряжения.

Так как заряд аккумуляторной батареи ограничен емкостным сопротивлением то- коограничивающих конденсаторов 4,12 и 16, то внешняя характеристика системы линейная, потеря в системе незначительна, а КПД имеет высокое значение. Ведение в систему трех диодов (9,15,19), двух токоог- раничивающих конденсаторов (12 и 16) и двух тиристорно-конденсаторных цепочек (14| 13 и 18,17), каждая из которых образована конденсатором и тиристором,обеспечивает получение трех зарядных и трех подзарядных импульсов в батарею. В данной системе заряда зарядное напряжение аналогично прототипу, только вдвое превышает амплитуду фазного напряжения источ- ника, однако за счет трех зарядных импульсов втрое увеличивается зарядная мощность - скорость передачи энергии в аккумуляторную батарею при незначительном увеличении массы этой системы (так как масса диодов и конденсаторов не превышает 2-5% от массы источника). Это значительно улучшает ее удельные энергетические показатели. Источник при

этом эксплуатируется в трехфазном режиме, что дополнительно улучшает его показатели.

Таким образом, согласно изобретению

при заряде батареи увеличивается втрое за период число зарядных импульсов тока. Это соответственно утраивает скорость передачи энергии трехфазного источника переменного тока в аккумуляторную батарею, а

также приводит к более полному использованию мощности источника при его работе в трехфазном режиме в результате улучшаются удельные энергетические показатели системы заряда.

Формула изобретения

Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая трехфазный источник переменного тока, обмотки которого соединены по схеме электрической звезды, мостовой выпрямитель, два накрест лежащие плеча которого образованы вентилями, а два другие - конденсаторами, вентильную и диодно-конденсаторную

цепочки, причем вентильная цепочка состоит из двух последовательно включенных вентилей и своим катодным выводом подключена к положительному выводу выпрямительного моста, одна из обкладок конденсатора диодно-конденсаторной цепочки подключена к катоду диода, а другая - к первой фазовой обмотке трехфазного источника переменного тока, блок контроля напряжения и управления снабжен четырьмя выходами для

управления тиристорами, отличающая- с я тем, что, с целью улучшения ее удельных энергетических показателей при заряде аккумуляторной батареи преимущественно до напряжения, не превышающего амплитудного значения линейного напряжения источника переменного тока, она дополнительно снабжена двумя конденсаторными цепочками, состоящими из двух последовательно включенных конденсаторов, второй вентильной цепочкой, образованной последовательно соединенными тиристором и диодом,при этом катодный вывод тиристора подключен к положительным выводам мостового выпрямителя и аккумуляторной батареи, одни свободные выводы конденсаторных цепочек подключены к второй и третьей фазовым обмоткам источника соответственно, а другие - к отрицательному выводу выпрямительного моста, точки

соединения конденсаторов подключены к точкам соединения вентилей первой и второй вентильных цепочек, а анодные выводы диодно-конденсаторной и вентильной цепочек подключены к нейтрали трехфазного источника переменного тока, одна клемма

входной диагонали мостового выпрямителя подключен к точке соединения конденсатора и катода вентиля диодно-конденсаторной цепочки, а вторая к нейтрали источника, а в качестве вентилей в мостовом выпрямителе используются тиристоры.

Изобретение используется в электрооборудовании, обеспечивающем поддержание состояния заряжен ности аккумуляторных батарей в процессе их производства и эксплуатации. Сущность изобретения: выпрямитель-умножитель системы выполнен вентильно-конденсаторным. При этом первый каскад умножения образован подключенной к нейтрали анодной группой диодов и конденсаторами в цепях фазных обмоток зарядного источника. Выходной каскад образован катодной группой фазовых тиристоров и конденсаторами в накрест лежащих плечах мостового выпрямителя и в дополнительной тиристорно-конденсаторной цепи, подключенной к нейтрали зарядного источника. Конденсаторы выходного каскада совместно с фазовыми обмотками зарядного источника образуют цепь формирования разрядных импульсов батареи. 1 ил. ел С