Способ питания мощной нагрузки от химического источника тока с жидким электролитом при пониженных температурах и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H02J7/00 

(Л

с

Изобретение относится к электротехнике. Химический источник тока (ХИТ) разряжают на нагрузку RH импульсами тока с периодом Т(0,01...0,1)РпСд(Рэ+Ян)/(Вэ+Вм п). где Rn, Сд, R3 - параметры эквивалентной схемы ХИТ, и коэффициентом заполнения q(R3+Rn)/Rri. Такой режим эксплуатации повышает среднее значение мощности, отдаваемой ХИТ, 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к электротехни-- ке. а именно к автономным системам электроснабжения с химическими источниками тока (ХИТ), и могут быть использованы, в частности, при питании переносной электроаппаратуры и при автономном электро- стартерном запуске двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ питания нагрузки от ХИТ, при котором нагрузку подключают непосредственно к ХИТ и в течение некоторого промежутка времени непрерывно пропускают через нее ток.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ питания нагрузки от источника тока, при котором нагрузку в течение некоторого промежутка времени периодически подключают к этому источнику, пропуская через нее

импульсы тока. Коэффициент заполнения последних изменяют таким образом, чтобы стабилизировать напряжение на нагрузке.

Этот способ не обеспечивает поддержание отдаваемой в нагрузку мощности на максимальном уровне. При изменении сопротивления нагрузки мощность в ней также изменяется, поскольку напряжение на нагрузке поддерживается постоянным. Уменьшение сопротивления нагрузки сопровождается увеличением коэффициента заполнения импульсов тока и увеличением отдаваемой в нагрузку мощности. Максимум ее среднего за период значения зависит от соотношения сопротивления нагрузки и составляющих полного внутреннего сопротивления ХИТ. Эта зависимость особенно сильно проявляется при питании мощных нагрузок от ХИТ с жидким электроVJ

ГО 00 Ю

ho О

литом при пониженных температурах, обуславливающих увеличение внутреннего сопротивления ХИТ и уменьшение отдаваемой в нагрузку мощности.

Известно устройство для питания на- грузки от ХИТ, содержащее электрически связанные между собой посредством соединительных проводников клеммы для подключения ХИТ и клеммы для подключения нагрузки, а также включенный в разрыв од- ного из соединительных проводников выключатель.

В этом устройстве вследствие поляризации электродов ХИТ происходит существенное уменьшение отдаваемой в нагрузку мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для питания нагрузки от источника тока, содержащее электрически связанные меж- ду собой посредством соединительных проводников клеммы для подключения источника тока и клеммы для подключения нагрузки, а также включенный в разрыв одного из соединительных проводников тран- зисторный коммутатор. Управляющий вход этого коммутатора связан с выходом системы управления, содержащей задающий ге- нератор и связанный с. ним широтно-импульсный модулятор. Вход сие- темы управления связан с клеммами для подключения нагрузки.

Это устройство не обеспечивает отдачу в нагрузку максимальной мощности, поскольку в нем период и коэффициент запол- нения импульсов тока Х1/1Т, создаваемых при переключениях коммутатора, выбираются без учета внутренних параметров ХИТ. При этом период импульсов устанавливают минимально возможным для уменьшения массы и га.баритов реактивных элементов фильтра (дросселя и конденсаторов), а коэффициент заполнения регулируют для стабилизации напряжения на нагрузке. В результате этого снижается эффективность использования ХИТ, особенно ХИТ с жидким электролитом, питающих мощную нагрузку 8 условиях пониженных температур.

Целью изобретения является увеличение среднего значения мощности, отдавав- мой ХИТ в нагрузку.

Цель достигается тем, что в известном способе питания нагрузки от химического источника тока, в процессе которого нагрузку в течение некоторого промежутка време- ни периодически подключают к этому источнику и пропускают через нее импульсы тока, согласно изобретению упомянутое подключение нагрузки к химическому источнику тока в указанном промежутке времени осуществляют с периодом .

T(0,01-0,1)RnCA(R3+RH)/(R3+RH+Rn).

где Rn сопротивление, характеризующее скорость процессов диффузии, адсорбции и электрохимической реакции;

R3 - сопротивление электролита:

RH - сопротивление нагрузки;

Сд - емкость двойного слоя;

а упомянутое пропускание через нее импульсов тока ведут с коэффициентом заполнения

q tM/«T ( R3+ RH) /Rn.

где tn - длительность импульса тока.

Целью изобретения является также повышение эффективности использования ХИТ.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для питания нагрузки от химического источника тока, содержащее электрически связанные между собой посредством соединительных проводников клеммы для подключения ХИТ и клеммы для подключения нагрузки, включенный в разрыв одного из названных соединительных проводников коммутатор, связанный с его управляющим вхрдом своим выходом широтно-импульсный модулятор и связанный с входом последнего своим выходом задающий генератор, дополнительно содержит измерительный блок, связанный своим первым и вторым входами соответственно с клеммами для подключения ХИТ и клеммами для подключения нагрузки, к выходу которого подключен входом вычислительный блок, первый и второй выходы которого связаны соответственно с входом задающего генератора и управляющим входом широт- но-им пульс ного модулятора.

На фиг. 1 показано схема питания нагрузки от ХИТ предлагаемым способом; на фиг. 2 - схема предлагаемого устройства.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Нагрузку RH периодически подключают к химическому источнику тока G с помощью коммутатора К. пропуская через нее импульсы тока i (фиг. 1). Источник тока G может быть представлен своей эквивалентной схемой, где Рэ -сопротивление электролита, Rn - сопротивление поляризации, характеризующее скорость процессов диффузии, адсорбции и электрохимической реакции, Сд- емкость двойного слоя, Е - ЭДС, учитывающая разность потенциалов между электродами ХИТ. Период Т следования импульсов тока i устанавливают равным

T(0,01-0,1)RnCfl(R3+RH)/(Rn+R3+RH), а коэффициент заполнения этих импульсов

(Вэ+Ян)/Рп.

где tn - длительность импульса тока.

При указанных значениях Т и q отношение среднего за период значения мощности, поступающей в нагрузку при импульсном разряде ХИТ

ib

Риср у J i2 RH d t ,

к мощности, поступающей в нагрузку при непрерывном разряде ХИТ

Р- E2RH/.(Ra+ Rn + Нн)2. достигает максимума

Рмакс(Риср/Р) 4(R-1),

где R 1+Rn /(R3 + RH).

Этот максимум превосходит единицу при условии ,из которого следует

.

Таким образом, при разряде ХИТ импульсами тока он может отдавать в нагрузку в среднем за период большую мощность, чем при его раряде непрерывным током.

Предлагаемый способ может быть реализован также с помощью предлагаемого устройство.

Устройство для питания (фиг. 2) содержит клемму 1 для подключения химического источника тока G, которая связана с силовым входом коммутатора 2. Силовой выход последнего связан с клеммой 3 для подключения нагрузки RH. Клеммы 1 и 3 связаны соответственно с первым и вторым входами измерительного устройства 4. Его выход связан с входом вычислительного устройства 5. Первый выход последнего связан с входом задающего генератора 6. Выход этого генератора связан с входом широтно-им- пульсного модулятора 7. выход которого связан с управляющим входом коммутатора 2. .

Коммутатор 2 может быть выполнен в виде транзистора, а измерительное 4 и вычислительное 5 устройство - в виде аналого-цифрового преобразователя в

совокупности с микроЭВМ. Задающий генератор 6 и широтно-импульсный модулятор 7 могут быть выполнены на интегральных микросхемах общего применения. Устройство работает следующим образом..

К клемме 1 подключают ХИТ G, а к клемме 3 - нагрузку RH. Работой схемы управляют выполненное на основе микроЭВМ

вычислительное устройство 5 по заранее введенной в него программе. В ходе работы с помощью измерительного устройства 4 напряжения, снимаемые с клемм 1 и 3, последовательно преобразуют в цифровой

код, который подают на вход вычислительного устройства 5. С его помощью рассчитывают параметры эквивалентной схемы ХИТ и определяют в соответствии с приведенным выше формулами оптимальные значение периода и коэффициента заполнения импульсов тока. Эти значения в виде цифровых кодов подают с первого и второго выходов вычислительного устройства 5 на вход генератора 6 и управляющий вход модулятора 7 соответственно. Вырабатываемые генератором 6 импульсы напряжения с периодом Т модулируют по длительности модулятором 7 с коэффициентом заполнения q и подают на управляющий вход коммутатора 2. С его помощью нагрузку RH периодически с периодом Т и коэффициентом заполнения q подключают к ХИТ G.

Исследования показывают, что предлагаемый способ с использованием предлатаемого устройства позволяет по сравнению с известными увеличить мощность, отдаваемую ХИТ в нагрузку, в

R-2/4 (R-1) раз. где R 1+Rn/(R3+RH). Так,

например, для аккумуляторной батареи 6СТ-55 при сопротивлении нагрузки RH(0.005-0,050) Ом отдаваемая мощность увеличивается в 1,1-2,1 раза. Увеличение отдаваемой мощности составляет 10-30%.

45

Формула изобретения

процессе которого нагрузку в течение некоторого промежутка времени периодически подключают к этому источнику и пропускают через нее импульсы тока, отличающийся тем, что, с целью увеличения

среднего значения мощности, отдаваемой химическим источником тока в нагрузку, упомянутое подключение нагрузки к химическому источнику тока в указанном промежутке времени осуществляют с периодом

Т(0,01-0,1)РпСд(Рэ+Рн)/(Рэ+Нп+Нн), где Rn - сопротивление характеризующее скорость процессов диффузии, адсорбции в электрохимической реакции;

R3 - сопротивление электролита;

RH - сопротивление нагрузки;

Сд - емкость двойного слоя,

а упомянутое пропускание через нее импульсов тока ведут с коэффициентом заполнения

(R3+RH)/Rn.

где т.и - длительность импульса тока.

клеммы для подключения нагрузки, включенный в разрыв одного из названных соединительных проводников коммутатор, связанный с его управляющим входом своим выходом широтно-импульсный модулятор и связанный с входом последнего своим выходом задающий генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности использования химического источника тока, оно дополнительно содержит измерительный блок, связанный своим первым и вторым входами соответственно с клеммамидля подключения химического источника тока и клеммами для подключения нагрузки, к выходу которого подключен входом вычислительный блок, первый и второй выходы которого связаны соответственно с входом задающего генератора и управляющим входом широтно:импульсного модулятора.

Фи2. /

О

«Риг. 2