Устройство для заряда и разряда аккумуляторной батареи Советский патент 1993 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к области автономных систем электроснабжения, содержащих источники ограниченной мощности и аккумуляторные батареи (АБ), и может быть использовано при разработке зарядно-раз- рядных устройств.

Известно зарядно-разрядное устройство, содержащее аккумуляторную батарею, источник ограниченной мощности, управляемые ключи, коммутирующие диоды и дроссели фильтра.

Недостатком устройства являются большие пульсации напряжения на выходе источника ограниченной мощности.

Известно также устройство для заряда и разряда АБ, которое подключено к соединенным параллельно источнику ограниченной мощности и нагрузке и содержит два блока управляемых ключей, два блока коммутирующих диодов, дроссели фильтра и блок управления.

Недостаток устройства - низкая эксплуатационная надежность, так как отказ любого элемента зарядной или разрядной частей приводит к отказу всего устройства в целом.

Наиболее близким к изобретению является устройство для заряда и разряда аккумуляторной батареи автономной системы электроснабжения с источником ограниченной мощности, содержащее соединенные в схему моста первый и второй блоки управляемых ключей и первый и второй блоки диодов, блок управления, выходы которого соединены с входами первого и второго блоVJ

О

S

ю

ков управляемых ключей, переключатель, дроссель, датчик тока и датчик напряжения, выходы которых соединены с входами соответственно переключателя и блока управления.

Недостатком этого устройства является наличие в нем переключателя с двумя замыкающими и двумя размыкающими контактами. При этом в режиме заряда АБ используются два последовательно включенных размыка ЮЩйХ ко нтакта, а в режиме разряда АБ-два последовательно включенных замыкающих контакта, т.е. в каждом режиме включены два контакта и соединены они в цепи тояа последовательно. Это приводит к снижению надежности устройства.

Цель изобретения - повышение надежности путем упрощения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для заряда и разряда АБ дополнительно снабжено третьим и четвертым блоками диодов, причем третий блок диодов включен в одну диагональ моста, во вторую диагональ которого подключен источник ограниченной мощности, последова- тельно соединенный с включенным в обратном направлении четвертым блоком диодов, первый и второй блоки управляемых ключей включены параллельно друг другу в первое смежное плечо моста, во второе плечо которого включен первый контакт переключателя, между первым смежным плечом моста и первым блоком диодов включен датчик тока, а первый и второй блоки диодов соединены между собой разными электродами, причем между общими точками соединения второго блока диодов с одной стороны с первым блоком диодов и с другой стороны с первым контактом переключателя включены последовательно соединенные дроссель и аккумулятор батарея, а четвертый блок диодов зашунтирован вторым контактом переключателя.

На чертеже представлена схема предложенного устройства для заряда аккумуляторной батареи.

Устройство для заряда и разряда аккумуляторной батареи 1 автономной системы электроснабжения с источником 2 ограниченной мощности содержит соединенные в схему моста первый 3 и второй 4 блоки управляемых ключей и первый 5 и второй 6 блоки диодов, блок 7 управления, выполненный в виде широтно-импульсных модуляторов 8,9 и ключей 10 и 11, переключатель 12 с первым контактом 13, дроссель 14, датчик 15, датчик 16 напряжения, нагрузку 17, конденсатор 18. Дополнительно устройство снабжено третьим 19 и четвертым 20 блоками диодов,- причем третий 19 блок диода включен в одну диагональ моста, во вторую диагональ которого включен источник 2 ограниченной мощности, последовательно соединенный с включенным в обратном направлении четвертым 20 блоком диодов. Параллельно источнику 2 ограниченной мощности включены нагрузка 17 и датчик 16 напряжения. Первый 3 и второй 4 блоки

0 управляемых ключей включены параллельно друг другу в первое смежное плечо моста, во второе плечо которого включен первый контакт 13 переключателя 12. Между первым смежным плечом моста и первым 5 бло5 ком диодов включен датчик 15 тока, выход которого соединен с входом переключателя 12, Первый 5 и второй 6 блоки диодов соединены между собой разными электродами, причем между общими точками соединения

0 второго 6 блока диодов с одной стороны с первым 5 блоком диодов и с другой стороны с первым контактом 13 переключателя 12 включены последовательно соединенные дроссели 14 и аккумуляторная батарея 1.

5 Выход датчика 16 напряжения соединен с входами блока 7 управления, выходы которого в свою очередь подключены к цепям управления первого 3 и второго 4 блоков управляемых ключей. Четвертый 20 блок уп0 равления зашунтирован вторым контактом 21 переключателя 12.

Устройство в зависимости от величины текущей мощности нагрузки и степени заряженное™ аккумуляторной батареи может

5 работать в следующих режимах.

Мощность нагрузки меньше номинальной мощности источника, при этом избыток мощности источника поступает в АБ (режим А);

0Мощность нагрузки больше номинальной мощности источника, при этом недостающая мощность обеспечивается аккумуляторной батареей (режим Б);

Мощность нагрузки равна номинальной

5 мощности источника, нагрузка при этом получает питание только от источника (режим Б).

Устройство работает следующим образом.

0 В режиме А по сигналу в блок 7 управления, например, на ключ 10 подается сигнал с выхода датчика 16 напряжения в широтно-импульсный модулятор, который формирует сигналы управления для первого

5 3 блока управляемых ключей. При этом датчик 15 тока не запитан, первый контакт 13 переключателя 12 разомкнут, а его второй контакт 21 замкнут. При замкнутом состоянии ключей блока 3 создается цепь тока: положительная шина системы электроснабжения, замкнутый контакт 21, ключи блока 3, третий 19 блок диодов, дроссель 14, аккумуляторная батарея 1, отрицательная шина системы. Дроссель 14 накапливает энергию. В момент размыкания ключей блока 3 модулятором 8 накопленная в дросселе 14 энергия поступает в АБ 1 через второй блок 6 диодов. Очередное открытие ключей блока 3 приводит к повторению рассмотренных процессов,

В режиме Б происходит разряд аккумуляторной батареи 1 за счет работы второго блока управляемых ключей. Когда при разряде АБ 1 ток начинает протекать через датчик 15 тока, срабатывает переключатель 12, замыкая свой первый контакт 13 и размыкая второй контакт 21. При замкнутом состоянии ключей блока 4 создается цепь тока: плюс АБ 1, дроссель 14, первый 5 блок диодов, датчик 15, второй 4 блок управляв- мых ключей, замкнутый контакт 13, минус АБ 1. Дроссель 14 накапливает энергию. В момент размыкания ключей блока 4 модулятором 9 накопленная в дросселе 14 энергия и энергия от АБ 1 поступает в нагрузку 17. Ток при этом протекает по цепи: плюс АБ 1, дроссель 14, первый 5 блок диодов, датчик Штока, четвертый 20 блок диодов, нагрузка 17, минус АБ 1. Очередное открытие транзисторов 4 вновь приводит к накоплению энергии в дросселе 14 и т.д. Управление вторым 4 блоком управляемых ключей осуществляется блоком 7 управления по сигналам датчика 16 напряжения.

В режиме В ключи 10, 11 и ключи 3 и 4 постоянно разомкнуты и питание нагрузки 17 осуществляется непосредственно только от источника 2 ограниченной мощности.

Так как первый 3 и второй 4 блоки управляемых ключей соединены параллельно, работать они могут поочередно либо одновременно. В случае поочередной работы при выходе одного из блоков из строя второй блок может его заменить. При этом изменяется соответствующим образом работа блока 7 управления.

Таким образом, из рассмотренного выше порядка работы предлагаемого устройства видно, что в нем для протекания тока используется лишь один контакт переклю- чателя как в режиме разряда, так и в режиме заряда АБ.

В предлагаемом устройстве при заряде АБ используется структура преобразователя понижающего типа, а при разряде АБ - структура преобразователя повышающего типа. Однако, очевидно, что легко реализовать для заряда АБ структуру преобразователя повышающего типа, а при разряде АБ - понижающего типа. Для этого дроссель подключается непосредственно к шине источника ограниченной мощности и соответствующим образом изменяется подключение электродов блоков диодов и управляемых ключей при сохранении в представленном выше виде структуры моста. - -.

Формула изобретения Устройство для заряда и разряда аккумуляторной батареи автономной системы электроснабжения с источником ограниченной мощности, содержащее соединенные в схему моста первый и второй блоки управляемых ключей и первый и второй блоки диодов, блок управления, выходы которого соединены с входами первого и второго блоков управляемых ключей, переключатель, дроссель, датчик тока и датчик напряжения, выходы которых соединены с входами соответственно переключателя и блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения, оно дополнительно снабжено третьим и четвертым блоками диодов, причем третий блок диодов включен в одну диагональ моста, в другую диагональ которого подключен источник ограниченной мощности, последовательно соединенный с включенным в обратном направлении четвертым блоком диодов, первый и второй блоки управляемых ключей включены параллельно друг другу в первое смежное плечо моста, во второе плечо которого включен первый контакт переключателя, между первым смежным плечом моста и первым блоком диодов включен датчик тока, а первый и второй блоки диодов соединены между собой разными электродами, причем между точкой их соединения и первым контактом переключателя включены последовательно соединенные дроссель и аккумуляторная батарея, а четвертый блок диодов зашунтирован вторым контактом переключателя.

Использование: в автономных системах электроснабжения, содержащих источники ограниченной мощности и аккумуляторные батареи (АБ). Сущность изобретения: устройство содержит соединенные по схеме моста первый и второй блоки управляемых ключей и первый и второй блоки диодов. Третий блок диодов включен в одну диагональ моста, во вторую диагональ которого включен источник ограниченной мощности. Первый и второй блоки управляемых ключей включены параллельно друг другу в первое смежное плечо моста, во второе плечо которого включен переключатель. Устройство работает в трех режимах: источник питает нагрузку и заряжает батарею; нагрузка питается от АБ; нагрузка питается только от источника ограниченной мощности. 1 ил. ел