Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током Советский патент 1993 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электрохимическим источникам постоянного тока - аккумуляторным батареям (АБ), а именно к зарядным устройствам, используемым для формовки и заряда батареи асимметричным током.

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей системы заряда АБ AT путем увеличения скорости передачи энергии источника в заряжаемую батарею - зарядной мощности, оцениваемой численно средним значением зарядной мощности, равной произведению зарядного напряжения батареи на среднее за период значение постоянной составляющей AT.

Поставленная цель достигается тем, что система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая трехфазный источник переменного тока в виде трехфазного трансформатора, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммай АБ, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи и управления вентилем выпрямителя, причем электрическая разрядная ёмкость выполнена в виде двух конденсаторов, включенных в два на- крестлежащих плеча мостового выпрямите- 4 ля, два другие плеча образуют вентили, а клемма входной диагонали соединена с ли нейным выводом источника переменного тока при заряде оттрехпроводного источни00

00

00

а, она дополнительно снабжена блокируюим диодом, при этом один из конденсатоов имеет емкость, по меньшей мере в 20 аз отличную от емкости другого конденсаора, и параллельно конденсатору меньшей мкости включен блокирующий диод, соеиненный последовательно-согласно с диоом смежного плеча упомянутого мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из пары включенных последовательно-согласно диодов, точка соединения которых подключена к свободному линейному вывоу упомянутого источника переменного тока непосредственно и через ополнительный конденсатор - к отрицаельной клемме мостового выпрямителя,

при .этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора, зашун- тированн ого блокирующим диодом.

Выполнение системы с блокирующим диодом, включенным параллельно конденсатору меньшей емкости и соединенным последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя, и подключение к клеммам выходной диагонали дополнительной цепочки из пары включенных последовательно-согласно диодов, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу источника переменного тока непосредственно и через дополнительный конденсатор -. к отрицательной выходной клемме мостового выпрямителя, при этом емкость дополнительного

конденсатора равна емкости конденсатора, зашунтированного блокирующим диодом, отличая ее от прототипа, обеспечивает улучшение удельных энергетических показателей системы .заряда при заряде АБ от неавтономного ТИПТ.

Отсутствие в технической и патентной литературе сведений по подобному выполнению систем заряда БАБ AT от ТИПТ показывает новизну взаимодействия между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и положительным эффектом. Это обеспечивает существенные отличия изобретения от известных систем аналогичного назначения.

На чертеже приведена электрическая схема системы заряда.

В данной системе аккумуляторная батарея 1 подключена к выходным клеммам мостового выпрямителя 2, к клеммам 3-5 входной диагонали которого подключены выводы обмотки трехфазного источника переменного тока б (фазы А, В и С), соединенные в звезду или треугольник. В два накрестл ежащие плеча моста 2 включены конденсаторы 7 и 8 различной емкости, а

два другие его плеча образуют диоды 9 и 10. Емкости конденсаторов 7 и 8 отличны друг от друга по меньшей мере в 20 раз. Параллельно конденсатору с меньшей емкостью 8

. включен блокирующий диод 11, соединенный последовательно согласно с диодом 0. Цепочка, состоящая из пары включенных последовательно согласно диодов 12 и 13, подсоединена к клеммам выходной диа0 гонали моста. Общая точка соединения дио- дов этой цепочки непосредственно подключена к свободному линейному выводу 5 ТИПТ 6 и через дополнительный конденсатора 14 - к отрицательной клемме

5 мостового выпрямителя. Емкость конденсатора 14 равна емкости конденсатора меньшей емкости 8.:

Формирование асимметричного тока (AT) в данной системе заряда осуществляет0 ся путем наложения 8 (за один период) од- новременных (так называемых униполярных) зарядных импульсов тока источника на переменный ток, протекающий поочередно через каждую фазу источника 6

5 и конденсаторы зарядно-подзарядной емкости, Конденсатор 7 вместе с конденсаторами 8 и 14 образует два делителя переменного и два умножителя постоянного напряжения. Эти умножители повышают

0 в два раза зарядное напряжение АБ.

Униполярные зарядные импульсы, создающие постоянную составляющую AT (за период изменения напряжения ТИПТ), фор мируются по восьми следующим цепям: ис

5 точник 6-3-9-1-10-4 - источник 6; вторая цепь: источник 6-5-13-1-10-4 - источник 6; третья цепь: 7-1-10-7; четвертая цепь: 8-9- 1-8; пятая цепь; 14-5-13-1-14; шестая цепь: 8-3 - источник 6-4-7-1-8; седьмая

0 цепь: 7-1-14-5 - источник 6-4-7; восьмая цепь: 14-5 - источник 6-3-9-1-14 (когда напряжение АБ меньше амплитудного линейного значения напряжения источника, т.е. Ua6 ит.лин.ист., а также по двумя цепям

5 7-1-8(11) - 3 - источник 6-4-7 и вторая цепь:7-1-14(12)-5 - источник 6-4-7, - когда напряжение батареи больше линейного амплитудного значения, но меньше удвоенного линейного амплитудного значения на0 пряжения 1)т.лин. источника.

Переменная составляющая AT проводится по 2 цепям: 1-7-4.- источник 6-3-8-1 и 1-7-4 - источник 6 - 5-14-1, при подраз- ряде АБ и запасании энергии в конденсато5 pax 7, 8 и 14, а также по цепям: источник 6-4-7-8 - 3 - источник 6 и источник 6-4-7- 1-1-14-5 - источник 6, при возврате в АБ энергии подразрядного импульса.

Так как емкости конденсаторов 8 и 14 примерно в 20 раз меньше емкости конденсатора 7, при подразряде АБ на емкостные делители напряжения 7-8 и 7-14 конденсаторы 8 и 14 заряжаются от АБ1 до напряжения, равного примерно 95%, а конденсатор 7-5% от напряжения цепи: источник 6 - АБ1.

Рассмотрим работу системы заряда за период изменения напряжения ТИПТ и при напряжении АБ, меньшем амплитудного линейного напряжения источника 6, Считаем, что в системе прямой порядок следрвания (чередования) фаз, т.е. А, В и С.

За начальный отсчет.времени примем время, когда напряжения фаз А и С положительны и равны, напряжение фазы В отрицательно и по абсолютной величине имеет наибольшее значение, далее напряжение фазы А растет, фазы С уменьшается (в соответствии с временным графиком работы трехфазной системы).

Когда напряжение фазы А источника 6 превысит напряжение АБ 1, она заряжается по цепи: клемма 3 - вентиль 9 - АБ1 - вентиль 10 - зажим 4. Конденсаторы 7 и 8, включенные параллельно рассмотренной выше цепи/заряжаются соответственно че- рез вентили 9 и 10 до напряжения батареи (имея положительный потенциал на верхней по схеме фиг.1 обкладке и отрицательный .- на нижней) и запасают при этом энергию источника. Диод 11 находится в запертом состоянии, так как к его катоду приложен положительный потенциал относительно анода за счет шунтирования его конденсатором 7.

Заряд батареи по рассмотренной цепи продолжается до тех пор, пока напряжение фазы ТИПТ, возрастая по абсолютной величине, а затем убывая, вновь станет равным напряжению батареи. Вентили 9 и 10 запираются и перестают проводить ток источни- ка 6 и их сопротивление бесконечно возрастает. В это время параллельно батарее оказывается включенной цепь из трех последовательно соединенных источников: конденсатора 8, источника 6 и конденсатора . 7, напряжения которых равны друг другу, однако суммарное напряжение рассматриваемой цепи в это время равно напряжению батареи, так как полярность фазы А ТИПТ обратна по отношению к полярности напря- жений конденсаторов.По мере уменьшения напряжения фазы А источника 6 суммарное напряжение рассматриваемой цепи возрастает и поэтому конденсаторы, разряжаясь, отдают батарее 1 энергию, запасаемую ими от источника 6.

Так как энергия, запасенная конденсатором 8, примерно в 20 раз меньше энергии, запасенной конденсатором 7, этот конденсатор 8 отдает свою энергию быстрее, чем

конденсатор 7, который продолжает отдавать энергию в АБ через открывшийся диод 11 по цепи: 7-1-11-3 - источник 6 - 4-7. В момент времени, когда напряжение фазы А ТИПТ становится равным напряжению фазы В, конденсатор 7 разряжается до напря жения, равного напряжению батареи 1.

В дальнейшем напряжение фазы А становится меньше напряжения фазы В источника, т.е. на клемме 4 потенциал выше, чем на клемме 3 фазы А источника 6. В этом случае полярность включения конденсатора 7 и полярность линейного напряжения UAB источника б становится согласной и конденсатор 7 продолжает разряжаться на АБ1 по той же цепи: 7-1-11-3 - источник 6-4-7, до тех пор, пока мгновенное значение линейного напряжения UAB источника 6 не станет равным напряжению АБ. Конденсатор 7 в это время разряжен полностью. После этого полярность напряжения конденсатора 7 изменяется, так как он, ограничивая ток заряда батареи 1, в это время начинает перезаряжаться. Заряд АБ1 продолхоется до тех пор, пока линейное напряжение источника б не достигнет максимального значения и положительный потенциал будет на клемме 4. В это время зарядный импульс тока АБ прекращается. Напряжение на конденсаторе 7 в это время равно разности амплитудного значения линейного напряжения UAB источника и батареи и положительный потенциал на нижней по схеме обкладке.

В дальнейшем, с уменьшением мгновенного значения линейного напряжения UAB источника 6 (понижается потенциал на клемме 4), начинается подразряд батареи через источник 6 на конденсаторы 7 и 8, первый из которых, вновь разрядившись, снова перезаряжается, Подразрядный импульс продолжается до тех пор, пока потенциалы на зажимах 4 и 5 источника 6 не будут равны, т.е. линейное напряжение UBC будет равно нулю, В это время напряжение конденсатора 8 примерно равно напряжению батареи, а напряжение на конденсаторе 7 примерно равно нулю (по крайней мере в 20 раз меньше напряжения на конденсаторе 8), Диод 11 в это времяРвновь заперт.

Подразрядный имНульс АБ будет продолжаться и после того, как потенциал на зажиме 5 источника б станет выше потенци- ала на клемме 4 (произошла смена полярности линейного напряжения UAB) до тех пор, пока линейное напряжение UBC вновь станет равным напряжению АБ. В это время Подразрядный импульс прекращается, вентили 10 и 1.3 открыты, источник 6 осуществляет заряд АБ и заряд конденсаторов 7 и 14 от линейного напряжения UBC, имея положительный потенциал на клемме 5. Далее работа устройства заряда АБ производится аналогично рассмотренному выше, только вместо конденсатора 8 в данном случае работает конденсатор 14.

Если напряжение АБ больше амплитудного линейного значения напряжения источника 6, но меньше ее удвоенного значения ит.лин, UAB 2ит.лин), зарядная цепь батареи от линейного напряжения UBC источника 6 (при положительном потенциале на клемме 3) непосредственно (источник 6-3-9-1-.10-4 - источник 6) энергию в АБ не передает, а батарея заряжается от источника только через вольтодобавочный конден сатор 7, который, проводя переменную составляющую AT, заряжается от источника 6 в полупериоды, когда на клемме 3 положительный потенциал, и разряжается на АБ через источник 6 в моменты времени, когда на клемме 3 отрицательный потенциал. Так как максимальное зарядное напряжение на конденсаторе .7 почти равно амплитудному линейному значению напряжения источника б, А Б может быть заряжена до напряжения, практически вдвое превышающего амплитудное значение линейного напряжения источника 6.

Таким образом, в данной системе заряда АБ за каждый период изменения напряжения (тока) ТИПТ число зарядных и подразрядных импульсов равно, соответственно 8 и 2 при UAB Ут-лин и при DAB 2ит.лин число зарядных и подразрядных импульсов равно.2. Вследствие этого среднее значение постоянной составляющей AT и зарядной мощности (по сравнению с прототипом) соответственно увеличиваются. Кроме того, так как ТИПТ формирует зарядные импульсы тока со сдвигом 120 эл. градусов, уменьшается неравномерность отбора мощности источника, который работает в динамически уравновешенном режиме. Это приводит к дополнительному улучшению удельных энергетических показателей системы заряДа- : : ч ,.,/ :: .,..:.. . . ; В данной системе заряда бестрансфор. маторным путем практически вдвое увеличивается зарядное напряжение, в результате чего повышается значение постоянной составляющей AT и соответственно скорость передачи энергии источника в заряжаемую АБ, что исключает необходимость применения повышающего трансформатора, неизбежно увеличивающего массу системы и тем ухудшающего удельные энергопоказатели.

В связи с тем, что самым тяжелым элементом (звеном) cl-.стемы заряда является источник переменного тока (на долю которого приходится примерно 85-90% массы системы), введение одного конденсатора и трех диодов, практически не увеличивая

массы формирователя AT, приводя к полному использованию мощности и массы ТИПТ (трансформатора), позволяет улучшить практически в 1,5 раза использование его массы. Поэтому система заряда в целом за

счет уменьшения массы ТИПТ более чем на 30% характеризуется улучшенными удельными энергетическими показателями. Формула изобретения Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая трехфазный источник переменного тока, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам для подключения аккумуляторной батареи,

электрическую разрядную емкость выполненную в виде двух конденсаторов и включенных в два накрест лежащих плеча мостового выпрямителя, два других плеча которого образуют диоды, а клеммы входной диагонали соединены с линейными выводами источника переменного тока,о т л и- чающаяся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей при заряде от трехпроводного трехфазного источника, оно дополнительно снабжено бло1кирующим диодом, при этом один из

конденсаторов имеет емкость, по меньшей

-мере в 20 раз отличную от емкости другого

конденсатора, и параллельно конденсатору

меньшей емкости включен блокирующий

диод, соединенный последовательно согласно с диодом смешанного плеча мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из пары включенных последовательно согласно диодов, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу источника переменного тока непосредственно и через дополнительный

конденсатор - к отрицательной клемме мостового выпрямителя, при этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора, заактированного блокирующим диодом..

- - rf

Использование: в системах заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным током от трехфазного источника переменного тока. Сущность изобретения: система содержит мостовой выпрямитель-формирователь асимметричного тока, два плеча которого образованы диодами, а два другие - зарядно-подразрядными конденсаторами, параллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя, К клеммам выходной диагонали подключена цепочка из пары включенных последовательно-согласно диодов, точка соединения которых подключена к линейному выводу источника переменного тока непосредственно и через конденсатор - к отрица- тельной выходной клемме мостового выпрямителя. Напряжение на выходе системы в 2 раза больше амплитудного значения линейного напряжения источника. 1 ил. (Л С