Устройство для заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1979 года по МПК H02J7/02 H01M10/44 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током и разряда ее с рекуперацией в сеть.

Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее два управляемых выпрямителя, соединенных последовательно, реле, через контакты которого и резонансную цепочку аккумуляторная батарея подключена к выходу выпрямителей

ti

Недостатками известного устройства является его слол ность и малая надежность, так как для рекуперации энергии разряда аккумуляторной батареи в сеть и ее заряда она подключается к выпрямителям через механические контактьь

Известно также устройство, содержащее управляемый выпрямитель, систему управления выпрямителем с задатчиком тока на входе, инвертор, вход которого связан с выходом выпрямителя через сглаживающий реактор. Аккумуляторная батарея в этом устройстве включена на входе инвертора

2.

В известном устройстве управляемый выпрямитель работает в прерывистом или непрерывном режиме, а инвертор в прерывистом режиме с больщой скважностью. Инвертор нагружен на балластное сопротивление, или через дополнительный выпрямитель непосредственно на выход управляемого выпрямителя. Указанное устройство позволяет осуществлять заряд аккумуляторной батареи асимметричным током с рекуперацией энергии разряда на выход управляемого выпрямителя.

Недостатками известного устройства является сложность схемы инвертора, так как он содержит дополнительный выпрямитель, его низкий КПД, что связано с невозможностью возврата энергии разряда в питающую устройство сеть.

Целью изобретения является упрощение и повыщение КПД устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены генератор прямоугольных импульсов и датчик тока, включенный на входе выпрямителя, причем выход датчика тока связан с входом генератора прямоугольных импульсов, один выход которого соединен с задатчиком тока на входе системы управления выпрямителем, инвертор выполнен ио мостовой схеме на двух неуправляемых и двух управляемых вентилях, управляющие входы которых связаны с другим выходом генератора прямоугольных импульсов, а выходная диагональ инвертора

соединена с клеммами для подключения аккумуляторной батареи.

При этом, с целью независимого регулирования тока разряда, другой выход генератора прямоугольных импульсов связан с задатчиком тока системы управления выпрямителем.

Кроме того, с целью улучшения динамических характеристик, вход системы управления дополнительно соединен с датчиком тока непосредственно, а со входом инвертора через датчик напряжения с целью обеспечения разряда аккумуляторной батареи постоянным током с рекуперацией энергии разряда в сеть для питания, между другим выходом генератора прямоугольных импульсов и управляющими входами вентилей инвертора включен формирователь импульсов, а этот выход генератора шунтирован ключом.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, блок-схема; на фиг. 2-диаграмма его работы.

Устройство содержит управляемый выпрямитель 1, систему управления выпрямителем 2 с задатчиком тока 3 на входе. Выход выпрямителя через сглаживающий реактор 4 подключен к входу инвертора 5. Инвертор выполнен по мостовой схеме на двух неуправляемых 6, 7 и двух управляемых 8, 9 вентилях.

Аккумуляторная батарея 10 включена в диагональ моста инвертора. Дроссели И, 12 служат для уменьшения скорости нарастания тока через вентили инвертора. Управляющие входы вентилей 8, 9 через формирователь импульсов 13 связаны со вторым выходом 14 генератора прямоугольных импульсов 15, первый выход которого 16 соединен с задатчиком тока 3.

С выхода датчика тока 17 сигнал поступает на вход генератора прямоугольных импульсов 15 и вход систем управления выпрямителем 18, который через датчик напряжения 19 соединен со входом инвертора. Выход 14 генератора прямоугольных импульсов 15 связан также с задатчиком тока 3 и ключом 20.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питающих напряжений сигнал на выходах 14 и 16 генератора прямоугольных импульсов 15 отсутствует (см. фиг. 2а и 26), вентили 8, 9 закрыты и ток выпрямителя 1, величина которого определяется уставкой задатчика тока (см. фиг. 2г), через вентили 6, 7 поступает в аккумуляторную батарею 10, заряжая ее (см. фиг. 2ж). В момент времени ti, определяемый частотой генератора 15 с выхода 14 генератора на управляющие входы вентилей 8, 9 поступают импульсы управления, включающие их. При этом вентили 6, 7 закрываются (так как к ним прикладывается запирающее напряжение аккумуляторной батареи), а ток выпрямителя 1 начинает протекать через открывшиеся вентили 8, 9 и аккумуляторную батарею 10, разряжая ее.

Поскольку в момент времени ti, после включения вентилей 8, 9 инвертора к напряжению на выходе выпрямителя 1 (см. фиг. 2е) добавляется напряжение аккумуляторной батареи, то ток в сглаживающем реакторе 4 (см. фиг. 2д) начинает возрастать. Система управления 2 изменяет напряжение на выходе выпрямителя 1 таким образом, чтобы ток через сглаживающий реактор 4 оставался постоянным.

В момент времени i, определяемый скважностью выходных импульсов генератора 15, управляющие импульсы с вентилей 8, 9 инвертора снимаются, а с выхода 16 (см. фиг. 26) генератора 15 на задатчик тока 3 поступает сигнал, который переводит выпрямитель 1 в инверторный режим с максимальным углом Зправления.

Ток на выходе выпрямителя спадает до нуля, и по сигналу с датчика тока 17 (нуль тока) (см. фиг. 2в) генератор импульсов 15 переводится в исходное состояние: управляющие импульсы на вентилях 8, 9 отсутствуют, а на выходе задатчика тока 3 устанавливается сигнал, определяющий величину тока заряда аккумуляторной батареи. Папряжение на выходе выпрямителя 1

становится положительным, а установивщийся ток протекает через вентили 6, 7 и аккумуляторную батарею, заряжая ее. Через время (Т), определяющее период повторения импульсов на выходах генератора 15,

цикл работы устройства повторяется: включаются вентили 8, 9 инвертора, а ток на выходе выпрямителя начинает разряжать аккумуляторную батарею 10. Поскольку напряжение на выходе выпрямителя становится отрицательным (имеется ввиду его среднее значение), а ток не изменяет своего направления, то разряд аккумуляторной батареи происходит с рекуперацией энергии разряда в питающую устройство сеть. При

этом выпрямитель 1 работает в режиме ведомого сетью инвертора.

При необходимости величина тока разряда может быть выбрана не равной величине тока заряда. Для этого с выхода 14 генератора 15 воздействуют на задатчик тока 3, изменяя его уставку (сигнал на выходе) соответствующим образом.

Для улучщения динамических характеристик устройства в переходных режимах

(уменьщения перерегулирования) на вход 18 системы управления выирямителем 2 введены отрицательная обратная связь по току на выходе выпрямителя (он равен току на входе), а также положительная обратная

связь по напряжению на входе инвертора. Полярность напряжения на выходе датчика напряжения 19 изменяется в зависимости от режима работы устройства. При зарядке аккумуляторной батареи сигнал на выходе

датчика 19 положительный, а при разрядке

(вентили 8, 9 открыты) - отрицательный, что уменьшает перерегулирования в устройстве за счет повышения быстродействия системы регулирования.

Для обеспечения работы устройства в режиме разряда аккумуляторной батареи постоянным током с рекуперацией энергии разряда в питающую устройство сеть между выходом 14 генератора 15 и управляюшими входами вентилей 8, 9 включен формирователь имнульсов 13, а выход 14 генератора 15 шунтирован ключом 20. При этом величина тока разряда определяется сигналом на выходе задатчика тока 3.

Таким образом, данное устройство обеспечивает следующие режимы работы:

заряд аккумуляторной батареи постоянным током (при нулевой частоте генератора 15);

заряд аккумуляторной батареи асимметричным током с раздельной регулировкой величины тока заряда и тока разряда, а также частоты и скважности цикла заряд- разряд;

разряд аккумуляторной батареи постоянным током с рекуперацией энергии разряда в питающую устройство сеть.

Простота силовой схемы инвертора предопределила простоту всего устройства и его высокий КПД, так как мощность теряется только в подводящих проводах и открытых вентилях выпрямителя и инвертора (при токе до 20 А теряется около 100 Вт).

Формула изобретения

Устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее управляемый выпрямитель, систему управления выпрямителем с задатчиком тока на входе, инвертор, вход которого связан с выходом выпрямителя через сглаживающий реактор, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД, в устройство введены генератор прямоугольных импульсов и датчик тока, включенный на входе выпрямителя, причем выход датчика тока связан со входом генератора прямоугольных импульсов, один выход которого соединен с задатчиком тока на входе системы управления выпрямителем, инвертор выполнен по мостовой схеме на

двух неуправляемых и двух управляемых вентилях, з равляющие входы которых связаны с другим выходом генератора прямоугольных импульсов, а выходная диагональ инвертора соединена с клеммами для подключения аккумз-ляторной батареи.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью независимого регулирования тока разряда, выход генератора прямоугольных импульсов связан с задатчиком тока системы управления выпрямителем.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, вход системы управления

дополнительно соединен с датчиком тока непосредственно, а с входом инвертора через датчик напряжения.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения разряда аккумуляторной батареи постоянным током с рекуперацией энергии разряда в питающую сеть, другим выходом генератора прямоугольных импульсов и управляющими входами вентилей инвертора включен формирователь импульсов, а этот выход генератора шунтирован ключом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР А° 316139, кл. Н 021 7/10, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 431588, кл. Н 01М 10/4, 1972.

0