Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током Советский патент 1979 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 АБ асимметричным током как в стационарных условиях, так и на подвижных объектах.

Известны устройства для зарядв АБ асимметричным током, содержащие источник переменного тока, электрические вентили и конденсаторы 1, 2. Схемы известных устройств содержат конденсаторы и электрические вентили включенные в цепь АБ. Питание этих устройств осуществляется от источника неременного тока с двумя выходными клеммами. К недостаткам устройства 1 отностятся протекание постоянной составляющей зарядного тока АБ через источник и сравнительно низкое его зарядное напряжение, не превыщающее амплитудного значения напряжения источника питания.

От этих недостатков в известной степени свободно устройство 2. Оно обеспечивает заряд АБ асимметричным током до напряжения, вдвое превосходящего амплитудное значение напряжения источника питания, однако требует использования отвода от половины аккумуляторов батареи,что не всегда может быть практически осуществлено.

Ближайщим аналогом заявленного устройства является устройство для заряда батареи аккумуляторов 3, содержащее источник переменного тока, два конденсатора и два вентиля, анод одного из которых и катод другого подключены к выходным

клеммам устройства.

Описанное устройство обеспечивает эффективный заряд АБ асимметричным током, однако зарядное напряжение, обеспечиваемое этим устройством, также не превосходит амплитудного значения напряжения источника питания. Недостатком этого известного устройства является и протекание постоянной составляющей тока заряда батареи через источник питания, что увеличивает потери в источнике и его массу.

Кроме того, включение в цепь заряда батареи токоограничивающего сопротивления увеличивает массу и габариты, а также ухудщает КПД известных устройств.

Цель настоящего изобретения - повыщение зарядного напряжения устройства и

улучшение его удельных энергетических характеристик.

Для достижения этой цели источник переменного тока образует с конденсаторами трехлучевую звезду, которая подключена одной конденсаторной ветвью к общей точке вентилей;ха другими ветвями - к выходным клеммам для подключения заряжаемой батареи.

Это позволяет использовать один из конденсаторов в качестве токоограничителя - вольтодобавки и устранить подмагничивание источника постоянной составляющей тока за счет более равномерного его нагружения в оба полупериода работы.

На чертеже представлена схема предложенного устройства. Оно содержит входные клеммы 1, 2 переменного тока, два конденсатора 3, 4, два вентиля 5, 6 и заряжаемую батарею 7. Катод вентиля 6 и верхняя по схеме обкладка конденсатора 4, связаны с положительной клеммой заряжаемой АБ 7, катод вентиля 5 связан с анодом вентиля 6 и левой по схеме обкладкой конденсатора 3, анод вентиля 5 подключен к отрицательной клемме АБ 7, а клеммы 1 и 2 подключены соответственно к точке соединения двух других обкладок конденсаторов 3, 4 и к аноду вентиля 5. При необходимости регулирования среднего значения тока заряда батареи в качестве вентиля 6 может быть использован управляемый вентиль-тиристор.

Принцип работы устройства, выполненного по предложенной схеме следующий.

В полупериоде изменения напряжения источника питания, когда плюс приложен к аноду вентиля 5 (к клемме 2) и минуск клемме I источника, осуществляется заряд конденсатора 3. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 3 не достигает амплитудного значения напряжения источника питания, после чего вентиль 5 запирается. Таким образом, конденсатор 3 выполняет функцию накопительной емкости. Напряжение на обкладке этого конденсатора, связанной с катодом вентиля 5, положительно по отнощению к обкладке, соединенной с клеммой 1 источника питания, а в цепи, образованной носледЬвательным соединением источника питания и конденсатора 3 напряжение в процессе заряда последнего в первой половине рассматриваемого полупериода равно О, а во второй - плавно нарастает до напряжения батареи, если последнее меньще амплитудного значения напряжения источника питания, а в противном случае до амплитудного значения напряжения источника питания. Одновременно в рассматриваемый полупериод ток источника, протекая по цепи клемма 2 источника питания, батарея 7, конденсатор 4, клемма 1 источника, вызывает частичный подразряд батареи 7 с накоплением энергии разрядного импульса батареи в конденсаторе 4.

Если напряжение заряжаемой батареи 7 меньще амплитудного значения напряжения источника питания, то во второй половине рассматриваемого полупериода при достижении равенства напряжений цепи емкостной накопитель 3 источник и заряжаемой батареи 7 открывается вентиль 6, изменяется структура.устройства и начинается разряд емкостного накопителя на заряжаемую батарею 7 по цепи: вентиль 6, батарея 7, источник питания. Импульс зарядного тока продолжается и при изменении полярности напряжения источника питания (в следующем полупериоде) до тех пор, пока напряжение последовательно соединенных источника питания и накопителя 3, убывая, не станет равным напряжению заряжаемой батареи 7. Одновременно с протеканием зарядного тока батареи при открытом вентиле 6 происходит выравнивание потенциалов несмежных обкладок конденсаторов 3, 4, за счет протекания тока по цепи: конденсатор 3, вентиль 6, конденсатор 4. По окончании импульса зарядного

5 тока батареи вновь происходит изменение структуры устройства. Если напряжение батареи меньще амплитудного значения напряжения источника, конденсатор 3 в следующем полупериоде (когда напряжение клеммы 2 источника положительно, а клеммы 1 - отрицательно) вначале заряжается, а затем вновь разряжается, как это описано выще. Когда же полярность источника вновь изменяется (напряжение клеммы 2 источника отрицательно, а клеммы 1 - положительно) конденсатор 3 продолжает разряжаться, а затем заряжается противоположной полярностью (перезаряжается). Одновременно с этим происходит частичный подразряд батареи 7 по цепи: клемма 1 источника питания, батарея 7, конденсатор 4, клемма 2 источника, как это было описано выще. После очередного изменения структуры устройства конденсатор вначале перезаряжается от источника, а затем заряжается до амплитудного значения напряжения последнего. Далее описанные процессы повторяются циклически.

Если же напряжение заряжаемой батареи выще амплитудного значения напряжения источника, то описанные процессы повторяются с той разницей, что перезаряд конденсатора 3 отсутствует, конденсатор 3 подзаряжается от источника и подразряжается на батарею. Емкостное сопротивление накопительного конденсатора ограничивает ток заряда батареи. Так как этот токоограничитель-накопитель во время зарядного импульса батареи соединен с источником питания последовательно-согласно, т. е. используется в качестве вольтодобавочного источника. Батарея заряжается до удвоенного значения амплитуды напряжения источника питания, т. е. до напряжения, вдвое превышающего зарядное напряжение в устройстве - прототипе.

Улучшение удельных энергетических показателей предлагаемого устройства в сравнении с прототипом достигается сокрашением потерь энергии в устройстве за счет: 1- отсутствия дополнительного токоограничиваюш,его сопротивления в зарядной цепи батареи, функции которого выполняет вольтодобавочный конденсатор - накопитель; 2 - исключения постоянной составляющей тока, потребляемого от источника; З -сокращения числа вентилей в зарядной цепи батареи и уменьшением массы и габаритов устройства.

Формула изобретения

Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее источник переменного тока, два конденсатора и два вентиля, анод одного из

которых и катод другого подключены к выходным клеммам устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения зарядного напряжения и улучшения удельных энергетических показателей, источник переменного тока образует с конденсаторами трех, чевую звезду, которая подключена одь конденсаторной ветвью к общей точке вентилей, а другими ветвями к выходным клеммам для подключения заряжаемой батареи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Земан С. К. и др. Сравнительный анализ систем заряда аккумуляторных батарей асимметричным током.«Электричество,975. № 12, с. 67, рис. 2.

. 2. Заявка № 2321623/07, кл. Н 02 J 7/10, 05.0276, по которой принято положительное решение о выдаче авторского свидетельства.

3. Заявка № 2326851/07, кл. H02J7/10, 12.02.76, по которой принято положительное решение о выдаче авторского свидетельства.