Устройство для заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1979 года по МПК H02J7/12 

I

Изобретение относитстч к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения различного назначения для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей как в стационарных условиях, так и на подвижных объектах в системах автономного электроснабжения. Изобретение является усовершенствованием известного устройства для заряда аккумуляторной батареи по авт. св. N 431592.

В основном авторском свидетельстве описано устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее однофазный источник переменного тока, элемент токоограничивающего сопротивления с отводом, двухпопупериодный мостовой выпрямитель , входной диагональю через элемент токоограничиваюшего сопротивления подключенный к источнику, а выходной диагональю - к аккумуляторной батарее, снабженной выводом средней точки, ключевой регулятор зарядноГО тока, выполненный, например, на симисторе, и блок контроля напряжения, фазы и управления l .

Недостатком этого устройства является то, что при использовании токоограничивающего сопротивления омического характера импульс тока, заряжающий аккомуляторную батарею в каждый полупе- риод изменения напряжения источника переменного тока, начинается не в момент возникновения полуволны питающего напряжения, а через некоторый промежутоквремени Д, в течение которого мгновенное -значение напряжения источника переменного тока возрастает по абсолютной величине от нуля до значения, равного напряжению на аккумуляторной батарее V . Чем ближе значение Чдц к амплитудному значению напряжения источника Ej, тем больще этот промежуток времени д-t. Это неизбежно приводит к тому, что мощность источника в течение промежутка времени At в начале каждого полупериода изменения напряжения источника для заряда аккумуляторной батареи не используется, что вызывает снижение удельных энергетических показателей устройства, например коэффициента использования мощности источника равного отношению мощности заряда аккумуляторной батареи к полной мощности источника переменного тока. Промежуток времени At можно уменьшить, если в каждом полупериоде включать регулятор зарядного тока (т.е. в первую четверть полупериода,-когда мгновенное значение напр$пкения по абсолютной величине увеличивается). Заряд аккумуляторной батареи через резнстивное токо- ограничивающее сопротивление, вкшоченное в цепь переменного тока, осущестляется при сравнительно .невысоком значении коэффициента полезного действия, за счет потерь электрической энергии, рассеиваемой на омическом сопротивлении токоограничивающего сопротивления. Кроме того, такое устройство позволяет осуществлять заряд аккумуляторных батарей всего лишь до напряжения, максимальное значение которого не превышает удвоенного значения амплитуды напряжения источника, что ограничивает возможности использования устройств в системах электроснабжения с низ ковольтными источниками переменного тока из-за относительно низких удельных энергетических показателей. Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей. Это достигается тем, что устройство по авт. св. № 431592 дополнительно снабжено двумя последовательно соединенными конденсаторами и двумяо вентилями, каждый из которых включен последовательно согласно в два смежных плеча двухполупериодного мостового выпрям теля, прилегающих к его выходной диагонали, причем точка соединения дополнительных вентилей вместе с одним из выводов элемента токоограничивающего соп ротивления образуют одну клемму входной диагонали упомянутого выпрямителя, а точка с(единения конденсаторов подклю чена к другой клемме входной диагонали выпрямителя, и к точке соединения двух вентилей в плечах выпрямителя. Принципиальная электрическая схема устройства согласно изобретению показана на чертеже. Устройство содержит однофазный источник 1 переменного тока, подключенны через элемент 2 токоограничивающего сопротивления к клеммам 3, 4 входной диагонали двухпопупериодного мостового выпрямителя, выполненного на вентилях 5-10, причем дв а смежных плеча, прилегающие к его выходной диагонали и соединенные непосредственно с элементом токоограничиваюшего сопротивления, выполнены каждое из двух соединенных последовательно-согласно вентилей, соответственно 5, 6 и 7, 8, ключевой регу- пятор 11 зарядного тока, включенный между вьюодом средней точки аккумуляторной батареи 12 и отводом от части витков токоограничивающего сопротивления 2, два последовательно соединенных конденсатора 13, 14, точка соединения которых подключена к клемме 3 входной диагонали выпрямителя,-при:этом точки, соединения двух вентилей соответственно 5, 6 и 7, 8 в плечах выпрямителя связаны с обкладками соответствующих конденсаторов 13 и 14, и блок 15 контрю- ля напряжения и управления венпшймй, осуществляющий контроль напряжения аккумуляторной батареи 12, фазы напряжения источника 1 и управления симистором ключевого регулятора зарядного тока 11. Устройство позволяет заряжать аккумуляторную батарею при отключенном регуляторе зарядного тока до двойного, а при включении - до учетверенного амплитудного значения напряжения источника переменного тока. При отключенном регуляторе зарядного тока устройство работает следующим образом. Пусть в один, например положительный, полупериод изменения напряжения источника потенциал клеммы 3 выше потенциала клеммы 4 входной диагонали выпрямителя. В этом случае ток источника состоит ИЗ двух составляющих; составляющая тока, осуществляющая заряд конденсатора 14 до напряжения , равного напряжению аккумуляторной батареи по цепи: клемма 3, конденсатор 14, вентиль 7, клемма 4 и составляющая тока, осуществляющая заряд аккумуляторной батареи 12 по цепи: .клемма 3, конденсатор 13 (заряженный, как показано на фиг. 1 до напряжения, равного напряжению аккумуляторной батареи в предыдущем полупериоде), вентиль 5, батарея 12, вентили 8 н 7, клемма 4, токоограничиваюшее сопротивление 2. В некоторый момент времени конденсатор 14 зарядится до напряжения Vc АБ а конденсатор -13 разрядится, вентиль 9

откроется и ток источника будет иметь только одну составляющую, осуществляющую заряд aккy fyлятopнoй батареи только через индуктивное токоограниниваюшее сопротивление по цепи; клемма 3, вентиль 9, батарея 12, вентили 8 и 7, клемма 4, сопротивление 2. В следующий (отри цательный) иолупериод изменения напряжения источника 1 потенциал клеммы 4 будет выше потенциала клеммы 3. В этом случае также одна составляющая тока источника будет заряжать конденсатор 13 до напряжения, равного напряжению аккумуляторной батареи по uenii: сопротивление 2, клемма 4, вентиль 6, конденсатор 13, клемма 3, а другая составляющая тока источника - разряжать через батарею до нуля конденсатор 14, который был заряжен в предыдущем по- лупериоде до напряжения, равного напряжению аккумуляторной батареи 12, ГТо окончании заряда конденсатора 13 до напряжения V - Vдgи разряда конденсатора 14 вентиль 10 открывается и вес ток источника идет на заряд батареи 12 через сопротивление 2 по цепи: сопротивление 2, клемма 4, вентили 6 и 5, бата рея 12, вентиль 10,. клемма 3. Далее процессы в системе периодически повторяются.

Таким образом, каждый из конденсаторов 13 и 14, поочередно запасая энергию от источника в одном полупериоде, полностью отдает ее аккумуляторной батарее в другом полупериоде, оуидественно увеличивая тем самим энерг ао зарядного импульса в каждый полупериод изменения напряжения источника, что позволяет сократить время заряда аккумуляторной батареи, увеличить коэффициент мощности и в целом улучшить удельные энергетические характеристики.

При работе устройства с ключевым регулятором 11 зарядного тока отличие по сравнению с описанной выше схемой будет состоять в том, что в каяшом по- лупериоде изменения напряжения источника в интервале времени, когда напряжение источника уменьшается по абсолютной величине от своего амплитудного значения до нуля, заключается регулятор зарядного тока, поочередно шунтируя в каждом полупериоде одну из секций аккумуляторной батареи и часть индуктивного сопротивления 2, исключая тем самым их из зарядного контура, что позволяет еще более увеличить длительность зарядного импульса, коэффициент мощности и в целом удельные энергетические показатели при одповременном увеличе}1ни в два раз максимальгюго значения зарядного напря-

ЖЙН1;1Я.

На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема одного из тов устройства согласно изобретению. От пичие ее по сравнению со схемой на фиг. 1, состоит в том, что вместо вентилей 9 и 10 двухполупериодного мостового выпрямителя В1слюче11ы соответственно конденсаторы J.6 и 17, в два смежных плеча выпрямителя, прилегающие к его выходной диагонали, включены конденсаторы 13 и 14 и точка их соединения подключена к клемме 4 входной диагонали выпрямителя, точка соединения дополнительных вентилей 6 и 7 подключена ко второму выводу токоограничивающего индуктивного сопротивления 2, непосредственно подключенного к источнику 1 переменного тока. Такое схемное решение позволяет увеличить коэффициент полезного действия за счет змекьшения количества используемых в устройстве вентилей и, кроме того, формировать более крутой передний фронт зарядного импульса за счет наличия в начальный период зарядного импульса в цепи заряда аккумуляторной батареи только BNiKocTHcro токо- ограничивающего сопротнапенпя.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет сократить время заряда аккумуляторной батареи, увеличить коэффициент мощности и ул чшнть в целом удельные энергетт ческие показатели устройства.

Формула изобретения

Устройство для заряда аккумуляторной батареи по авт св. № 431592, отличающееся тем, что, с цегд-г,; улучшения удельных энергетических показателей, оно дополнительно снабжено двумя соединенными последовательно конденсаторами и двумя вентилями, каждый из которых включен последовательно согласно в два смежных плеча двухполупериодного мостового выпрямителя, прилегающих к его выходной диагонали, причем точка соедкнения дополнительных вентилей вместе с одним из выводов элемента токоограничивающего сопротивления образует одну клемму входной диагонали упомят того выпрямителя, а точка соед шения упомянутых, копден-

7 693506g

саторов подключена к другой клемме вход-Источники информации,

ной диагонали выпрямителя и к точкепринятые во внимание при экспертизе

соединения двух вентилей в плечах вып-1. Авторское свидетельство СССР

рямителя.№ 431592, Н 02J7/12, 1974,