Система заряда и разряда группыпОСлЕдОВАТЕльНО ВКлючЕННыХ АККу-МуляТОРНыХ бАТАРЕй Советский патент 1981 года по МПК H02J7/00 H01M10/44 H02H7/18 

(54) СИСТЕМА ЗАРЯДА И РАЗРЯДА ГРУППЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ АКЮ МУЛЯТОРНЕБС БАТАРЕЙ

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для группового последовательного заряда и разряда аккумуляторных батарей с защитой от перезаряда и переразряда в процессе испытаний и при подготовке к работе.

При испытаниях и подготовке к работе большого числа однотипных батарей целесообразно использовать групповые зарядные и разрядные устройства. Это объясняется тем, что при групповом последовательном заряде и разряде требуетс:я меньшее число зарядно-разрядных устройств и измерительных приборов (амперметров), снижаются трудозатраты на проведение циклов заряд-разряд, обеспечивается идентичность режима Заряд и Разряд. Последнее обстоятельство особенно важно при сравнительных испытаниях батарей и при подготовке комплектов идентичных батарей. Однако создание устройств, осо-бенно автоматических, для группового последовательного заряда и разряда встречает ряд серьезных технических трудностей.

Основная сложность создания этих устройств заключается в том, что,

например, при групповом последовательном разряде каждую из батарей во избежание перезаряда необходимо выключить из разрядной цепи при достижении на батарее определенного минимального допустимого напряжения и, таким образом, общее напряжение труппы последовательно включенных батарей изменяется от величины, равной

0 nUp.n,a, Де IJp.max максимальное начальное разрядное напряжение одной разряжаемой батареи; п - число разряжаемых батарей до величины Up.fnin (минимальное допустимое разрядное

5 напряжение батареи).

Это обстоятельство вызывает необходимость создания специального разрядного устройства, обеспечивающего регулирование и стабилизацию раэряд0 ного тока при широком изменении напряжения на группе последовательно включенных батарей от пУртахДО высоких требованиях к качеству переходного процесса (длитель5ность и глубина перерегулирования и выбросов), возникаюгдего в результате поочередного выключения батарей из цепи разряда при достижении на них минимального допустимого

0 напряжения.

Высокие требования к качеству пееходных процессов обусловлены тем, то перерыв разрядного тока, вызванный выключением разрядившейся батаеи из цепи разряда, и последующее понижение общего напряжения группы азряжаемых батарей на величину Up.win могут вызвать колебательный процесс в регуляторе зарядного устройства, что, в свою очередь, может привести к ложному срабатыванию дат-чиков токовой защиты и датчиков минимального напряжения других батарей. Существенные технические трудности представляет также процесс поочередного выключения аккумуляторных батарей из цепи разряда при высоком общем напряжении до сотен вольт) на группе разряжаемых батарей., так как при выключении и включении контактов реле или рубильников в цепи постоянного тока возникает дуга и.искра, что ведет к обгоранию или приварке контактов, т.е. к выходу их из строя. Следует отметить, что выпускаемые серийно реле и контакты имеют контакты, коммутационные возможности которых по постоянному току ограничены напряжением 20-40 В, а допустимое для некоторых типов реле увеличение напряжения на контактах ведет к непропорциональному снижению величины коммутируемого тока.

Вышеперечисленные трудности создания групповых разрядных устройств в той же степени относятся и к групповым зарядным устройствам с индивидуальным выключением батарей из зарядной цепи по напряжению, темПературе, времени и другим признакам полного заряда батареи.

Известно большое количество устройств для заряда и разряда батарей, в которых вышеперечисленные трудности решаются различными способами fll , И и 3.

Однако технические решения данной проблемы в известных устройствах являются или сложными и ненадежными, или частичнсэ решают проблему.

Примером простого и эффективного решения данной проблемы является устройство, состоящее из нескольких батарей, соединенных последовательно. Параллельно батареям подключены стабилитроны, напряжение стабилиза- ции которых равно напряжению на зажимах батареи, и диоды, напряжение подъема характеристики которых ниже напряжения стабилизации стабилитронов . Диоды и стабилитроны включены так, что их катоды подсоединены к положительным заЯсимам батарей, а аноды - к отрицательным зажимам. Данное устройство обеспечивает защиту батареи от перезаряда по максимальному допустимому напряжению с плавным переходом (без разрыва) зарядного тока в обходную цепочку через стабилитрон, т.е. батарея исключается из цепи заряда, например при заряде по времени, стабилитрон, включенный параллельно батарее, обеспечивает непрерываемость зарядного тока и эквивалентное замещение батареи в цепи заряда. В отношении разряда такое устройство обеспечивает 1только функции безобрывности разрядного тока в случае выключения батареи из цепи разряда, так как разрядный ток течет через шунтирующий диод. Однако скачок напряжения, равный величине напряжения выключаемой батареи в цепи разряда, неизбежно f возникает З .

Недостатки указанного устройства состоят в том, что оно не обеспечивает функцию замещения выключенной батареи эквивалентом при разряде и не обеспечивает защиту батареи, так 0 как при разряде величина.напряжения на батарее может снизиться,в лучшем случае до величины 0,1-0,4 В, определяемой прямым падением напряжения на диоде, шунтирующем батарею. 5 Таким образом, данное устройство осуществляет защиту батареи только от глубокой переполюсовки.

Цель изобретения - создание простого и надежного устройства для групQ пового последовательного заряда и разряда батарей, обеспечивающего защиту батарей от перезаряда и пере-, разряда, безобрывность зарядного и разрядного тока при выводе батарей J из заряда и разряда, замещение батарей, выведенных из заряда и разряда, эквивалентом.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство имеет зарядно-разрядный преобразователь, 0 подключаемый к соединенным последовательно аккумуляторным батареям, первый стабилитрон для каадой аккумуляторной батареи, подключаемый последовательно аккумуляторной батарее анодом к ее минусу, и второй

стабилитрон,, подключаемый параллельно аккумуляторной батарее катодом к ее плюсу и анодом к катоду первого стабилитрона.

50 На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 графическая иллюстрация его работы.

Устройство состоит из зарядноразрядного преобразователя 1, ti-ro cf количества аккумуляторных батарей 2, включенных в последовательной цепи, причем последовательно каждой из батарей 2 подключен стабилитрон 3 таким образом, что-его анод подключен к минусу батареи, а другой стабилитрон 4 включен параллельно батарее таким образом, что его катод подключен к плюсу батареи, а анод к катоду первого стабилитрона.

Устройство работает следующим образом. Рассмотрим режим разряда. При разряде суммарное падение напряжени на батарее 2 и -стабилитроне 3 равно ..гo6p напряжение батарей, .otp напряжение стабилизации стабилитрона 3 в обратном включении при заданном разрядном токе. Напряжение стабилизации стаби литрона 3 при обратном включении Uj,--Q,p выбирается, исходя из условия .Ъ Обр ° 6. С1.4 Пр.Н. где Ug „ - минимальное допустимо напряжение на батарее С1 4 ПРИ начальное напряжение стабилитрона 4 при пр мом включении, при ко тором стабилитрон начинает проводить ток При соблюдении данного условия в процессе разряда, когда напряжение на батарее снижается до величины минимального допустимого напряжения Bmin разрядный ток начинает перераспределяться через стабилитрон 4 Величина изменения напряжения на ба тарее, при которой происходит проце перераспределения тока из батареи через стабилитрон 4, определяется выражением СТ.З ОЬр- Jc.ipБP/ СТ,4 пр, ди и ст. Пр.И 5 где и„ „ „, - напряжение стабилизаО, э. Оор ции стабилитрона 3 в обратном включении пр заданном токе разряща - начальное напряжение СТ.ЭОБрН стабилизации стабилит рона 3 при обратном в ключении , когда стаби литрон начинает проводить ток,U-- . - напряжение стабилиза ции стабилитрона 4 в прямом включении при заданном токе разряда . начальное напряжение т пр. Н стабилизации стабилит рона 4 при прямом включении, когда стабилитрон начинает про водить ток. Схема устройства, построенная на серийно выпускаемых стабилитронах, обеспечивает величину ди, равную О,3-0,6 В. Таким образом, -предлагаемое устройство при разряде обеспечивает защиту батарей от переразряда, бесконтактное перераспределение тока и цепи разряда батареи в обходную цепь, т.е. безразрывность разрядной цепи, и, наконец, замещение батареи по окончании разряда эквивалентом. Последние два свойства сохраняются в случае, если батарея будет выключ на из цепи разряда фактически, например, с помощью рубильника. При заряде общее падение напряже-, ния на батарее 2 и стабилитроне 3 равно из UB + и,. , где Ug напряжение батареи, и -j j „р - напряжение стабилизации стабилитрона 3 в прямом включении при заданном заряд-ном токе. Напряжение стабилизации стабилитрона 4 при обратном включении Up (J5P выбирается при этом рав с1.зобр . где U - максимально допустимое зарядное напряжение. При этом условии, когда напряжение на батарее Ug достигает величины , , зарядшай ток начинает перераспределяться через стабилитрон 4. Учитывая, однако, что критерием окончания заряда для большинства батарей служит не напряжение, которое не является стабильным и згивисит от ряда факторов, например температуры, срока службы и т.д., основной ролью стабилитрона 4 является замещение. батареи 2 при ее выключении из цепи заряда по времени, датчику давления, датчику температуры, или датчику напряжения с температурной компенсацией, а также обеспечение безотрывности тока в цепи заряда при выключении батареи из этой цепи. Следует отметить, что включение стабилитрона 3 в цепь заряда практически не влияет на/ энергетические показатели зарядного преобразователя, так как падение напряжения на стабилитроне в прямом направлении равно 0,7-0,9 В а напряжение батареи, как правило, более 10 В. Формула изобретения Система заряда и разряда группы последовательно включенных аккумуляторных батарей, состоящая из зарядно-разрядного преобразователя и стабилитронов по числу аккумуляторных батарей, включенных параллельно каждой батарее катодом к ее полюсу, отличающаяся тем, что, с целью расширения функционсшьных возможностей путем безразрывной комутации тока, защиты и замещения баарей эквивалентом как при заряде, ак и при разряде, последовательно азкдой батарее включен дополнительый стабилитрон анодом к минусу акумуляторной батареи, а катодом - к ноду параллельно включенного стаилитрона. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 555502, кл. Н 02 J 7/00, 1975. 2.Авторское cвидeтeJ ьcтвo СССР 491174, кл. Н 02 J 7/00, 1974. 3.Патент СССР 221578, л. Н 02 Н 7/18, 1968.

UoSp UoSp.H.

и

Л tf ДА