Устройство для ускоренной зарядкиАККуМуляТОРНОй бАТАРЕи Советский патент 1981 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к ускоренной зарядке аккумуляторных батарей может быть использовано, например, для заряда и формовки свинцовых акк муляторов. Известно устройство для ускоренн го заряда аккумуляторных батарей асимметричным импульсным током, в котором в конце каждого периода пря мой проводимости зарядного импульса производится кратковременный разряд батареи аккумуляторов. Устройство содержит инвертор, выпрямитель и разрядную цепь 1}. Известно также устройство для заряда аккумуляторных батарей асимметричным импульсным током, содержа щее источник постоянного тока, последовательный импульсно-емкостной резонансный контур, тиристоры и блок управления ими. Применение аси метричных зарядных токов позволяет сократить время заряда аккумулятора 2. Недостатком таких устройств явля ется низкая эффективность из-за того, что заряд и разряд происходит одной и той же частотой, и на разря ные импульсы тратится значительная часть запасенной аккумулятором .энергии . Известно также устройство для зарядки постоянным током, обеспечивающее подачу глубоких разрядных импульсов, кратковременно меняющих полярность электродов на противоположную (переполюсовка 5-10%), что способствует более полному снятию диффузионных ограничений, и тем самым повышению плотности зарядного тока без чрезмерного газовьвделения и перегрева электролита З. Устройство включает в себя источг ник постоянного зарядного тока и источник разрядных импульсов, содержащий тиристор и токоограничивающее устройство, выполненное, например, в виде регулируемого резистора или дросселя насыщения. . Однако такое устройство не обеспечивает поддержание оптимальной амплитуды разрядных импульсов в процессе заряда ак умулятора. Величина амплитуды обратных импульсов должна регулироваться в зависимости от степени заряженности аккуму.гГятора. Так, например, при заряде аккумуляторной батареи 6СТ132 емкостью 132 А«ч требуется ам1.питуда разрядного импульса 2,4 кА в начале и 3 к в конце заряда для поддержания переполюсовки 5-10%. Для получения-импульсов так8й амплитуды необходим трансформатор мощностью 100 кВА массой 600 кг и мощное токоограничивающее устройство. Применение разрядных импульсов длительностью свыше 1-2 мс ,для мощных автомобильных аккумуляторов сокращает срок их службы из-за разрушения активной массы положитель ных пластин. В основе механизма раз .рушения лежат электродинамические усилия, создаваемые импульсами тока Экспериментально установлено, что пр длительности импульсов менее 1-2 мс срок службы аккумулятора не сокращ ется. Получение коротких (менее 1 м импульсов достаточной амплитуды с использованием указанного устройств практически невозможно: с сокращением длительности импульса -(менее 5 мс) резко падает его амплитуда, так как импульс представляет собой нисходящую часть полусинусоиды. Наиболее близким является устрой ство для зарядки аккумуляторов, в котором параллельно аккумуляторной батарее, заряжаемой постоянным током повышенной плотности от источни ка, подключены последовательно соединенные конденсатор и тиристор. Они образуют цепь разрядных импульсов. Тиристор снабжен схемой управления . Устройство содержит также регулятор частоты разрядных импульсов, в виде переменного резистора, встроенного в датчик давления,благо даря которому частота отпирающих им пульсов (и, следовательно, частота разрядных импульсов аккумулятора) возрастает по мере зарядки аккумулятора с ростом давления газов. Это позволяет поддерживать высокую плот ность зарядного тока и в конце процесса 4 . Основным недостатком этого устро ства является регулирование только частоты следования разрядных импульсов в функции давления газов в аккумуляторе. Амплитуда же этих им.пульсов остается практически неизменной и недостаточной по величине для переполюсовки аккумулятора, т.к. в качестве Источника разрядных импульсов используется сам аккумулятор. Недостатком схемы является также малая надежность датчика давления. Кроме того, заряжаемый ак кумулятор устанавливается в герметичный контейнер, на котором устана ливается- датчик давления, что значительно усложняет эксплуатацию и повышает стоимость устройства. Цель изобретения - автоматическое регулирование амплитуды разрядных импульсов в зависимости от степени заряда аккумулятора, сокращение времени заряда за счет увеличения плотности тока, а также упрощение конструкции и эксплуатации устройства, снижение его веса, габаритов и стоимости. Устройство для ускорения зарядки аккумуляторной батареи, включающее источник постоянного тока, последовательно включенные конденсатор и тиристор в цепи разрядного тока со схемой управления тиристором и регулятором частоты его отпирания, дополнительно содержит узел сравнения, входы которого подключены к конденсатору, схема управления тиристором выполнена в виде нуль-органа, один из входов которого подключен к аккумуляторной батарее, другой к выходу узла сравнения, а конденсатор соединен с преобразователем напряжения, в цепь которого включен регулятор частоты отпирания тиристора. Регулятор частоты отпирания может быть выполнен в виде выходного элемента резисторного оптрона, светодиод которого подключен к аккумулятору. Преобразователь напряжения может быть выполнен, например, по схеме Ройера; а узел сравнения - в виде делителя напряжения. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Аккумулятор 1 подключен к зажимам источника 2 постоянного тока, параллельно аккумулятору 1 включены последовательно соединенные конденсатор 3 и тиристор 4, образующие цепь разрядных импульсов. Для управления тиристором 4 служит нуль-орган 5, один из входов которого подключен к аккумулятору 1, другой к выходу узла 6 сравнения, входы которого подключены к обкладкам конденсатора 3. Сюда же подключена цепь заряда конденсатора 3, содержащая преобразователь 7 напряжения и регулятор частоты отпирания тиристора в виде переменного резистора 8. Устройст во работает следующим образом. Аккумулятор 1 заряжается постоянным током повышенной плотности от источника 2. Конденсатор 3 заряжается от преобразователя 7 напряжения, напряжение которого в 5-6 раз превышает номинальное напряжение аккумулятора. В момент достижения равенства напряжения на выходе узла 6 сравнения напряжению аккумулятора 1, срабатывает нуль-орган 5 и выдает импульс на отпирание тиристора 4. Конденсатор 3 разряжается при этом на аккумулятор, создавая импульс тока противоположного направления по отношению к зарядному току. Запирание тиристора происходит после полного окончания разряда конденсатора 3. По мере,заряда аккумулятора конденсатор заряжается до все более возрастающего напряжения. Частота повторения разрядных импульсов определяется величиной сопротивления переменного резистора 8 в цепи заряда конденсатора 3 и обычно составляет 1Гц, а длительность импульса находится в пределах 0,05-1 мс. Чем меньше величина этого сопротивления, тем быстрее напряжение на конденсаторе 3 достигает уровня, при котором отпирается тиристор 4. При этом автоматически обеспечивается такая амплитуда разрядного импульса, которая необходима для получения задания (5-10%) переполюсовки напряжения аккумулятора. Практически эта амплитуда составляла, согласно проведённым испытаниям для аккумуляторов типа 6СТ-132, от 2,4 кА в начале зарядки до 3 кА в конце зарядки. Благодаря малой длительности разрядного импульса существенно снижена мощность источника импульсов и расход энергии, затрачиваемой на создание разрядных импульсов. При этом практически исключается потеря заряда, полученного аккумулятором, и предупреждается возможность разрушения пластин аккумулятора. Сопротивление резистора 8 устанавливается в зависимости от типа заряжаемых аккумуляторов и в дальнейшем регулируется автоматически (или по заданной программе) в функции напряжения на аккумуляторе. Резистор 8 может быть выполнен в виде выходного элемента резисторного оптрона, светодиод которого подключен к зажимам аккумулятора. В любом варианте частота и амплитуда разрядных импульсов увеличивается к концу зарядки. Целесообразно близкое расположение конденсатора 3 и тиристора 4 к заряжаемому аккумулятору для уменьшения сопротивления (в основном индуктивного) импульсу разрядного тока. Необходимая величина индуктивности соединительных проводов 9 между аккумулятором 1 и,источником 2 постоянного тока, препятствующая прохождению части импульсного тока через источник 2, достигается практически при площади образуемой ими петли около 1м.

Технико-экономические преимуществ предлагаемого изобретения состоя в сокращении времени заряда, существенном уменьшении габаритов, массы и стоимости установки. Благодаря автоматическому регулированию амплитуды и частоты разрядных импульсов обеспечивается точное поддержание оптимального технологического режима заряда постоянным током повьшенной

плотности, что способствует сокращ( нию времени заряда и улучшению качественных показателей заряженных аккумуляторов. Устройство позволяет производить зарядку от маломощной сети и в полевых условиях. Обслуживание его не требует высокой квалификации персонала. Опытная проверка устройства показала, что свинцовые аккумуляторы номинальной емкостью от 55 до 180 А. ч получают полный за0ряд после первого зарядного цикла продолжительностью до 1,5-2 ч, т.е. наряду с сокращением времени собственно заряда исключается цикл формовки аккумулятора.

5

Формула изобретения

1 Устройство для ускоренной заряд-ки аккумуляторной батереи,содержащее

0 источник постоянного тока, разрядную цепь, выполненную в виде последовательно соединенных конденсатора и тиристора, схему управления тиристором, регуля-вор частоты его отпирания

5 и две выходные клеммы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью автоматического регулирования амплитуды разрядных импульсов в зависимости от степени заряда аккумулятора, сокра0щения времени заряда и упрощения конструкции устройства, в него дополнительно введены узел сравнения, входы которого подключены к конденса-. тору цепи разряда и преобразователь

5 напряжения, причем схема управления тиристором выполнена в виде нульоргана, один из входов которого подключен к одной из выходных клемм, а другой к выходу узла сравнения, конденсатор соединен с преобразова0телем напряжения, подключенным к источнику постоянного тока через регулятор частоты отпирания тиристора,

2. Устройство по п.1, о т л rf чающееся тем, что регулятор

5 частоты отпирания тиристора выполнен в виде выходного элемента резисторного отроаа, светодиод которого подключен к аккумуляторной батарее.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции 2055619, кл. Н 02 J T/OJO, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР № 547914, кл. Н 02 J 7/10, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР

5 № 497660, кл. Н 01 М 10/44, 1975.

4.Патент США 3683256, кл. 320-14, 1972.