Устройство для заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1981 года по МПК H02J7/10 

атод с минусом источника зарядного ока, а его управляющий электрод подлючен к резисторному делителю напряжения, подключенного к выводам заядного устройства.

Такая функциональная взаимосвязь элементов устройства позволяет упостить его конструкцию.

В процессе заряда аккумуляторной батареи по мере роста ЭДС на клеммах аккумуляторной батареи при постоянном значении сопротивления ограничивающего резистора величина зарядного тока уменьшается, в результате чего увеличивается время полного заряда аккумуляторной батареи 2.

Недостатком устройства являются имеющиеся потери электрической мощности на ограничивающем резисторе на протяжении всего процесса заряда аккумуляторной батареи.

Цель изобретения - сокращение времени заряда аккумуляторной батареи при одновременном уменьшении потерь электрической энергии в зарядной цепи.

Эта цель достигается тем, что контрольно-управляющий блок содержит последовательно соединенные между собой конденсатор и резистор, при этом конденсатор подключен к плюсовому выходу, а резистор к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, транзистор, коллекторный вывод которого через резистор подсоединен к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, а эмиттерный вывод к плюсовому выходу двухполупериодного выпрямителя, стабилитрон, подключеннЕЛй в прямом направлении к базовому выводу упомянутого транзистора и другим выводом - к точке последовательного соединения конденсатора и резистора, при этом силовые электроды однонаправленного тиристорного ключа подключены параллельно ограничивающему резистору, а управляющий электрод однонаправленного тиристорного ключа через регулируемый резистор подсоединен, к точке последовательного соединения коллекторного вывода транзистора с резистором.

На фиг.1 представлена электрическая принципиальная схема устройства для заряда аккумуляторной батареи; на фиг.2 и 3 представлены графики изменения напряжения на отдельных элементах схемы.

Устройство содержит входные выводы 1 и 2, выключатель 3 питания, согласующий трансформатор 4 с первичной обмоткой 5 и вторичной обмоткой 6, двухполупериодный выпрямитель 7 переменного тока, ограничивающий резистор 8, выходные выводы 9 и 10, конденсатор 11, резисторы 12, 13, . J4 и 15,стабилитрон 16, транзистор

17; тиристор 18, сигнальную лампу 19.

Первичная обмотка 5 согласующего трансформатора 4 подключена через выключатель 3 питания к входным выводам 1 и 2 устройства, вторичная обмотка б согласующего трансформатора 4 подключена к входным выводам двухполупериодного выпрямителя 7, плюсовой выход двухполупериодного выпрямителя 7 через ограничивающий резистор подключен к плюсовому выходному выводу 9 устройства, ми.нусовой выход двухполупериодного выпрямителя 7 подключен к минусовому выводу 10 устройства. Конденсатор 1 и резистор 12 соединены между собой последовательно, при этом конденсатор 11 подключен к плюсовому выходу а резистор 12 к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя 7. Эмиттерный вывод транзистора 17 подсоединен к плюсовому выходу двухполупериодного выпрямителя 7, коллекторный выход транзистора 17 чере резистор 13 подсоединен к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя 7. Стабилитрон 16 в прямом направлении подсоединен к базовому выводу транзистора 17, а другим выводом к точке последовательного соединения конденсатора 11 и резистора 12. Тиристор 18 подключен в прямом направлении параллельно ограничивающему резистору 8, а его управляющий электрод подключен через регулируемый резистор 14 к точке последовательного соединения коллекторного вывода транзистора 17 и резистора 13. Параллельно выходным выводам 9 и 10 устройства дЬдключены резистор 15 и сигнальная лампа 19. К выходным выводам 9 и 10 устройства подключена аккумуляторная батарея 2

Конденсатор 11, резистор 12, стабилитрон 16, транзистор 17 и резистор 13 составляют пороговую схему контроля напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя 7.,

Конденсатор 11 и резистор 12 образуют RC-фильтр.

Резистор 14 предназначен для установки паспортного значения величины тока в цепи управляющего электрО да тиристора 18.

Резистор 15 является нагрузкой для тиристора 18 (J УДерж) обеспечивает работу тиристора 18 при отключении аккумуляторной батарей от выходных выводов 9 и 10 зарядного устройства. Сопротивление резистора 15 выбирается из условий протекания в цепи тиристора 18 тока, немного превышающего ток удержания тиристора.

На фиг.2 приведены: 21 - кривая изменения напряжения на резисторе 15, f() ; 22 - кривая изменения напряжения на резисторе 8. Режим

холостого хода зарядного устройства (аккумуляторная батарея 20 не подключена к выходным ВЫВОДс1М 9 и 10 зарядного устройства).

На фиг.З приведены: 23 - кривая изменения напряжения на резисторе 1 (cut); 24 - кривая изменения напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 fti/t) ; 25 кривая изменения ЭДС на клеммах аккумуляторной батареи 20. Рабочий режим (аккумуляторная батарея 20 подключена к выходным выводам 9 и 10 зарядного устройства).

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим сначала работу устройства при отключенной аккумуляторной батарее 20.

При подключении устройства выключателем 3 к питающей сети на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 появляется выпрямленное двухполупериодное напряжение, которое заряжает конденсатор 11 для напряжения V , превышающего напряжение открывания и стабилитрона 16. Разность напряжений ,. О прикладывается к эмиттер-базовому переходу транзистора 16, в результате чего транзистор 17 открывается и на резисторе 13 появляется напряжение, достаточное для открывания тиристора 18 по управляющему переходу.

Тиристор 18 открывается в моменты времени, когда амплитуда выпрямленного двухполупериодйого напряжения, поступающего с двухполупериодного выпрямителя 7, достигает значения, при котором ток через резистор 15 (ток нагрузки) превышает ток удержания тиристора 18, а гилплитуда выпрямленного двухполупериодного напряжения на резисторе 13 достигает величины, при которой в цепи управляющего электрода тиристора 18 начинает протекать ток, достаточный для открывания тиристора 18 По этой причине форма импульсов напряжения на резисторе 15 представляет собой двухполупериодную выпрямленную синусоиду, обрезанн5ю в зоне малых углов открывания тиристора (фиг.2, кривая 21).

При открывании тиристор 18 шунтирует ограничивающий резистор 8, и все напряжение, поступающее с двухполупериодного выпрямителя 7, прикладывается к резистору 15- (фиг.2, кривая 22).

Рассмотрим работу устройства при подключенной аккумуляторной батарее; к выходным выводам 9 и 10. Если аккумуляторная батарея 20 разряжена, имеет место режим короткого згилыкания в цепи нагрузки (), так как противоэдс, развиваемая аккумуляторной батареей 20/ равна нулю или имеет небольшую величину.

В этом случае напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 резко падает/ при этом ток короткого замыкания, протекающий по элементам устройства (обмоткам сог- ласующего трансформатора 4, диодам двухполупериодного выпрямителя 7), не превышает номинального значения Зц, так как он ограничивается сопротивлением резистора 8. В режиме короткого замыкания напряжение на вы0ходе конденсатора 11 резко уменьшается, стабилитрон 16 переходит в непроводящее .состояние в результате .того, что U(.,-U,j.«0 и транзистор 17

закрывается. Напряжение на конденса5 Topesll прикладывается полностью к стабилитрону 16. Тиристор 18 остается в закрытом состоянии.

По мере заряда аккумуляторной батареи 20 падение напряжения на ней

0 растет, а ток заряда уменьшается. С уменьшением зарядного тока напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 также растет/ что приводит к росту напряжения на конденсаторе 11. При определенном уровне напряжения на конденсаторе 11 (U() выполняется условие f..-r транзистор 17 открывается, что приводит к открыванию тиристора 18. Тиристор

Q 18, включаясь, шунтирует ограничиваю. щий резистор 8. При этом увеличива-. ется величина зарядного тока. По ме-. ре роста падения напряжения на аккумуляторной батарее 20 в результате

с ее заряженности (растет ее противоэдс) ток заряда уменьшается, что приводит к росту амплитуды выпрямленного двухполупериодного напряжения на выходе выпрямителя 7 и/ соответственно, росту амплитуды напряжения такой

0 же формы на нагрузке открытого транзистора 17 - резисторе 13. При этом в цепи управления тиристора 18 протекает ток/ амплитуда которого в диапазоне углов проводимости тиристора

5 18 до 90 достаточна для открывания тиристора 18. Однако тиристор 18 открывается только в моменты времени/ когда амплитуда выпрямленного двухполупериодного напряжения на выQ ходе выпрямителя 7 превышает противоэдс на клеммах аккумуляторной батареи 20, и ток, протекающий через тиристор 18, превышает его удержания. Для определения степени заряг женности аккумуляторной батареи 20 параллельно резистору 15 подключается сигнальная лампа 19. Пока тиристор 18 закрыт, к сигнальной лампе 19 постоянно приложена ЭДС, развиваемая аккумуляторной батареей 20/ и в мо0 /менты времени,когда амплитуда выпрямленного двухполупериодного напряжения на выходе выпрямителя 7 превышает ЭДС/ развиваемую аккумуляторной батареей 20, к сигнальной лампе 19

5 приложено напряжение (фиг.З, кривая 23) с выхода выпрямителя 7 (тиристор 1.8 открыт.) . в соответствии с этим яркость свечения сигнальной лампы 19 по мере заряженности аккумуляторной батареи 20 увеличивается, а площадь импульсов тока заряда уменьшается. При полной заряженности аккумуляторной батареи 20 ее электродвижущая.сила становится равной амплитуде выпрямленного двухполупериодного напряжения на выходе выпрямителя 7, при этом яркость свечения сигнальной лампы 19 становится максимальной (к ней приложена максимальная вольтсекундная площадь) и практически не изменяется при отключении устройства выключателем 3 от питающей сети.

Как видно,, устройство обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи 20 в результате шунтирования тиристором 18 ограничивающего резистора 8 после достижения на клеммах аккумуляторной батареи-определенной величины ЭДС (Egg7/llB).

Если яркость свечения сигнальной лампы 19 при включенном выключателе значительно больше, чем при выключенном выключателе 3, то аккумуляторную батарею еще необходимо заряжать. Если перепад яркости свечения сигнальной лампы 19 небольшой, то аккумуляторная батарея 20 заряжена до полной емкости. Таким образом, при величине ЭДС на клеммах аккумуляторной батареи 20, равной или больше определенного уровня (Ед,р7/11В) тиристор 18, включенный в цепи зарядного тока, оказывается постоянно включенным по цепи управляю щего электрода, и при превышении амплитуды напряжения источника зарядного тока (двухполупериодного выпрямителя 7) величины ЭДС на :клеммах аккумуляторной батареи 20 переходит в проводящее состояние в каждом импульсе напряжения источника зарядного тока, шунтируя ограничивающий резистор 8. Выключение .тиристора .18 происходит автоматически в моменты времени, когда амплитуда импульса напряжения источника зарядного тока становится равной или меньше величины ЭДС на клеммах аккумуляторной ба-тареи 20. В течение интервала проводимости тиристора 18 величина зарядного тока ограничивается в этом случае только внутренним сопротивлением аккумуляторной батареи 20, За счет этого используется полностью энергия импульсов напряжения источника заряд ного тока, что ПРИВОДИТ к сокращению времени заряда аккумуляторной батареи и уменьшению потерь электрической энергии в зарядной , цепи. После достижения на клеммах аккумуляторной батареи ЭДС, равной , ограничивающий резистор автоматически шунтируется однонаправленным тиристорным ключом 1В.

Включение однонаправленного тиристорного ключа параллельно ограничивающему резистору и введение контрольно-управляющего блока, обеспечивающего управление однонаправленным тиристорным ключом за счет контроля уровня напряжения на выходе источника зарядного тока, позволяет сократить время заряда аккумуляторной батареи и автоматически ограничивать величину зарядного тока до номинального значения Зц как непосредственно в процессе заряда, так и после , окончания заряда, в т.ч. и при повышении напряжения сети выше номиналного значения. Это исключает процесс интенсивного .газовыделения, которы имеет место после сообщения аккумулятору 90-100%-ной номинальной емкости при заряде токами, большими или равными номинальному значению I

Кроме того, такая схема зарядного устройства дает возможность контролировать степень заряженности аккумуляторной батареи при введении выключателя питания и сигнальной лампы, подключенной к выходным выводам зарядного устройства. Это обеспечивает дополнительное удобство в эксплуатации зарядного устройства. Формула изобретения Устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее входные и выходные выводы, согласующий трансформатор, двухполупериодный выпрямитель переменного тока, однонаправленный тиристорный ключ и ограничивающий резистор в цепи зарядного тока, контрольно-управляющий блок, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сокращения времени заряда при одновременном уменьшении потерь электрической энергии в зарядной цепи, контрольно-управляющий блок содержит последовательно соединенные между собой конден-, сатор и резистор, при этом конденсатор подключен к плюсовому выходу, а резистор - к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, транзистор, коллекторный вывод котороЛ через резистор подсоединен к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, а эмиттерный вывод - к его плюсовому выходу, стабилитрон, подключенный в прямом направлении к ба-; зовому выводу упомянутого транзистора и к точке последовательного соединения конденсатора и резистора, при этом силовые электроды однонаправленногб тиристорного ключа подключены параллельно ограничивающему резистору, а управляющий электрод его через регулируемый резистбр подсоединен к точке последовательного соединения коллекторного вывода транзистора с резистором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.-Патент Великобритании 14459$8, кл. Н 02 J 7/00,197Й.

2. Патент США 4031450, кл. Н 02 J 7/10, 1977.

Фиг 2