Устройство для заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1982 года по МПК H02J7/12 

1

Изобретение относится к источникам постоянного тока и может быть использовано для заряда аккумуляторных батарей, получающих питание от первичного источника тока с переменным напряжением.

Известно устройство для заряда аккумуляторных батарей,в котором в качестве выпрямителя используется схема Латура с управляемыми вентилями. В этом устройстве стабилизация среднего значения зарядного тока осуществляется за счет изменения угла отсечки управляемых вентилей вьшрямителя fl.

Недостатком этого устройства является то, что схема Латура приемлема для работы при малых нагрузочных токах (до 100 мА). При больших токах (меньших величинах нагрузочного сопротивления для эффективной оабрты cxewbi необходимы большие электролитические конденсаторы. Кроме того, регулирование зарядного тока за счет изменеНИН угла отсечки управляемых вентилей создает (в нагрузке и питающей сети) высокий уровень пульсаций, устранение которых требует дополнительных затрат на дорогостоящие фильтры.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для заряда аккумуляторной батареи, которое допускает большие зарядные токи. В этом

to устройстве используется йндуктивноемкостн токоограничитель 12 .

Однако, обладая хорошими удельными энергетическими показателями, известное устройство имеет невысокий козф154«циент мощности вследствие того,что в момент, когда абсолютная величина переменного напряжения питающей сети будет меньше напряжения на батарее, энергия, запасенная ранее в индуктив10но-емкостном токоограничителе, частично отдается обратно в питающую сеть.Кроме того, известное устройство допускает избыточный заряд аккумуляторной батареи, что приводит к перерасходу электрической энергии и бурному газовыделению батареи, которое может привести к быстрому выходу батареи из строя. Таким образом, известное устройство не обеспечивает оптимального заряда батареи, например, при буферном режиме заряда, ког да батарея должна автоматически заря жаться до верхнего установленного уровня с последующей разрядкой ее до нижнего номинального уровня ( импульсно-буферная работа батареи . Цель изобретения - оптимизация бу ферного режима работы батареи. Поставленная цель достигается тем что в устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее блок контроля напряжения батареи, индуктивно-емкостный токоограничитель, выпрямительный мост, две входные клеммы для подключения источника переменного тока, одна из которых подключена к средней точке токоограничителя, оконечные точки которого подключены к входной диагонали моста выходная диагональ которого соединена с выходными клеммами для подключения батареи, включены два элемента установки верхнего и нижнего уров ней напряжений, цепочка последовательно и согласно включенных тиристоров, оконечные точки которой подключены к выходным клеммам, а средняя точка - к другой входной клемме дополнительный источник опорного напряжения, элемент памяти и ждущий генератор импульсов, который своими парными выходами подключен к управляемым электродам тиристорной цепочки, а входом подключен к выходу элемента памяти, вход установки 1 эле мента памяти подключен к первому выходу, а вход установки О - ко второму выходу блока контроля напряжений, первый и второй входы котораго подключены к соответствующим выходам элементов установки напряжени верхнего и нижнего уровней, а третий вход связан с выходом источника опорного напряжения, одноименные входы элементов установки напряжени объединены попарно и подключены к клеммам батареи. Кроме того, блок контроля напряжений состоит из нуль-органа верхнего и нуль-органа нижнего уровней напряжения, первые входы которых являются соответс1чзен11О перным и вторым входом блока контроля напряжений, а вторые входы объединены параллельно и являются третьим входом блока контроля напряжений. На чертеже представлена электрическая схема устройства для заряда аккумуляторной батареи. Устройство содержит индуктинно-емкостный токоограничитель 1, состоящий из последовательно соединенных конденсатора и линейной индуктивности, средняя точка которого подключена к одной клемме источника переменного тока,выпрямительный мост 2, входная диагональ которого подключё.на к оконечным точкам индуктивноемкостного токоограничителя 1, тиристорную цепочку 3, составленную из двух последовательно и согласно включенных тиристоров, оконечные точки которой связаны с одноименными клемма выпрямительного моста 2 и заряжаемо батареи 4, средняя точка цепочки 3 подключена к другой клемме источника переменного тока, элемент 5 установки верхнего уровня напряжения и элемент 6 установки нижнего уровня напряжения батареи, два одноименных входа которых соединены параллельно и подключены к соответствующим клеммам батареи Д, источник 7 опорного напряжения и и блок 8 контроля напряжений, состоящий из двух нуль-органов 9 и 10 верхнего и нижнего уровней напряжения, первые входы которых соответственно подключены к выходам элементов 5 и 6 установки уровней напряжения, а вторые входы объединены цараллельно и подключены к выходу источника опорного напряжения 7, элемент | памяти, например триггер, вход установки 1 которого связан с выходом нуль-органа 9 верхнего уровня напряжения, а вход установки О связан с выходом нуль-органа 10 нижнего уровня напряжения, нулевой выход элемента 11 памяти связан с управляемым входом ждущего генератора 12 импульсов, выходы которого подключены к управляющим электродам тиристорной цепочки 3. Устройство работает следующим образом. В момент подключения к сети устройства для заряда аккумуляторной батареи и при разряженной батарее 4 на входах элементов 5 и 6 устаSловки уровней напряжения будет фикс роваться пониженное напряжение бата реи. Напряжение с выходов этих элемен тов поступает на первые входы нульорганов 9 и 10, а на вторые их входы поступает опорное напряжение от источника 7. В свяэи с тем, что при разряженной батарее уровень напряжения с выхода элемента 6 установки нижнего уровня будет ниже, чем уровень опорного напряжения от исто ника 7, на выходе нуль-органа 10 сформируется выходной сигнал, который, воздействуя на вход установки О элемента 11 памяти, переведет его в состояние, при котором на его нулевом выходе появится сигнал, воз действукнций на управляемый вход жду щего генератора 12 импульсов, в результате чего он включится в работу и с его парного выхода будут генери роваться последовательности импульсов. Эти последовательности импульсов воздействуют на управляющие вхо ды тиристоров цепочки 3 и поддерживают их в открытом состоянии. Откры тые тиристоры перейдут в режим диод ной работы и обеспечат подзаряд акку муляторной батареи. Подзаряд батареи происходит следующим образом. При подаче полуволны переменного напряжения на вход устройства в ток цепи некоторое время будет отсутствовать, так как тиристоры, несмотря на наличие открывающих импульсов на их управляющих входах, будут закрыты обратнонаправленным напряжением батареи 4. По мере нарастания величины напряжения полуволны, в момент, когда aбcoл oтнaя величина мгновенного значения напряжения сети превысит напряжение на батарее 4, в зависимости от полярности этой полуволны откроет ся один из тиристоров цепочки 3, и протекающий через него ток будет проходить через аккумуляторную батарею 4, выпрямительный мост 2 и индук тивно-емкостный токоограничитель I. При этом в индуктивности и емкости токоограничителя запасается энергия. При спаде волны и соответствующем снижении мгновенного значения напряжения сети до напряжений батареи 4 ранее проводящий тиристор цепочки 3 закрывается. 66 В этот момент между конденсатором и индуктивностью токоограничителя 1 возникает колебательный процесс, который вызывает протекание дополнительного зарядного тока через вы- прямительный мост 2 и батарею 4. При воздействии другой полуволны напряжения сети противоположной полярности процесс заряда батареи происходит аналогично, но в работу вступает уже другой тнристор. По мере восстановления батареей ее энергоёмкости и возрастания напряжения на ее клеммах будет возрастать напряжение и на входах элементов 5 и 6 установки уровней верхнего и нижнего напряжений батареи. При достижении верхнего допустимого уровня напряжения батареи на выходе элемента 5 также появится уровень напряжения, превьш1ающий уровень напряжения источника 7. В этом случае на выходе нуль-органа 9 сформируется выходной сигнал, кoтopыйi воздействуя на вход установки I элемента 1I памяти, переведет его в состояние, при котором на его выходе исчезает сигнал, воздействующий на управляемьш вход ждущего генератора 12 импульсов,в результате чего последний выключается и с его парного выхода прекращается генерация последовательностей импульсов. Отсутствие этих импульсов на управляющих электродах открытого в этот момент тиристора цепочки 3 в момент прихода отрицательной полуволны сетевого напряжения вызовет запирание тиристора, а вместе с ним - полное отключение заряда батареи. При спаде с течением времени напряжения на батарее до нижнего уровня при ее разряде иа нагрузку процесс подзаряда повторится. Таким образом, введение в устрой,ство для заряда аккумуляторной связанных между собой через нульорганы элементов установки уровней и источника опорного напряжения, а также элемента памяти и управляемого генератора, управляющего в свою очередь коммутационно-развязывающей тиристорной цепочкой, позволяет оптимизировать режим работы батареи за счет обеспечения возможности своевременного отключения и подключения заряда по параметру напряжение на батарее, а также сохранить при этом неизменность зарядного тока за счет 7 наличия индуктивно-емкостного токо.ограничителя, и повысить уровень фильтрации радиопомех. Кроме того, использование предлагаемого изобрет ния приводит к повышению коэффициен та мощности и, как следствие этого, к повышению КПД устройства, а также к экономии электроэнергии. Предлагаемое устртэйство может быть использовано и в других объектах например, в судовых аварийных средствах связи и судовых навигационных комплексах, преимущественно использующих буфернБШ режим аккумуляторных батарей. Формула изобретения 1. Устройство для заряда аккумуляторной батареи, работающей преимущественно в буферном режиме, соде жащее блок контроля напряжения бата реи, индуктивно-емкостный токоогран читель, выпрямительный мост, две входные клеммы для подключения источника переменного тока, одна из которых подключена к средней точке токоограничителя, оконечные точки которого подключены к входной диаго нали моста, выходная диагональ кото рого соединена с выходными клеммами для подключения аккумуляторной батареи, отличающееся тем что, с целью оптимизации буферного режима работы батареи, в него введены цепочка последовательно и согласно включенных тиристоров, око6нечные точки которой подключены к выходным клеммам, а средняя точка к другой входной клемме, элементы установки верхнего и нижнего уровней напряжений, источник опорного )1апряжения, элемент памяти и ждущий генератор импульсов, своими парными выходами подключенный к управляемым электродам тиристорной цепочки, а входом - к выходу элемента памяти, вход установки I которого подключен к первому выходу, вход установки О - ко второму выходу блока контроля напряжений, первый и второй входы которого подключены к соответствующим выходам элементов установки напряжения верхнего и нижнего, уровней,а третий вход связан с выходом источника опороного напряжения, одноименные входы элементов установки напряжений объединены попарно . и подключены к клеммам батареи. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок контроля напряжений содержит нуль-орган верхнего и нуль-орган нижнего уровня напряжения, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входом блока контроля напряжений, а вторые входы объединены параллельно и являются третьим входом блока контроля напряжений. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 705601, кл. Н 02 J 7/34, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР № 400938, кл.Н 02 J 7/12, 1973.