Система заряда аккумуляторной батареи Советский патент 1982 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах ускоренного заряда аккумуляторных батарей, преимущественно свинцово-кислотных. Известны системы двухступенчатого заряда аккумуляторных батарей вначале постоянным сглаженным током повышенной плотности с последующей подачей разрядных деполяризирующих импул сов тока, содержащие зарядный выпрямитель со сглаживающим дросселемна выходе и узел разряда, подключаемый параллельно выходным зажимам системы заряда fl. Применительно к режимам ускоренного заряда аккумуляторных батарей с подачей на стадии дозаряда кратковременных разрядных деполяризирующих импульсов тока разрядный узел выполН яется в виде последовательно соединенных тиристора, дросселя и контактора с цепью его перезаряда. Моди фикации таких систем заряда с разЛИЧНЫМ выполнением цепи перезаряда и других межструктурных связей описаны в статье121. Зарядный выпрямитель обеспечивает заряд аккумуляторной батареи средним током, определяемым разностью среднего выпрямленного напряжения и ЭДС аккумуляторной батареи (с учетом сопротивления зарядной цепи ) с регулированием его величины изменением угла включения тиристоров выпрямителя. При достижении аккумуляторной батареей требуемого уровня заряженности начинают подавать управляющие импульсы на разрядный тиристор, обеспечивающий формирование деполяризирующих импульсов заданной частоты с параметрами, определяемыми параметрами LC-разрядной цепи, стру4 турой цепи перезаряда, а также наличием других корректирующих звеньев. Недостатком таких систем заряда является повышенный уровень высших гармоник в зарядном токе особенно на первой ступени заряда, связан- . ный со значительным диапазоном изменения ЭДС аккумуляторной бататеи в процессе заряда, что приводит: к нагреву батареи и к понижению эффективности процесса заряда. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является си тема заряда аккумуляторной батареи, содержащая зарядный выпрямитель на тиристорах со сглаживающим дросселем на выходе, тиристорно-дроссельно конденсаторный узел разряда с цепью перезаряда конденсатора, выполненной в виде вспомогательного выпрямителя с собственным дросселем. При заряде свинцово-кислотной аккумуляторной батареи .током, повышенной плотности напряжение на ее клеммах вначале значительно возрастает (от 190 до 290-315 В применительно « батарее на 230 В) и стабилизируется только к концу заряда. Поскольку зарядный ток определяется разностью мгновенного значения выпрямленного напряжения и напряжения на клеммах аккумуляторной батареи, колебания и пульсация его в процессе эаряда были бы очень значительными (с учето колебаний напряжения питающей сети в пределах iS%). Поэтому зарядный выпрямитель выполняют управляемым на тиристорах с диапазоном фазового включения его .тиристоров, доходящим до 60 эл. град. Естественно что большие углы включения тиристоров приводят к большим пульсациям зарядного тока (крайне нежелательным на первой стадии заряда, поскольку они вызывают нагрев аккумуляторной батареи). Для снижения уровня пульсаций зарядного тока устанавливают сгл живающий дроссель, величина индуктивности которого выбирается исходя из его массо-габаритных показателей и КПД. На-второй стадии дозаряда, когда существенно снижается восприимчивость свинцово-кислотной аккумул торной батареи к зарядному току, включается разрядный узел и наминают формироваться деполяризирующие импульсы тока требуемых параметров. Однако данная система характеризуется низкой эффективностью процесса заряда из-за повышенных теплов делений, вызываемых высшими гармониками зарядного тока. 9 4 Цель изобретения - повышение фективности процесса заряда. Указанная цель достигается подключением дополнительной цепочки, состоящей из ключевого и индуктивного элементов между концом сглаживающего дросселя и обкладкой конденсатора со стороны разрядного тиристора с использованием в качестве индуктивного элемента либо отдельного дросселя, либо разрядного перезарядного дросселей. На фиг. -Г показана принципиальная схема предлагаемой системы заряда; на фиг. 2 а, б и в - ее возможные модификации. Система заряда содержит выпрямитель 1, дроссели 2,3 , тиристор 5, конденсатор 6, ключевой элемент 7, узел перезаряда 8 и работает на аккумуляторную батарею 9. Выпрямитель 1 со сглаживающим дросселем 2 в анодной или катодной цепи подключен зажимами переменного тока к выходным зажимам системы заряда, а зажимами постоянного тока - к аккумуляторной батарее 9. К выходным зажимам системы заряда подключен узел разряда, состоящий из последовательно соединенных тиристора 5 дросселя 3 и конденсатора 6, параллельно которому подключен узел перезаряда 8. Последовательно соединенные ключевой элемент 7 и индуктивный элемент k подключены между концом сглаживающего дросселя 2 и обкладкой конденсатора 6 со стороны разрядного тиристора 5. На первой ступени заряда аккумуляторной батареи 9 постоянным током повышенной плотности ключевой элемент 7 находится во включенном положении и работает только выпрямитель 1. Величина зарядного тока определяется формулой Ae-tl Ud.COSdL+ a U-.-Sin(nu,t + Vn)- DiTlinгде Ra сопротивление зарядной цепи, угол включения тиристоров выпрямителя, напряжение холостого хода выпрямителя, амплитуда высшей гармоники порядка. m - пульсность схемы выпрямителя, )- угловая частота первой (высшей) гармоники в выпря ленном напряжении, Vf - фазовый сдвиг гармоник, S - коэффициент сглаживания фильтра выпрямителя, ЕЛК , ЭДС полностью разряженной - friin„ ,аккумуляторной батареи, - постоянная времени изменения ЭДС батареи в процессе заряда. Зарядный ток содержит постоянную составляющую, осуществляющую заряд аккумуляторной батареи, определяему разностью среднего значения выпрямленного напряжения и ЭДС аккумуляторной батареи ( -A6„, и переменную составляющую выпрямлен ного напряжения с учетом сглаживающего действия фильтра, идущую на нагрев аккумуляторной батареи (nu),), S n NI+m hitc lA Максимальный угол включения тири hopOB oL составляет эл.град. и складывается из минимального угла включения 1 5 ° определяемого возможностями САР), запаса на колебания питающей сети (в пределах ±5), запаса на колебания напряжения на клеммах аккумуляторной батареи в процессе заряда (19р315 В для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи с номинальным на пряжением в 2308), запаса на электрические потери в зарядной цепи и возможные подрегулировки. А величина высших гармоник в выпрямленном напряжении существенно возрастает с увеличением угла включения тиристоров выпрямителя и, например, для трехфазной мостовой схемы составляет 20-30 от Udo. Поскольку величина среднего значения зарядного тока определяется разностью среднего значения выпрямленного напряжения и ЭДС аккумулято ной батареи, а величина переменной составляющей зарядного тока - тольк переменной составляющей выпрямленного напряжения, относительная величина переменной составляющей в зарядном токе может достигать 50-100% даже с учетом сглаживающего эффекта дросселя 2, поэтому большая переменная составляющая в зарядном токе ведет к повышенным тепловыделениям в аккумуляторной батарее 9 снижению допустимой плотности зарядного тока, ив конечном, счете, к с-ижению эффективности процесса заряда. Поскольку определяющей в нагреве является первая (высшая) гармоника зарядного тока, определяемая пульсностью выпрямителя (т 6) для трехфазной мостовой схемы выпрямителя), то именно из условия резонанса на эту гармонику определяют добавочную индуктивность дросселя , UJ - Ci В этом случае резонансная LC-цепочка, подключенная через дополни- тельный ключевой элемент 7 параллельно выходным зажимам системы заряда, образует с дросселем 2 сложный Г-образный LC-фильтр, шунтирующий первую гармонику зарядного тока ) и имеющий коэффициент сглаживания в несколько раз выше коэффицицента сглаживания одного сглаживающего дросселя. Соответственно снижается и переменная составляющая тока в цепи аккумуляторной батареи и нагрев последней, что позволяет соответствен|но поднять допустимую плотность зарядного тока и сократить время первой ступени заряда аккумуляторной б.атареи. При достижении батареей 9 требуемого уровня заряженности ключевой элемент 7 отключается. Поскольку при работе разрядного конденсатора 6 на первой ступени заряда в качестве емкостного элемента LC-фильтра выпрямителя он зарядился до уровня напряжения аккумуляторной батареи 9, перед началом формирования деполяризирующих импульсов тока производят разряд его до нулевого напряжения или перезаряд его до противоположной полярности (см.фиг.1) с помощью узла перезаряда 8. После этого конденсатор 6, а соответственно, и весь узел разряда 5,3, 6 и S оказываются готовыми для осуществления второй ступени дозаря7да аккумуляторной батареи 9 с подачей кратковременных разрядных деполяризирующих импульсов тока. Таким образом, повышение эффективности процесса заряда свинцовокислотной аккумуляторной батареи током повышенной плотности достигается путем использования разрядного конденсатора 6 в качестве емкостного элемента сглаживающего фильтра совместно с дополнительной индуктивностью 4, подключаемых к концу сглаживающего дросселя 2 через дополнительный ключевой элемент 7 Введение дополн ительньгх ключевого и индуктивного элементов 7 и k создает контур короткого замыкания для п -и гармони :и в зарядном токе. Это позволяет в несколько раз снизить переменную составляющую зарядного тока и нагр аккумуляторной батареи либо поднят допустимую плотность зарядного ток и сократить общее время заряда аккумуляторной батареи. Возможны .различные модификации системы заряда. При установке сглаживак5щего дросселя 2 в анодной цепи вентилей выпрямителя 1 образуется загра тельный для п-й гармоники фильтрпробка режекторного типа с добавоч ной индуктивностью Цд ь Такой фильтр образует контур с нул вой проводимостью для и -и гармо ки зарядного тока (фиг.2 а). В качестве добавочной индуктивности можно использовать индукти ность либо разрядного, либо переза рядного дросселей (см. фмг. 25 ив Таким образом, установка просто го ключевого элемента, (например, контактора) рассчитанного примерно на 0,1 величины зарядного ет вопрос и с повышением эффективности процесса заряда и с эффективностью использования батареи разрядных конденсаторов, что очень важно для. мощных зарядных ус.тройств. Формула изобретения 1.Система заряда аккумуляторной батареи, содержащая зарядный .выпрямитель на тиристорах со сглаживающим дросселем на выходе и тиристорнодроссельно-конденсаторный узел разряда с цепью перезаряда конденсатора, выполненной в виде вспомогательного выпрямителя с дросселем, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса.заряда, между концом сглаживающего . дросселя и обкладкой конденсатора со стороны разрядного тиристора подключена дополнительная цепочка, состоящая из последовательно соединенных ключевого и индуктивного элементов. 2.Систему по п,1, отличающая с я тем, что, в качестве индуктивного элемента использованы дроссели разрядной или перезарядной цепи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зорохович А.Е. и др. Устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей. М., Энергия, 1975, с. 203. 2.Филатов В.Н. Устройства заряда, аккумуляторных батарей асимметричным током. - НТС Электротехническая промышленность, серия Преобразовательнач техника. М. Информэлектро, 1978, вып. .8 (103), с. 12-15. 3.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 J 7/10, 1973 (прототип). .