Устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (11)1001311 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 26. 11. 81 (21) 3357352/24-07 (511М. Кл. с присоединением заявки МН 02 J 7/10
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытнй (23) Приоритет
Опубликовано 280283, Бюллетень М 8
t$3) УДК 621. 355, .163(088.8) Дата опубликования описания 28.02. 83
/,-,.
A Ã.ÍHêîëàåâ, В.В.Додотченко и В.К.Быстру(в-,„ г
/ (72) Авторы изобретения
I
/
t е /
/ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ
БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ
Изобретение относится к электрохимическим источникам постоянного тока — аккумуляторным батареям (AS), а именно к импульсным зарядным устройствам, используемым для формовки и заряда АВ асимметричным током как в стационарных условиях, так и на подвижных объектах.
Известно устройство для импульсного заряда AS, состоящее из источника переменного тока (ИПТ) токоограничивающего конденсатора и двух диодов (1).
Данное устройство характеризуется высоким КПД заряда, но имеет сравнительно малые скорость передачи энергии из ИПТ в AS и коэффициент мощности.
Известно также устройство для импульсного заряда АВ, содержащее токоограничивающий конденсатор, линейный дроссель и три диода (2) .
Это устройство характеризуется относительно высоким коэффициентом мощности, íî его недостатком является сравнительно малая скорость передачи энергии из ИПТ в АБ.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее две выходные клеммы для подключения источника переменного тока, положительную и отрицательную выходные клемьы для соединения с эаряжаемой АБ, токоограничивающий конденсатор, одна обкладка которогс связана с одной входной клеммой, эарядно-разрядный конденсатор, одна обкладка которого подключена к положительной выходной клемме, и два вентиля, катод первого из которых соединен с положительной выходной клеммой, а анод — с катодом второго вентиля t,ЗJ.
Недостатками этого устройства являются сравнительно малые скорость передачи энергии из источника переменного тока в АВ, коэффициент мощности и напряжение, прикладываемое к зарядно-разрядному конденсатору.
Все это ухудшает удельные энергетические характеристики зарядного устройства.
Цель изобретения — улуваение удельных энергетических характеристик, путем увеличения скорости передачи энергии из источника переменного тока в аккумуляторную батарею, коэффициента мощности и напряжения, 1001311
С вЂ” емкость токоограничивающего конденсатора (С )) С ), поясняющие работу и преимущества предлагаемого устройства.
На фиг. 3 приведены зависимости относительного напряжения на токоограничивающем конденсаторе (конденсаторе 7) и Ц /U в конце нечетных полупериодов измейения напряжения источника от относительного числа периодов й, т.е. U В качестве первого диода 9 может быть применен управляемый диод (тиристор), фаэовое управление которым может быть осуществлено по любой известной схеме, описанной в научнотехнической литературе. При описании работы устройства по фиг. 1 будем предполагать,что в пер— вый и последующие (3,5,7 и т.д. ) нечетные полупериоды изменения напряже ния ИПТ 3 (Uy = О) s пщ t, где U амплитуда напряжения, а сь — круговая астота ИПТ, t — время) потенциал входной клеммы 1 выше потенциала клеммы 2, тогда во второй и последуюших (4,6,8 и т.д.) четные полупериоды изменения напряжения Ц. ИПТ потенциал выходной клеммы 3 будет выше потенциала клеммы 1. Предположим, что емкость зарядно-разрядного конденсатора 8 мнсго меньше емкости токоограничивающего конденсатора (С <с.C7) и, что заряд аккумуляторной батареи происходит от нулевого напряжения, что справедливо при формовке всех AE и заряде щелочных AS после хранения их в замкнутом состоянии, В нечетные полупериоды изменения напряжения ИРТ, когда потенциал клеммы 1 выше потенциала клеммы 2, происходит резоканскый (собственная круговая частота LCR-контура ы равна круг.-вой частоте И и источника (= =0)и =w ) заряд токоограничивающего конденсатора 7 через нижнюю полуобмот. ку линейного дросселя 11 по цепи источник, 3 — клемма 1 — конденсатор 7 нижняя полуобмотка дросселя 11 диод 10 — клемма 2 — источник 3 до определенного напряжения, зависящего от начального напряжения на токоограничивающем конденсаторе 7 (напряжение на нем в конце предыдущего четно-. го полупериода). При убывании тока в этом зарядном контуре за счет трансформаторной (взаимно индуктивной) связи нижней полуобмотки линейного дросселя со всей его обмоткой происходит заряд AS по цепи обмотки дросселя 11 — диод 10 — диод 9 — клемма 4 — AS 6 — клемма 6 удвоенным по сравнению с ЭДС на нижней полуобмотке дросселя 11 напряжением. При воэастании тока в нижней полуобмотприкладываемогс к зарядно-разрядному конденсатору. Поставленная цель достигается тем, что устройство для заряда аккумулятОрной батареи ассиметричным током, содержащее две входные клеммы для подключения источника переменного тока, положительную и отрицательную выходные клеммы для соединения с эаряжаемой аккумуляторной батареей, токоограничивающий конденса- 10 ,тор, одна обкладка которого связана с одной входкоч клеммой, зарядно-разрядный конденсатор, одна обкладка которого подключена к положительной выходной клемме, и два вентиля, катод 15 первого из которых соединен с поло,жительной выходной клеммой,а анод — с катодом второго вентиля, дополнительнО снабжено линейным дросселем с отводом от средней точки его обмотки, 20 связанным с другой обкладкой токоограничивающего конденсатора, причем один конец обмотки линейного дросселя подключен к стрицательной выходной клемме, а другой ее конец — к свободной обкладке эарядно-разрядного конденсатора и к аноду второго вентиля, катод которого соединен с другой входной клеммой. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током; на фиг. 2 — зависимости относительного напряжения Ц1 /Б „ на выходных клеммах предлагаемого устройства (ПУ) и устройства-прототипа (ПР) от относительного числа периодов й; на фиг. 3 — зависимости относительного напряжения на токоограничивающем конденсаторе предлагаемого устройства 40 (ПУ) и устройства-прототипа (ПР) в конце нечетных полупериодов изменения напряжения источника от относительного числа периодов и, поясняющие кривые на фиг. 2. 45 Устройство (фиг. 1) содержит две входные клеммы 1 и 2 для подключения ИПТ 3, положительную 4 и отрицательную 8 выходные клеммы для соединения с заряжаемой АБ 6, токоограничивающий и зарядно-разрядный конден саторы 7 и 8, два диода 9 и 10 и линейный дроссель 11 с отводом от средней точки его обмотки. На фиг. 2 показаны зависимости относительного напряжения Ц4 /U 55 на выходных клеммах от относительного числа периодов n=n/(С /С ), где n — число периодов изменения напояжения Источника; С =2WQU4 - эквиваленткая емкость 60 AS 6, рассчитанная по максимальной энергии Мьщ, накопленной в AS в конце заряда, и напряжению U<< на выходных ее кл еммах 4 и 5; 65 р 1001311 40 ке дросселя 11 за счет трансформаторной (вэаимоиндуктивной) связи нижней полуобмотки дросселя со всей обмоткой через зарядно-разрядный конденсатор 8 и АБ 6 проходит деполяриэующий AS импульс тока удвоенного напря- 5 жения по сравнению с напряжением на нижней полуобмотке дросселя 11 по цепи обмотка дросселя 1 — зарядноразрядный конденсатор 8 — клемма 4 AB 6 — клемма 5 — обмотка дросселя 11 30 В четные полупериоды изменения напряжения источника 3, когда потенциал клеммы 2 выше потенциала клеммы 1, токоограничивающий конденсатор 7 соединяется последовательно — l5 согласно с ИПТ 3 и происходит его резонансные разряд и перезаряд (через AS) по цепи источник 3 — клемма 2 диод 9 — клемма 4 — AS б — клемма 5 верхняя полуобмотка дросселя 11 конденсатор 7 — клемма 1 — источник 3 до напряжения другого знака, величина которого определяется начальным напряжением на токоограничивающем конденсаторе 7. Резонансные разряд и перезаряд токоограничивающего конденсатора 7 происходит потому,что индуктивность верхней полуобмотки дросселя 11 равна индуктивности нижней его полуобмотки, а эквивалентная емкость АБ б С = 2Иб /V4, много больше емкости С7 токоограничивающего конденсатора 7 (Сб71 С ), из-эа чего собственная ре-онансная круговая частота<во описанного LRC-контура с точностью до сомножителя (1+С /Сб) равна круговой частоте Юк изменения напряжения ИПТ 3 (а> = Щ = <ю ) . В результате резонансных заряда, разряда и перезаряда токоограничивающего конденсатора 7 происходит резонансная раскачка напряжения на его обкладках и эа относительное число периодов n = n/(Сб/С„) 0 0,06, где и число периодов, относительное напряжение на нем U<Ä/ц„возрастает от ну- 45 ля до максимума Ц . /U = 8, 9, где U „- амплитуда напряжения ИПТ 3 (кривая ПУ на фиг. 3). При дальнейшем росте и от 0,07 до 0,18 относи-. тельное напряжение U gU> убывает 50 от 8, 9 до 1. Так как скорость передачи энергии из ИПТ 3 в AB 6 пропорциональна квадрату напряжения на токоограничивающем конденсаторе 7, всего эа относительное число периодов n = 0,18, как видно из кривой ПУ на фиг. 3, происходит заряд AS б до относительного напряжения Ц /Ц„ = 1,81, составляющего немногим более 90Ъ от максимально воз-— можной величины относительного напряжения 2. Для сравнения, при том же самом соотношении емкостей С /С7, в прототипе заряд АБ 6 дс относительного напряжения V /U = 1,81 происходит эа относительное число перно- 65 дов n = n/(С /С ) = 2,06 (кривая ПР на фиг. 2), что объясняется тем,что относительное напряжение на токоограничивающем конденсаторе 7 прототипа в конце нечетных полупериодов будет неизменно и равно единице (кривая ПР на фиг. 3). Одновременно в четные полупериоды изменения напряжения ИПТ 3 при возрастании тока верхней полуобмотки линейного дросселя 11 за счет ее взаимоиндуктивной связи со всей обмоткой через AS 6 по цепи обмотка дросселя 11 — зарядно-разрядный конденсатор 8 — клемма 4 — АБ 6 — клемма 5 — обмотка дросселя 11; проходит деполяризующий ее импульс тока удвоенного напряжения по сравнению с напряжением на верхней полуобмотке. Кроме того, в четные полупериоды изменения напряжения ИПТ 3 при убывании тока в верхней полуобмотке линейного дросселя 11 за счет взаимоиндуктивной связи ее со всей обмоткой дросселя 11 происходит заряд AB б удвоенным напряжением по сравнению с напряжением на верхней полуобмотке дросселя 11 по цепи обмотка дросселя 11 — диод 10 — диод 9 клемма 4 - АБ 6 — клемма 5 — обмотка дросселя 11. Если предположить, что заряд AS б до максимального относительногО напря>кения UppjUy происходит до U4 „, U„, = 1, 1, то как видно иэ сравйения кривых ПУ и ПР. на фиг. 2, .средняя скорость передачи энергии из ИПТ 3 в AS 6, обратно пропорциональ:на числу периодов заряда и (времени заряда) в предлагаемом устройстве nnp /n = 2, 06/О, 18-=11, 4 раза больше, чем в прототипе. И этс при тех же эквивалентной емкости AB C> и емкости токоограничивающего конденсатора С . Следует отметить, что для значительного упрощения исследования кривые (фиг. 2 и 3) построены без учета взаимоиндуктивных связей. 5то возможно, -.àê как взаимоиндук-. тивные связи несколько увеличивают скорость передачи энергии из ИПТ 3 в АБ 6. С увеличением относительного числа периодов n 0,18 относительное напряжение на токоограничивающем.конденсаторе 7 предлагаемого устройства в конце нечетных полупериодов изменения напряжения источника стано. вится таким же, как и у прототипа /U = 1 и скорость передачи энер > yves гии из ИПТ в AB уменьшается до ее значения в прототипе при том же относительном напряжении на AB Ц4 /(! ) 1, 81, Так как в предлагаемом устройстве энергия от источника 3 (при нулевом напряжении на AB) отбирается в продолжении всего периода изменения напряжения источника при резонансном 1001311 заряде, разряде и перезаряде токоограничивающего конденсатора 7 (скважность q = 1), а в прототипе - в течении половины периода (скважность q =-2), то максимальный коэффициент мощности Х „ обратно пропорциональный корню квадратному из скважности в предлагаемом устройстве (Х. 1/+q = 1) в 1,41 раза больше, чем в прототипе (Х .„= 1/ q = О, 707) . Ввиду того, что деполяризующие АБ импульсы тока через зарядно-разрядный конденсатор 8 в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа следует не один, а два раза в период изменения напряжения источника 3 при среднем максимальном напряжении,примерно в 6 раз большем, чем в прототипе даже при увеличении средней скорости передачи электрической энер- 20 гии из источника переменного тока в AB в 11,4 раза, емкость зарядно-разрядного конденсатора 8 может быть уменьшена по сравнению с прототипом в 2 ° 6 /11,4 = 6,4 раза, что приводит к уменьшению его массы и объема, Таким образом, в предлагаемом устройстве увеличение средней скорости передачи электрической энергии из ИПТ 3 в АБ б в 11,4 раза, а коэффициента мощности в 1,41 раза и умень. .шение емкости зарядно-разрядного конденсатора 8 в 6,4 раза по сравнению с прототипом приводят к существенному (в 1,96 раза) уменьшению удельных массы и объема предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и, как следствие, к значительному улучшению удельных энергетических пока- 48 зателей. формула изобретения Устройство для заряда-аккумуляторной батареи асимметричным током,содержащее две входные клеммы для подключения источника переменного тока, положительную и отрицательную выходные ,клеммы для соединения с заряжаемой аккумуляторной батареей, токоограничивающий конденсатор, одна обкладка которого связана с одной входной клеммой, зарядно-разрядный конденсатор, одна обкладка которого подключена к положительной выходной клемме, и два вентиля, катод первого из которых соединен с положительной выходной клеммой, а анод — с катодом второго вентиля, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения удель- ных энергетических показателей путем увеличения скорости передачи электрической энергии из источника переменного тока в аккумуляторную батарею и коэффициента мощности, оно дополнительно снабжено линейным дросселем с отводом от средней точки его обмотки, связанный с другой обкладкой токоограничивающего конденсатора, причем один конец обмотки линейного дросселя подключен к отрицательной выходной клемме, а другой ее конец к свободной обкладке зарядно-разряцного конденсатора и к аноду второго вентиля, катод которого соединен с другой входной клеммой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 543089, кл. Н 02 J 7/02, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2944518/24-07, кл. Н 02 J 7/10, от 20.06.80.. 3. Авторское свидетельство СССР Р 653681, кл.. Н 02 J 7/10, 1976. 1001311 Цб/Ьч 7,П 1,8 f,Á I,u Г2 f,2 Ц7иг. 2 4 6/Йю Ю Р4 008 О/ Ц)и е. 3 Составитель В. Оглоблев Техред М.Тепер Корректор М. Коста Редактор Ю. Середа Заказ 1431/66 Тираж 615 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
