Устройство для заряда аккумуляторной батареи

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ комбинированным методом, содержащее выпрямитель с системой управления, датчик тока, регулятор тока заряда, один вход которого соединен с выходом задатчика тока, инвертор, вход которого соединен С выходом вьшрямйтеля через сглаживакщий реактор, один выход инвертора подключен к одному вьосодному выводу, узел сравнения, один вход которого соединен с одним ВЫ2СОДОМ системы управления выпрямителем , выход - с одним входом формирователя импульсов, другой вход которого подключен к выходу программного блока, выход -; к управляющим входам вентилей инвертора, регулятор напряжения , одан вход которого соединен с выходгалш выводами, другой с задатчиком напряжения, первый и втсфой электрон а 1е ключи, входы которых соединены с выход(ж датчика тока, выходы - с другими входами регулятора тока заряда и одними входами регулятора тока разряда, выход которого подключен к другому входу узла сравнения, управляющие входы электронных ключей подключены соот; 1: -Ш«л|;;П ..-: ,г ветственно к прямому и инверсному выходам узла совпадений, ,один вход которого соединен с выходом узла сравнения, другой - с выходом программного блока, сумматор, один вход которого через диод подключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом рег улятора напряжения, отличающееся тем, что, с целью сокращения длительности заряда и уменьшения массогабаритных показателей путем автоматического токоограничения в переходных и установившихся , в него введены блок управления, силовой ключ узел переключения, задатчик тока ограничения , регулятор тока ограничения и коммутатор, другой выход инвертора через силовой ключ подключен ;К другому выходному выводу, первый вьгход блока управления соединен с управляющим входом силового ключа, второй - с дополнительным входом регулятора напряжения, третий-- с дополнительным входом регулятора тока Эд ряда, четвертый - с одним управляющим входом коммутатора, один вход уз ла переключений соединен с выходом за;л датчика напряжения, другой - с э выходными выводами, выход узла переключения соединен с другим управляющим входом коммутатора, один вход регулятора тока ограничения соединен с выходом задатчика тока О1 раничения, другой - с выходом датчика тока, выход регулятора тока ограничения соединен с одним входом коммутатора, дру гой вход которого подключен к выходу сумматора, выход коммутатора соединен с управляющим входом системы управления выпрямителем.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Ьзн лнОПН

РЕСПУБЛИН ае (и},4(51) Н 02 Л 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. н автонснва севщатипьствм (21) 3513723/24-07 (22) 22. 11.82 (46) 23.01.85. Вюп. В 3 (72) Ю.Н.Лавковский, В.И.Нуждин, И}.Н.Куракин и А.М.Колоколкин (53) 621. 355. 1 63 (088. 8). (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 773829, кл. Н 02 J 7/! О, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 851634, кл. Н 02 J 7/02, 1979 ° (54) (SZ) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА

АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ комбинированным методом, содержа}цее выпрямитель с.системой управления, датчик тока, регулятор тока заряда,. один вход которого соединен с выходом задатчика тока, инвертор, вход которого соединен с выходом выпрямителя через сглаживающий реактор, один выход инвертора подключен к одному выходному выводу, узел сравнения, один вход которого соединен с одним выходом системы управления выпрямителем, выход - c одним входом формиро-. вателя импульсов, другой вход которого подключен к выходу программного блока, выход — к управляющим входам вентилей инвертора, регулятор напряжения, один вход которого соединен с выходньв и выводами, другой с задатчиком напряжения, первый и второй электронные ключи, входы которых соединены с вьмодом датчика тока, выходы -. с другими входами регулятора тока заряда и одними входами регулятора тока разряда, выход которого подключен к другому входу узла сравнения, управляющие входы электронных ключей подключены соответственно к прямому и инверсному выходам узла совпадений,,один вход которого соединен с выл одом узла сравнения, другой — с выходом программного блока, сумматор, один вход которого через диод подключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом регулятора напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения длительности заряда и уменьшения массогабаритных показателей путем автоматического токоограничения в переходных и устанрвившихся режимах, в него введены блок управления, силовой ключ узел переключения, задатчик тока ограничения, регулятор тока ограничения и коммутатор, другой выход инвертора через силовой ключ подключен

;к другому выходному выводу, первый выход блока управления соединен с управляющим входом силового ключа,вто— >ой — с дополнительным -входом регулятора напряжения, третий — с дополнительным входом регулятора тока заряда, четвертый — с одним управляющим входом коммутатора, один вход узла переключений соединен с выходом задатчика напряжения, другой — с выходными выводами, выход узла переключения соединен с другим управляющим входом коммутатора, один вход регулятора тока ограничения соединен с выходом задатчика тока оГраничения, )фв другой — с выходом датчика тока, выход регулятора тока ограничения соединен с одним входом коммутатора, дру" гой вход которого подключен к выходу сумматора, выход коммутатора соединен с управля}0щим входом системы управления выпрямителем.

1136253

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью визуального контроля метода заряда аккумулятдрной батареи, в него введен узел контроля, вход которого подключен к выходу узла переключения.

Изобретение относится к электро. технике и мажет быть использовано в устройствах, предназначенных для заряда аккумуляторных батарей.

Известно устройство, содержащее выпрямитель, систему управления выпрямителеи, один выход которой подключен к управляющим входам вентилей выпрямителя, датчик тока, регулятор тока заряда, один вход которого соединен с выходом задатчика тока,инвертор, вход которого соединен с выходом выпрямителя через сглаживающий реактор, а выход подключен к выходным выводам, узел сравнения, один вход которого соединен с другим выходом системы управления выпрямителем, а выход — с одним входом формирователя импульсов, другой вход которого подключен к выходу программного бло-.2Р ка, а выход соединен с управляющими внодани вентилей инвертора (IJ.

Недостатком известного устройства является большое время заряда аккумуляторных батарей ввиду того, что оно не обеспечивает заряд аккумуляторных батарей асимметричным током по методу постоянства напряжения, так как при изменении величины Зарядного тока величина разрядных импульсов остается Зр

1тостоянной.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее выпрямитель с системой управления, датчик тока, регуля- З5 тор тока заряда, один вход которого соединен с выходом задатчика тока инвертор, вход которого соединен с выходом выпрямителя через сглаживающий реактор, один выход инвертора 4р подключен к одному выходному выводу, узел сравнения, один вход которого соединен с одним выходом системы управления выпрямителем, выход — с одним входом формирователя импульсов, 45

3. Устройство по п. 1, о т л и чающее с я тем, что в качестве силового ключа используется коитактор подключения аккумуляторной батареи к выходу инвертора.

2 другой вход которого подключен к выходу программного блока, выход — к управляющим входам вентилей инвертора, регулятор напряжения, один вход которого соединен с выходными выводами, другой — с задатчиком напряжения, первый и второй электронные ключи, входы которых соединены с выходом датчика тока, выходы — с другими входами регулятора тока заряда и одними входами регулятора тока заряда, выход которого подключен к другому входу узла сравнения, управляющие входы электронных ключ и подключены соответственно к прямому и инверсному выходам узла совпадения, один вход которого соединен c . выходом узла сравнения, другой — с выходом программного бЛока, сумматор, один вход которого через диод под- . ключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом регулятора напряжения (2) .

Недостатком известного устройства является невозможность заряда аккумуляторных батарей комбинированным методом, заключающимся в том, что заряд ведется в два этапа: на первом этапе — по способу постоянства напряжения до уменьшения зарядного тока до заданного значения, а на второму этапе — по способу постоянства зарядного тока до полного заряда, т.е. до набора аккумуляторными батареями 100Х емкости. Комбинированный метод обеспечивает качественный заряд (до набора 100Х емкости) аккумуляторных батарей с одновременным уменьшением времени заряда эа счет большего (по сравнению с двухступенчатым зарядом по методу постоянства.тока) значения зарядного тока на первом этапе заряда. Кроме того, силовая часть устройства должна быть рассчитана на максимальное значение

1136253, Целью изобретения является реализация заряда аккумуляторных батарей комбинированным методом, сокращение длительности заряда и уменьшение . массогабаритных показателей путем автоматического токоограничения в переходных и установившихся режимах работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, 5 что в устройство для заряда аккумуляторных батарей, содержащее выпрямитель с системой управления, датчик тока, регулятор тока заряда, один

I вход которого соединен с выходом за- 40 датчика тока, инвертор, вход которого соединен с выходом выпрямителя через сглаживающий реактор, один выход подключен к одному выходному выводу, узел сравнения, один вход которого соединен с Одним выходом системы управления выпрямителем, выход — с одним входом формирователя, импульсов, другой .вход которого подключен к выходу программного блока, выход — 1О к управляющим входам вентилей инвертора, регулятор. напряжения, один вход которого соединен с выходными выводами, другой — с задатчиком напряжения, первый и второй электронные у ключи, входы которых соедйнены с выходом датчИка тока, выходы — с другими входами регулятора тока заряда

ЗО тока, возникающего в начальный период заряда, по способу постоянства напряжения аккумуляторных батарей, разряженных на 75-100 при установке выходного напряжения до значения соответствующего окончанию заряда.

Это значение тока определяется разностью напряжения на выходе устрой- " тва и ЭДС аккумуляторной батареи -- и внутренним сопротивлением аккуму- 10 ляторной батареи. Так как внутреннее сопротивление аккумулятора колеблется в пределах 10 -10 Ом, то этот ток может превышать ток второй ступени заряда по способу постоянства тока или ток второго этапа комбинированного метода в несколько десятков раз.

Недостатком известного устройства является также возникновение перегру-2О зок по току силовой частй в переходных режимах вследствие автоколебаний в системе регуляторов тока и напряжения, длительность которых определяется параметрами этих инте- 2S гральных регуляторов. и одними входами регулятора тока разряда, выход которого подключен к другому входу узла сравнения, управляющие входы электронньгс ключей подключены соответственно к прямому и инверсному выходам узла совпадений, один вход которого соединен с выходом узла сравнения, другой — с выходом программного блока, сумматор, один вход которого через диод подключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом регулятора напряжения, введены блок управления, силовой ключ, узел пере ключения, задатчик тока Ограничения регулятор тока ограничения и коммутатор, другой выход инвертора через силовой ключ подключен к другому выходному выводу, первыи выход блока управ ления соединен с управляющим входом силового ключа, второй — с дополнительным входом регулятора напряжения, третий — с дополнительным входом регулятора тока заряда, четвертый — с одним управляющим входом коммутатора, один вход узла переключения соединен с выходом эадатчика напряжения, другой — с выходными выводами, выход узла переключения соедчнен с другим управляющим входом коммутатора, один вход регулятора тока ограничения соединен с выходом задатчика тока ограничения, другой — с выходом датчика тока, выход регулятора тока Ограничения соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого подключен к выходу сумматора, выход коммутатора соединен с управляющим входом системы упрвления выпрямителем.

Кроме того, с целью визуального контроля метода заряда аккумуляторной батареи, в устройство введен узел кОнтрОля ВхОд кОтОрОгО пОд ключен к выходу узла переключения.

При этом в качестве силового ключа используется контактор подключения аккумуляторной батареи к выходу инвертора.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство для заряда аккумуляторных батарей комбинированным ме-. тодом содержит выпрямитель 1 с системой 2 управления, датчик 3 тока, регулятор 4 тока заряда, один вход

5 которого соединен с выходом задатчика б тока, инвертор 7, вход кото1136253 рого соединен с выходом выпрямителя

1 через сглаживающий реактор 8, один выход инвертора подключен к одному выходному выводу 9, узел 10 сравнения, один вход 11 которого соединен 5 с одним выходом 12 (аналог выходного напряжения) системы 2 управления выпрямителем 1, выход — с одним входом 13 формирователя 14 импульсов, другой вход 15 которого подключен к 10 вьмоду 16 программного блока 17, выход — к управляющим входам вентилей инвертора. Регулятор 18 напряжения одним входом 19 соединен с выходными выводами, другим входом 20 — с 15 задатчиком 21 напряжения. Устройство также содержич первый 22 и второй

23 электронные ключи, входы которых соединены с выходом датчика 3 тока, выходы — с другими входами 24 и.25 20 регулятора тока заряда и одними входами 26 и 27 регулятора 28 тока разряда. Вьмод регулятора тока разряда подключен к другому входу 29 узha 10 сравнения. Управляющие входы

:электронных ключей подключены соответственно к прямому 30 и инверсному ,31 вьмодам узла 32 совпадений, один вход 33 которого соединен с выходом узла сравнения, другой вход 34 — с щ выходом 35 программного блока. Один вход сумматора Зб через диод подключен к выходу регулятора тока заряда, другой вход соединен с выходом регулятора напряжения. 35

Кроме того, в устройство введены блоки 37 управления, силовой ключ 38, узел 39 переключения, задатчик 40 тока ограничения, регулятор 41 тока ограничения и коммутатор 42, другой 4О выход 43 инвертора через силовой. ключ

38 подключен к другому вьмодному выводу 44, один выход 45 блока управления соединен с управляющим входом силового ключа, второй выход 46 - с 4 дополнительным входом 47 регулятора напряжения, третий вькод 48 — с дополнительным входом 49 регулятора 4 тока заряда, четвертый выход 50 — с одним управляющим входом коммутатора, один вход 51 узла 39 переключения соединен с вйходом задатчика 21 напряжения, другой вход 52 - с вы ходными выводами, выход узла переключения соединен с другим управляющим входом коммута гора, выход регулятора тока ограничения соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого подключен к выходу сумматора, а выход коммутатора соединен с управляющим входом 53 системы 2 управления выпрямителем .

Выход 54 программного блока 17 подключен к входу 55 формирователя

14 импульсов, а вьмод 56 программного блока соединен с входом 57 системы 2 управления, выход 58 которой подключен к входу 59 программного блока

17 и входу 60 узла 10 сравнения.

Вход 61 программного блока соединен с выходом датчика 3 тока. Инвертор

7 состоит из двух управляемых 62 и

63 и.двух неуправляемых 64 и 65 вентилей и двух дросселей 66 и 67 задержки. К выходным выводам 9 и 44 подключается аккумуляторная батарея .

68. В устройство также введен узел

69 контроля, вход которого подключен к выходу узла 39 перекпючений.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питающих напряжений программный блок 17 формирует сигналы, которые поступают на вход 57 системы

2 управления и на входы 15 и 5 формирователя 14 импульсов. Формирователь 14 импульсов под воздействием сигналов с программного блока 17 и узла 10 сравнения формирует управляющий сигнал на инвертор 7,,который периодически изменяет полярность подключения аккумуляторной батареи 68 к выходу выпрямителя 1 с одновременным переводом (по сигналу с программного блока) управляемого выпрямителя в выпрямительный или инверторный режим работы (выход 56), и при замкнутом силовом ключе 38 через аккумуляторную батарею протекают попеременно зарядные и разрядные импульсы тока.

Синхронизация работы программного блока 17 и узла 10 сравнения с системой 2 управления осуществляется тактовыми импульсами, поступающими с выхода 58 системы управления на вход

59 программного блока и вход 60 узла сравнения. На вход регулятора 28 тока разряда поступают сигналы с датчика 3 тока через электронные ключи 22 и 23, управление которыми осуществляется сигналами с выхода узла 32 совпадений, на входы которого поступают сигналы с узла 10 сравнения и программного блока 27.

На выходе регулятора тока разряда формируется сигнал, под действи1136253 ем которого узел 10 сравнения выра- по напряжению при токе через аккубатывает сигнал, поступающий на вход муляторную батарею меньшем, чем ток формирователя 14 импульсов и обес- ограничения узел 39 переключения печивающий заданную пропорциональность срабатывает и подает сигнал на уппараметров зарядного и разрядного им- 5 равляющий вход коммутатора 42, под пульсов тоКа. Сигнал, поступающий действием которого коммутатор отклюна вход узла 32 совпадений с програм- чает вход 53 системы 2 управления много блока 17, формируется под воз- от выхода регулятора 4! тока ограничедействием сигнала, поступающего с ния, подключает его к выходу суммадатчика 3 тока на вход 61 програм- 1б тора 36. много блока. Работа системы 2 управления опПри заряде аккумуляторной батареи ределяется сигналом, поступающим с комбинированным методом сигнал с вы- выхода регулятора 18 напряжения, кохода 50 блока 37 управления поступает торый обеспечивает стабилизацию вына коммутатор 42, который подключает 15 ходкого напряжения. Аккумуляторная выход сумматора 36 к входу системы 2 батарея 68 заряжается по методу посуправления. Одновременно с выходов 46 тоянства напряжения. По мере заряда и 48 блока 37 управления поступают величина зарядного тока падает и сигналы управления на входы 47 и 49 при достижении заданного значения соответственно регулятора 18 напряже- 20 сигналы с выходов 46 и 48 блока 37 ния и регулятора 4 тока заряда, ко- управления запрещают работу регуляторые запрещают работу регулятору 4 тора 18 напряжения и разрешают работока заряда и разрешают работу регу- ту регулятору 4 тока заряда, в реэульлятору 18 напряжения, а сигнал с вы- тате чего заряд продолжается по метохода 45 управляет силовым ключом 38 25 ду постоянства тока до полного зарякоторый отключает аккумуляторную бата- да аккумуляторной батареи 68. рею 68 от инвертора 7.

Если сигнал обратной связи по наПосле отключения аккумуляторной пряжению не превысит сигнал задания батареи 68 от инвертора 7 сигналом по напряжению при токе через аккуму:с выхода задатчика 21 напряжения вы- ляторную батарею 59, равном току

30 ,ставляется напряжение на выходе ин- ограничения, узел 39 переключения не .вертора 7, которое соответствует ко- срабатывает и работа системы 2 управнечному напряжению первого этапа за- ления определяется сигналом постуФ ряда аккумуляторной батареи 68. Од- лающим с выхода регулятора 41 тока .новременно сигнал с задатчика 21 ограничения, который обеспечивает напряжения поступает на вход 51 узла стабкпизацию зарядного тока, равно:39 переключений. го току ограничения.По мере заряда

После задания выходного напряжения аккумуляторной батареи напряжение блок 37 управления переключается, на выходе устройства и сигнал обратна выходе 45 формируется сигнал, под 4 ной связи возрастают и при превыше айствием которого силовой Ключ 38 за- нии (по абсолютной величине) сигнамыкается и подключает аккумуляторную лом обратной связи сигнала задания батарею 68 к выходу инвертора 7. При по напряжению узе 39 ию узел переключения этом с выхода 50 поступает сигнал на срабатывает и под а ывает и подает сигнал на упуправляющий вход коммутатора 42, 4> равляющий вход равляющ вход коммутатора 42, под который подключает выход регуля- действием которого коммутатор отклютора 41 тока ограничения к входу чает вход 53 системы 2 управления от системы 2 управления, и через ак- вьвсода регулятора 41 тока ограниче кумуляторную батарею 68 начинает ния и подключает его к выходу сумпРотекать возРастающий ток,:конеч- %0 матора 36 по после чего работа системы. ное значение которого определяется - 2 управления определяе ия определяется сигналом, фиксированным сигналом с эадатчика 40 поступающим с выхода регулятора !8 тока ограничения. Нри этом на вход напряжения. Аккумуляторная батарея 68

52 узла 39 переключения поступает заряжается по методу постоянства возрастающий сигнал обратной связи 55 напряжения.,Далее процесс заряда пропо нанряжению. Если. сигнал обратной текает как описано выше. связи по напряжению превысит (по a6 При заряде аккумуляторной батареи солютному значению) сигнал задания 68 только по методу постоянства на1136253 пряжения.по окончании первого этапа заряда комбинированным методом сиг,налы с выходов 46 и 48 блока 37 уп равления, запрещающие работу. регулятора 18 напряжения и разрешающие работу регулятора 4 тока заряда, не подаютсй и заряд ведется по методу постоянства напряжения до уменьшения зарядного тока до нуля.

Во всех режимах работы устройства при срабатывании узла 39 переключений сигнал с его выхода *оступает на узел 69 контроля, который фиксирует автоматический-переход с режима стабилизации тока на режим ста- 15 билизации напряжения.:

Наличие в устройстве блока управления, выходы которого соединены с входами регуляторов напряжения и то. ка заряда, управляющего включением 20 их в работу, позволяет вести заряд аккумуляторной батареи по методу постоянства напряжения и методу постоянства тока в,требуемой последовательности, т.е. реализовать комбинированный Метод заряда или, при необходимости, вести заряд только ло методу постоянства напряжения или по методу постоянства тока. При этом запрет одновременной работы 30 регуляторов напряжения и тока заряда исключает возможность возникновения автоколебаний между ними.

Наличие в устройстве задатчика тока ограничения, регулятора тока orраничения, узла переключения и силового ключа обеспечивает автоматическое ограничение тока заряда во всех режимах работы.

Наличие в устройстве узла контроля позволяет постоянно контролировать метод заряда.

Заряд аккумуляторной батареи комбинированным методом и по методу.постоянства напряжения обеспечивает сокращение времени заряда за счет большей плотности зарядного, тока в начале заряда, а автоматизация процесса заряда позволяет дополнительно уменьшить время заряда за счет автоматической оптимизации процесса заряда. При этом один оператор может обслуживать в несколько раэ больше устройств без ущерба для качества заряда, так как отпадает необходимость постоянного контроля режима заряда.

Введение автоматического токоограничения на заданном уровне в переходных и установившихся режимах позволяет существенно снизить массогабаритные и стоимостные показатели устройства за счет уменьшения установленной мощности силового оборудования, а именно силового трансформатора, вентилей выпрямителя и инвертора, сглаживающего реактора, токоподводящих шинопроводов, коммутационной аппаратуры н предохранителей.

ВНИИХИ Заказ 10297/41 Тиуаа 620 Подлисное

Филиал ППП "Патеит" ° к.Ужгород, ул.Проектная, 4!

ililt

1136253