Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током

 

Использование: в системах заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным током от трехфазного источника переменного тока. Сущность изобретения: система содержит мостовой выпрямитель-формирователь асимметричного тока, два плеча которого образованы диодами, а два другие - зарядно-подразрядными конденсаторами, параллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя , К клеммам выходной диагонали подключена цепочка из пары включенных последовательно-согласно диодов, точка соединения которых подключена к линейному выводу источника переменного тока непосредственно и через конденсатор - к отрицательной выходной клемме мостового выпрямителя. Напряжение на выходе системы в 2 раза больше амплитудного значения линейного напряжения источника. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Н 02 J 7/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4889908/07 (22) 07.12.90 (46) 23.05.93. Бюл, ¹ 19 (72) И.И,Демчук, А.Г.Николаев и В.M.Xëÿìîâ (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 404146, кл, Н 02 J 7/10, 1972.

Зорохович А.Е., Бельский В.П. и Эйгель

Ф.И. Устройство для заряда и разряда аккумуляторных батарей. — M.; Энергия„1975, рис.7-9а, с.203.

Авторское свидетельство СССР № 577609, кл, Н 02 J 7/10, 1976. (54) СИСТЕМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ

БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ (57) Использование: в системах заряда аккумуляторных батарей (АБ) асимметричным током от трехфазного источника переменного тока. Сущность изобретения: система соИзобретение относится к электрохимическим источникам постоянного тока — аккумуляторным батареям (АБ), а именно к .зарядным устройствам, используемым для формовки и заряда батареи асимметричным током.

Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей системы заряда АБ AT путем увеличения скорости передачи энергии источника в заряжаемую батарею — зарядной мощности, оцениваемой численно средним значением зарядной мощности, равной произведению зарядного напряжения батареи на среднее эа период значение постоянной составляющей AT., Я2,, 1817188 А1 держит мостовой выпрямитель-формирователь асимметричного тока. два плеча которого образованы диодами, а два другие— зарядно-подразрядными конденсаторами, параллельно конденсатору меньшей емкости включается блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя, К клеммам выходной диагонали подключена цепочка из пэры включенных последовательно-согласно диодов. точка соединения которых подключена к линейному выводу источника переменного тока непосредственно и через конденсатор — к отрицательной выходной клемме мостового выпрямителя. Напряжение на выходе системы в 2 раза больше амплитудного значения линейного напряжения источника. 1 ил.

Поставленная цель достигается тем, что система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая трехфазный источник переменного тока в виде- трехфаэного трансформатора, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам АБ, электрическую разрядную емкость и блок контроля напряжения батареи иуправления вентилем выпрямителя, причем электрическая разрядная емкость выполнена в виде двух конденсаторов, включенных в два накрестлежащих плеча мостового выпрямите- ля, два другие плеча образуют вентили, а клемма входной диагонали соединена с линейным выводом источника переменного тока при заряде оттрехпроводного источни1817188 ка, она дополнительно снабжена блокирующим диодом, при этом один из конденсаторов имеет емкость, по меньшей мере в 20 раз отличную от емкости другого конденсатора, и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно-согласно с диодом смежного плеча упомянутого мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из пары включенных последовательно-согласно диодов, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу упомянутого источника переменного тока непосредственно и через дополнительный конденсатор — к отрицательной клемме мостового выпрямителя, при этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора, зашунтированного блокирующим диодом, Выполнение системы с блокирующим диодом, включенным параллельно конденcampy меньшей емкости и соединенным последовательно-согласно с диодом смежного плеча мостового выпрямителя, и подключение к клеммам выходной диагонали дополнительной цепочки из пары включенных последовательно-согласно диодов, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу источника переменного тока непосредственно и через дополнительный конденсатор — к отрицательйой выходной клемме мостового выпрямителя, при этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора, зашунтированного блокирующим диодом, отличая ее от прототипа, обеспечивает улучшение-удельных энергетических показателей системы. заряда при заряде АБ от . неавтономного ТИПТ.

Отсутствие в технической и патентной литературе сведений по подобному выполнению систем заряда БАБ AT от ТИПТ пока зывает новизну взаимодействия между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и положительным эффектом. Это обеспечивает существенные отличия изобретения от известных систем аналогичного назначения, На чертеже приведена электрическая схема системы заряда, В данной системе аккумуляторная батарея 1 подключена к выходным клеммам мостового выпрямителя 2, к клеммам 3 — 5 входной диагонали которого подключены выводы обмотки трехфазного источника переменного тока 6 (фазы А, В и С), соединенные в звезду или треугольник. В два накрестлежащие плеча моста 2 включены конденсаторы 7 и 8 различной емкости, а

20 два другие его плеча образуют диоды 9 и 10.

Емкости конденсаторов 7 и 8 отличны друг от друга по меньшей мере в 20 раз. Параллельно конденсатору с меньшей емкостью 8 включен блокирующий диод 11, соединенный последовательно согласно с диодом О. . Цепочка, состоящая из пары включенных последовательно согласно диодов 12 и

13, подсоединена к клеммам выходной диагонали моста. Общая точка соединения диодов этой цепочки непосредственно подключена к свободному линейному выводу 5 ТИПТ 6 и через дополнительный конденсатора 14 — к отрицательной клемме мостового выпрямителя. Емкость конденсатора 14 равна емкости конденсатора меньшей емкости 8, Формирование асимметричного тока (AT) в данной системе заряда осуществляется путем наложения 8 (за один период) од- новременных (так называемых униполярных) зарядных импульсов тока источника на переменный ток, протекающий поочередно через каждую фазу источника 6

25 и конденсаторы эарядно-подзарядной емкости, Конденсатор 7 вместе с конденсаторами 8 и 14 образует два делителя переменного и два умножителя постоянного напряжения. Эти умножители повышают

30 в два раза зарядное напряжение АБ.

Униполярные зарядные импульсы, создающие постоянную составляющую AT (за период изменения напряжения ТИПТ), фор-. мируются по восьми следующим цепям; ис35 точник 6-3-9-1-10-4 — источник 6; вторая цепь: источник 6 — 5 — 13-1 — 10 — 4 — источник 6; третья цепь; 7 — 1 — 10-7; четвертая цепь: 8 — 9—

1-8; пятая цепь; 14-5 — 13 — 1-14; шестая цепь . 8-3 — источник 6 — 4 — 7-1 — 8; седьмая

40 цепь; 7-1 — 14-5 — источник 6 — 4 — 7; восьмая цепь; 14 — 5 — источник 6-3 — 9 — 1 — 14 (когда напряжение АБ меньше амплитудного линейного значения напряжения источника, т.е. Uao < 0т.лен.ист., а также по двумя цепям

4 7-1-8(11) — 3 — источник 6-4-7 и вторая цепь:7-1-14(12) — 5 — источник 6 — 4 — 7, — когда напряжение батареи больше линейного амплитудного значения, но меньше удвоенного линейного амплитудного значения напряжения UT.äèH. источника, Переменная составляющая AT проводится по 2 цепям: 1 — 7 — 4 — источник 6 — 3-8-1 и 1 — 7 — 4 — источник 6 — 5-14 — 1, при подразряде АБ и эапасании энергии в конденсаторах 7, 8 и 14, а также по цепям: источник

6-4 — 7-8 — 3 — источник 6 и источник 6-4 — 7—

1 — 1-14-5 — источник 6, при возврате в АБ энергии подразрядного импульса.

Так как емкости конденсаторов 8 и 14 примерно в 20 раз меньше емкости конден1817188 сатора 7, при подразряде АБ на емкостные делители напряжения 7-8 и 7 — 14 конденсаторы 8 и 14 заряжаются от АБ1 до напряжения, равного примерно 95, а конденсатор 7-5 от напряжения цепи; источник 6 — АБ1, Рассмотрим работу системы заряда за период изменения напряжения ТИПТ и при напряжении АБ, меньшем амплитудного линейного напряжения источника 6; Считаем, что в системе прямой порядок следрвания (чередования) фаз, т,е. А, В и С.

За начальный отсчет, времени примем время, когда напряжения фаз А и С положительны и равны, напряжение фазы В отрицательно и по абсолютной величине имеет наибольшее значение, далее напряжение фазы А растет, фазы С уменьшается (в соответствии с временным графиком работы трехфазной системы).

Когда напряжение фазы А источника 6 превысит напряжение АБ1, она заряжается по цепи: клемма 3 — вентиль 9 — АБ1 — вентиль 10 — зажим 4. Конденсаторы 7 и 8, включенные параллельно рассмотренной выше цепи, заряжаются соответственно через вентили 9 и 10 до напряжения батареи (имея положительный потенциал на верхней по схеме фиг,1 обкладке и отрицательный — на нижней) и запасают при этом энергию источника, Диод 11 находится в запертом состоянии, так как к его катоду приложен положительный потенциал относительно анода за счет шунтирования его конденсатором 7, Заряд батареи по рассмотренной цепи продолжается до тех пор, пока напряжение фазы ТИПТ, возрастая по абсолютной величине, а затем убывая, вновь станет равным напряжению батареи. Вентили 9 и 10 запираются и перестают проводить ток источника 6 и их сопротивление бесконечно возрастает. В это время параллельно батарее оказывается включенной цепь из трех последовательно соединенных источников: конденсатора 8, источника 6 и конденсатора

7, нап ряжения которых рав н ы друг другу, однако суммарное напряжение рассматриваемой цепи в это время равно напряжению батареи, тэк как полярность фазы А ТИПТ обратна по отношению к полярности напряжений конденсаторов.

По мере уменьшения напряжения фазы

А источника 6 суммарное напряжение рассматриваемой цепи возрастает и поэтому конденсаторы, разряжаясь, отдают батарее

1 энергию, запасаемую ими от источника 6, Так как энергия, запасенная конденсатором 8, примерно в 20 раз меньше энергии, запасенной конденсатором 7, этот конденсатор 8 отдает свою энергию быстрее, чем конденсатор 7, который продол>кает отдавать энергию в АБ через открывшийся диод

11 по цепи: 7 — 1-11-3 — источник 6 — 4-7. В момент времени, когда напряжение фазы А

5 ТИПТ становится равным напряжению фазы В, конденсатор 7 разряжается до нэпря-.; !

l жения, равного напряжению батареи 1.

В дальнейшем напряжение фазы А становится меньше напряжения фэзы В источ10 ника, т.е, нэ клемме 4 потенциал выше, чем на клемме 3 фазы А источника 6. В этом случае полярность включения конденсатора

7 и полярность линейного напряжения ОдБ источника 6 становится согласной и конден15 сатор 7 продолжает разряжаться на АБ1 rio той же цепи: 7 — 1 — 11 — 3 — источник 6 — 4 — 7, до тех пор, пока мгновенное значение линейного напряжения Одв источника 6 не станет равным напряжению АБ, Конденсатор 7 в

20 это время разряжен полностью. После этого полярность напряжения конденсатора 7 изменяется, так как он, ограничивая ток заряда батареи 1, в это время начинает перезаряжаться. Заряд АБ1 продолжается

25 до тех пор, пока линейное напряжение источника б не достигнет максимального значения и положительный потенциал будет нэ клемме 4. В это время зарядный импульс тока

АБ прекращается. Напряжение нэ конденса30. торе 7 в это время равно разности амплитуд ного значения линейного напряжения Одв источника и батареи и положительныл потенциал на нижней по схеме обкладке.

В дальнейшем, с уменьшением мгно35 венного значения линейного напряжения

Ода источника 6 (понижается потенциал на клемме 4), начинается подразряд батареи через источник 6 на конденсаторы 7 и 8, первый из которых, вновь разрядившись, 40 снова перезаряжается, Подразрядный импульс продолжается до тех пор, пока потенциалы на зажимах 4 и 5 источника 6 не будут равны, т,е, линейное напряженйе Овс будет равно нулю, В это время напряжение кон45 денсатора 8 примерно равно напряжению батареи, а напряжение на конденсаторе 7 и римерно равно нулю (по крайней мере в 20 раз меньше напряжения нэ конденсаторе

8), Диод 11 в это время-вновь заперт.

50 Подразрядный имНульс АБ будет продолжаться и после того, кэк потенциал на зажиме 5 источника 6 станет выше потенциала на клемме 4 (произошла смена полярности линейного напряжения Одц) до тех пор, 55 пока линейное напряжение Овс вновь станет равным напряжению АБ. В это время подрэзрядный импульс прекращается, вентили 10 и 13 открыты, источник 6 осуществ-: ляет заряд АБ и заряд конденсаторов 7 и 14 от линейного напряжения UBc, имея поло1817188

15 счет уменьшения массы ТИПТ более чем на

30

40

50 жительный потенциал на клемме 5, Далее работа устройства заряда АБ производится аналогично рассмотренному выше, только вместо конденсатора 8 в данном случае ра- . ботает конденсатор 14. 5

Если напряжение АБ больше амплитудного линейного значения напряжения источника 6, но меньше ее удвоенного зйачения 0 .Лин, < ОдБ < 20т,ддн). зарядная цепь батареи от линейного напряжения Uec источника 6 (при положительном потенциале на клемме 3) непосредственно (источник

6 — 3 — 9 — 1 — 10-4 — источник 6) энергию в АБ не передает, а батарея заряжается от источника только через вольтодобавочный конден.сатор 7, который, проводя переменную

- составляющую AT, заряжается от источника.

6 в полупериоды, когда на клемме 3 положительный потенциал, и разряжается на АБ через источник 6 в моменты времени, когда на клемме 3 отрицательный потенциал. Так, как максимальное зарядное напряжение на конденсаторе 7 почти равно амплитудному линейному значению напряжения источника 6, АБ может быть заряжена до напряже- 2 ния, практически вдвое. превышающего амплитудное значение линейного напряжения исто чника 6.

Таким образом, в данной системе заряда АБ за каждый период изменения напряжения (тока) ТИПТ число зарядных и подраэрядных импульсов равно, соответственно 8 и 2 при 0дь < От.лин и при UAБ < 20т.лин число зарядных:и подразрядных импульсов равно 2. Вследствие этого среднее значение постоянной составляющей АТ и зарядной . мощности (по сравнению с прототипом) соответстбенно увеличиваются. Кроме того, так как ТИПТ формирует зарядные импульсы тока со сдвигом 120 эл; градусов, уменьшается.неравномерность отбора мощности источника, который работает в динамически .уравновешенном режиме, Зто приводит к . дополнительному улучшению удельных . энергетических показателей системы заряда

В данной системе заряда бестрансфор, маторным путем практически вдвое увеличивается зарядное напряжение, в результате чего повышается значение постоянной составляющей АТ и соответственно скорость передачи энергии источника в эаряжаемую АБ, что исключает необходимость применения повышающего трансформатора, неизбежно увеличивающего массу системы и тем ухудшающего удельные энергопокаэатели.

В связи с тем, что самым тяжелым элементом (звеном) системы заряда является источник переменного тока (на долю которого приходится примерно 85-90% массы системы), введение одного конденсатора и трех диодов, практически не увеличивая массы формирователя AT, приводя к полному использованию мощности и массы ТИПТ (трансформатора), позволяет улучшить практически в 1,5 раза использование его массы. Поэтому система заряда в целом за

30% характеризуется улучшенными удельными энергетическими показателями.

Формула изобретения

Система заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащая трехфазный источник переменного тока, мостовой выпрямитель, клеммы выходной диагонали которого подключены к клеммам для подключения аккумуляторной батареи, электрическую разрядную емкость выполненную в виде двух конденсаторов и включенных в два накрест лежащих плеча мостового выпрямителя, два других плеча которого образуют диоды, а клеммы входной диагонали соединены с линейными выводами источника переменноготока,отл ич а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей при заряде от трехпроводного трехфазного источника; оно дополнительно снабжено блокирующим диодом, при этом один из конденсаторов имеет емкость, по меньшей мере в 20 раз отличную от емкости другого конденсатора, и параллельно конденсатору меньшей емкости включен блокирующий диод, соединенный последовательно согласно с диодом смешанного плеча мостового выпрямителя, а к клеммам выходной диагонали дополнительно подключена цепочка из пары включенных последовательно согласно диодов, точка соединения которых подключена к свободному линейному выводу источника переменного тока непосредственно и через дополнительный конденсатор — к отрицательной клемме мостового выпрямителя, при этом емкость дополнительного конденсатора равна емкости конденсатора, зашунтированного блокирующим диодом.

1817188 с

I 3

Г

I

Составитель И.Демчук

Техред М.Моргентал

Корректор M.Êóëü

Редактор H.Êoçëîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент™, r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1728 Тираж .: Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5