Устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током

 

Использование: в электротехнике, для ускоренного заряда аккумуляторных батарей на основе заряд-разрядных выпрямительно-инверторных преобразователей. Сущность: устройство содержит схему управления по заданному алгоритму и схему управления силовой частью. Блок управления в виде однокристального микропроцессора формирует сигналы в соответствии с алгоритмом заряда и синхронизацией от сети для управления симметричным управляемым выпрямителем и симметричным ключом. В качестве нагрузки к выпрямителю подключается аккумуляторная батарея. Одни обкладки токоограничивающих конденсаторов подключены к питающей сети. Вторая обкладка зарядного конденсатора подключена к симметричному управляемому выпрямителю, а вторая обкладка разрядного конденсатора подключена к симметричному ключу, другой конец которого подключен к второй обкладке зарядного конденсатора и симметричному управляемому выпрямителю. Ограничение тока в зарядный и разрядный периоды работы позволяет управлять выпрямителем без фазового управления. Техническим результатом является уменьшение массы и габаритов устройства путем совмещения выполняемых отдельными элементами функций и упрощение схемы силовой части за счет сокращения количества элементов. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ускоренного заряда аккумуляторных батарей на основе заряд-разрядных выпрямительно-инверторных преобразователей.

Известно устройство, выполненное на встречно-параллельно включенных управляемых тиристорных мостах [1].

Недостатком известного устройства является фиксированный диапазон задания режимов асимметричного тока при заданном входном напряжении и сложность реализации изменения диапазона задания режима. При заряде аккумуляторных батарей возникает задача заряда батарей с разным количеством элементов. В этом случае для установки режима заряда необходима регулировка параметров зарядного устройства, а именно величины входного напряжения и заряд-разрядных токов. Величина входного напряжения зарядного устройства выбирается как сумма максимальной ЭДС батареи и максимального перенапряжения под током в конце заряда, а заряд-рязрядные токи регулируются фазовым управлением внутри заданного диапазона питающего напряжения. При уменьшении количества аккумуляторов в батарее более чем на 10 шт. устройство не позволяет поддерживать заряд батареи заданным режимом асимметричного тока при фиксированном входном напряжении. Для поддержания заданного режима необходимо создавать определенное отношение средних значений зарядного и разрядного токов, поэтому регулировку управляемых мостов необходимо вести на малых углах открытия тиристоров при больших амплитудах импульсов зарядных и разрядных токов. Это приводит к разогреву аккумуляторов и не дает возможности реализовать алгоритм заряда. С увеличением количества аккумуляторов в батарее при фиксированном входном напряжении резко снижается среднее значение зарядного тока, потому что значение фиксированного входного напряжения является оптимальным при обеспечении заданного значения режима асимметричного тока на максимально возможной фазе открытия управляемого тиристорного моста, а с увеличением напряжения на батарее уменьшается угол регулировки, а следовательно, и средние значения зарядного тока. Перекоммутация выходного напряжения устройства для заряда батарей с разным количеством элементов приведет к усложнению всего устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является [2] устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее схему управления по заданному алгоритму, включающую: блок управления, представляющий собой однокристальный микропроцессор, блок индикации, блок задания алгоритма заряда, блок задания режима заряда, блок датчика напряжения, выход которого подключен к входу блока управления, блок синхронизации, состоящий из блоков рабочей и начальной синхронизации, входы которых объединены, а выходы подключены к блоку управления, блок питания, соединенный выходом с входом блока синхронизации, а входом с выходом блока задания режима заряда, блок датчика напряжения, соединенный с клеммами для подключения аккумуляторной батареи, и схему управления силовой частью, включающую блок фильтров, блоки зарядных и разрядных конденсаторов, два встречно-параллельно включенных блока управляемых выпрямителей, блоки усилителей, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков управляемых выпрямителей, а входы к соответствующим выходам блока управления. Блок управления формирует сигналы в соответствии с алгоритмом заряда и синхронизацией от сети для управления встречно-параллельно включенными управляемыми выпрямителями. В качестве нагрузки к выпрямителям подключается аккумуляторная батарея. Одни обкладки токоограничивающих конденсаторов подключены к питающей сети, а другие обкладки - к управляемым выпрямителям. Ограничение тока в зарядный и разрядный периоды работы позволяет управлять выпрямителями без фазового управления. Наличие отдельных блоков зарядных и разрядных конденсаторов и большого количества силовых управляемых элементов на радиаторах в основном определяет массу и габариты устройства.

Задачей изобретения является упрощение силовой части, уменьшение массы и габаритов устройства путем совмещения выполняемых отдельными элементами функций.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащем схему управления силовой частью, включающую блок фильтров, блок зарядных конденсаторов, блок разрядных конденсаторов и блок усилителей, и схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, блок индикации, блок задания алгоритма заряда, блок задания режима заряда, блок синхронизации, блок питания, соединенный выходом с входом блока синхронизации, и блок датчика напряжения, входы которого соединены с клеммами для подключения аккумуляторных батарей, а выход соединен с блоком управления, выходы блока управления подключены к соответствующим входам блока усилителей схемы управления силовой части, введены блок усилителей, вход которого соединен с выходом блока управления, симметричный ключ, вход которого соединен с выходом блока усилителей, один конец симметричного ключа соединен с блоком разрядных конденсаторов, а другой с блоком зарядных конденсаторов и симметричным управляемым выпрямителем, входы которого соединены с соответствующими выходами блока усилителей. Введение симметричного ключа дало возможность использовать для создания асимметричного тока управляемого выпрямителя на симметричных элементах - симисторах.

Использование симисторов в качестве симметричного ключа и элементов управляемого выпрямителя позволяет упростить силовую часть устройства, а следовательно, уменьшить вес и габариты установки. Это особенно важно при создании установок на большие токи заряда.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство включает систему управления по заданному алгоритму (СУЗА) 1 и систему управления силовой частью (СУСЧ) 2. Блок 3 управления, который представляет собой однокристальный микропроцессор, соединен, с блоком 4 синхронизации, состоящим из блока 5 начальной синхронизации и блока 6 рабочей синхронизации, блоком 7 индикации, блоком 8 задания режима заряда, блоком 9 задания алгоритма заряда, который физически может быть выполнен как одно целое с блоком 3 управления, блоком 10 датчика напряжения, блоками 11 и 12 усилителей. Блок 13 питания соединен с клеммами сетевого напряжения, вход подключен к выходу блока 8 задания режима заряда, а выход к блоку 4 синхронизации. Выходы блоков 11 и 12 усилителей соединены с блоком 14 симметричного управляемого выпрямителя и блоком 15 симметричного ключа соответственно, выполненных на симисторах. Положительный вывод блока 14 симметричного управляемого выпрямителя имеет клемму для подключения положительного вывода аккумуляторной батареи 16. Отрицательный вывод блока 14 симметричного управляемого выпрямителя имеет клемму для подключения отрицательного вывода аккумуляторной батареи 16. Клеммы для подключения батареи 16 соединены с блоком 10 датчика напряжения. Один вывод для подключения переменного напряжения блока 14 симметричного управляемого выпрямителя соединен с блоком 17 зарядных конденсаторов и блоком 15 симметричного ключа, другой конец которого соединен с блоком 18 разрядных конденсаторов. Второй вывод подключен к выходу блока 19 фильтров. Входы блоков 17 и 18 зарядных и разрядных конденсаторов соответственно объединены и подключены к другому выходу блока 19 фильтров, входы которого имеют выводы для подключения к питающей сети.

Устройство работает следующим образом. Сигнал включения блока 13 питания поступает из блока 8 задания режима заряда. Блок 13 питания вырабатывает стабилизированное напряжение для питания блока 3 управления, блока 7 индикации, блока 9 задания алгоритма заряда, блока 10 датчика напряжения, блока 5 начальной синхронизации и блока 6 рабочей синхронизации. Выпрямленное и сглаженное напряжение подается на блоки усилителей 11 и 12 с задержкой на время переходных процессов в блоке 3 управления для предотвращения случайного открытия силовых элементов в блоках 14 и 15 симметричных управляемых выпрямителей и симметричного ключа соответственно. Переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора блока 14 питания поступает на блок 5 начальной синхронизации и блок 6 рабочей синхронизации. Выходом блока 5 начальной синхронизации является сигнал прямоугольной формы длительностью 10 мс частотой 50 Гц. Передний фронт импульса соответствует переходу синусоиды питающего напряжения из минуса в плюс. Сигнал синхронизации поступает в блок 3 управления для согласования управляющих импульсов с частотой и полярностью питающей сети и служит для первоначального заряда конденсаторов в блоках 17 и 18 зарядных и разрядных конденсаторов соответственно. Выходом блока 6 рабочей синхронизации является сигнал прямоугольной формы длительностью 10 мс частотой 50 Гц. Передний фронт импульса соответствует переходу синусоиды питающего напряжения через максимальное значение. Сигнал рабочей синхронизации поступает в блок 3 управления для согласования управляющих импульсов блока 14 симметричных управляемых выпрямителей и блока 15 симметричного ключа с частотой и полярностью питающей сети в ходе выполнения алгоритма заряда. Блок 3 управления запускается по сигналу из блока 8 задания режима заряда и выполняет алгоритм заряда, записанный в блоке 9 задания алгоритма заряда. На блок 7 индикации поступают сигналы о работе зарядного устройства с блока 3 управления. Сигнал с блока 10 датчика напряжения поступает в блок 3 управления и обрабатывается в соответствии с алгоритмом заряда. Сигналы на блок 14 заряд-разрядного симметричного управляемого выпрямителя и блок 15 симметричного ключа поступают из блока 3 управления на входы блоков усилителей 11 и 12 соответственно, которые усиливают сигналы управления и выполняют гальваническую развязку цепей управления от силовых цепей. Блок 19 фильтров служит для подавления высокочастотных помех сети и представляет собой индуктивно-емкостной Т-образный фильтр. Блок 17 зарядных конденсаторов ограничивает ток заряда аккумуляторной батареи 16, а в разрядные периоды включается симметричный ключ блока 15, и ток ограничивается суммарной емкостью разрядных конденсаторов блока 18 и зарядных конденсаторов блока 17. К симметричным управляемым выпрямителям блока 14 в качестве нагрузки включена аккумуляторная батарея 16. Полярность выходного напряжения симметричного управляемого выпрямителя определяется последовательностью управляющих импульсов с блока 3 управления. Соотношение амплитуд зарядного и разрядного импульсов обеспечивается величиной емкости блока 17 зарядных конденсаторов и величиной суммарной емкости блока 18 разрядных конденсаторов и блока 17 зарядных конденсаторов. Количество зарядных и разрядных импульсов определяется в соответствии с алгоритмом заряда.

Введение блока 15 симметричного ключа для объединения емкостей блоков 17 и 18 зарядных и разрядных конденсаторов для создания определенной режимом заряда амплитуды разрядного тока позволяет упростить силовую часть схемы, используя симметричные силовые элементы - симисторы - в блоке 15 симметричного ключа и блоке 14 симметричных управляемых выпрямителей. Сокращение количества силовых элементов позволяет уменьшить массу и габариты устройства.

Источники информации: 1. Авторское свидетельство СССР 1056360, Н 02 J 7/10, 1983.

2. Патент Российской Федерации 2134476, H 02 J 7/10, 1999.1

Формула изобретения

Устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащее схему управления по заданному алгоритму, включающую блок управления, соединенный с блоком синхронизации, блоком индикации, блоком задания алгоритма заряда, блоком задания режима заряда, блоком датчика напряжения, при этом блок задания режима заряда соединен с блоком питания, который соединен с блоком синхронизации, состоящим из блоков рабочей и начальной синхронизации, блок датчика напряжения соединен с аккумуляторной батареей, и схему управления силовой частью, включающую блок фильтров, соединенный с блоками зарядных и разрядных конденсаторов, блок усилителей, вход которого соединен с выходом блока управления, отличающееся тем, что в схему управления силовой части введены блок симметричного ключа, соединенный одним выводом с блоком разрядных конденсаторов, вторым - с блоком зарядных конденсаторов, блок симметричных управляемых выпрямителей, соединенный с общей точкой блока зарядного конденсатора и блока симметричного ключа, с выходом блока фильтров, с аккумуляторной батареей и с выходом блока усилителей, блок усилителя, выход которого подключен ко входу блока симметричного ключа, а вход - к блоку управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1