Устройство для зарядки аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного объекта



Устройство для зарядки аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного объекта
Устройство для зарядки аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного объекта

 


Владельцы патента RU 2611068:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение надежности процесса зарядки аккумуляторной батареи и эффективности использования автономного необитаемого подводного аппарата Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках. Первичный преобразователь энергии помещен в первый конструктивный блок и связан с береговым источником электроэнергии кабельной линией или содержит автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора, причем первый и второй конструктивные блоки размещены на стационарном объекте, установленном под водой на грунте. Во второй конструктивный блок помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор напряжения с блоком управления, первый и второй измерительные преобразователи температуры, отдельно выполненная первичная обмотка трансформатора. В третьем блоке, устанавливаемом на автономном необитаемом подводном аппарате, расположены отдельно выполненная вторичная обмотка трансформатора, выпрямитель, второй конденсатор, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током. В устройство дополнительно введены второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, вторые измерительные преобразователи тока и напряжения, второй сглаживающий реактор, коммутатор и вторая аккумуляторная батарея, которые также установлены во второй конструктивный блок, кроме этого в устройство дополнительно введен первичный преобразователь энергии, выход которого соединен с входом второго регулятора тока заряда. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам с использованием полупроводниковых приборов для зарядки электрической аккумуляторной батареи автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) при базировании аппарата на стационарном объекте, установленном под водой на грунте, преимущественно на донном причальном устройстве (ДПУ). Применение ДПУ для зарядки аккумуляторной батареи АНПА является актуальным, когда аппарат предназначен для выполнения многократных миссий без всплытия на поверхность в пределах ограниченной морской акватории, например, охраны порта, мониторинга донной обстановки или водной среды. При этом ДПУ с помощью специального подводного кабеля, имеющего силовые и информационные связи, подключается к специальному береговому посту, управляющему работой АНПА.

ДПУ с автономным источником питания могут быть выставлены в любом районе Мирового Океана, делая автономность АНПА практически неограниченной. Одной из важнейших задач ДПУ является обеспечение процесса зарядки аккумуляторных батарей АНПА.

Известны донные причальные устройства, предназначенные для подводной зарядки аккумуляторной батареи АНПА [Илларионов Г.Ю., Щербатюк А.Ф., Кушнерик А.Г., Квашнин А.Г. Донные причальные устройства для автономных необитаемых подводных аппаратов. // Двойные технологии - 2011. - №1. - с. 28-43].

Например, донное причальное устройство для АНПА «REMUS» осуществляет зарядку аккумуляторных батарей аппарата с помощью контактных соединителей. Устройство содержит электроприводы, предназначенные для перемещения и герметизации контактов клемм блока зарядки. После того, как аппарат входит в ДПУ, реализуется сложная последовательность операций, обеспечивающая точную фиксацию аппарата и соединение электрических контактов ДПУ и АНПА с требуемой герметизацией. Указанная сложность приводит к снижению надежности комплекса ДПУ-АНПА.

В донном причальном устройстве типа «Bluefin» проблема передачи электрической энергии на борт АНПА решается с помощью штанги со встроенным индуктором, вводимой в аппарат в приемные катушки, что позволяет передавать энергию индуктивным способом через морскую воду бесконтактно (рис. 10). При этом эффективность передачи мощности 416 Вт с берега составляет 48%. Приведенные значения свидетельствуют о недостатке системы зарядки аккумуляторной батареи АНПА при базировании аппарата на ДПУ и передаче электроэнергии с берега. Выполнение электрической связи ДПУ с берегом в виде протяженной линии сопровождается большими потерями, что ограничивает передаваемую мощность и приводит к увеличению времени зарядки аккумуляторной батареи АНПА. Этот недостаток становится более существенным для больших АНПА, у которых энергоемкость аккумуляторных батарей достигает единиц киловатт-часов. Это требует значительного увеличения времени зарядки и приводит к снижению эффективности использования АНПА для выполнения поставленной миссии.

Известно также устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта от судовой сети переменного тока, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству (прототип) [Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта. Патент РФ 2543507. Авт. Герасимов В.Α., Филоженко А.Ю., Чепурин П.И. Опубл. 10.03.2015, Бюл. №7].

Известное устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта содержит первый управляемый и второй неуправляемый выпрямители, сглаживающий реактор, конденсатор, однофазный автономный инвертор повышенной частоты с блоком управления этим инвертором, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления автономным инвертором, блок управления зарядным током, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, выходы которых подключены на входы блока управления зарядным током, регулятор тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, второй конденсатор, подключенный к входным зажимам регулятора тока заряда, измерительный преобразователь зарядного тока включен между первым выходным зажимом регулятора тока заряда и первым из двух выходных зажимов устройства, к которым подключены заряжаемая аккумуляторная батарея и входные зажимы измерительного преобразователя выходного напряжения устройства, второй выходной зажим регулятора тока заряда соединен со вторым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, причем элементы устройства размещены в трех конструктивных блоках, где в первом конструктивном блоке, устанавливаемом на судне, находится управляемый выпрямитель напряжения, во втором конструктивном блоке, выполненном с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры, а также первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на подводном объекте, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, второй выпрямитель, второй конденсатор, регулятор тока заряда, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, а также блок управления зарядным током.

Известное устройство имеет следующие недостатки. Второй конструктивный блок, который опускается под воду на глубину погружения подводного объекта, связан с судном кабелем. Поэтому на морском волнении вертикальные перемещения судна будут приводить к соответствующим изменениям глубины погружения второго конструктивного блока. Для создания условий для успешной и безопасной стыковки второго конструктивного блока с подводным объектом с целью зарядки аккумуляторных батарей последнего необходимо применять специальные спускоподъемные устройства с функцией стабилизации второго конструктивного блока на заданной глубине. Эти устройства сложные, имеют большие массу и габариты. Учитывая, что обеспечивающее судно подвержено еще и дрейфу, который за счет механической связи также передается на второй конструктивный блок и не компенсируется работой спускоподъемного механизма, можно сделать вывод о низкой надежности работы указанного комплекса в условиях морского волнения. Перерыв в работе и ожидание благоприятных погодных условий, соответствующих гарантированной точной и безопасной стыковке подводного объекта со вторым конструктивным блоком, снижает эффективность решения поставленных перед подводным объектом задач и приводит к значительным материальным издержкам. Кроме этого, в ряде случаев перед подводным объектом ставятся задачи, решаемые в ограниченном районе и при базировании подводного объекта на обеспечивающем судне, такие свойства как мобильность и неограниченный район работы здесь остаются невостребованными.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства, обеспечивающего увеличение надежности зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта, в частности автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), и повышение его эксплуатационных показателей при базировании на стационарном объекте, установленном под водой на грунте, преимущественно на ДПУ.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для зарядки аккумуляторной батареи АНПА, содержащее однофазный автономный инвертор повышенной частоты с блоком управления этим инвертором, конденсатор, подсоединенный параллельно входу инвертора, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления автономным инвертором, причем выход блока управления инвертором подключен на управляющий вход инвертора, выпрямитель, сглаживающий реактор, блок управления зарядным током, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, выходы которых подключены на входы блока управления зарядным током, регулятор тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, второй конденсатор, подключенный параллельно входным зажимам регулятора тока заряда, к которым подсоединены также выходные клеммы выпрямителя, измерительный преобразователь зарядного тока включен между первым выходным зажимом регулятора тока заряда и первым из двух выходных зажимов устройства, к которым подключены заряжаемая аккумуляторная батарея АНПА и входные зажимы измерительного преобразователя выходного напряжения, а второй выходной зажим регулятора тока заряда соединен со вторым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, первичная обмотка трансформатора повышенной частоты подключена к выходу автономного инвертора, а вторичная обмотка этого трансформатора соединена с входом выпрямителя, причем элементы устройства размещены в трех отдельных конструктивных блоках, где во втором конструктивном блоке, выполненном с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры, а также первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на АНПА, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, выпрямитель, второй конденсатор, регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током, сглаживающий реактор, а также измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, дополнительно введены второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом второго регулятора тока заряда, второй сглаживающий реактор, вторые измерительные преобразователи зарядного тока и напряжения, коммутатор, вторая аккумуляторная батарея, при этом первый выход второго регулятора тока заряда через второй измерительный преобразователь зарядного тока соединен с одним из двух входных выводов коммутатора, к которым подсоединен также второй измерительный преобразователь напряжения, а второй выход второго регулятора тока заряда соединен со вторым входным выводом коммутатора через второй сглаживающий реактор, выходные выводы коммутатора соединены с входными выводами второй аккумуляторной батареи, выходные выводы которой подключены к входу автономного инвертора, перечисленные дополнительно введенные элементы размещены во втором конструктивном блоке, кроме этого в устройство дополнительно введен первичный преобразователь энергии, который установлен в первый конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, причем первый и второй конструктивные блоки размещаются под водой на стационарном объекте, установленном под водой на грунте, при этом выходные выводы первичного преобразователя энергии соединены с входными клеммами второго регулятора тока заряда, а вход первичного преобразователя энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии или первичный преобразователь энергии может содержать автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора.

Выполнение функциональной задачи «увеличение надежности устройства для зарядки аккумуляторной батареи АНПА и повышение его эксплуатационных показателей» обеспечивается следующими отличительными признаками предлагаемого решения.

Первый признак - «… в устройство для зарядки аккумуляторной батареи АНПА… введены второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом второго регулятора тока заряда, второй сглаживающий реактор, вторые измерительные преобразователи зарядного тока и напряжения, коммутатор, вторая аккумуляторная батарея, выходные выводы которой подключены к входу автономного инвертора, при этом первый выход второго регулятора тока заряда через второй измерительный преобразователь зарядного тока соединен с одним из двух входных выводов коммутатора, к которым подсоединен также второй измерительный преобразователь напряжения, а второй выход второго регулятора тока заряда соединен со вторым входным выводом коммутатора через второй сглаживающий реактор, выходные выводы коммутатора соединены с входными выводами второй аккумуляторной батареи, выходные выводы которой подсоединены к входу автономного инвертора, перечисленные дополнительно введенные элементы размещены во втором конструктивном блоке» - обеспечивает зарядку аккумуляторных батарей АНПА зарядным током заданного значения за требуемый минимально возможный интервал времени, что способствует оперативности подготовки АНПА к выполнению заданной миссии, т.е. приводит к повышению эксплуатационных показателей АНПА.

Второй признак - «… в устройство для зарядки аккумуляторной батареи АНПА… дополнительно введен первичный преобразователь энергии, который установлен в первый конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, причем первый и второй конструктивные блоки размещаются под водой на стационарном объекте, установленном под водой на грунте, при этом выходные выводы первичного преобразователя энергии соединены с входными клеммами второго регулятора тока заряда, а вход первичного преобразователя энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии или первичный преобразователь энергии может содержать автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора» - способствует надежной и точной стыковке контактных поверхностей первичного и вторичного трансформаторов повышенной частоты, расположенных во втором и третьем конструктивных блоках соответственно, вне зависимости от внешних возмущений в виде ветровых и волновых воздействий на эти конструктивные блоки, что приводит к увеличению надежности устройства для зарядки аккумуляторной батареи АНПА и повышению его эксплуатационных показателей при базировании на донном причальном устройстве.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем. Отличительные признаки предлагаемого решения обеспечивают надежную работу устройства для зарядки аккумуляторной батареи АНПА вне зависимости от внешних возмущающих воздействий в виде качки и дрейфа, приводящих к пространственным перемещениям первого и связанного с ним кабелем второго конструктивных блоков, что может приводить, в свою очередь, к неточному совмещению контактных поверхностей первичного и вторичного трансформаторов повышенной частоты и соответствующему нарушению процесса зарядки, причем в заявляемом устройстве обеспечивается выполнение процесса зарядки в требуемый интервал времени.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена функциональная схема устройства для зарядки аккумуляторной батареи АНПА.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи 1 АНПА 2 состоит из первого 3, второго 4 и третьего 5 конструктивных блоков.

В третьем конструктивном блоке 5, устанавливаемом на АНПА 2, расположены вторичная обмотка 6 трансформатора повышенной частоты, выпрямитель 7, второй конденсатор 8, регулятор 9 тока заряда с блоком 10 управления зарядным током, сглаживающий реактор 11, а также измерительные преобразователи 12 и 13 зарядного тока и выходного напряжения устройства соответственно.

Вторичная обмотка 6 трансформатора повышенной частоты через выпрямитель 7 подключена к входным выводам регулятора 9 тока заряда, куда подсоединен также второй конденсатор 8. Первый из двух выходных выводов регулятора 9 тока заряда подсоединен к первому выводу аккумуляторной батареи 1 через измерительный преобразователь 12 зарядного тока, а второй выходной вывод регулятора 9 тока заряда подсоединен к второму выводу аккумуляторной батареи 1 через сглаживающий реактор 11. К выводам аккумуляторной батареи 1 подключен также измерительный преобразователь 13 напряжения, выходы измерительного преобразователя 12 зарядного тока и измерительного преобразователя 13 напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами блока 10 управления зарядным током, выход которого подключен к управляющему входу регулятора 9 тока заряда.

Во втором конструктивном блоке 4, выполненном с возможностью работать под водой, помещены первичная обмотка 14 трансформатора повышенной частоты, первый 15 и второй 16 измерительные преобразователи температуры, автономный инвертор 17 с блоком 18 управления автономным инвертором 17, конденсатор 19, вторая аккумуляторная батарея 20, коммутатор 21, второй измерительный преобразователь 22 зарядного тока, второй измерительный преобразователь 23 напряжения, второй блок 24 управления зарядным током, второй сглаживающий реактор 25 и второй регулятор 26 тока заряда.

В первом конструктивном блоке 3, также выполненном с возможностью погружения под воду, установлен первичный преобразователь 27 энергии, при этом выходные выводы первичного преобразователя 27 энергии соединены с входными клеммами второго регулятора 26 тока заряда, а вход первичного преобразователя 27 энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии или первичный преобразователь энергии может содержать автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора. Первый 3 и второй 4 конструктивные блоки размещаются на стационарном объекте 28, установленном под водой на грунте, преимущественно на ДПУ.

Первый выходной вывод второго регулятора 26 тока заряда через второй измерительный преобразователь 22 зарядного тока соединен с первой из двух входных клемм коммутатора 21, к которым также подсоединен второй измерительный преобразователь 23 напряжения, а второй выходной вывод второго регулятора 26 тока заряда подсоединен к второй входной клемме коммутатора 21 через второй сглаживающий реактор 25. Выходные N выводов коммутатора 21 соединены с N входными выводами второй аккумуляторной батареи 20, выходные выводы которой подсоединены к входу автономного инвертора 17.

Устройство для зарядки аккумуляторной батареи 1 АНПА 2 работает следующим образом. Для осуществления зарядки совмещаются контактные поверхности первичной 14 и вторичной 6 обмоток трансформатора повышенной частоты. Передача электрической энергии происходит за счет магнитной связи между этими обмотками, и эффективность передачи энергии будет тем больше, чем меньше расстояние между стыковочными поверхностями и чем точнее совпадают оси обмоток трансформатора. Необходимое приведение АНПА 2 с помещенным в нем третьим конструктивным блоком 3 к второму конструктивному блоку 4, расположенному на стационарном объекте 28, установленном под водой на грунте, выполняется известными методами с обеспечением их взаимной фиксации [Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Угроза из глубины: XXI век. - Хабаровск: КГУП «Хабаровская краевая типография», 2011. - 304 с.: ил. (стр. 236-245)].

Аккумуляторная батарея современных АНПА собирается, как правило, на основе литий-ионных аккумуляторов. Зарядка таких батарей обычно осуществляется током IЗ, значение которого в амперах численно равно емкости батареи в ампер-часах. Этот режим сочетает достаточно малое время зарядки, т.е. оперативную подготовку АНПА к выполнению своих задач, с получением высоких энергетических характеристик полностью заряженной аккумуляторной батареи. Время быстрого заряда составляет, в среднем, tЗ=3 часа. Таким образом, для аккумуляторной батареи АНПА емкостью, например, С=150 А⋅ч и номинальным напряжением полного заряда примерно U=60 В необходимая для заряда электрическая энергия составит Ε=IЗ⋅U⋅tЗ=150⋅60⋅3=27 кВт⋅ч с возможностью отдачи этой энергии за требуемое время tЗ=3 часа. Приведенный пример соответствует использованию в АНПА литий-ионной аккумуляторной батареи типа 14ЛИКГП-150С.

Вместе с тем, при использовании в устройстве для зарядки аккумуляторной батареи автономного источника электроэнергии в виде радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) экономически и технически оправданным будет применение такого генератора с электрической мощностью порядка сотен ватт [http://security-corp.org/space/21371-riteg-prozaiclmye-teplo-i-elektrichestvo-dlya-kosmicheskih-apparatov.html]. По очевидным причинам подобную проблему, обусловленную ограничениями на значение передаваемой мощности, вносит и применение для электроснабжения устройства кабельного питания с берега с использованием длинной электрической линии. Следовательно, в устройстве должно выполняться накопление электроэнергии в течение сравнительно продолжительного промежутка времени, чтобы впоследствии в нужный момент использовать накопленную электроэнергию для зарядки аккумуляторных батарей АНПА за требуемое короткое время. Это свойство достигается за счет применения в заявляемом устройстве второй аккумуляторной батареи 20.

В течение времени, когда АНПА 2 с заряженной батареей 1 отсоединен от второго конструктивного блока 4 и оправлен для выполнения заданной миссии, осуществляется зарядка второй аккумуляторной батареи 20.

Напряжение с выхода первичного преобразователя 27 энергии поступает на вход второго регулятора 26 тока заряда, который выполняет необходимое регулирование за счет широтно-импульсной модуляции напряжения на своем выходе с использованием сигналов обратных связей по току заряда аккумуляторной батареи 20 (сигнал с выхода измерительного преобразователя 22) и по выходному напряжению устройства (сигнал с выхода измерительного преобразователя 23). Реактор 25 сглаживает пульсации тока заряда аккумуляторной батареи 20 до допустимого уровня.

Алгоритм работы блока 24 управления зарядным током обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 20 в соответствии с требованиями, предъявляемыми к этому процессу применительно к конкретному типу батареи. Например, для заряда литий-ионных аккумуляторных батарей заряд должен выполняться в два этапа. Первый этап - поддержание постоянства зарядного тока. Когда напряжение батареи, увеличивающееся по мере заряда, достигает заданного номинального значения, процесс заряда переходит на второй этап. На этом этапе регулятор 26 тока заряда поддерживает неизменным заданное номинальное значение напряжения аккумуляторной батареи при уменьшающемся зарядном токе с последующим отключением процесса заряда при падении тока заряда до определенного минимального значения (например, 10% от номинального тока).

Указанный процесс обеспечивается работой взаимосвязанных компонентов второго конструктивного блока 4, представляющих собой локальную замкнутую систему автоматического регулирования с обратными связями по току заряда и по выходному напряжению устройства.

Ток зарядки с выхода регулятора 26 подводится к входным выводам аккумуляторной батареи 20 через коммутатор 21, который представляет собой набор ключей с встроенным контроллерным управлением. Коммутатор 21 имеет N выходных выводов и обеспечивает последовательное подключение на зарядку TV отдельных секций аккумуляторной батареи 20 таким образом, что по мере выполнения полной зарядки каждой секции осуществляется полный заряд всей аккумуляторной батареи 20 с требуемыми значениями напряжения и накопленной энергией от источника питания с ограниченными значениями напряжения и электрической энергии. После окончания зарядки батареи 20, устройство готово к выполнению зарядки аккумуляторной батареи 1 АНПА 2.

После приведения АНПА 2 к второму конструктивному блоку 4 и совмещения стыковочных поверхностей первичной 14 и вторичной 6 обмоток высокочастотного трансформатора возможна бесконтактная передача электрической энергии от аккумуляторной батареи 20 на борт АНПА 2 для зарядки его аккумуляторной батареи 1. Для осуществления этого процесса включается в работу автономный инвертор 17, который под действием сигнала с выхода блока 18 управления инвертором вырабатывает знакопеременные импульсы напряжения с коэффициентом заполнения, близким к единице (из полного интервала управления 180 электрических градусов исключается некоторая малая величина «мертвого времени»), которые поступают на первичную обмотку 14 трансформатора и трансформируются на вторичную обмотку 6. При этом эффективность передачи энергии равна максимально возможной для конкретного взаимного расположения первичной и вторичной обмоток трансформатора повышенной частоты.

Напряжение вторичной обмотки 6 трансформатора повышенной частоты через выпрямитель 7 поступает на вход регулятора 9. Параллельно входу регулятора 9 подключен второй конденсатор 8, который сглаживает пульсации напряжения на выходе выпрямителя 7. Выбранное соотношение между витками первичной 14 и вторичной 6 обмоток обеспечивает определенную амплитуду напряжения на вторичной обмотке 6 и, соответственно, практически такую же величину максимального напряжения на выходе регулятора 9 зарядного тока, которое необходимо иметь для полного заряда аккумуляторной батареи 1.

Алгоритм работы блока 10 управления зарядным током, являющийся аналогичным алгоритму работы блока 24, обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 1. Здесь также осуществляется заряд литий-ионных аккумуляторных батарей в два этапа: первый этап - поддержание постоянства зарядного тока и второй этап - поддержание неизменным заданного номинального значения напряжения аккумуляторной батареи при уменьшающемся зарядном токе с последующим отключением процесса заряда при падении тока заряда до определенного минимального значения (например, 10% от номинального тока).

Указанный процесс обеспечивается работой взаимосвязанных компонентов третьего конструктивного блока 5, представляющих собой локальную замкнутую систему автоматического регулирования с обратными связями по току заряда и по выходному напряжению устройства.

Измерительные преобразователи температуры 15 и 16, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора 17 и проводом первичной обмотки 14 трансформатора повышенной частоты служат для ограничения тепловых нагрузок на указанные тепловыделяющие элементы. Эти перегрузки могут возникать при чрезмерном увеличении выходного тока инвертора 17 в случае неточного совмещения стыковочных поверхностей первичной 14 и вторичной 6 обмоток трансформатора или ухудшении условий охлаждения в месте расположения второго конструктивного блока 4. Выходы преобразователей температуры 15 и 16 соединены с входами блока 18 управления автономным инвертором. Алгоритм работы блока 18 обеспечивает изменение скважности импульсов управления автономным инвертором 17 таким образом, чтобы уменьшить ток инвертора и ограничить нагрев указанных тепловыделяющих элементов на допустимом уровне.

1. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи АНПА, содержащее однофазный автономный инвертор повышенной частоты с блоком управления этим инвертором, конденсатор, подсоединенный параллельно входу инвертора, отдельно выполненные первичную и вторичную обмотки трансформатора повышенной частоты, первый и второй измерительные преобразователи температуры, входы которых связаны с тепловыделяющими элементами автономного инвертора и проводом первичной обмотки трансформатора повышенной частоты соответственно, а выходы измерительных преобразователей температуры соединены с входами блока управления автономным инвертором, причем выход блока управления инвертором подключен на управляющий вход инвертора, выпрямитель, сглаживающий реактор, блок управления зарядным током, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, выходы которых подключены на входы блока управления зарядным током, регулятор тока заряда, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления зарядным током, второй конденсатор, подключенный параллельно входным зажимам регулятора тока заряда, к которым подсоединены также выходные клеммы выпрямителя, при этом измерительный преобразователь зарядного тока включен между первым выходным зажимом регулятора тока заряда и первым из двух выходных зажимов устройства, к которым подключены заряжаемая аккумуляторная батарея АНПА и входные зажимы измерительного преобразователя выходного напряжения, а второй выходной зажим регулятора тока заряда соединен со вторым выходным зажимом устройства через сглаживающий реактор, первичная обмотка трансформатора повышенной частоты подключена к выходу автономного инвертора, а вторичная обмотка этого трансформатора соединена с входом выпрямителя, причем элементы устройства размещены в трех отдельных конструктивных блоках, где во втором конструктивном блоке, выполненном с возможностью погружения под воду, помещены конденсатор, однофазный автономный инвертор с блоком управления инвертором, первый и второй измерительные преобразователи температуры, а также первичная обмотка трансформатора повышенной частоты, в третьем конструктивном блоке, устанавливаемом на АНПА, расположены вторичная обмотка трансформатора повышенной частоты, выпрямитель, второй конденсатор, регулятор тока заряда с блоком управления зарядным током, сглаживающий реактор, измерительные преобразователи зарядного тока и выходного напряжения устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй регулятор тока заряда со вторым блоком управления зарядным током, выход которого соединен с управляющим входом второго регулятора тока заряда, второй сглаживающий реактор, вторые измерительные преобразователи зарядного тока и напряжения, коммутатор, вторая аккумуляторная батарея, при этом первый выход второго регулятора тока заряда через второй измерительный преобразователь зарядного тока соединен с одним из двух входных выводов коммутатора, к которым подсоединен также второй измерительный преобразователь напряжения, а второй выход второго регулятора тока заряда соединен со вторым входным выводом коммутатора через второй сглаживающий реактор, выходные выводы коммутатора соединены с входными выводами второй аккумуляторной батареи, выходные выводы которой подключены к входу автономного инвертора, перечисленные дополнительно введенные элементы размещены во втором конструктивном блоке, кроме этого в устройство дополнительно введен первичный преобразователь энергии, который установлен в первый конструктивный блок, выполненный с возможностью погружения под воду, причем первый и второй конструктивные блоки размещаются под водой на стационарном объекте, установленном под водой на грунте, при этом выходные выводы первичного преобразователя энергии соединены с входными клеммами второго регулятора тока заряда, а вход первичного преобразователя энергии подключается кабелем к береговому источнику электроэнергии.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первичный преобразователь энергии содержит автономный источник электроэнергии в виде, например, радиоизотопного термоэлектрического генератора.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве стационарно установленного под водой на грунте объекта, на котором размещаются первый и второй конструктивные блоки устройства, используется преимущественно донное причальное устройство для автономного необитаемого подводного аппарата.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности устройства ограничения.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных системах электрических транспортных средств. Техническим результатом является возможность осуществления в сочетании с электромотором выборочного управления скоростью и восстановления заряда аккумулятора в соответствии с выходными параметрами мотора.

Изобретение относится к схемам зарядки батарей электрических транспортных средств. Бортовое зарядное устройство содержит силовой преобразователь напряжения, два последовательно соединенных конденсатора, первичный выпрямитель с входным фильтром и высокочастотный трансформатор.

Изобретение относится к блоку аккумуляторной батареи для присоединения к электрическому инструменту. Техническим результатом является предоставление пользователю функции определения и отображения отклонения от нормы аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к зарядке транспортного средства. Система зарядки транспортного средства содержит зарядное устройство; устройство ввода для указания планируемого времени для окончания зарядки и контроллер управления зарядным устройством.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для транспортных средств с комбинированными энергоустановками.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для зарядки аккумуляторной батареи размещено в трех конструктивных блоках.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности заряда.

Бортовое зарядное устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии относится к электротехнике и может быть использовано для подзаряда батарей электрических накопителей энергии различной природы на транспорте и в энергетике.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение стабилизации зарядно-разрядного тока. Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током содержит силовую часть, включающую первый блок фильтров, блок регулируемого источника заряд-разрядного тока, второй блок фильтров, блок усилителей, блок подключения аккумуляторных батарей, и систему управления, включающую блок управления, соединенный с блоком индикации, блоком звуковой сигнализации, блоком широтно-импульсной модуляции (ШИМ), блоком задания алгоритма заряда и блоком аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок датчика тока, блок датчика напряжения. В силовую часть введены блок нагрузки, соединенный с первым блоком фильтров и блоком регулируемого источника заряд-разрядного тока, вывод для подключения батареи фотоэлектрической, диод, соединенный с первым блоком фильтров, а в систему управления введены блок датчика напряжения, соединенный с блоком АЦП, блок сопряжения по интерфейсу SMbus, соединенный с блоком управления и модулем контроля и управления (МКУ), встроенный в аккумуляторную батарею, блок усилителей, соединенный с блоком АЦП и блоком датчика тока, блок сопряжения по интерфейсу I2C, соединенный с блоком управления, блок ввода-вывода, соединенный с персональным компьютером.
Наверх