Устройство для заряда аккумуляторной батареи

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ВТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 220480 (2f) 2912637/24-07 (5 )М КЛ с присоединением заявки N9 (23) Приоритет

H 02 J 7/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.1281 Бюллетень Н947

Дата опубликования описания 23. 12. 81 (53) УДК 621. 355.163 (088.8) I

В.М.Колесник и В.В.Корак (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ

БАТАРЕИ

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей в процессе их эксплуатации.

Известно зарядное устройство, используемое для повышения эффективности заряда аккумуляторных батарей.

В нем в цепи зарядного тока используется в качестве ключевого элемен.та однонаправленный тиристорный ключ.

Устройство содержит общий провод, присоединенный к нему положительными зажимами источник пульсирующего напряжения и аккумуляторную батарею, тиристорный ключевой элемент, последовательно соединенный с аккумуляторной батареей,и контрольно-управляющий блок, цепи которого содержат пороговый элемент, выполненный на триггере Шмидта, соединенный с ним через дифференцирующую цепь ждущий мультивйбратор и электронный шунт, вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора и через диодно-резисторную фиксирующую цепь к общей точке аккумуляторной батареи и ключевого элемента, а выход соединен с управляющим электродом ключевого элемента (1) .

Однако это устройство является сложным, что ограничивает его надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее согласующий трансформатор, одно- или двухполупериодный выпрямитель переменного тока, ограничивающий резистор и ключевой элемент на основе тиристора, установленные в цепи зарядного тока, контрольно-управляющий блок на основе тиристора. Однонаправленный тиристорный ключ управляется анодным на1з пряжением, приложенным к управляюще- му переходу через резистор, а отключение однонаправленного тиристорного ключа происходит в момент достижения на клеммах аккумуляторной батареи

20 заданного значения напряжения путем подачи на управляющий электрод однонаправленного тиристорного ключа минуса источника зарядного тока с ,помощью контрольно-управляющего блока.Это осуществляется с помощью вспомогательного однонаправленного тиристорного ключа, анод которого через резистор соединен с выводом управляющего электрода основного од30 нонаправленного тиристорного ключа, 892579 катод с минусом источника зарядного тока, а его управляющий электрод подключен к резисторному делителю напряжения, подключенного к выводам зарядного устройства.

Такая функциональная взаимосвязь элементов устройства позволяет упростить его конструкцию.

В процессе заряда аккумуляторной батареи по мере роста ЭДС на клеммах аккумуляторной батареи при постоянном значении сопротивления ограничивающего резистора величина зарядного тока уменьшается, в результате чего увеличивается время полного заряда аккумуляторной батареи (2) .

Недостатком устройства являются имеющиеся потери электрической мощности на ограничивающем резисторе на протяжении всего процесса заряда аккумуляторной батареи.

Цель изобретения — сокращение времени заряда аккумуляторной батареи при одновременном уменьшении потерь электрической энергии в зарядной цепи.

Эта цель достигается тем, что контрольно-управляющий блок содержит последовательно соединенные между собой конденсатор и резистор, при этом конденсатор подключен к плюсовому выходу, а резистор к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, транзистор, коллекторный вывод которого через резистор подсоединен к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, а эмиттерный вывод к плюсовому выходу двухполупериодного выпрямителя, стабилитрон, подключенный в прямом направлении к базовому выводу упомянутого транзистора и другим выводом — к точке последовательного соединения конденсатора и резистора, при этом силовые электроды однонаправленного тиристорного ключа подключены параллельно ограничивающему резистору, а управляющий электрод однонаправленного тиристорного ключа через регулируемый резистор подсоединен,к точке последовательногo соединения коллекторного вывода транзистора с резистором.

На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема устройства для заряда аккумуляторной батареи; на фиг.2 и 3 представлены графики изменения напряжения на отдельных элементах схемы.

Устройство содержит входные выводы 1 и 2, выключатель 3 питания, согласующий трансформатор 4 с первичной обмоткой 5 и вторичной обмоткой 6, двухполупериодный выпрямитель

7 переменного тока, ограничивающий резистор 8, выходные выводы 9 и 10, конденсатор 11, резисторы 12, 13, 1 и 15, стабилитрон 16, транзистор

5 l0

17, тиристор 18, сигнальную лампу 19.

Первичная обмотка 5 согласующего трансформатора 4 подключена через выключатель 3 питания к входным выводам 1 и 2 устройства, вторичная обмотка 6 согласующего трансформатора 4 подключена к входным выводам двухполупериодного выпрямителя 7, плюсовой выход двухполупериодного выпрямителя 7 через ограничивающий резистор подключен к плюсовому выходному выводу 9 устройства, минусовой выход двухполупериодного выпрямителя 7 подключен к минусовому выводу 10 устройства. Конденсатор 11 и резистор 12 соединены между собой последовательно, при этом конденсатор 11 подключен к плюсовому выходу, а резистор 12 к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя 7.

Эмиттерный вывод транзистора 17 подсоединен к плюсовому выходу двухполупериодного выпрямителя 7, коллекторный выход транзистора 17 через резистор 13 подсоединен к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя 7. Стабилитрон 16 в прямом направлении подсоединен к базовому выводу .транзистора 17, а другим выводом к точке последовательного соединения конденсатора 11 и резистора 12. Тиристор 18 подключен в прямом направлении параллельно ограничивающему резистору 8, а его управляющий электрод подключен через регулируемый резистор 14 к точке последовательного соединения коллекторного вывода транзистора 17 и резистора 13. Параллельно выходным выводам 9 и 10 устройства дЬдключены резистор 15 и сигнальная лампа 19. К выходным выводам 9 и 10 устройства подключена аккумуляторная батарея 20.

Конденсатор 11, резистор 12, стабилитрон 16, транзистор 17 и резистор 13 составляют пороговую схему контроля напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя 7.

Конденсатор 11 и резистор 12 образуют RC-фильтр.

Резистор 14 предназначен для установки паспортного значения величины тока в цепи управляющего электрода тиристора 18.

Резистор 15 является нагрузкой для тиристора 18 (Д„тЗудб -, ) и обеспечивает работу тирйстора 18 при отключении аккумуляторной батареЪ от выходных выводов 9 и 10 зарядного устройства. Сопротивление резистора

15 выбирается из условий протекания в цепи тиристора 18 тока, немного прЕвышающего ток удержания тиристора.

На фиг.2 приведены: 21 — кривая изменения напряжения на резисторе

15,U<< -f(alt); 22 — кривая изменения напряжения на резисторе 8. Режим

892579 холостого хода зарядного устройства (аккумуляторная батарея 20 не подключена к выходным выводам 9 и 10 зарядного устройства).

На фиг. 3 приведены: 23 — кривая изменения напряжения на резисторе 15

П =f (mt); 24 — кривая изменения напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 U=f (tet). ;25 кривая изменения ЭДС на клеммах аккумуляторной батареи 20. Рабочий режим (аккумуляторная батарея 20 подключена к выходным выводам 9 и 10 зарядного устройства).

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим сначала работу устройства при отключенной аккумуляторной батарее 20.

При подключении устройства выключателем 3 к питающей сети на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 появляется выпрямленное двухполупериодное напряжение, которое заряжает конденсатор 11 для напряжения U превышающего напряжение открывания стабилитрона 16. Разность напряжений U - от 0 прикладывается к эмиттер-базовому переходу транзистора 16, в результате чего транзистор 17 открывается и на резисторе 13 появляется напряжение, достаточное для открывания тиристора 18 по управляющему переходу.

Тиристор 18 открывается в моменты времени, когда амплитуда выпрямленного двухполупериодйого напряжения, поступающего с двухполупериодного выпрямителя 7, достигает значения, при котором ток через резистор 15 (ток нагрузки) превышает ток удержания тиристора 18, а амплитуда выпрямленного двухполупериодного напряжения на резисторе 13 достигает величины, при которой в цепи управляющего электрода тиристора 18 начинает протекать ток, достаточный для открывания тиристора 18.

По этой причине форма импульсов напряжения на резисторе 15 представляет собой двухполупериодную выпрямленную синусоиду, обрезанную в зоне малых углов открывания тиристора (фиг.2, кривая 21).

При открывании тиристор 18 шунтирует ограничивающий резистор 8, и все напряжение, поступающее с двухполупериодного выпрямителя 7, прикладывается к резистору 15 (фиг.2, кривая 22).

Рассмотрим работу устройства при подключенной аккумуляторной батарее: к выходным выводам 9 и 10. Если ак- кумуляторная батарея 20 разряжена, имеет место режим короткого замыкания в цепи нагрузки (R О), так как противоэдс, развиваемая аккумуляторной батареей 20, равна нулю или имеет небольшую величину .

d0 менты времени, когда амплитуда выпрямет ЭДС, развиваемую аккумуляторной батареей 20, к сигнальной лампе 19

65 приложено напряжение (фиг.3, кри5

10 !

В этом случае напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 резко падает, при этом ток ко. роткого замыкания, протекающий по элементам устройства (обмоткам согласующего трансформатора 4, диодам двухполупериодного выпрямителя 7), не превышает номинального значения

3>, так как он ограничивается сопротивлением резистора 8. В режиме короткого замыкания напряжение на выходе конденсатора 11 резко уменьшается, стабилитрон 16 переходит в непроводящее,состояние s результате того, что U — U «О и транзистор 17 закрывается. Напряжение на конденсаторе:.11 прикладывается полностью к стабилитрону 16. Тиристор 18 остается в закрытом состоянии.

По мере заряда аккумуляторной батареи 20 падение напряжения на ней растет, а ток заряда уменьшается. С уменьшением зарядного тока напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя 7 также растет, что приводит к росту напряжения на конденсаторе ll. При определенном уровне напряжения на конденсаторе 11 (U >11В) выполняется условие U -U 0 и транзистор 17 открывается, что приводит к открыванию тиристора 18. Тиристор

18, включаясь, шунтирует ограничивающий резистор 8. При этом увеличива-. ется величина зарядного тока. По мере роста падения напряжения на аккумуляторной батарее 20 в результате ее заряженности (растет ее противоэдс) ток заряда уменьшается, что приводит к росту амплитуды выпрямленного двухполупериодного напряжения на выходе выпрямителя 7 и, соответственно, росту амплитуды напряжения такой же формы на нагрузке открытого транзистора 17 — резисторе 13. При этом в цепи управления тиристора 18 протекает ток, амплитуда которого в диапазоне углов проводимости тиристора

18 до 90 достаточна для открывания о тиристора 18. Однако тиристор 18 открывается только в моменты времени, когда амплитуда выпрямленного двухполупериодного напряжения на выходе выпрямителя 7 превышает противоэдс на клеммах аккумуляторной батареи 20, и ток, протекающий через тиристор 18, превышает его ток удержания. Для определения степени заряженности аккумуляторной батареи 20 параллельно резистору 15 подключается сигнальная лампа 19. Пока тиристор 18 закрыт, к сигнальной лампе 19 постоянно приложена ЭДС, развиваемая аккумуляторной батареей 20, и в моленного двухполупериодного напряжения на выходе выпрямителя 7 превыша892579

20 з 25

Формула изобретения

45

55

65 вая 23) с выхода выпрямителя 7 (тиристор 1.8 открыт.) . В соответствии с этим яркость свечения сигнальной лампы 19 по мере заряженности аккумуляторной батареи 20 увеличивается, а площадь импульсов тока заряда уменьшается. При полной заряженности аккумуляторной батареи 20 ее электродвижущая сила Ед становится равной амплитуде выпрямленного двухполупериодного напряжения на выходе выпрямителя 7, при этом яркость свечения сигнальной лампы 19 становится максимальной (к ней приложена максимальная вольтсекундная площадь) и практически не изменяется при отключении устройства выключателем 3 от питающей сети.

Как видно,, устройство обеспечивает полный заряд аккумуляторной батареи 20 в результате шунтирования тиристором 18 ограничивающего резистора 8 после достижения на клеммах аккумуляторной батареи определенной величины ЭДС (Е ? 11В) °

Если яркость свечения сигнальной лампы 19 при включенном выключателе значительно больше, чем при выключенНоМ выключателе 3, то аккумуляторную батарею еще необходимо заряжать. Если перепад яркости свечения сигнальной лампы 19 небольшой, то аккумуляторная батарея 20 заряжена до полной емкости.

Таким образом, при величине ЭДС на клеммах аккумуляторной батареи 20, равной или больше определенного уровня (E><7r11В) тиристор 18, включенный в цепи зарядного тока, оказывается постоянно включенным по цепи управляющего электрода, и при превышении амплитуды напряжения источника зарядного тока (двухполупериодного выпрямителя 7) величины ЭДС на :клеммах аккумуляторной батареи 20 переходит в проводящее состояние в каждом импульсе напряжения источника зарядного тока, шунтируя ограничивающий резистор 8. Выключение .;тиристора 18 происходит автоматически в моменты времени, когда амплитуда импульса напряжения источника зарядного тока становится равной или меньше величины ЭДС на клеммах аккумуляторной ба.тареи 20. B течение интервала проводимости тиристора 18 величина зарядного тока ограничивается в этом случае только внутренним содротивлением аккумуляторной батареи 20. За счет этого используется полностью энергия импульсов напряжения источника зарядного тока, что приводит к сокращению времени заряда аккумуляторной батареи и уменьшению потерь электрической энергии в зарядной "цепи. После достижения на клеммах аккумуляторной батареи ЭДС, равной E<<7illB, ограничивающий резистор автоматически шунтируется однонаправленным тиристорным ключом 18 °

Включение однонаправленного тиристорного ключа параллельно ограничивающему резистору и введение контрольно-управляющего блока, обеспечивающего управление однонаправленным тиристорным ключом за счет контроля уровня напряжения на выходе источника зарядного тока, позволяет сократить время заряда аккумуляторной батареи и автоматически ограничивать величину зарядного тока до номинального значения 3н как непосредственно в процессе заряда, так и после окончания заряда, в т.ч. и при повышении напряжения сети выше номинального значения. Это. исключает процесс интенсивного ;газовыделения, который имеет место после сообщения аккумулятору 90-100%-ной номинальной емкости при заряде токами, большими или равными номинальному значению

Кроме того, такая схема зарядного устройства дает возможность контролировать степень заряженности аккумуляторной батареи при введении выключателя питания и сигнальной лампы, подключенной к выходным выводам зарядного устройства. Это обеспечивает дополнительное удобство в эксплуатации зарядного устройства, Устройство для з аряда аккумуляторной батареи, содержащее входные и выходные выводы, согласующий трансформатор, двухполупериодный выпрямитель переменного тока, однонаправленный тиристорный ключ и ограничивающий резистор в цепи зарядного тока, контрольно-управляющийблок,о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сокращения времени заряда при одновременном уменьшении потерь электрической энергии в зарядной цепи, контрольно-управляющий блок содержит последовате-. льно соединенные между собой конден-, сатор и резистор, при этом конденсатор подключен к плюсовому выходу, а резистор — к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, транзистор, коллекторный вывод которох о через резистор подсоединен к минусовому выходу двухполупериодного выпрямителя, а эмиттерный вывод — к его плюсовому выходу, стабилитрон, подключенный в прямом направлении к ба-. зовому выводу упомянутого транзистора и к точке последовательного соединения конденсатора и резистора, при этом силовые электроды однонаправленног6 тиристорного ключа подключе892579

ВНИИПИ Заказ 11273/79 Тираж 678 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ны параллельно ограничивающему рез истору, а управляющий электрод его че-. рез регулируемый резистдр подсоединен к точке последовательного соединения коллекторного вывода транзистора с резистором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

9 1445998, кл. Н 02 J 7/00, 197б.

2. Патент США Р 4031450, кл. Н 02 J 7/10, 1977.