Система заряда аккумуляторной батареи

 

Е

В.Н.Филатов

Научно-исследовательский, проект -KoW>ppÆàðàêèé —и технологическии институт силовой полупроЪ0дкикев техники (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах ускоренного заряда аккумуляторных батарей, преимущественно свинцово-кислотных.

Известны системы двухступенчатого заряда аккумуляторных батарей вначае ле постоянным сглаженным током повышенной плотности с последующей подачей разрядных деполяризирующих импуль cos тока, содержащие зарядный выпрямитель со сглаживающим дросселем. на выходе и .узел разряда, подключаемый параллельно выходным зажимам системы заряда(1 1.

Применительно к режимам ускорен!

5 ного заряда аккумуляторных батарей с подачей на стадии дозаряда кратковременных разрядных деполяризирующих импульсов тока разрядный узел выполняется в виде последовательно соединенных тиристора, дросселя и контактора с цепью его переэаряда. Модификации таких систем заряда с раз"

2 личным выполнением цепи перезаряда и других межструктурных связей аписа" ны в статье(23.

Зарядный выпрямитель обеспечивает заряд аккумуляторной батареи средним током, определяемым разностью среднего выпрямленного напряжения и ЭДС аккумуляторной батареи (с учетом сопротивления зарядной цепи ) с регулированием его величины изменением угла включения тиристоров выпрямителя. При достижении аккумуляторной батареей требуемого уровня заряженности начинают подавать управляющие импульсы на разрядный тиристор, обеспечивающий формирование деполяризирующих импульсов заданной частоты с:параметрами, определяемыми параметрами LC-разрядной цепи, структурой цепи перезаряда, а также наличием других корректирующих звеньев.

Недостатком таких систем заряда является повышенный уровень высших

„n--ce

i® Ф вЂ” „08 СОВА+ — „U„-s1n(n „i+ V„)0=1

УЦ д „,„.„-Е

3 93622 гармоник в зарядном токе особенно на первой ступени заряда, связан- . ный со значительным диапазоном изменения ЭДС аккумуляторной бататеи в процессе заряда, что приводит: к нагреву батареи и к понижению эффективности процесса заряда.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система заряда аккумуляторной батареи, 10 содержащая зарядный выпрямитель на тиристорах со сглаживающим дроссеглем на выходе, тиристорно-дроссельноконденсаторный узел разряда с цепью

4 пере заряда конденсатора, выполненной 15 в виде вспомогательного выпрямителя с собственным дросселем.

При заряде свинцово-кислотнои аккумуляторной батареи током повышен20 ной плотности напряжение на ее клеммах вначале значительно возрастает (от 190 до 290-315 В применительно ч батарее на 230 B) и стабилизируется только к концу заряда. Поскольку зарядный ток определяется разностью мгновенного значения выпрямленного напряжения и напряжения на клеммах аккумуляторной батареи, колебания и пульсация его в процессе заряда

30 были бы очень значительными (с учетом колебаний напряжения питающей сети в пределах 451). Поэтому зарядный выпрямитель выполняют управляемым на тиристорах с диапазоном фазового включения его,тиристоров, доходящим до 60 эл. град. Естественно, что большие углы включения тиристоров приводят к большим пульсациям зарядного тока (крайне нежелательным на первой стадии заряда, поскольку они вызывают нагрев аккумуляторной батареи). Для снижения уровня пульсаций зарядного тока устанавливают сгла живающий дроссель, величина индуктивности которого выбирается исходя из его массо-габаритных показателей и КПД. На-второй стадии дозаряда, когда существенно снижается восприимчивость свинцово-кислотной аккумуля торной батареи к зарядному току, включается разрядный узел и начинают формироваться деполяризирующие импульсы тока требуемых параметров.

Однако данная система характеризуется низкой эффективностью процесса заряда иэ-за повышенных тепловы делений, вызываемых высшими гармониками зарядного тока.

0 4

Цель изобретения - повышение эффективности процесса заряда.

Указанная цель достигается подключением дополнительной цепочки, состоящей из ключевого и индуктивного элементов между концом сглаживающего дросселя и обкладкой конденсатора со стороны разрядного тиристора с использованием в качестве индуктивного элемента либо отдельного дросселя, либо разрядного перезарядного дросселей.

На фиг..1 показана принципиальная схема предлагаемой системы заряда; на фиг. 2 а, б и 8 - ее возможные модификации.

Система заряда содержит выпрямитель 1, дроссели 2,3 и 4, тиристор 5, конденсатор 6, ключевой элемент 7, узел перезаряда 8 и работает на аккумуляторную батарею 9.

Выпрямитель 1 со сглаживающим дросселем 2 в анодной или катодной цепи подключен зажимами переменного тока к выходным зажимам системы заряда, а зажимами постоянного тока - к аккумуляторной батарее 9.

К выходным зажимам системы заряда подключен узел разряда, состоящий иэ последовательно соединенных тиристора 5, дросселя 3 и конденсатора 6, параллельно которому подключен узел переэаряда 8. Последовательно соединенные ключевой элемент 7 и индуктивный элемент 4 подключены между концом сглаживающего дросселя 2 и обкладкой конденсатора 6 со стороны разрядного тиристора 5.

На первой ступени заряда аккумуляторной батареи 9 постоянным током повышенной плотности ключевой элемент 7 находится во включенном положении и работает только выпрямитель 1. Величина зарядного тока определяется формулой где Й - сопротивление эарядчой це3 пи, с - угол включения тиристоров выпрямителя, ٠— напряжение холостого хода выпрямителя, 0„ - амплитуда высшей гармоники порядка, 5 9362

\Tl — пульсность схемы выпрямителя, сО„=тсо - угловая частота первой (высшей) гармоники в выпрямленном напряжении, S

Чп - фазовый сдвиг гармоник, коэффициент сглаживания фильтра выпрямителя, ЭДС полностью разряженной

m1n аккумуляторной батареи, 1о б 1 — постоянная времени изменения ЭДС батареи в процессе заряда.

Зарядный ток содержит постоянную составляющую, осуществляющую заряд аккумуляторной батареи, определяемую разностью среднего значения выпрямленного напряжения и ЭДС аккумуляторной батареи

Ьц sos J.-Å е 1. го

Рз и переменную составляющую выпрямленного напряжения с учетом сглаживающего действия фильтра, идущую на нагрев аккумуляторной батареи

25 и= сО

1=, »", Ц„siin (nN

"пав= ) о C05d «m+H с 4

m

Максимальный угол включения тирис1торов aL составляет 45-60 эл.град.

35 и складывается из минимального угла включения eLm;„-15 определяемого возможностями CAP), запаса на колебания питающей сети (в пределах 51), запаса на колебания напряжения на клеммах аккумуляторной батареи в процессе заряда (190315 8 для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи с номинальным на" пряжением в 2308), запаса на элект45 рические потери в зарядной цепи и возможные подрегулировки. А величина высших гармоник в выпрямленном напряжении существенно возрастает с увеличением угла включения тирис50 торов выпрямителя и, например, для трехфазной мостовой схемы составля. ет 20-303 от UQ. Поскольку величина среднего значения зарядного тока определяется разностью среднего значения выпрям55

I ленного напряжения и ЭДС аккумулятор" ной батареи, а величина переменной составляющей зарядного тока - только

20 6 переменной составляющей выпрямленного напряжения, относительная величина переменной составляющей в заряд ном токе может достигать 50-1004 даже с учетом сглаживающего эффекта дросселя 2, поэтому большая переменная составляющая в зарядном токе ведет к повышенным тепловыделениям в аккумуляторной батарее 9, снижению допустимой плотности зарядного тока, и в конечном. счете, к с ижению эффективности процесса заряда.

Поскольку определяющей в нагреве является первая (высшая) гармоника зарядного тока, определяемая пульсностью выпрямителя (m =6) для трехфазной мостовой схемы выпрямителя), то именно из условия резонанса на эту гармонику определяют добавочную индуктивность дросселя 4 (1

4 6 и 6

В этом случае резонансная (,С-це" почка, подключенная через дополни" тельный ключевой элемент 7 параллельно выходным зажимам системы заряда, образует с дросселем 2 сложный Г-образный LC-фильтр, шунтирующий первую гармонику зарядного тока (n=l) и имеющий коэффициент сглаживания в несколько раэ выше коэффицицента сглаживания одного сглаживающего дросселя. Соответственно снижается и пе" ременная составляющая тока в цепи аккумуляторной батареи и нагрев последней, что позволяет соответствен но поднять допустимую плотность зарядного тока и сократить время первой

1 ступени заряда аккумуляторной батареи.

При достижении батареей 9 требуемого уровня заряженности ключевой элемент 7 отключается. Поскольку при работе разрядного конденсатора 6 на первой ступени заряда в качестве емкостного элемента iC-фильтра выпрямителя он зарядился до уровня напряжения аккумуляторной батареи 9, перед началом формирования деполяризирующих импульсов тока производят разряд его до нулевого напряжения или перезаряд его до противоположной полярности (см.фиг.1) с помощью узла перезаряда 8. После этого конденсатор 6, а соответственно, и весь узел разряда 5,3, 6 и 8.оказываются готовыми для осуществления второй ступени дозаря936220

25 да аккумуляторной батареи 9 с подачей кратковременных разрядных деполяризирующих импульсов. тока.

Таким образом, повышение эффективности процесса заряда свинцовокислотной аккумуляторной батареи током повышенной плотности достигается путем использования разрядного конденсатора 6 в качестве емкостного элемента .сглаживающего 0 фильтра совместно с дополнительной индуктивностью 4, подключаемых к концу сглаживающего дросселя 2 через дополнительный ключевой элемент 7. Введение дополнительных 15 ключевого и индуктивного элементов 7 и 4 создает контур короткого замыкания для и -й гармоники в зарядном токе. Это позволяет в несколько раз снизить переменную 2О составляющую зарядного тока и нагрев аккумуляторной батареи либо поднять допустимую плотность зарядного тока и сократить общее время заряда аккумуляторной батареи.

Возможны, различные модификации системы заряда.

П и установке сглаживабцего дросселя 2 в анодной цепи вентилей выпрямителя 1 образуется загради-3р тельный для и-й гармоники фильтрпробка режекторного типа с добавочI

1 ной индуктивноствв 4 = - Н

4 ю„сь

Такой фильтр образует контур с нуле- З5 вой проводимостью для П -й гармоники зарядного тока (фиг.2 а).

В качестве добавочной индуктивности 4 можно использовать индуктив40 ность либо разрядного, либо перезарядного дросселей (см. Фиг. 2 о и в ).

Таким образом, установка простого ключевого элемента, (например, контактора ) рассчитанного примерно на 0,1 величины зарядного тока,реша- 45 ет вопрос и с повышением эффективности процесса заряда и с эффективностью использования батареи разрядных конденсаторов, что очень важно для мощных зарядных устройств.

Формула изобретения

1. Система заряда аккумуляторной батареи, содержащая зарядный выпрямитель на тиристорах со сглаживающим дросселем на выходе и тиристорнодроссельно-конденсаторный узел разряда с цепью перезаряда конденсатора, выполненной в виде вспомогательного выпрямителя с дросселем, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, заряда, между концом сглаживающего дросселя и обкладкой конденсатора со стороны разрядного тиристора подключена дополнительная цепочка, состоящая из последовательно соединенных ключевого и индуктивного элементов.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, в качестве индуктивного элемента использованы дроссели разрядной или перезарядной цепи, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Зорохович А.Е. и др. Устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей; М., "Энергия", 1975, с. 203.

2. филатов В.Н . Устройства заряда . аккумуляторных батарей асимметричным током. - НТС "Электротехническая промышленность", серия "Преобразовательнав техника", М. Информэлектро, 1978, вып..8 (103), с. 12-15.

3. Авторское свидетельство СССР

N 404146, кл. Н 02 J 7/10, 1973 (прототип).