Патент на изобретение №2296406

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСКОРЕННОГО ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ

(57) Реферат:

Использование: в электротехнике, для ускоренного заряда аккумуляторных батарей на основе заряд-разрядных выпрямительно-инверторных преобразователей. 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, симметричным ключом и емкостью разрядных конденсаторов. 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 ко 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 возможность регулирования соотношения амплитуд зарядного и разрядного импульсов. 1 ил.

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

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током [Патент РФ 2219638, кл. 7 Н 02 J 7/10, Н 01 М 10/44]. Данное устройство содержит 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, 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, 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 блоков усилителей схемы управления силовой части, введены блок усилителей, вход которого соединен с выходом блока управления, и блок симметричного ключа, вход которого соединен с выходом блока усилителей, один конец симметричного ключа соединен с блоком разрядных конденсаторов, а другой – с блоком зарядных конденсаторов и соединенными вместе входами по переменному току блоками управляемых выпрямителей.

Во время разрядного периода симметричный ключ замкнут и ток разряда ограничивается суммарной емкостью зарядного и разрядного конденсаторов, что позволяет сделать емкость разрядного конденсатора меньше на величину емкости зарядного конденсатора, а, следовательно, уменьшить вес и габариты установки. Однако и данное устройство не позволяет регулировать соотношение амплитуд зарядного и разрядного импульсов, и, следовательно, не позволяет добиваться оптимального режима заряда для конкретных типов аккумуляторных батарей.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащим 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, блок усилителей, вход которого соединен с выходом блока управления, и блок симметричного ключа, вход которого соединен с выходом блока усилителей, один конец симметричного ключа соединен с блоком разрядных конденсаторов, а другой – с блоком зарядных конденсаторов и соединенными вместе входами по переменному току блоками управляемых выпрямителей; и схема управления по заданному алгоритму включает блок управления, блок индикации, блок задания алгоритма заряда, блок задания режима заряда, блок синхронизации, блок питания, соединенный выходом с входом блока синхронизации, 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 блоков усилителей схемы управления силовой части, введены блок усилителей, вход которого соединен с выходом блока управления, и блок управления емкостями разрядных конденсаторов, выход которого соединен с блоком разрядных конденсаторов, а вход с блоком усилителей.

Введенные дополнения позволяют изменять соотношения амплитуд зарядного и разрядного импульсов, и, следовательно, позволяют добиваться оптимального режима заряда для конкретных типов аккумуляторных батарей.

Для получения отмеченного оптимального режима заряда необходимо выполнить следующие критерии:

– амплитуда разрядного импульса должна быть больше амплитуды зарядного импульса;

– соотношение амплитуд зарядного и разрядного импульсов и соотношения длительностей зарядного и разрядного импульсов должны выбираться индивидуально для каждого типа аккумуляторных батарей, так как оно зависит от внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей, как омического, так и поляризационного, толщины электродов, пористости электродов и т.д.

Предлагаемое устройство позволяет удовлетворить данным критериям.

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, 12, 13 и 22 усилителей. Блок 14 питания соединен с клеммами сетевого напряжения, вход подключен к выходу блока 8 задания режима заряда, а выход – к блоку 4 синхронизации. Выходы блоков 11, 12, 13 и 22 усилителей соединены с блоками 15, 16 управляемых выпрямителей, блоком 17 симметричного ключа и блоком 23 управления емкостями разрядных конденсаторов соответственно. Положительный вывод блока 15 управляемого выпрямителя и отрицательный вывод блока 16 управляемого выпрямителя объединены и имеют клемму для подключения положительного вывода аккумуляторной батареи 18. Отрицательный вывод блока 15 управляемого выпрямителя и положительный вывод блока 16 управляемого выпрямителя объединены и имеют клемму для подключения отрицательного вывода аккумуляторной батареи 18. Выводы батареи 18 соединены с блоком 10 датчика напряжения. Выводы для подачи переменного напряжения блоков 15 и 16 управляемых выпрямителей объединены попарно. Одна пара соединена с блоком 19 зарядных конденсаторов и блоком 17 симметричного ключа, другой конец которого соединен с блоком 20 разрядных конденсаторов. Вторая пара выводов подключена к выходу блока 21 фильтров. Входы блоков 19 и 20 зарядных и разрядных конденсаторов соответственно объединены и подключены к другому выходу блока 21 фильтров, входы которого имеют выводы для подключения к питающей сети.

Устройство работает следующим образом. Сигнал включения блока 14 питания поступает из блока 8 задания режима заряда. Блок 14 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 для питания блоков 11, 12, 13 и 22 усилителей подается с задержкой на время переходных процессов в блоке 3 управления для предотвращения случайного открытия силовых элементов в блоках 15, 16, 17 и 23 управляемых выпрямителей, симметричного ключа и управления изменением емкостей разрядных конденсаторов соответственно. Переменное напряжение с 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 19 и 20 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 блоков 15 и 16 управляемых выпрямителей и блока 17 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. Блок 23 управления емкостями разрядных конденсаторов запускается по сигналу из блока 3 управления, через блок усилителей 22 в соответствии с заданным режимом заряда из блока 8. В соответствии с выбранным режимом блок управления 23 ступенчато включает дополнительные емкости в блоке разрядных конденсаторов 20, что позволяет установить оптимальные соотношения амплитуд зарядных и разрядных импульсов для различных типов аккумуляторных батарей. 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 блоки 15 и 16 зарядный и разрядный управляемые выпрямители и блок 17 симметричного ключа поступают из блока 3 управления на входы блоков усилителей 11, 12 и 13 соответственно, которые усиливают сигналы управления и выполняют гальваническую развязку цепей управления от силовых цепей. Блок 21 фильтров служит для подавления высокочастотных помех сети и представляет собой индуктивно-емкостной Т-образный фильтр. Блок 19 зарядных конденсаторов ограничивает ток заряда аккумуляторной батареи 18, а в разрядные периоды включается симметричный ключ блока 17, и ток ограничивается суммарной емкостью разрядных конденсаторов блока 20 и зарядных конденсаторов блока 19. Управляемые выпрямители блоков 15 и 16 включены встречно-параллельно, а в качестве нагрузки включена аккумуляторная батарея 18. Соотношение амплитуд зарядного и разрядного импульсов обеспечивается величиной емкости блока 19 зарядных конденсаторов и величиной суммарной емкости блока 20 разрядных конденсаторов и блока 19 зарядных конденсаторов. Количество зарядных и разрядных импульсов определяется в соответствии с алгоритмом заряда.

Возможность ступенчато, с некоторым шагом изменять емкость в блоке разрядных конденсаторов 20 позволяет установить оптимальные соотношения амплитуд зарядных и разрядных импульсов для различных типов аккумуляторных батарей и тем самым вести оптимально заряд в соответствии с отмеченными выше критериями.

Таким образом, использование заявленного изобретения позволяет вести заряд равномерно по глубине пористого электрода, что в свою очередь позволяет повысить отдаваемую емкость на 8-12%, устранить полностью газовыделение при заряде и тем самым увеличить срок службы аккумуляторной батареи, а также вести заряд в ускоренном режиме (от 10 мин до 4 ч).

Источники информации

1. Патент Российской Федерации 2134476, Н 02 J 7/10.

4. Патент Российской Федерации 2219638, 7 Н 02 J 7/10, Н 01 М 10/44.

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 и с двумя встречно-параллельно включенными блоками управляемых выпрямителей, два блока усилителей, входы которых подключены к соответствующим выходам блока управления, а выходы к соответствующим входам блоков управляемых выпрямителей, которые также подключены к аккумуляторной батарее, а также блок усилителей, вход которого соединен с выходом блока управления, а выход с блоком симметричного ключа, один вывод симметричного ключа соединен с блоком разрядных конденсаторов, а другой – с блоком зарядных конденсаторов и соединенными вместе входами блоков управляемых выпрямителей, положительный вывод блока управляемого выпрямителя и отрицательный вывод другого блока управляемого выпрямителя объединены и имеют клемму для подключения положительного вывода аккумуляторной батареи, отрицательный вывод блока управляемого выпрямителя и положительный вывод другого блока управляемого выпрямителя объединены и имеют клемму для подключения отрицательного вывода аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что в схему управления силовой части введен блок управления емкостями разрядных конденсаторов, вход которого соединен с блоком управления через блок усилителей, а выход с блоком разрядных конденсаторов.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.09.2007

Извещение опубликовано: 10.03.2009 БИ: 07/2009