Устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей

(21), 340 (22) 01. : (46) 30. (72) А.Е (53) 621 (56) .1, Ав М 1192322. Авт В 492953 о с ЬаЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ детельство СССР7/00, 1958.тельство СССР10/42, 1973ДЛЯ АВТОМАТИГРУПП АККУИУ-ержащее полудля переклю.батарей с нос-ения при заряи разряде,я .тем что,жности, обес(54)(57) УСТРОЙСТВО ЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ, сод проводниковые вентили чения групп элементов ледовательного соедин де на .параллельное пр тличающеес целью повышения наде1 печения бестоковой, коммутации .и рас ширения области применения, в цепь заряда групп элементов включены полупроводниковые симметричные элементы, число которых на единицу меньше числа групп элементов батарей, и элементы защиты от сверхто,- ков по числу групп элементов, батареи, причем точки соединения. полупроводниковых симметричных элементов, катодов тиристоров, развязывающих отрицательные полюсй групп эле.ментов, и элементов защиты от сверх токов соединены через резисторы и диоды с управляющими электродами полупроводниковых симметричных эле- ,ментбЬ, а диоды зашунтированы замыкающими контактами вновь введенных включающих элементов,Изобретение относится к электроУстановкам для питания потребителейпостоянного тока, например злектро-мобилей, в которых в качестве источника питания используются аккумуляторные батареи, 5Известно устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей с последовательного соединения при заряде на параллельное при разряде Г 1 3. 1 ОНедостатком этого устройства является невозможность регулированиянапряжения разряда батарей,Наиболее близким к првдлагаемомуявляется устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей со ступенчатым регулированием выходного напряжения при.разряде путем ручного переключениябатареи с параллельного включения 20групп элементов на последовательное.Устройство состоит из групп элементов аккумуляторных батарей, полупроводниковых вентилей, обеспечивающих переключение групп элементовбатарей с последовательного соеди.нения при заряде на параллельноепри разряде, полупроводниковых вентилей, включенных последовательномежду группами элементов в прямом1 для зарядного тока направлении, ипереключателя, замыкающего вентили,стоящие между группами элементовбатареи Я.Переключение групп элементовбатареи производится контактнымспособом, поэтому нельзя обеспечить быстрого переключения группэлементов батареи. При этом необеспечивается бестоковая коммутация групп элементов батареи. В устройстве отсутствует защита от внутренних коротких замыканий, в результате чего при зашунтированныхзамыкающими контактами вентилях,включенных последовательно между 45группами элементов, возможен полныйразряд групп элементов при внутренних коротких замыканиях. В устройстве отсутствует защита вентилейот сверхтоков . При зашунтирован,ных замыкающими контактами вентилях,включенных последовательно междугруппами элементов, возможно протекание тока обратной полярностипри неправильном включении батареина заряд. Это снижает надежностьусройства в работе, снижает срокслужбы устройства и ограничиваетобласть его применения,Цель изобретения - повышение надежности, обеспечение бестоковой 0коммутации и расширение области применения.Поставленная цель достигаетсятем, что .в устройстве для автома"тического переключения групп.акку муляторных батарей, содержащем полупроводниковые вентили для переключения групп элементов батарей с последовательного соединения при заряде на параллельное при разряде, в цепь заряда групп элементов включены полупроводниковые симметричные элементы, число которых на единицу меньше числа групп элементов батареи, и элементы защиты от сверхтоков по числу групп элементов батареи, причем точки соединения полупроводниковых симметричных элементов, катодов тиристоров, развязывающих отрицательные полюсы групп элементов, и элементов защиты от сверхтоков соединены через резисторы и диоды с управляющими электродами полупроводниковых симметричных элементов, а диоды зашунтированы замыкающими контактами вновь введенных включающих элементов.На чертеже представлена схема устройства для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей.Устройство состоит из групп аккумуляторных батарей 1-4, число которых определяется необходимой емкостью, максимальным рабочим напря жением батареи и количеством ступеней регулирования напряжения. Вентили 5-12 обеспечивают параллель.ное соединение групп элементов при разряде, Симметричные тиристоры 13-15 и автоматические выключатели ,16-19 обеспечивают последовательное соединение групп элементов батареи при заряде и разряде. Диоды 20-22 обеспечивают включение симметричных тиристоров при правильной полярности напряжения заряда батареи, резисторы 23-25 ограничивают ток через управляющие переходы симметричных тиристоров. На выводы 26-27. подключается нагрузка, на выводы 28 и 29 - зарядное устройство. Выводы 30-35 йредназначены для подачи сигналов управления симметричными тиристорами в автоматическом режиме работы, включающие .элементы 36-38 используются при ручном управлении.Устройство работает следующим образом.Заряд батареи осуществляется при отключенных включающих элементах 36-38 током, равным номИнальному току одного элемента при последовательном включении всех групп элементов при включенных автоматических выключателях 16-19. При правиль" ном включении батареи на заряд симметричные тиристоры 13-15 открываются через диоды 20-22 и резисторы 23-25, После отпирания тиристоров ток управления через их управляющи 4 электроды прекращается исимметричные тиристоры остаютсявключенными до конца заряда. Принеправильном включении батареи назаряд симметричные тиристоры 13-15не отпираются, так как диоды 20-22препятствуют протеканию тока черезих управляющие электроды. Для получения необходимого напряженияразряда батареи включаются соответствующие тиристоры. Например, приотключенных тиристорах напряжение 1 Она нагрузке равно напряжению однойгруппы элементов, а ток имеет максимальную величину и равен сумметоков всех групп элементов батареи.При включении тиристоров 13 и 15 15напряжение на нагрузке равно напряжению двух групп элементов, так какгруппы элементов 1, 2 и 3, 4 включены при этом между собой последовательно, а относительно нагрузкигруппы элементов 1, 2 и 3, 4 включены параллельно. При включениивсех тиристоров напряжение на нагрузке максимальное и равно сумменапряжений всех групп элементов, 25Для включения того или иного тиристора достаточно подать на его управляющий электрод кратковременныйимпульс управления, после чего тиристор остается открытым и отключается автоматически в момент отк;лючения нагрузки. При этом происходит бесконтактная коммутация группэлементов батареиПри ручном управлении кратковре-менно включаются включающиеэлементы 36-38. После включения тиристора эти включающие элементы должныустанавливаться в исходное состояние. Тогда при подключении нагрузки ни один из тириоторов не может 40быть включен без подачи Сигнала уп"равления, чем исключается включение нагрузки на максимальное напряжение,В случае необходимости плавного 45снижения выходного напряжения дос-.таточно кратковременно отключитьодин из автоматических выключателей 16-18, при этом запирается соответствующий симметричный тиристор.В случае закорачивания дюбогоиз вентилей, обеспечивающих парал-.лельное соединение групп элементов, элемент, в цепи разряда которого произошла неисправность, автоматически отключается, чем достигается его защита от полного разряда. Если, например, эакорочен вентиль б, то группа элементов 1 стремится разрядиться через вентиль 5,тиристор 13 и автоматический выключатель 16. При этом направление тока через симметричный тиристор 13,если пробой происходит в процессе юзаряда, меняется на обратное и тиристор 13 запирается под воэдейст вием напряжения группы элементов 1. Ток заряда оставшихся элементов протекает при этом через тиристоры 5 и б. Аналогичным образом защищаются остальные группы элементов. Если неисправность возникает в процессе разряда батареи, то под воздействием тока разряда отключается один из автоматических выключателей 16-19. При этом цепь разряда той или иной группы элементов прерываетсн и последовательно соединенные группы элементов разьединяются. В аварийном состоянии последовательное соединение групп элементов становится невозможным, однако они остаются в работе при их параллель.ном соединении и транспортное средство сможет продолжать движение на пониженной скорости. Автоматические выключатели 16-19 осуществляют также защиту вентилей и тиристоров от сверхтоков в процессе раз ряда как при смешанном, так и при последовательном соединении групп элементов, Устройство допускает работу в буферном режиме.Использование предлагаемого изобретения позволит увеличить надежность, обеспечить. бестоковую коммутацию и расширить область применения устройства, так как устройство имеет более гибкую и быстродействующую схему переключения, позволяющую осуществлять переключение групп элементов батареи в автоматическом режиме. При этом во многих случаях не понадобится специальной схемы регулирования напряжения, например, с помощью прерывателей постоянного тока, так как ступенчатого переключения выходного напряжения батареи достаточно для регулирования скорости некоторых электромо. билей. Заряд батареи в предлагаемом устройстве производится малым током, -что позволит при большой глубине регулирования выходного напряжения зарядного устройства производить заряд батарей разной емкости одним зарядным устройством, что будет очень удобно при заряде батарей злектромобилей разных систем на зарядных станциях, При .этом может быть значительно увеличена длина пробега электромобиля, так как батарея может подзаряжать" ся в пути следования путем рекупе" рации от собственного двигателя во время торможения или спуска с горы, а также от ветродвигателя или солнечных батарей, установленных на крыше электромобиля. Батарея может быть также заряжена,от слабо- точного источника во время стоянки в гараже, что значительно сократит время зарядки электромобиля на за" ,рядных станциях.1051648 Составитель В. Оглоблевтор Ю Середа ТехредЖ.Кастелевич Корректо Ред Ильй йюай е Патентф, г. Ужгород,П Проектная Заказ 8682/54 ВНИИПИ по 113035, М еФТираж 617сударственного комителам изобретений и отва, 3-35, Раушская на Подписноеа СССРрытий, д. 4/5