Система заряда аккумуляторной батареи

(72) Автор изобретения латов ракий ФсРруМа луп р садк Научно-исследовательский,71) Заявитель и технологический институт ловой техник Й) СИСТЕМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ерезарядавязей аписа мпульпря 1Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах ускоренного заряда аккумуляторных батарей, преимущественно свинцово-кислотных.Известны системы двухступенцатого заряда аккумуляторных батарей внацале постоянным сглаженным током повышенной плотности с последующей подачей разрядных деполяризирующих и сов тока, содержащие зарядный вы митель со сглаживающим дросселем.на выходе и .узел разряда, подключаемый параллельно выходным зажимамсистемы зарядами,1 1.Применительно к режимам ускоренного 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" 2личным выполнением цепи ии других межструктурных сны в статье 121,. Зарядный выпрямитель обеспечивает заряд аккумуляторной батареисредним током, определяемым разнос"тью среднего выпрямленного напряжения и ЭДС аккумуляторной батареи1 с учетом сопротивления заряднойцепи ) с регулированием его величиныо изменением угла включения тиристороввыпрямителя. При достижении аккумуляторной батареей требуемого уровня заряженности начинают подаватьуправляющие импульсы на разрядныйтиристор, обеспечивающий формирование деполяризирующих импульсов заданной частоты с:параметрами, определяемыми параметрами С-разряднойцепи, структурой цепи перезаряда,гоа также наличием других корректирующих звеньев.Недостатком таких систем заряда яляется повышенный уровень высшихгде В - сопротивление эарядчой це 3 пи,с - угол включения тиристоров выпрямителя,55 Щ - напряжение холостого хода выпрямителя,О - амплитуда высшей гармоники порядка, 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, 1 о содержащая зарядный выпрямитель на тиристорах со сглаживающим дроссеглем на выходе, тиристорно-дроссельноконденсаторный узел разряда с цепью перезаряда конденсатора, выполненной 5 в виде вспомогательного выпрямителя с собственным дросселем. При заряде свинцово-кислотнои аккумуляторной батареи током повышен 20 ной плотности напряжение на ее клеммах вначале значительно возрастает от 190 до 290-315 В применительно ч батарее на 230 В) 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 зарядаЗО были бы очень значительнымис учетом колебаний напряжения питающей сети в пределах Ф 5/). 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 4Цель изобретения - повышение эффективности процесса заряда.Указанная цель достигается подключением дополнительной цепочки, состоящей из ключевого и индуктивногоэлементов между концом сглаживающегодросселя и обкладкой конденсаторасо стороны разрядного тиристора с использованием в качестве индуктивногоэлемента либо отдельного дросселя,либо разрядного перезарядногодросселей.На фиг 1 показана принципиальнаясхема предлагаемой системы заряда;на фиг. 2 о, б и Ь - ее возможныемодификации.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 сглаживающимдросселем 2 в анодной или катоднойцепи подключен зажимами переменноготока к выходным зажимам системызаряда, а зажимами постоянного тока - к аккумуляторной батарее 9.К выходным зажимам системы зарядаподключен узел разряда, состоящий иэпоследовательно соединенных тиристора 5, дросселя 3 и конденсатора 6,параллельно которому подключен узелпереэаряда 8. Последовательносоединенные ключевой элемент 7 ииндуктивный элемент ч подключенымежду концом сглаживающего дросселя 2 и обкладкой конденсатора 6со стороны разрядного тиристора 5.На первой ступени заряда аккумуляторной батареи 9 постоянным током повышенной плотности ключевойэлемент 7 находится во включенномположении и работает только выпрямитель 1. Величина зарядного тока определяется формулой5 9362 т - пульсность схемы выпрямителя, ш:ело - угловая частота первой (высшей) гармоники в выпрямленном напряжении, 5 и - фазовый сдвиг гармоник, коэффициент сглаживания фильтра выпрямителя, ЕА . - ЭДС полностью разряженной Юпаккумуляторной батареи, 10 б 1 - постоянная времени изменения ЭДС батареи в процессе заряда. Зарядный ток содержит постоянную составляющую, осуществляющую заряд 15 аккумуляторной батареи, определяемую разностью среднего значения выпрямленного напряжения и ЭДС аккумуляторной батареий - 06 соЫ-Е ефф 1, гоРЗ8 пип / и переменную составляющую выпрямленного напряжения с учетом сглаживающего действия Фильтра, идущую на нагрев аккумуляторной батареи25и:ю= - ,", О вп(пЮ 1+1 ),Ь п=1где 0,=080 сов А 1 Фи ЬА;впМаксимальный угол включения тирис 1 торов а составляет 45-60 эл,град.35и складывается из минимального угла включения с ;и= 15 определяемого возможностями САР), запаса наколебания питающей сети (в пределах 53), 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 элект 45рические потери в зарядной цепи ивозможные подрегулировки. А величина высших гармоник в выпрямленномнапряжении существенно возрастает с увеличением угла включения тирис 50торов выпрямителя и, например, для трехфазной мостовой схемы составля. ет 20-30 от Одо,Поскольку величина среднего значения зарядного тока определяетсяразностью среднего значения выпрям 55ленного напряжения и ЭДС аккумулятор"ной батареи, а величина переменнойсоставляющей зарядного тока - только 20 6переменной составляющей выпрямленного напряжения, относительная величина переменной составляющей в зарядном токе может достигать 50-100 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 сцижению эффективности процесса заряда.Поскольку определяющей в нагреве является первая (высшая) гармоника зарядного тока, определяемая пульсностью выпрямителя (т =6) для трехфазной мостовой схемы выпрямителя), то именно из условия резонанса на эту гармонику определяют добавочную индуктивность дросселя 4 4 щ". сп ЬВ этом случае резонансная 1,С-це"почка, подключенная через дополни"тельный ключевой элемент 7 параллельно выходным зажимам системы заряда,образует с дросселем 2 сложный Г-образный С-фильтр, шунтирующий первуюгармонику зарядного тока п=1) и имеющий коэффициент сглаживания в несколько раэ выше коэффицицента сглаживания одного сглаживающего дросселя, Соответственно снижается и пе"ременная составляющая тока в цепиаккумуляторной батареи и нагрев последней, что позволяет соответственно поднять допустимую плотность зарядного тока и сократить время первой1ступени 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 Ы-фильт"ра выпрямителя он зарядился до уровня напряжения аккумуляторной батареи 9, перед началом формированиядеполяризирующих импульсов токапроизводят разряд его до нулевогонапряжения 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 дозаря 93622025 да аккумуляторной батареи 9 с подачей кратковременных разрядныхдеполяризирующих импульсов. тока.Таким образом, повышение эффективности процесса заряда свинцовокислотной аккумуляторной батареитоком повышенной плотности достигается путем использования разрядного конденсатора 6 в качествеемкостного элемента .сглаживающего 30фильтра совместно с дополнительнойиндуктивностью 4, подключаемых кконцу сглаживающего дросселя 2 через дополнительный ключевой элемент 7 Введение дополнительных 15ключевого и индуктивного элементов 7 и 4 создает контур короткогозамыкания для и -й гармоний:ив зарядном токе. Это позволяетв несколько раз снизить переменную 20составляющую зарядного тока и нагреваккумуляторной батареи либо поднятьдопустимую плотность зарядного токаи сократить общее время зарядааккумуляторной батареи,Возможны, различные модификациисистемы заряда.При установке сглаживающегодросселя 2 в анодной цепи вентилей выпрямителя 1 образуется загради-зотельный для и-й гармоники фильтрпробка режекторного типа с добавочой ийутиостЬюТакой фильтр образует контур с нулевой проводимостью для П -й гармоники зарядного тока (фиг.2 а).В качестве добавочной индуктивности 4 можно использовать индуктив 40ность либо разрядного, либо перезарядного дросселей (см. Фиг. 2 Б и в ).Таким образом, установка простого ключевого элемента, (например,контактора ) рассчитанного примернона 0,1 величины зарядного тока,реша ет вопрос и с повышением эффективности процесса заряда и с эффективностью использования батареи разрядных конденсаторов, что очень важно для мощных зарядных устройств,формула изобретения1. Система заряда аккумуляторнойбатареи, содержащая зарядный выпрямитель на тиристорах со сглаживающимдросселем на выходе и тиристорнодроссельно-конденсаторный узел разряда с цепью перезаряда конденсатора, выполненной в виде вспомогательного выпрямителя с дросселем, о т л ичающая с я тем, что, с цельюповышения эффективности процесса, заряда, между концом сглаживающегодросселя и обкладкой конденсаторасо 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 использованыдроссели разрядной или перезаряднойцепи,Источники информации,принятые во внимание при экспертизеЗорохович 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 "Электротехническаяпромышленность", серия "Преобразовательнав техника", М. ИнФормэлектро, 1978,вып 8 (103), с. 12-15.3 Авторское свидетельство СССРй 404146, кл, Н 02 Х 7/10, 1973936220 ВНИИПИ Заказ 1239/б 5 Тираж 669 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,