Устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ГРУПП АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ, содержащее полупроводнкковые вентили для переключения групп элементов батарей с последовательного соединения при заряде на параллельное при разряде, . Ьтлич ающеес я тем,, что, с целью повышения надежности, обеспечения бестоковой, коммутации и расширения области применения, в цепь заряда групп элементов включены полупроводниковые симметричные элементы , число которых на единицу меньше числа групп элементов батарей , и элементы защиты от. сверхтоков по числу групп элементов-.батареи, причем точки со.единенияполупроводниковых симметричных элементов , катодов тиристоров, развязывающих отрицательные полюсы групп элементов , и элементов защиты от jCBepx-. токов соединены через резистррад и ;диоды с. управляющими электродами полупроводниковых симметричных эле .MeHTcyfe, а диоды заШунтированы замыкающими контактами вновь введенных включающих элементов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1051648 у 0 8 02 .! 7/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;:;.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21), 34.00726/24-07 (22) 01.03 ° 82

:(46) 30.10.83 . Бюл. 9 40 (72) A.Å. Аксенов (53) 621.355.1(088.8) (56) .1. Авторское свидетельство СССР

9 119232, кл. Н 02 J 7/00, 1958.

2. Авторское свидетельство СССР

9 492953, кл. Н 01 И 10/42, 1973, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ABTONATH

ЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ГРУПП АККУМУ-

ЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ, содержащее полупроводниковые вентили для переключения групп элементов .батарей с последовательного соединения при заряде на .параллельное при разряде, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью. повышения надежности, обес1 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, бата- . реи, причем точки соединения полупроводниковых симметричных элемен тов, катодов тиристоров, развязываю щих отрицательные полюсй групп элементов, и элементов защиты от сверх . токов соединены через резисторы и

:диоды с управляющими электродами полупроводниковых симметричных эле- ,ментов, а диоды зашунтированы за- ф мыкающими контактами вновь введенных включающих элементов, 1051648

Изобретение относится к электроУстановкам для питания потребителей| постоянного тока, например злектро- мобилей, в которых в качестве источника питания используются аккумуляторные батареи. 5

Известно устройство для автоматического переключения групп аккумуляторных батарей с последовательного соединения при заряде на па»» раллельное при разряде f1). 10

Недостатком этого устройства является невозможность регулирования напряжения разряда батарей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматичес- )5 кого переключения групп аккумуляторных батарей со ступенчатым регулированием выходного напряжения при. разряде путем ручного переключения батареи с параллельного включения 20 групп элементов на последовательное.

Устройство состоит из групп элементов аккумуляторных батарей, полупроводниковых вентилей, обеспечивающих переключение групп элементов батарей с последовательного соеди .нения при заряде на параллельное при разряде, полупроводниковых вентилей, включенных последовательно

:между группами элементов в прямом

1для зарядного тока направлении, и переключателя, замыкающего вентили, стоящие между группами элементов батареи jg).

Переключение групп элементов батареи производится контактным способом, поэтому нельзя обеспечить быстрого переключения групп элементов батареи. При этом не обеспечивается бестоковая коммутация групп элементов батареи. 8 уст- 40 ройстве отсутствует защита от внутренних коротких замыканий, в результате чего при зашунтированных замыкающими контактами вентилях, включенных последовательно между ф5 группами элементов, возможен полный разряд групп элементов при внутренних коротких замыканиях. В устройстве отсутствует защита вентилей от сверхтоков. При зашунтирован,ных замыкающими контактами вентилях, включенных последовательно между группами элементов, возможно протекание тока обратной полярности при неправильном включении батареи на заряд. Это снижает надежность усФройства в работе, снижает срок службы устройства и ограничивает область его применения, Цель изобретения - повышение надежности, обеспечение бестоковой коммутации и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что .в устройстве для автоматического переключения групп.акку- 65 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 правильном включении батареи на заряд симметричные тиристоры 13-15 открываются через диоды 20-22 и резисторы 23-25. После отпирания тиристоров ток управления через их управляющие электроды прекращается и

1051648 симметричные тиристоры остаются включенными до конца заряда. При неправильном включении батареи на заряд симметричные тиристоры 13-15 не отпираются, так как диоды 20-22 препятствуют протеканию тока через их управляющие электроды. Для получения необходимого напряжения разряда батареи включаются соответствующие тиристоры. Например, при отключенных тиристорах напряжение на нагрузке равно напряжению одной группы элементов, а ток имеет максимальную величину и равен сумме токов всех групп элементов батареи.

При включении тиристоров 13 и 15 15 напряжение на нагрузке равно напряжению двух групп элементов, так как группы элементов 1, 2 и 3, 4 включены при этом между собой последовательно, а относительно нагрузки группы элементов 1, 2 и 3, 4 включены параллельно. При включении всех тиристоров напряжение на наг-рузке максимальное и равно сумме напряжений всех групп элементов. 2S

Для включения того или иного тиристора достаточно подать на его управляющий электрод кратковременный импульс управления, после чего тиристор остается открытым и отключается автоматически в момент отк; лючения нагрузки. При этом происходит бесконтактная коммутация групп элементов батареи..

При ручном управлении кратковре- менно включаются включающие элемен- .3 ты 36-38. После включения тиристора эти включающие элементы должны устанавливаться в исходное состояние. Тогда при подключении нагрузки ни один из тириоторов не может 4Р быть включен без подачи сигнала управления, чем исключается включение нагрузки на максимальное напряжение.

В случае необходимости плавного 45 снижения выходного напряжения дос-. таточно кратковременно отключить один из автоматических выключателей 16-18, при этом запирается со» ответствующий симметричный тиристор.

В случае закорачивания любого из 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 6, то группа элементов 1 стремится разрядиться через вентиль 5, тиристор 13 и автоматический выклю- 60 чатель 16. При этом направление тока через симметричный тиристор 13, если пробой происходит в процессе заряда, меняется на обратное и тиристор 13 запирается под воэдейст- у вием напряжения группы элементов 1.

Ток заряда оставшихся элементов протекает при этом через тиристоры

5 и 6. 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 подзаряжаться 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 слаботочного источника во время стоянки в гараже, что значительно сократит время зарядки электромобиля на за, рядных станциях.

1051648

Составитель В. Оглоблев

Техред Ж. Кастелевич Корректор А. Ильин

Редактор Ю. Середа

ВЮ4 В ЮЮ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул./ Проектная, 4!

Заказ 8682/54 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5