Устройство для поэлементного доразряда двух и более аккумуляторных батарей

 

Использование: устройство может быть использовано в автономных системах электропитания и позволяет доразряжать аккумуляторные батареи в процессе их испытаний и эксплуатации. Сущность изобретения: устройство содержит две и более аккумуляторные батареи, состоящие из n-последовательно соединенных аккумуляторов, выходные клеммы по числу аккумуляторов, 2n транзисторных ключа для двух батарей, в базовые и коллекторные цепи которых включены обмотки соответствующих двух трансформаторов, повышающий трансформатор, выпрямитель, два переключателя, один генератор переменного напряжения и балластный резистор. Устройство позволяет разряжать каждую аккумуляторную батарею на балластный резистор либо на любую из оставшихся батарей. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, позволяет доразряжать аккумуляторные батареи в процессе их испытаний и эксплуатации и может найти применение в автономных системах электропитания, содержащих две и более идентичных блоков аккумуляторных батарей.

Известны устройства, в которых используется принцип поэлементного доразряда батарей на балластные разрядные резисторы, количество которых равно количеству разряжаемых аккумуляторов, либо аналогичный доразряд на противоЭДС трансформатора с подмагничиваемым шунтом, являющийся по своей сущности магнитным усилителем, работающим в режиме стабилизации тока [1, 2].

Недостаток первого устройства - значительное время, необходимое для осуществления операции доразряда, а недостаток второго - сравнительно большая потребляемая мощность, что в применении к автономным системам электропитания зачастую нежелательно, а также большая величина реактивной составляющей доразрядного тока.

Известно также устройство [3], содержащее генератор переменного напряжения с трансформаторным выходом, n разрядных резисторов, подключаемых к соответствующим аккумуляторам с помощью n трансформаторных ключей, причем отпирание четных и нечетных транзисторных ключей происходит попеременно, что достигается противофазным включением базовых обмоток соответственно четных и нечетных ключей.

Однако это устройство не позволяет достаточно глубоко доразряжать аккумуляторы, что необходимо для того, чтобы помимо выравнивания аккумуляторов в батарее по емкости, восстанавливать (частично) их электрохимическую структуру для увеличения ресурса работы и поддержания их энергоемкости; происходит значительное тепловыделение на балластных разрядных резисторах, что требует дополнительных энергозатрат на их охлаждение; возможна потеря энергии доразряжаемой батареи, в то время как стоимость электроэнергии в ряде автономных систем электропитания высока.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для поэлементного доразряда двух и более аккумуляторных батарей, например, k состоящих из n последовательно соединенных аккумуляторов, содержащие выходные клеммы по числу аккумуляторов, два переключателя, генератор переменного напряжения, одним выводом подключенный к входам первичных обмоток k трансформаторов, выходные клеммы каждого аккумулятора k аккумуляторной батареи подключены к своим транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки k трансформатора, а в коллекторные цепи последовательно другие вторичные обмотки k трансформатора и дополнительные обмотки таким образом, что изменения ЭДС, наводимых в базовых и коллекторных обмотках, происходит синфазно, тогда как базовые обмотки четных и нечетных транзисторных ключей включены противофазно, вторичная обмотка повышающего трансформатора подключена к выпрямителю, положительный вывод которого подключен к точке соединения положительных клемм аккумуляторных батарей и первому выводу балластного резистора [4].

Недостатком этого устройства является значительные массогабаритные показатели.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей путем изменения связей.

Это достигается тем, что устройство для поэлементного доразряда двух и более аккумуляторных батарей, например k, состоящих из n последовательно соединенных аккумуляторов, содержащее выходные клеммы по числу аккумуляторов, два переключателя, генератор переменного напряжения, одним выводом подключенный к входам первичных обмоток k трансформаторов, выходные клеммы каждого аккумулятора k аккумуляторной батареи подключены к своим транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки k - трансформатора, а в коллекторные цепи последовательно другие вторичные обмотки k трансформатора и дополнительные обмотки повышающего трансформатора таким образом, что изменение ЭДС, наводимых в базовых и коллекторных обмотках происходит синфазно, тогда как базовые обмотки четных и нечетных транзисторных ключей включены противофазно, вторичная обмотка повышающего трансформатора подключена к выпрямителю, положительный вывод которого подключен к точке соединения положительных клемм, вторичная обмотка повышающего трансформатора и дополнительные обмотки транзисторных ключей k аккумуляторных батарей расположена на общем магнитопроводе, первый управляемый переключатель снабжен k - контактами, второй управляемый переключатель - k+1 контактами, второй вывод генератора переменного напряжения соединен через замкнутый первый подвижный контакт первого переключателя с выходом первичной обмотки первого трансформатора, выходы первичных обмоток k-1 трансформаторов соединены с соответствующими k-1 разомкнутыми контактами первого переключателя, отрицательные клеммы k аккумуляторных батарей подключены к соответствующим k разомкнутым контактам второго переключателя, а k+1 контакт замкнут через подвижный контакт второго переключателя с вторым выводом балластного резистора.

На чертеже представлена схема устройства для поэлементного доразряда двух и более аккумуляторных батарей.

Устройство для поэлементного доразряда двух и более аккумуляторных батарей содержит 1k, например k, состоящих из n последовательно соединенных аккумуляторов, содержит выходные клеммы по числу аккумуляторов, два переключателя 2 и 3, генератор 4 переменного напряжения, одним выводом подключенный к входам первичных обмоток k-трансформаторов 5k выходные клеммы каждого аккумулятора k аккумуляторной батареи подключены к своим транзисторным ключам 6, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки 7 k-трансформатора 5k, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки 8 k трансформатора дополнительные обмотки 9 таким образом, что изменения ЭДС, наводимых в базовых 7 и коллекторных 8 обмотках, происходят синфазно, тогда как базовые обмотки 7 четных и нечетных транзисторных ключей 6 включены противофазно. Вторичная обмотка 10 повышающего трансформатора 11 подключена к выпрямителю 12, положительный вывод которого подключен к точке соединения положительных клемм k аккумуляторных батарей 1k и первому выводу балластного резистора 13.

Вторичная обмотка 10 повышающего трансформатора 11 и дополнительные обмотки 9 транзисторных ключей 6 k аккумуляторных батарей расположены на общем магнитопроводе, первый управляемый переключатель 2 снабжен k контактами 2k, которой управляемый переключатель 3 - k+1 контактами 3k+1. Первый подвижный контакт первого переключателя соединен с выходом первичной обмотки первого трансформатора 5. Выходы первичных обмоток 1 k трансформаторов соединены с соответствующим k-1 разомкнутыми контактами 2_k-1 первого переключателя 2, отрицательные клеммы k аккумуляторный батарей подключены к соответствующим k разомкнутым контактам 3k второго переключателя 3, а k+1 контакт 3_k+1 замкнут через подвижный контакт второго переключателя с вторым выводом балластного резистора 13.

При таком подключении обмоток 7, 8 и соответствующим подбором витков можно получить полную компенсацию падения напряжения на транзисторных ключах 6 либо (что целесообразней) некоторую перекомпенсацию (на 0,03-0,05 В) для ускорения восстановления электрохимической структуры. При этом мощность, потребляемая генератором 4, возрастает несущественно, так как величина компенсирующего напряжения порядка 0,15 В.

В процессе доразряда предлагаемым устройством отдельные аккумуляторы сходятся к одинаковому напряжению более равномерно, чем в случае доразряда стабильным током, так как каждая из разрядных ветвей является источником напряжения с жесткой характеристикой, в то время как стабилизатор тока имеет мягкую внешнюю характеристику.

В качестве доразрядных балластных резисторов используются дополнительные обмотки 9 транзисторных ключей 6 аккумуляторных батарей 1, расположенных на одном магнитопроводе, включенных таким образом, что токи, протекающие в обмотках, принадлежащих четным и нечетным аккумуляторам каждой из аккумуляторной батареи, будут противофазны. ЭДС, наводимые во вторичной обмотке 10 повышающего трансформатора 11, при разряде любой из аккумуляторных батарей, выпрямляются выпрямителем 12, при этом энергия доразряжаемой батареи может быть использована либо для заряда другой батареи, либо если батарея заряжена до предельного напряжения, может рассеиваться в виде тепла на общем балластном резисторе 13. Переключение режимов работы устройства происходит с помощью первого и второго переключателя автоматически, по сигналам команд и с датчиком напряжений.

Состояние подвижных контактов первого 2 и второго 3 переключателей изображенных на чертеже, соответствует режиму разряда первой аккумуляторной батареи 1 на балластный резистор 13. Режим дозаряда k аккумуляторной батареи 1k будет достигнут замыканием подвижного контакта второго переключателя с его разомкнутым контактом 3k. Изменение выбора для разряда аккумуляторной батареи 1 на аккумуляторную батарею 1k осуществляется путем замыкания подвижного контакта первого переключателя 2 с его разомкнутым контактом 2k.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить массогабаритные показатели известного устройства 4, например, для 1k аккумуляторных батарей и k магнитопроводов и k вторичных обмоток повышающего трансформатора, а также k выпрямителей.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЭЛЕМЕНТНОГО ДОРАЗРЯДА ДВУХ И БОЛЕЕ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ, например K, состоящих из n-последовательно соединенных аккумуляторов, содержащее выходные клеммы по числу аккумуляторов, два управляемых переключателя, генератор переменного напряжения, одним выводом подключенный к входам первичных обмоток K трансформаторов, выходные клеммы каждого аккумулятора K аккумуляторной батареи подключены к своим транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки K трансформатора, а в коллекторные цепи последовательно другие вторичные обмотки K трансформатора и дополнительные обмотки таким образом, что изменения ЭДС, наводимых в базовых и коллекторных обмотках, происходят синфазно, тогда как базовые обмотки четных и нечетных транзисторных ключей включены противофазно, вторичная обмотка повышающего трансформатора подключена к выпрямителю, положительный вывод которого подключен к точке соединения положительных клемм K аккумуляторных батарей и первому выводу балластного резистора, отличающееся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей путем изменения связей, вторичная обмотка повышающего трансформатора и дополнительные обмотки транзисторных ключей K аккумуляторных батарей расположены на общем магнитопроводе, первый управляемый переключатель снабжен K контактами, второй управляемый переключатель снабжен K + 1 контактами, второй вывод генератора переменного напряжения соединен через размыкающий первый подвижный контакт первого переключателя с выходом первичной обмотки первого трансформатора, выходы первичных обмоток K - 1 трансформаторов соединены с соответствующими K - 1 замыкающими контактами первого переключателя, отрицательные клеммы K аккумуляторных батарей подключены к соответствующим K замыкающим контактам второго переключателя, а K + 1 контакт замкнут через подвижный контакт второго переключателя с вторым выводом балластного резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1