Устройство для поэлементного доразряда двух аккумуляторных батарей

 

Изобретение позволяет доразряжать аккумуляторные батареи в процессе их испытаний и эксплуатации и может найти применение в автономных системах электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит две аккумуляторные батареи, состоящие из n последовательно соединенных аккумуляторов, выходные клеммы по числу аккумуляторов, 2n транзисторных ключей, в базовые и коллекторные цепи которых включены обмотки соответствующих трансформаторов, три трансформатора, один выпрямитель, три переключателя, один генератор переменного напряжения и балластный резистор. В качестве доразрядных резисторов используются обмотки трансформаторов. Энергия доразряжаемой батареи может быть использована либо для заряда другой батареи, либо рассеивается на балластном резисторе. 1 ил.

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

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

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

Известно также устройство, 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 [3].

Однако это устройство не позволяет достаточно глубоко доpазряжать 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. Кроме того, происходит значительное тепловыделение на балластных разрядных резисторах, что требует дополнительных энергозатрат на их охлаждение, и возможна бесполезная потеря энергии доpазряжаемой батареи, в то время как стоимость электроэнергии в ряде автономных систем электропитания высока.

Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности является устройство для поэлементного доpазряда двух и более аккумуляторных батарей, например двух, состоящих из n последовательно соединенных аккумуляторов, содержащее выходные клеммы по числу аккумуляторов, генератор переменного напряжения, одним выводом подключенный к входу первичных обмоток первого и второго трансформаторов, а другим выводом соединенный через замкнутый подвижный контакт первого переключателя с выходом первичной обмотки первого трансформатора, причем выход первичной обмотки второго трансформатора соединен с разомкнутым контактом первого переключателя, выходные клеммы каждого аккумулятора первой аккумуляторной батареи подключены к транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки первого трансформатора, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки первого трансформатора и первичные обмотки повышающего трансформатора таким образом, что изменения ЭДС, наводимых в базовых и коллекторных обмотках, происходят синфазно, тогда как базовые обмотки четных и нечетных трансформаторных ключей включены противофазно, вторичная обмотка повышающего трансформатора подключена к выпрямителю, положительный вывод которого подключен к точке соединения положительных клемм первой и второй аккумуляторных батарей и первому выводу балластного резистора, второй вывод которого соединен через замкнутый подвижный контакт второго переключателя к отрицательному выводу упомянутого выпрямителя, подвижный контакт третьего переключателя подключен к отрицательной клемме первой аккумуляторной батареи, выходные клеммы каждого аккумулятора второй аккумуляторной батареи подключены к транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки второго трансформатора, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки второго 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 [4].

Недостатком этого устройства являются значительные массогабаритные показатели.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей путем изменения связей.

Цель достигается тем, что в устройстве для поэлементного доpазряда двух и более аккумуляторных батарей, например двух, состоящих из n последовательно соединенных аккумуляторов, содержащем выходные клеммы по числу аккумуляторов, генератор переменного напряжения, одним выводом подключенный к входу первичных обмоток первого и второго трансформаторов, а другим выводом соединенный через замкнутый подвижный контакт первого переключателя с выходом первичной обмотки первого трансформатора, причем выход первичной обмотки второго трансформатора соединен с разомкнутым контактом первого переключателя, выходные клеммы каждого аккумулятора первой аккумуляторной батареи подключены к транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки первого трансформатора, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки первого трансформатора и первичные обмотки повышающего трансформатора 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 первой и второй аккумуляторных батарей и первому выводу балластного резистора, второй вывод которого соединен через замкнутый подвижный контакт второго переключателя к отрицательному выводу упомянутого выпрямителя, подвижный контакт третьего переключателя подключен к отрицательной клемме первой аккумуляторной батареи, выходные клеммы каждого аккумулятора второй аккумуляторной батареи подключены к транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки второго трансформатора, а в коллекторные цепи - последовательно вторичные другие обмотки второго 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, первичные обмотки повышающего трансформатора и дополнительные обмотки транзисторных ключей второй аккумуляторной батареи расположены на одном магнитопроводе, а разомкнутый контакт второго переключателя соединен с подвижным контактом третьего переключателя, разомкнутый контакт которого подключен к отрицательной клемме второй аккумуляторной батареи.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство принципиально отличается подключением второго и третьего переключателей и размещением повышающих обмоток повышающего трансформатора и дополнительных обмоток транзисторных ключей второй аккумуляторной батареи на одном магнитопроводе, что позволяет улучшить массогабаритные показатели. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Введение совокупности отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

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

Устройство содержит две аккумуляторные батареи 1 и 2, три переключателя (на чертеже не показаны), генератор 3 переменного напряжения, одним выводом подключенный к входу первичных обмоток первого 4 и второго 5 трансформаторов, а вторым выводом соединенный через замкнутый подвижный контакт 6 первого переключателя (на чертеже не показан) с выходом первичной обмотки первого трансформатора 4. Выход первичной обмотки второго трансформатора 5 соединен с разомкнутым контактом 7 первого переключателя. Выходные клеммы каждого аккумулятора первой аккумуляторной батареи 1 подключены к транзисторным ключам 8, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки 9 первого трансформатора 4, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки 10 первого трансформатора 4 и первичные обмотки 11 повышающего трансформатора 12 таким образом, что изменения ЭДС, наводимых в базовых 9 и коллекторных 10 и 11 обмотках, происходит синфазно, тогда как базовые обмотки 9 четных и нечетных транзисторных ключей 8 включены противофазно. Вторичная обмотка 13 повышающего трансформатора 12 подключена к выпрямителю 14, положительный вывод которого подключен к точке соединения положительных клемм первой и второй 2 аккумуляторных батарей и первому выводу балластного резистора 15, второй вывод которого соединен через замкнутый подвижный контакт 16 второго переключателя (на чертеже не показан) к отрицательному выводу выпрямителя 14. Подвижный контакт 17 третьего переключателя (на чертеже не показан) подключен к отрицательной клемме первой аккумуляторной батареи 1. Выходные клеммы каждого аккумулятора второй аккумуляторной батареи подключены к своим транзисторным ключам 18, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки 19 второго трансформатора 2, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки 20 второго трансформатора 5 и дополнительные обмотки 21 таким образом, что изменения ЭДС, наводимых в базовых 19 и коллекторных 20, 21 обмотках, происходит синфазно, тогда как базовые обмотки 19 четных и нечетных транзисторных ключей 18 включены противофазно. Первичные обмотки 11 повышающего трансформатора и дополнительные обмотки 21 трансформаторных ключей 18 второй аккумуляторной батареи 2 расположены на общем магнитопроводе, а разомкнутый контакт 22 второго переключателя соединен через замкнутый подвижный контакт третьего переключателя с отрицательной клеммой первой аккумуляторной батареи 1, тогда как отрицательная клемма второй батареи соединена с разомкнутым контактом 23 третьего переключателя.

При таком подключении обмоток 9, 10 и 19, 20 соответствующим подбором витков можно получить полную компенсацию падения напряжения на транзисторных ключах 8 и 18 либо (что целесообразней) некоторую перекомпенсацию (на 0,03-0,05 В) для ускорения восстановления электрохимической структуры. При этом мощность, потребляемая генератором 3, 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 по своей сущности источником напряжения с жесткой характеристикой, в то время как стабилизатор тока имеет мягкую внешнюю характеристику. В качестве доразрядных балластных резисторов используются первичные обмотки 11 повышающего трансформатора 12 и дополнительные обмотки 21 транзисторных ключей 18 второй аккумуляторной батареи 2, расположенные на одном магнитопроводе, включенные так, что токи, протекающие в обмотках, принадлежащих четным и нечетным аккумуляторам каждой из аккумуляторной батареи, противофазны. ЭДС, наводимые во вторичной обмотке 13 повышающего трансформатора 1, при разряде первой или второй аккумуляторной батареи, выпрямляются выпрямителем 14, 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 15. Переключение режимов работы устройства происходит с помощью второго и третьего переключателей автоматически по сигналам команд и с датчиков напряжений.

Применение выравнивающих и доразрядных устройств позволит снизить массогабаритные показатели системы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЭЛЕМЕНТНОГО ДОРАЗРЯДА ДВУХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ, состоящих из n последовательно соединенных аккумуляторов, содержащее выходные клеммы по числу аккумуляторов, три переключателя, генератор переменного напряжения, одним выводом подключенный к входу первичных обмоток первого и второго трансформаторов, а вторым выводом соединенный через замкнутый подвижный контакт первого переключателя с выходом первичной обмотки первого трансформатора, выход первичной обмотки второго трансформатора соединен с разомкнутым контактом первого переключателя, выходные клеммы каждого аккумулятора первой аккумуляторной батерей подключены к транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки первого трансформатора, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки первого трансформатора и первичные обмотки повышающего трансформатора так, что изменения ЭДС, наводимых в базовых и коллекторных обмотках, происходят синфазно, а 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 первой и второй аккумуляторных батарей и первому выводу балластного резистора, второй вывод которого соединен через замкнутый подвижный контакт второго переключателя к отрицательному выводу выпрямителя, выходные клеммы каждого аккумулятора второй аккумуляторной батареи подключены к своим транзисторным ключам, в базовые цепи которых включены вторичные обмотки второго трансформатора, а в коллекторные цепи - последовательно другие вторичные обмотки второго трансформатора и дополнительные обмотки так, что изменения ЭДС, наводимых в базовых и коллекторных обмотках, происходят синфазно, а базовые обмотки четных и нечетных транзисторных ключей включены противофазно, отличающееся тем, что, с целью улучщения массогабаритных показателей путем изменения связей, первичные обмотки повышающего трансформатора и дополнительные обмотки транзисторных ключей второй аккумуляторной батареи расположены на общем магнитопроводе, а разомкнутый контакт второго переключателя соединен через замкнутый подвижный контакт третьего переключателя с отрицательной клеммой первой аккумуляторной батареи, а отрицательная клемма второй аккумуляторной батареи соединена с разомкнутым контактом третьего переключателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1