Устройство для заряда аккумуляторной батареи

 

Использование: для заряда аккумуляторной батареи от однофазного источника питания. Устройство содержит управляемые вентили, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, ограничители тока, вентильный мотс, аккумуляторную батарею, ее цепь разряда, выводы для подключения управляющих источников, управляемые сопротивления с дополнительным управляющим входом, выполненные в виде транзисторов. Устройство обеспечивает регулирование тока заряда аккумуляторной батареи с двумя и более ступенями и автоматическое отключение и невключение аккумуляторной батареи при отклонении ее параметров от нормы. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к источникам питания и может быть использовано для заряда аккумуляторной батареи от однофазной сети переменного тока.

Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи [1] содержащее входные и выходные выводы, согласующий трансформатор, ключевой элемент на основе термобиметаллического элемента с выключателем, выпрямительный диод и зарядной цепи и сигнальную лампу, переменный резистор, термоизоляционную камеру, в которую помещен ключевой элемент и переменный резистор, причем этот переменный резистор включен последовательно с выпрямительным диодом зарядной цепи, размыкающий контакт термобимиталлического элемента включен последовательно с первичной обмоткой согласующего трансформатора, а сигнальная лампа включена параллельно первичной обмотке согласующего трансформатора.

Недостатком этого устройства является относительно малая надежность, вызванная использованием относительно малонадежных контактных элементов в силовых цепях устройства, относительно малого срока службы, а также относительно большая длительность заряда аккумулятора, из-за невозможности регулирования тока их заряда.

Известно также устройство для заряда аккумуляторной батареи [2] содержащее входные и выходные выводы, согласующий трансформатор, подключенный к входным выводам, ключевой элемент с параллельно включенным резистором, выпрямительный диод и пороговую схему контроля напряжения заряжаемой аккумуляторной батареи на основе резистивного делителя напряжения и тиристора, проволочный резистор, ключевой элемент выполнен на основе термобимиталлической пластины с выключателем, при этом проволочный резистор намотан на термобимиталлическую пластину и включен последовательно с выпрямительным диодом и размыкающим контактом выключателя.

Недостатком устройства является также относительно малая надежность, вызванная наличием контактных элементов коммутации в цепи заряда, а также относительно большая длительность заряда аккумулятора, из-за невозможности регулирования тока заряда.

Известно также, наиболее близкое к предлагаемому, устройство для заряда аккумуляторной батареи асимметричным током [3] содержащее силовой трансформатор, управляемые вентили и вентили, блок программного управления указанными управляемыми вентилями и токоограничивающие сопротивления, причем трансформатор содержит среднюю точку, к которой подключен плюсовой вывод аккумуляторной батареи, первичную и вторичную обмотки, а минусовой вывод аккумуляторной батареи подключен к точке соединения первых выводов первого и второго ограничительных сопротивлений, второй вывод первого сопротивления подключен к точке соединения анодов первого и второго управляемых вентилей, управляющие выводы которых подключены к соответствующим управляющим источникам через ключи программного управления (соответствующим) обмоткам вторичных обмоток трансформатора, причем в цепь управляющего входа управляемых вентилей включены неуправляемые вентили, а катоды первого и второго управляемых вентилей через выводы соответствующего переключателя подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора, а второй вывод второго ограничительного сопротивления подключен к катодам третьего и четвертого управляемых вентилей, управляющие выводы которых, в цепь которых включены неуправляемые вентили, подключены к соответствующим управляющим источникам через ключи блока программного управления указанными вентилями, а аноды третьего и четвертого управляемых вентилей подключены к соответствующим, симметричным относительно средней точки выводам вторичной обмотки трансформатора через соответствующие клеммы переключателя.

Недостатком устройства является также его сложность большая потребляемая мощность цепи управления и малая надежность.

Задачей предлагаемого устройства является уменьшение потребляемой мощности (цепи управления), упрощение и увеличение надежности.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащем трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для подключения к источнику переменного напряжения, а вторичная обмотка выполнена с отводами, управляемые вентили и ограничители тока, управляющие источники соответствующих управляемых вентилей, вентили, выводы для подключения аккумуляторной батареи, введены управляемые сопротивления по числу управляемых вентилей, вентили включены в виде вентильного моста, выводы диагонали переменного тока которого подключены к средним выводам вторичной обмотки трансформатора, выводы диагонали постоянного тока которого подключены к выводам для подключения аккумуляторной батареи, первые и вторые управляемые вентили и ограничители тока включены последовательно, управляющие выводы соответствующих управляемых вентилей соответствующих последовательных цепей подключены к соответствующим управляющим источникам своих последовательных цепей через соответствующие введенные управляемые сопротивления, управляющие входы которых подключены к выходам соответствующих ограничителей тока своей последовательной цепи, причем концы вторичной обмотки трансформатора соединены через встречно включенные последовательные цепи, средний вывод последовательных цепей подключен к соответствующему выводу вентильного моста.

Поставленная задача достигается тем, что соответствующие управляемые сопротивления содержат дополнительные или соответствующие дополнительные управляющие входы, подключенные или соответственно подключенные к дополнительно введенному или введенным или управляющему источнику, или датчику, или индикатору.

Сущность изобретения достигается в изменении связей элементов устройства, позволяющих упростить устройство, исключив использование клеммного подключения выхода трансформатора для регулирования тока заряда аккумулятора (аккумуляторной батареи), обеспечение двухступенчатого регулирования тока заряда и дозаряда, введение же управляемых сопротивлений, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам датчиков тока (ограничителям тока), позволяет обеспечить самоформирование управляющих включающих сигналов соответствующих управляемых вентилей, что позволяет уменьшить потребляемые мощности цепи управления устройством и обеспечить возможность использования в устройстве в качестве управляющих источников, как постоянные направления, так и импульсные, в том числе и блока программного управления, как в прототипе, использование же меньшего числа ограничителей тока (датчиков тока) позволяет также упростить устройство, использование же дополнительного или соответствующего дополнительного управляющего входа соответствующего управляемого сопротивления позволяет дополнительно упростить управление устройством (при использовании в качестве управляющего источника постоянного напряжения), а также обеспечить автоматическое им управление.

Проведенный патентный поиск показал отсутствие устройства заряда с предлагаемой совокупностью существенных признаков, т.е. в данном случае известные элементы объединены новыми связями и способом управления, позволяющими обеспечить достижение поставленной задачи, упрощение устройства, увеличение надежности и уменьшение потребляемой мощности цепи управления, поэтому предложенное техническое решение можно считать соответствующим критерию изобретения "существенные отличия" (изобретательский уровень).

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, где в качестве управляемых вентилей используются тиристоры одно или двухоперационные, в качестве мостового выпрямителя используется неуправляемый вентильный мост, в качестве управляемых сопротивлений транзисторы, где используются управляемые сопротивления по числу управляемых вентилей с использованием дополнительных управляющих их входов или без них, с использованием в качестве датчиков-ограничителей тока или линейных элементов, например, резисторов, или нелинейных, например, вентилей и др.

Устройство содержит силовой трансформатор с первичной 2 и вторичной 3 обмотками, управляемые вентили 4 (4-1, 4-2) и ограничители тока (5-1, 5-2), включенные последовательно, управляемые сопротивления 6 (6-1, 6-2), мостовой выпрямитель 7, выполненный на неуправляемых вентилях 8 (8-1, 8-4), аккумуляторную батарею 9, цепь разряда 10, выполненную в виде последовательно включенных управляемого ключа 11 и резистора 12 (нагрузки) причем управляющие выводы (управляющие электроды) управляемых вентилей 4 (4-1, 4-2) подключены к соответствующим первым выводам 13 (13-1, 13-2) для подключения соответствующих управляющих источников управляемых вентилей 4 (4-1, 4-2), а точка соединения первых выводов управляемых вентилей 4 (4-1, 4-2) и ограничителей тока 5 (5-1, 5-2) подключены к соответствующим вторым выводам 14 (14-1, 14-2) для подключения соответствующих управляющих источников управляемых вентилей 4 через соответствующие управляемые сопротивления 6 (6-1, 6-2), управляющие выводы которых 15 (15-1, 15-2), подключены к соответствующим вторым выводам соответствующих ограничителей тока 5 (5-1, 5-2), причем первые свободные выводы последовательных цепей (вторые выводы аноды управляемых вентилей 4) подключены к соответствующим выводам 16 (16-1, 16-2) вторичной обмотки 3 трансформатора 1, а вторые свободные выводы последовательных цепей (вторые выводы ограничителей тока 5) объединены и подключены к первому выходу 17 диагонали постоянного тока вентильного моста 7 и первому выводу для подключения аккумуляторной батареи 9, параллельно которой подключена цепь разряда 10, второй вывод 18 диагонали постоянного тока вентильного моста 7, предназначенный для подключения второго вывода аккумуляторной батареи 9, выводы диагонали переменного тока вентильного моста 7 подключены к соответствующим выводам 19 и 20 вторичной обмотки 3 трансформатора 1, управляемые сопротивления 6 (6-1, 6-2) выполнены на усилительном элементе полевом транзисторе 21 (21-1, 21-2), а дополнительный управляющий вход 22 (22-1, 22-2), выполненный в виде оптически управляемого фоторезистора, подключен к соответствующему или общему, или датчику, или индикатору, или управляющему источнику 23 (23-1, 23-2).

Устройство работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения на первичную обмотку 2 трансформатора 1 на вторичной его обмотке 3 появляется переменное напряжение. При наличии на управляющих выводах 13-1 и 14-1 (13-2 и 14-2) управляющего включающего напряжения управляющего источника для данного управляемого вентиля 4-1 (4-2) (при отсутствии дополнительного управляющего входа 22-1 (22-2) (см. п. 1 формулы) по цепи управляющего входа (управляющий электрод-катод) управляемого вентиля 4-1 (4-2) протекает включающий ток: "+" вывода 13-1 (13-2), управляющий вход управляемого вентиля 4-1 (4-2), так как при отсутствии падения напряжения на ограничителе тока 5-1 (5-2) управляющий вывод 15-1 (15-2) управляемого сопротивления 6-1 (6-1) подключен к своему выводу (стоку полевого транзистора 21-1 (21-2) проводимость управляемого сопротивления (транзистора 21-1 (21-2) велика и "-" вывода 14-1 (14-2). Поэтому при превышении напряжения на вторичных обмотках 3 более падения напряжения на аккумуляторной батарее 9 потечет ток заряда первоначально по той цепи, где раньше появится превышение напряжения на аккумуляторной батарее 9 и величины включающего тока управляемого сопротивления 6-1 (6-2). При этом первоначально может включаться неуправляемый вентильный мост 7 по цепи: "+" вывода 19 (20), вентиль 8, ограничитель тока 5 (при его наличии), вывод 17, "+" и "-" выводы аккумуляторной батареи 9, вывод 18 (для подключения аккумуляторной батареи 9) и "-" вывода 20 (19). При включении же управляемого вентиля 4-1 (4-2) ток заряда аккумуляторной батареи протекает по цепи: "+" вывода 19 (16-1) (16-2), управляемый вентиль 4-1 (4-2), ограничитель тока 5-1 (5-2), "+" и "-" выводы, вывод (вывод 17) аккумуляторной батареи 9 (ограничитель тока 5 при его включении последовательно с аккумулятором 9 между выводами 17 и 18 постоянного тока выпрямителя 7-17 и 18), вывод 18 вентиль 8 мостового выпрямителя 7 и "-" вывода 20 (19). При включении управляемого вентиля может отключаться ток заряда неуправляемого вентиля, так как напряжение, а следовательно и ток управляемого вентиля 4-1 (4-2) превышают ток и напряжение неуправляемого мостового выпрямителя 7. Так как угол включения управляемого вентиля зависит от положительного напряжения на его силовых выводах анод-катод и от управляющего включающего тока управляющего источника, подключенного к управляющим выводам 13 и 14 и длительности протекающего включающего тока, то при относительно малых напряжениях на аккумуляторной батарее 9 (относительно большом разряде аккумуляторной батареи 9), от момента включения и наличии ограничителя тока 5 в цепи мостового выпрямителя 7 (см. н-р включение на фиг. 1, 2), возможно включение его (вентиля), минуя цепь заряда от управляемых вентилей, н-р между выводом 17 и "+" выводом аккумуляторной батареи 9, где общие выводы ограничителей тока 5-1 и 5-2 подключены не к выводу 17, а к "+" выводу аккумуляторной батареи 9 где ток заряда может быть суммарным как от мостового выпрямителя, так и управляемых вентилей 4.

При включении управляемого вентиля 4-1 (4-2) увеличивается зарядный ток данного управляемого вентиля 4-1 (4-2), что приводит к увеличению падения напряжения на соответствующем ограничителе тока 5-1 (5-2), что приводит к уменьшению проводимости управляемого сопротивления (транзистора 21-1 (21-2)) 6-1 (6-2) вплоть до полной отсечки включающего тока при зарядном токе, большем тока включения (подхватывающего или удерживающего для данного управляемого вентиля. Это позволяет обеспечить отключение управляющего источника для данного управляемого вентиля 4-1 (4-2) на период протекания его зарядного тока и уменьшить потребляемую мощность от управляющего источника для своего управляемого вентиля 4. Изменяя же величину управляющего источника напряжения, подключенного к управляющим выводам 13 и 14 (соответственно) заряда аккумуляторной батареи, можно регулировать скорость, так как увеличение напряжения (мощности) приводит к уменьшению угла включения управляемого вентиля 4 и, следовательно к увеличению тока заряда аккумуляторной батареи 9 (суммарного тока заряда аккумуляторной батареи). Уменьшение же напряжения (мощности) включающего источника приводит к увеличению угла включения (запаздывания) и уменьшению тока заряда аккумуляторной батареи 9. Однако увеличение длительности протекания включающего тока управляющего источника приводит к увеличению накопленной энергии управляющим входом управляемого вентиля 4 и, следовательно, позволяет обеспечить включение управляемого вентиля при меньшем прямом напряжении анод-катод соответствующего управляемого вентиля 4. Поэтому при увеличении напряжения на аккумуляторной батарее частота включений управляемых вентилей может уменьшаться (при использовании в качестве управляющих источников постоянных напряжений, например аккумуляторов или батарей относительно низковольтных и маломощных, например, в период их разряда. При отсутствии же управляющего источника, или при уменьшении его напряжения менее минимального значения, дозаряд аккумуляторной батареи 9 происходит по цепи неуправляемого мостового выпрямителя 7 относительно малым током, как источника с меньшим напряжением переменного напряжения.

Таким образом, изменение совокупности существенных признаков известного устройства, изменение его связей, введение управляемого сопротивления и способа управления позволяет обеспечить ступенчатое изменение или плавное его изменение в зависимости от состояния аккумуляторной батареи, обеспечить использование двхполупериодное протекание тока (более, чем половина вторичной обмотки, причем по ее части (выводы 19-20) только двухполупериодного тока, что позволяет увеличить коэффициент использования трансформатора, и, следовательно, уменьшить его массо-габаритные показатели, обеспечить возможность самоформирования управляющих включающих сигналов, позволяющих отключать управляющий источник автоматически при включении управляемого вентиля на заряд, что уменьшает потребляемую мощность управляющего источника.

Таким образом, предложенное устройство обладает более расширенными функциональными возможностями двухступенчатостью заряда аккумулятора, по отношению к прототипу, проще прототипа, так как исключается переключение клемм для изменений тока заряда, меньшей потребляемой мощностью цепи управления, большей надежностью, вызванных меньшим числом ограничителей тока и клемм переключения.

Предложенное устройство может быть выполнено как на существующей элементной базе, так и на более новых элементах, например, двухоперационных управляемых вентилях, до настоящего времени не использующихся.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для подключения к источнику переменного напряжения, а вторичная обмотка выполнена с отводами, управляемые вентили и ограничители тока, управляющие источники соответствующих управляемых вентилей, вентили, выводы для подключения аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что в устройство введены управляемые сопротивления по числу управляемых вентилей, вентили включены в виде вентильного моста, выводы диагонали переменного тока которого подключены к средним выводам вторичной обмотки трансформатора, выводы диагонали постоянного тока которого подключены к выводам для подключения аккумуляторной батареи, первые и вторые управляемые вентили и ограничители тока включены последовательно, управляющие выводы соответствующих управляемых вентилей соответствующих последовательных цепей подключены к соответствующим управляющим источникам своих последовательных цепей через соответствующие введенные управляемые сопротивления, управляющие входы которых подключены к выходам соответствующих ограничителей тока своей последовательной цепи, причем концы вторичной обмотки трансформатора соединены через встречно включенные последовательные цепи, средний вывод последовательных цепей подключен к соответствующему выводу вентильного моста.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соответствующие управляемые сопротивления содержат дополнительные или соответствующие дополнительные управляющие входы, подключенные или соответственно подключенные к дополнительно введенному или введенным или управляющему источнику, или датчику, или индикатору.

РИСУНКИ

Рисунок 1