RU103427U1 - BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES - Google Patents
BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES Download PDFInfo
- Publication number
- RU103427U1 RU103427U1 RU2010144262/07U RU2010144262U RU103427U1 RU 103427 U1 RU103427 U1 RU 103427U1 RU 2010144262/07 U RU2010144262/07 U RU 2010144262/07U RU 2010144262 U RU2010144262 U RU 2010144262U RU 103427 U1 RU103427 U1 RU 103427U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- discharge
- charging
- circuit
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
1. Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторных батарей, содержащее зарядную цепь, состоящую из блока фильтров, блока выпрямителя, блока сетевого фильтра и блока регулируемого источника зарядного тока, соединенную с блоком подключения аккумуляторных батарей, состоящим из контакторов, и цепь разряда, связанную с блоком подключения аккумуляторных батарей и состоящую из блока регулируемого источника разрядного тока и устройства рекуперации энергии разряда АБ, а также блок питания собственных нужд и блок управления с панелью управления и блоком индикации, при этом блок подключения аккумуляторных батарей соединен с датчиком тока и блоком дросселей, отличающееся тем, что в него дополнительно введено устройство контроля изоляции, подключенное к входу зарядной цепи и к выходу разрядной цепи, выход зарядной и вход разрядной цепей соединены с контакторами подключения аккумуляторных батарей через дополнительно введенную цепь защитного мгновенного отключения, содержащую два встречно параллельно соединенных диода, каждый из которых связан с ключевым элементом на транзисторе MOSFET, а датчик тока соединен на выходе цепи защитного мгновенного отключения, своим выходом связан с блоком управления и последовательно соединен с контакторами подключения аккумуляторных батарей через блок дросселей. ! 2. Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторных батарей по п.1, отличающееся тем, что блок регулируемого источника зарядного тока зарядной цепи выполнен в виде трех модулей параллельных двухтактных высокочастотных преобразователей постоянного напряжения, синхронизированных от внешнего источника синхронизации в � 1. A charging and discharging device for rechargeable batteries, comprising a charging circuit consisting of a filter unit, a rectifier unit, a power filter unit and an adjustable charging current source unit, connected to a battery connection unit consisting of contactors, and a discharge circuit connected to the unit connecting batteries and consisting of a block of an adjustable discharge current source and a battery discharge energy recovery device, as well as an auxiliary power supply unit and a control unit with a control panel and an indication unit, wherein the battery connection unit is connected to a current sensor and a choke unit, characterized in that an isolation control device is connected thereto, connected to the input of the charging circuit and to the output of the discharge circuit, the output of the charging and input of the discharge circuit are connected to contactors connecting batteries through an additionally introduced instantaneous protective shutdown circuit containing two counter-parallel connected diodes, each of which is connected to a key element on a transistor MOSFET, and the current sensor is connected at the output of the protective instantaneous shutdown circuit, connected with the output to the control unit and connected in series with the contactors for connecting the batteries through the choke unit. ! 2. The charging and discharging device for rechargeable batteries according to claim 1, characterized in that the unit of the adjustable charging current source of the charging circuit is made in the form of three modules of parallel push-pull high-frequency DC-DC converters synchronized from an external synchronization source in
Description
Предполагаемая полезная модель относится к электротехнике, а более точно, к зарядно-разрядным устройствам на основе высокочастотных преобразователей с гальванической развязкой, используемых для испытаний и зарядки аккумуляторных батарей, используемых в космических аппаратах. Полезная модель предназначена для работы с аккумуляторными батареями на всех этапах создания, отработки и наземной эксплуатации.The proposed utility model relates to electrical engineering, and more precisely, to charge-discharge devices based on high-frequency converters with galvanic isolation, used for testing and charging batteries used in spacecraft. The utility model is designed to work with rechargeable batteries at all stages of creation, development and ground operation.
Зарядные схемы с высокочастотным преобразованием выполняются обычно по известным схемам источников вторичного электропитания и включают в себя входной выпрямитель, фильтрующий элемент, преобразователь, устройство управления и токочувствительный элемент для обратной связи по току (Сергеев B.C. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания. Справочник. - М.; Радио и связь, 1992. - 224 с) Преобразователь может быть выполнен по любой известной схеме, однако при зарядке аккумуляторной батареи важно поддерживать постоянное среднее значение зарядного тока, а также обеспечить гальваническую развязку аккумуляторной батареи от сети.Charging circuits with high-frequency conversion are usually performed according to known schemes of secondary power sources and include an input rectifier, a filter element, a converter, a control device and a current-sensing element for current feedback (Sergeev BC Circuit design of functional units of secondary power sources. Reference. - M. ; Radio and communications, 1992. - 224 c) The converter can be made according to any known scheme, however, when charging the battery, it is important to maintain constant The average value of the charging current, as well as provide galvanic isolation of the battery from the network.
Известны зарядно-разрядные устройства для аккумуляторных батарей на основе высокочастотных преобразователей с гальванической развязкой, например, по патенту на полезную модель РФ №83665. Устройство содержит трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого подключены к мостовому выпрямителю, выполненному на полупроводниковых управляемых ключах, например, на оптотиристорах или IGBT - модулях, элементы управления которых подключены к выходам блока управления. Первый выход мостового выпрямителя соединен с первым зажимом для первого аккумулятора, второй выход мостового выпрямителя через датчик тока соединен с вторым зажимом для первого аккумулятора, а второй для второго аккумулятора соединен с нулевой точкой вторичных обмоток трехфазного трансформатора, при этом первый зажим для второго аккумулятора соединен с первым зажимом для первого аккумулятора. Все зажимы для обоих аккумуляторов и все выходы вторичных обмоток трехфазного трансформатора соединены с соответствующими входами блока управления. Первичные обмотки трехфазного трансформатора подключены к питающей сети через защитно-коммутационное устройство.Known charge-discharge devices for batteries based on high-frequency converters with galvanic isolation, for example, according to the patent for utility model of the Russian Federation No. 83665. The device contains a three-phase transformer, the secondary windings of which are connected to a bridge rectifier made on semiconductor controlled switches, for example, opto-thyristors or IGBT modules, whose control elements are connected to the outputs of the control unit. The first output of the bridge rectifier is connected to the first terminal for the first battery, the second output of the bridge rectifier through the current sensor is connected to the second terminal for the first battery, and the second for the second battery is connected to the zero point of the secondary windings of the three-phase transformer, while the first terminal for the second battery is connected to first clip for the first battery. All terminals for both batteries and all outputs of the secondary windings of a three-phase transformer are connected to the corresponding inputs of the control unit. The primary windings of a three-phase transformer are connected to the mains through a protective switching device.
Недостатками устройства являются низкая надежность и точность, поскольку ток, проходящий по контуру, является зарядным для первого аккумулятора и разрядным - для второго. Однако, для специфического применения в космических аппаратах, где требуется повышенная надежность батарей, такое устройство неприемлемо, из-за несовпадения зарядного и разрядного токов аккумуляторных батарей, что может привести к сокращению времени их работы. Срабатывание контакторов происходит достаточно длительное время (50 мс), что недопустимо для обеспечения достаточной надежности для указанного применения. Кроме того, низкая надежность устройства обусловлена тем, что защитное устройство включено только на входе устройства, и обеспечивает защиту только при замыкании питающей сети на корпус устройства и токовую защиту по сети питания, и защиту от превышения тока в цепи мостового выпрямителя, не обеспечивая защиту от аварийных ситуаций, которые могут возникнуть в других цепях данного устройства, например, при неправильных действиях оператора или неправильного подключения полюсов батарей. Это тоже недопустимо при эксплуатации дорогостоящих аккумуляторных батарей космического назначения.The disadvantages of the device are low reliability and accuracy, since the current passing through the circuit is charging for the first battery and discharge for the second. However, for specific applications in spacecraft where increased battery reliability is required, such a device is unacceptable due to the mismatch between the charging and discharge currents of the batteries, which can lead to a reduction in their operating time. The contactors operate for a sufficiently long time (50 ms), which is unacceptable to provide sufficient reliability for the specified application. In addition, the low reliability of the device is due to the fact that the protective device is turned on only at the input of the device, and provides protection only when the mains is shorted to the device case and current protection through the power supply network, and protection against overcurrent in the bridge rectifier circuit, without protecting emergency situations that may occur in other circuits of this device, for example, due to incorrect operator actions or incorrect connection of battery poles. This is also unacceptable in the operation of expensive space batteries.
Наиболее близкой по существенным признакам и достигаемому результату к заявляемому устройству является станция автоматическая зарядно-разрядная по патенту РФ №2327268. Зарядная часть указанной станции выполнена по мостовой схеме с высокочастотным трансформатором, разрядная часть выполнена на основе повышающего ШИМ-преобразователя с рекуперацией энергии в емкостный элемент. Станция питается от трехфазной сети переменного тока. По командам оператора задается режим работы станции - заряд АБ, разряд АБ, выбор типа АБ, вид зарядного тока, задание тока заряда, тока разряда с отображением данной информации дисплее.The closest in essential features and the achieved result to the claimed device is an automatic charge-discharge station according to the patent of the Russian Federation No. 23237268. The charging part of the specified station is made according to the bridge circuit with a high-frequency transformer, the discharge part is made on the basis of a boost PWM converter with energy recovery into a capacitive element. The station is powered by a three-phase AC network. According to the operator’s commands, the station’s operating mode is set - battery charge, battery discharge, type of battery, type of charging current, charge current, discharge current with the display of this information on the display.
Указанная зарядно-разрядная станция включает цепь заряда, цепь разряда, блок питания собственных нужд, блок управления с панелью управления и блоком индикации и блок подключения аккумуляторных батарей, связанный с датчиком тока и блоком индукторов.The specified charge-discharge station includes a charge circuit, a discharge circuit, an auxiliary power supply unit, a control unit with a control panel and an indication unit, and a battery connection unit connected to a current sensor and an inductor unit.
Цепь заряда в этой станции состоит из блока фильтров, блока сетевого выпрямителя, блока сетевого фильтра, блока регулируемого источника зарядного тока, собранного из силовых ключевых элементов с подключенным к ней высокочастотным трансформатором, осуществляющим гальваническую развязку от сети, и управляемого через блок усилителей от микропроцессора, блока высокочастотного выпрямителя, блока фильтра, ключа, управляемого через блок усилителей от микропроцессора и служащего для плавного разряда избыточного напряжения емкостного фильтра после разрядного импульса, блока индуктора, служащего для сглаживания пульсаций зарядного тока и блока подключения аккумуляторных батарей.The charge circuit in this station consists of a filter unit, a network rectifier unit, a network filter unit, an adjustable charging current source unit, assembled from power key elements with a high-frequency transformer connected to it, performing galvanic isolation from the network, and controlled through the amplifier unit from the microprocessor, a high-frequency rectifier block, a filter block, a key controlled through a block of amplifiers from a microprocessor and used to smoothly discharge an excess voltage of a capacitive filter and after the discharge pulse, the inductor block serving for smoothing the ripple of the charging current and connecting unit batteries.
Цепь разряда состоит из блока подключения аккумуляторных батарей, того же блока индуктора, дроссель которого является индуктивным элементом повышающего ШИМ-преобразователя регулируемого источника разрядного тока, блока регулируемого источника разрядного тока, управляемого через блок усилителей от микропроцессора, которым задается и поддерживается необходимый уровень разрядного тока, энергия разрядного тока преобразуется в заряд конденсатора блока фильтров и используется для создания зарядного тока, блока разряда конденсаторов, предохраняющего емкостной элемент блока фильтров от выхода из строя при разряде, и блок нагрузки.The discharge circuit consists of a battery connection unit, the same inductor unit, the inductor of which is an inductive element of a step-up PWM converter of an adjustable discharge current source, an adjustable discharge current source unit controlled through a unit of amplifiers from a microprocessor, which sets and maintains the required level of discharge current, the energy of the discharge current is converted into the charge of the capacitor of the filter block and is used to create a charging current, a block of discharge of capacitors, p edohranyayuschego capacitive element filter unit from failure during discharge, and the load unit.
Указанное устройство позволяет вести в автоматическом режиме заряд, разряд аккумуляторных батарей различных номинальных емкостей и напряжений стабилизированным или асимметричным или постоянным током с выводом информации о параметрах заряда или разряда на дисплее. Однако недостатком данного устройства является недостаточная надежность, обусловленная тем, что прерывание процессов заряда или разряда в случае появления любого из аварийных сигналов производится оператором с пульта управления по сигналам на индикаторе. Это может привести к повреждению батарей или сокращению времени их эксплуатации из-за человеческого фактора и длительности времени от возникновения аварийного сигнала до прерывания процесса. Кроме того, недостатком данного устройства является способ рекуперации энергии: энергия разряда аккумуляторной батареи накапливается на емкостном элементе блока фильтра. Когда напряжение на емкостном элементе блока фильтра достигает порога срабатывания ключевого элемента блока разряда конденсаторов, ключ открывается, и избыточная энергия преобразуется в тепло на резистивном элементе блока нагрузки, т.е. происходит неэффективное рассеивание мощности.The specified device allows you to automatically charge, discharge the batteries of various nominal capacities and voltages with stabilized or asymmetric or direct current with the output of information about the parameters of the charge or discharge on the display. However, the disadvantage of this device is the lack of reliability due to the fact that interruption of the charge or discharge processes in the event of any of the alarms is performed by the operator from the control panel using the signals on the indicator. This can lead to battery damage or shortened battery life due to human factors and the length of time from an alarm to an interruption of the process. In addition, the disadvantage of this device is the method of energy recovery: the discharge energy of the battery is accumulated on the capacitive element of the filter unit. When the voltage on the capacitive element of the filter unit reaches the threshold of operation of the key element of the capacitor discharge unit, the key is opened, and the excess energy is converted into heat on the resistive element of the load unit, i.e. inefficient power dissipation occurs.
Недостатком такого устройства также является сложность подстройки диапазона регулировки тока и напряжения, что может приводить к высокой нелинейности характеристики управления их выходными параметрами, и, как следствие, к их нестабильности.The disadvantage of this device is also the difficulty of adjusting the range of adjustment of current and voltage, which can lead to high nonlinearity of the control characteristics of their output parameters, and, as a consequence, to their instability.
Технической задачей полезной модели является повышение стабильности выходных токов, увеличения надежности и эффективности устройства за счет мгновенного срабатывания защиты в случае возникновения внештатной ситуации в цепи заряда или разряда на любом из структурных элементов схемы. Кроме того, задачей полезной модели является повышение КПД устройства за счет рекуперации энергии разряда аккумуляторной батареи в питающую сеть.The technical task of the utility model is to increase the stability of the output currents, increase the reliability and efficiency of the device due to the instantaneous operation of the protection in the event of an emergency in the charge or discharge circuit on any of the structural elements of the circuit. In addition, the objective of the utility model is to increase the efficiency of the device due to the recovery of the discharge energy of the battery into the supply network.
Для решения поставленной задачи, зарядно-разрядное устройство, также как и прототип, содержит зарядную цепь, состоящую из блока фильтров, блока выпрямителя, блока сетевого фильтра и блока регулируемого источника зарядного тока, соединенную с блоком подключения аккумуляторных батарей, и цепь разряда, состоящую из блока подключения аккумуляторных батарей, блока регулируемого источника разрядного тока и устройства рекуперации энергии разряда АБ, а также блок питания собственных нужд, блок управления с панелью управления и блоком индикации, при этом блок подключения аккумуляторных батарей соединен с датчиком тока и блоком дросселей.To solve this problem, the charge-discharge device, as well as the prototype, contains a charging circuit consisting of a filter unit, a rectifier unit, a network filter unit and an adjustable charging current source unit connected to a battery connection unit, and a discharge circuit consisting of a battery connection unit, an adjustable discharge current source unit, and a battery discharge energy recovery device, as well as an auxiliary power supply unit, a control unit with a control panel and an indication unit and, while the battery connection unit is connected to a current sensor and a choke unit.
В отличие от прототипа зарядно-разрядное устройство включает устройство контроля изоляции, подключенное к входу зарядной цепи и к выходу разрядной цепи, предназначенное для защиты зарядно-разрядного устройства и аккумуляторной батареи от пробоя или недопустимого снижения сопротивления изоляции между питающей сетью и корпусом и, соответственно, между питающей сетью и выходными шинами зарядно-разрядного устройства; выход зарядной и вход разрядной цепей соединены с блоком подключения аккумуляторных батарей через цепь защитного мгновенного отключения, содержащую два встречно параллельно соединенных диода, каждый из которых связан с ключевым элементом на транзисторах MOSFET. а датчик тока соединен на выходе цепи защитного мгновенного отключения, своим выходом связан с блоком управления и последовательно соединен с контакторами подключения аккумуляторных батарей через блок дросселей.Unlike the prototype, the charge-discharge device includes an insulation monitoring device connected to the input of the charging circuit and to the output of the discharge circuit, designed to protect the charge-discharge device and the battery from breakdown or an unacceptable decrease in insulation resistance between the mains and the housing and, accordingly, between the mains and the output buses of the charge-discharge device; the charge output and the input of the discharge circuits are connected to the battery connection unit via an instantaneous protective shutdown circuit containing two counter-parallel connected diodes, each of which is connected to a key element on MOSFET transistors. and the current sensor is connected at the output of the protective instantaneous shutdown circuit, is connected to the control unit by its output, and is connected in series with the contactors for connecting the batteries through the choke unit.
Блок регулируемого источника зарядного тока в зарядной цепи выполнен в виде трех параллельных двухтактных высокочастотных гальваноразвязанных преобразователей из постоянного в постоянное напряжение, синхронизированных от внешнего источника синхронизации, входящего в блок управления, со сдвигом синхроимпульсов для каждого из преобразователей на 120 электрических градусов. Данная структура, образующая ЗУ, позволяет осуществлять регулирование и стабилизацию напряжения и тока ВАХ ЗУ посредством ШИМ-преобразования. Указанный блок регулируемого источника тока соединен через блок защитного мгновенного отключения, датчик тока и блок дросселей с блоком подключения аккумуляторных батарей, содержащим контакторы подключения АБ.The block of an adjustable source of charging current in the charging circuit is made in the form of three parallel push-pull high-frequency galvanically isolated DC to DC converters, synchronized from an external synchronization source included in the control unit, with a clock offset for each of the converters by 120 electrical degrees. This structure, forming the memory, allows for the regulation and stabilization of voltage and current of the current-voltage characteristic of the memory by means of PWM conversion. The specified block of an adjustable current source is connected through a protective instantaneous shutdown unit, a current sensor and a choke unit with a battery connection unit containing AB connection contactors.
Источник регулируемого разрядного тока зарядной цепи выполнен в виде трех параллельных модулей повышающего преобразователя, каждый из которых содержит два канала повышающих преобразователей, соединенного с силовым ключом блока защитного мгновенного отключения, и далее, через датчик тока и блок дросселей - с блоком подключения АБ. Три модуля повышающего преобразователя образуют высокочастотный 6-канальный регулируемый преобразователь повышающего типа, стабилизирующий разрядный ток посредством ШИМ-преобразования, с синхронизацией от внешнего источника синхронизирующих импульсов, входящего в состав блока управления. Выход указанного повышающего преобразователя соединен через выходной фильтр с трехканальным высокочастотным гальваноразвязанным конвертором, образованным тремя параллельными модулями конвертора, соединенным по выходу через блок фильтров с инвертором, ведомым сетью, где осуществляется преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока питающей сети.The adjustable discharge current source of the charging circuit is made in the form of three parallel boost converter modules, each of which contains two channels of boost converters connected to the power switch of the instantaneous protective shutdown unit, and then, through the current sensor and the choke unit, to the AB connection unit. Three boost converter modules form a high-frequency 6-channel adjustable boost converter that stabilizes the discharge current by means of a PWM conversion, with synchronization from an external source of synchronizing pulses, which is part of the control unit. The output of this step-up converter is connected through an output filter to a three-channel high-frequency galvanically isolated converter formed by three parallel converter modules, connected to the output through a filter unit with an inverter driven by a network, where the DC energy is converted into alternating current energy of the supply network.
Предложенная структура зарядно-разрядного устройства обеспечивает отсутствие аварийных ситуаций при несанкционированном пропадании напряжения питающей сети (одной, двух или трех фаз), обрыве нулевого провода, перекосе фаз, уходе частоты сети, позволяет обеспечить точную подстройку диапазонов регулирования тока и напряжения, а также позволяет повысить КПД за счет рекуперации энергии разряда АБ в питающую сеть.The proposed structure of the charge-discharge device ensures the absence of emergencies during unauthorized power failure of the mains (one, two or three phases), a broken wire, phase imbalance, mains frequency drift, allows precise adjustment of the current and voltage regulation ranges, and also allows to increase Efficiency due to the recovery of battery discharge energy into the supply network.
На чертеже представлена блок-схема зарядно-разрядного устройства для аккумуляторных батарей.The drawing shows a block diagram of a charge-discharge device for batteries.
Устройство питается от четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц, и включает в себя зарядную цепь 1, и разрядную цепь 2, подключенные к питающей сети через фильтр радиопомех 3 и устройство контроля изоляции 4, выходной блок 5, включающий в себя цепь защитного мгновенного отключения 6, датчик тока 7, блок дросселей 8, и контакторы 9 подключения АБ, емкость фильтра 10, блок питания собственных нужд 11, блок управления 12.The device is powered from a four-wire network with a deadly earthed neutral of three-phase alternating current voltage of 380/220 V, frequency 50 Hz, and includes a charging circuit 1, and a discharge circuit 2 connected to the mains through a radio interference filter 3 and isolation control device 4, the output unit 5, which includes an instantaneous protective shutdown circuit 6, a current sensor 7, an inductor block 8, and AB connection contactors 9, a filter capacity 10, auxiliary power supply 11, and a control unit 12.
Зарядная цепь представляет собой гальваноразвязанный вторичный источник питания с вольтамперной характеристикой, имеющей участки стабилизации выходного тока Iзар и выходного напряжения Uзрк. Исключение составляет режим Uaб стаб, в котором стабилизация Uзрк заменена стабилизацией напряжения Uaб аккумуляторной батареи. Зарядная цепь состоит блока выпрямителя 13 с фильтром 14 и регулируемого источника зарядного тока 15, выполненного в виде трех модулей конвертора 16, 17 и 18, синхронизированных от внешнего источника синхронизирующих импульсов, входящего в блок управления 12. При этом синхронизация соответствующих диагоналей указанных модулей 16, 17 и 18 сдвинута друг относительно друга на 120°. Выходы модулей 16, 17 и 18 соединены параллельно. Каждый модуль конвертора предназначен для ШИМ преобразования выпрямленного сетевого напряжения в пониженное постоянное напряжение со стабилизацией выходного напряжения и тока с целью заряда АБ.The charging circuit is a galvanically isolated secondary power source with a current-voltage characteristic having sections for stabilizing the output current I zar and the output voltage U zrk . An exception is the mode U ab stub , in which the stabilization of U ZRK is replaced by voltage stabilization U ab of the battery. The charging circuit consists of a rectifier unit 13 with a filter 14 and an adjustable charging current source 15, made in the form of three converter modules 16, 17 and 18, synchronized from an external source of synchronizing pulses included in the control unit 12. In this case, the synchronization of the corresponding diagonals of these modules 16, 17 and 18 are shifted relative to each other by 120 °. The outputs of the modules 16, 17 and 18 are connected in parallel. Each converter module is designed for PWM conversion of the rectified mains voltage to a lowered constant voltage with stabilization of the output voltage and current in order to charge the battery.
Разрядная цепь 2 представляет собой гальваноразвязанный преобразователь с рекуперацией энергии постоянного тока АБ в питающую сеть. Разрядная цепь состоит из повышающего преобразователя 19, выполненного в виде трех сдвоенных модулей 20, 21 и 22. Три модуля повышающего преобразователя образуют 6-канальный высокочастотный гальваноразвязанный регулируемый преобразователь повышающего типа, стабилизирующего заданный разрядный ток посредством ШИМ-преобразования. Синхронизация модулей 20, 21 и 22 выполняется от внешнего источника синхронизирующих импульсов, включенного в блок управления 12.The discharge circuit 2 is a galvanically isolated converter with the recovery of DC energy from the battery to the mains. The discharge circuit consists of a boost converter 19, made in the form of three dual modules 20, 21 and 22. Three modules of the boost converter form a 6-channel high-frequency galvanically isolated adjustable boost converter that stabilizes a given discharge current by means of a PWM conversion. The synchronization of modules 20, 21 and 22 is performed from an external source of synchronizing pulses included in the control unit 12.
Выход повышающего преобразователя 19 через фильтр 23 соединен с трехфазным высокочастотным гальваноразвязанным конвертором 24, образованного тремя модулями конвертора 25, 26 и 27. Входное напряжение модулей конвертора поддерживается постоянным на уровне 180 В посредством ШИМ-преобразования.The output of the boost converter 19 through a filter 23 is connected to a three-phase high-frequency galvanically isolated converter 24 formed by three converter modules 25, 26 and 27. The input voltage of the converter modules is kept constant at 180 V by means of a PWM conversion.
Выход конвертора 24 соединен через выходной фильтр 28 с ведомым сетью инвертором 29, где осуществляется преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока питающей сети. С выхода инвертора ведомого сетью эта энергия возвращается в питающую сеть.The output of the converter 24 is connected through an output filter 28 to the slave network by an inverter 29, where the DC energy is converted into alternating current energy of the supply network. From the output of the inverter driven by the network, this energy is returned to the supply network.
Двойное преобразование перед ведомым сетью инвертором обусловлено широким диапазоном входных напряжений разрядной цепи в зарядно-разрядной станции.The double conversion before the slave network by the inverter is due to the wide range of input voltages of the discharge circuit in the charge-discharge station.
Выход регулируемого источника зарядного тока 15 и вход повышающего преобразователя 19 соединены с цепью защитного мгновенного отключения 6, образованной двумя встречно включенными ветвями, каждая из которых состоит из ключевого элемента на транзисторах MOSFET 30 и 31, и диода - 33 и 34, соответственно.The output of the regulated charging current source 15 and the input of the boost converter 19 are connected to a protective instantaneous shutdown circuit 6 formed by two counter-connected branches, each of which consists of a key element on transistors MOSFET 30 and 31, and a diode - 33 and 34, respectively.
Датчик тока 7 предназначен для защиты транзисторов 30 и 31, и связан с блоком управления 12, в котором находится схема, управляющая отключением транзисторов при превышении током установленной предельной величины.The current sensor 7 is designed to protect transistors 30 and 31, and is connected to a control unit 12, in which there is a circuit that controls the shutdown of transistors when the current exceeds a set limit value.
Блок дросселей 8 соединен между датчиком тока 7 и контакторами подключения аккумуляторных батарей 9, и служит для сглаживания пульсаций зарядного и разрядного токов.The block of chokes 8 is connected between the current sensor 7 and the contactors for connecting the batteries 9, and serves to smooth the ripple of the charging and discharge currents.
Устройство работает следующим образом. Питающее напряжение от четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц поступает через фильтр радиопомех 3 и устройство контроля изоляции 4 на блок питания 11 собственных нужд, а также на входной выпрямитель 13 зарядной цепи 1.The device operates as follows. The supply voltage from a four-wire network with a grounded neutral three-phase alternating current voltage of 380/220 V, frequency 50 Hz is supplied through a radio interference filter 3 and insulation control device 4 to the auxiliary power supply unit 11, as well as to the input rectifier 13 of charging circuit 1.
Устройство контроля изоляции 4 предназначено для защиты зарядно-разрядной станции и аккумуляторной батареи от пробоя или недопустимого снижения сопротивления изоляции между питающей сетью и корпусом и, соответственно, между питающей сетью и выходными шинами.The insulation monitoring device 4 is designed to protect the charge-discharge station and the battery from breakdown or an unacceptable decrease in the insulation resistance between the mains and the housing and, accordingly, between the mains and the output buses.
Выпрямленным напряжением 500 В входного выпрямителя 13 запитаны три модуля 16, 17 и 18 конвертора 15, представляющего собой двухтактный высокочастотный гальваноразвязанный преобразователь из постоянного в постоянное напряжение. Данная структура, образующая ЗУ, позволяет осуществлять регулирование и стабилизацию напряжения и тока вольтамперной характеристики зарядной цепи посредством ШИМ-преобразования. Частота коммутации ключей модулей 16, 17 и 18 составляет 50 кГц, а эквивалентная частота пульсации выходного фильтра (высокочастотная) - 300 кГц. Синхронизация соответствующих диагоналей разных модулей сдвинута друг относительно друга на 120°.The rectified voltage of 500 V of the input rectifier 13 feeds three modules 16, 17 and 18 of the converter 15, which is a push-pull high-frequency galvanically isolated converter from constant to constant voltage. This structure, forming the memory, allows for the regulation and stabilization of voltage and current of the current-voltage characteristics of the charging circuit by means of PWM conversion. The switching frequency of the keys of the modules 16, 17 and 18 is 50 kHz, and the equivalent ripple frequency of the output filter (high-frequency) is 300 kHz. The synchronization of the corresponding diagonals of different modules is shifted relative to each other by 120 °.
Каждый из модулей 16, 17 и 18 предназначен для ШИМ преобразования выпрямленного сетевого напряжения в пониженное постоянное напряжение со стабилизацией выходного напряжения и тока с целью заряда АБ. Управление ШИМ преобразованием осуществляется из блока управления 12.Each of the modules 16, 17 and 18 is designed for PWM conversion of the rectified mains voltage to a lowered constant voltage with stabilization of the output voltage and current in order to charge the battery. Management PWM conversion is carried out from the control unit 12.
С выхода конвертора 15 во всех режимах зарядной цепи 1 ток нагрузки протекает через датчик тока 7 и цепь защитного мгновенного отключения 6, диод 33 и силовой ключ 30 защитного мгновенного отключения, а также контакторы 9 подключения АБ. Транзисторный ключ 30 открывается сразу при включении зарядно-разрядной станции и запирается при появлении любого из аварийных сигналов в зарядной цепи, обеспечивая мгновенное отключение от АБ. Поскольку время срабатывания транзисторных ключей значительно короче времени срабатывания контакторов (для контакторов время срабатывания составляет примерно 50 мс, а для ключей - 1-2 мкс), то по сравнению с прототипом обеспечивается практически мгновенная защита аккумуляторных батарей от повреждений при возникновении любых аварийных ситуаций, возникающих в зарядной 1 или разрядной 2 цепях. С помощью цепи защитного мгновенного отключения 6 обеспечивается отсутствие аварийных ситуаций при несанкционированном пропадании напряжения питающей сети (одной, двух или трех фаз), обрыве нулевого провода, перекосе фаз, уходе частоты сети.From the output of the converter 15 in all modes of the charging circuit 1, the load current flows through the current sensor 7 and the circuit of the protective instantaneous shutdown 6, the diode 33 and the power switch 30 of the protective instantaneous shutdown, as well as contactors 9 connecting AB. The transistor switch 30 opens immediately when the charging-discharge station is turned on and is locked when any of the alarms appears in the charging circuit, providing instant disconnection from the battery. Since the response time of the transistor keys is much shorter than the response time of the contactors (for contactors, the response time is approximately 50 ms, and for keys - 1-2 μs), compared with the prototype provides almost instant protection of batteries against damage in the event of any emergency situations in charging 1 or discharge 2 circuits. Using the protective instantaneous shutdown circuit 6, there is no emergency in the event of unauthorized power failure (one, two or three phases), a broken wire, phase imbalance, or a mains frequency failure.
Срабатывание всех защит зарядной цепи приводит к отключению от аккумуляторной батареи.The operation of all the protections of the charging circuit leads to disconnection from the battery.
Зарядная цепь обеспечивает следующие режимы работы:The charging circuit provides the following operating modes:
а) режим ЗАРЯД АБ, включая интервал ЦИКЛ-ЗАРЯД режима ЦИКЛИРОВАНИЕ АБ зарядно-разрядного устройства;a) the mode of CHARGING AB, including the interval CYCLE-CHARGE of the mode CYCLING AB of a charge-discharge device;
б) режим Uaб стаб с возможностью буферной работы зарядной цепи и АБ на нагрузку с целью потребления тока нагрузки от зарядной цепи при условии стабилизации напряжения на АБ;b) the mode U ab stub with the possibility of buffer operation of the charging circuit and the battery to the load in order to consume the load current from the charging circuit, provided that the voltage on the battery is stabilized;
в) режим источника питания.c) power supply mode.
Поддержание требуемых параметров зарядной цепи, защита ключей, а также управление силовыми ключами мостов осуществляется через соответствующие схемы, содержащиеся в блоке управления 12.Maintaining the required parameters of the charging circuit, protecting the keys, as well as managing the power keys of the bridges is carried out through the corresponding circuits contained in the control unit 12.
Принцип действия разрядной цепи 2 заключается в преобразовании энергии постоянного тока разряда АБ в энергию переменного тока с возвратом (рекуперацией) ее в питающую сеть.The principle of operation of the discharge circuit 2 is to convert the direct current energy of the battery discharge into alternating current energy with its return (recovery) to the supply network.
Со входа разрядной цепи 2 разрядный ток батареи протекает через контакторы 9 подключения аккумуляторных батарей, датчик тока 7, силовой ключ 31 и диод 34 цепи защитного мгновенного отключения на входы модулей 20, 21 и 22 повышающего преобразователя 19. Причем транзистор 31 имеет алгоритм работы и функции, аналогичные транзистору 30 в зарядной цепи, и также обеспечивает мгновенное защитное отключение при возникновении аварийных ситуаций.From the input of the discharge circuit 2, the discharge current of the battery flows through the contactors 9 for connecting the batteries, the current sensor 7, the power switch 31 and the diode 34 of the instantaneous protective circuit to the inputs of the modules 20, 21 and 22 of the boost converter 19. Moreover, the transistor 31 has an operation algorithm and functions , similar to the transistor 30 in the charging circuit, and also provides instant protective shutdown in case of emergency.
Три модуля 20, 21 и 22 повышающего преобразователя 19 образуют 6-канальный высокочастотный регулируемый преобразователь повышающего типа, стабилизирующего заданный разрядный ток посредством ШИМ-преобразования. Управление ШИМ-преобразованием осуществляется от соответствующих схем в блоке управления 12.Three modules 20, 21 and 22 of boost converter 19 form a 6-channel high-frequency adjustable boost converter that stabilizes a given discharge current by means of a PWM conversion. Management PWM conversion is carried out from the corresponding circuits in the control unit 12.
Выходное напряжение повышающего преобразователя 19 через фильтр 23 поступает на вход трехфазного высокочастотного гальваноразвязанного конвертора 24, образованного тремя модулями конвертора 25, 26 и 27.The output voltage of the boost converter 19 through the filter 23 is fed to the input of a three-phase high-frequency galvanically isolated converter 24 formed by three converter modules 25, 26 and 27.
Входное напряжение конвертора поддерживается постоянным на уровне 180 В ШИМ-преобразованием. Конвертор 24 представляет собой сдвоенный преобразователь повышающего типа, каждая из ячеек которого сдвинута по управлению на 180° друг относительно друга. Синхронизация соответствующих ячеек трех модулей 25, 26 и 27 сдвинута друг относительно друга на 60°. Каждый из модулей 25, 26 и 27 предназначен для ШИМ преобразования входного стабилизированного постоянного напряжения 180 В в постоянное напряжение 500 В входа ведомого сетью инвертора 29, причем функцию стабилизации напряжения у себя по входу осуществляют сами модули 25, 26 и 27.The input voltage of the converter is maintained constant at 180 V PWM conversion. Converter 24 is a dual converter of a step-up type, each of the cells of which is shifted 180 ° relative to each other in control. The synchronization of the corresponding cells of the three modules 25, 26 and 27 is shifted relative to each other by 60 °. Each of the modules 25, 26 and 27 is designed for PWM conversion of the input stabilized constant voltage of 180 V into a constant voltage of 500 V of the input of the inverter 29 driven by the network, and the voltage stabilization function at the input is carried out by the modules 25, 26 and 27 themselves.
Поддержание заданного входного тока разрядной цепи 2, защиту силовых ключей по току, а также управление ключами модулей конвертора формируются соответствующими схемами, содержащимися в блоке управления 12.Maintaining a predetermined input current of the discharge circuit 2, protecting current power keys, and also controlling the keys of the converter modules are formed by the corresponding circuits contained in the control unit 12.
Выходное (постоянное) напряжение (500 В) конвертора 24 через выходной фильтр 28 поступает на блок ведомого сетью инвертора 29, где осуществляется преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока питающей сети. С выхода ведомого сетью инвертора 29 эта энергия возвращается в питающую сеть через устройство контроля изоляции 4 и фильтр радиопомех 3. Выходной фильтр 28 представляет собой высоковольтный емкостной фильтр с разрядными резисторами. Его задача состоит в фильтрации высокочастотной пульсации выходной энергии конвертора, сбрасываемой в сеть, а также для сглаживания пульсаций напряжения и сглаживания пульсаций рекуперационного тока ведомого инвертора 29.The output (constant) voltage (500 V) of the converter 24 through the output filter 28 is supplied to the network-driven unit of the inverter 29, where the DC energy is converted into alternating current energy of the supply network. From the output of the network-driven inverter 29, this energy is returned to the supply network through the isolation monitoring device 4 and the radio noise filter 3. The output filter 28 is a high-voltage capacitive filter with discharge resistors. Its task is to filter the high-frequency ripple of the converter output energy discharged into the network, as well as to smooth the voltage ripples and smooth the ripple of the recovery current of the slave inverter 29.
Двойное преобразование перед инвертором 29 обусловлено широким диапазоном входных напряжений разрядного устройства. Ведомый сетью инвертор 29 содержит трехфазный инвертор на транзисторных стойках, и работает с постоянными углами инвертирования, равными 15°. Импульсы управления на транзисторы ведомого инвертора 29 формируются и поступают на транзисторы через соответствующие устройства блока управления 12.Double conversion in front of the inverter 29 due to the wide range of input voltages of the discharge device. The network-driven inverter 29 contains a three-phase inverter on transistor racks, and operates with constant inverting angles of 15 °. The control pulses on the transistors of the slave inverter 29 are generated and fed to the transistors through the corresponding devices of the control unit 12.
Разрядная цепь работает в двух режимах:The discharge circuit operates in two modes:
а) разряд АБ стабилизированным током;a) discharge of stabilized current;
б) разряд АБ со стабилизацией мощности разряда.b) battery discharge with stabilization of the discharge power.
Введение в автоматическую зарядно-разрядную станцию устройства контроля изоляции, а также блока защитного мгновенного отключения обеспечивает повышение надежности за счет отключения батарей от зарядно-разрядной станции при несанкционированном пропадании напряжения питающей сети (одной, двух или трех фаз), обрыве нулевого провода, перекосе фаз, уходе частоты сети, а также при возникновении любой аварийной ситуации в зарядной или разрядной цепях.The introduction of an isolation control device and an instantaneous protective shutdown unit into an automatic charging and discharging station provides increased reliability by disconnecting the batteries from the charging and discharging station in the event of unauthorized power failure (one, two or three phases), a broken wire, phase imbalance , leaving the network frequency, as well as in the event of any emergency in the charging or discharge circuits.
Выполнение источника зарядного тока в виде трехфазного двухтактного высокочастотного преобразователя из постоянного в постоянное напряжение обеспечивает высокую точность регулирования зарядного тока, а выполнение источника разрядного тока в виде трех параллельных модулей повышающего преобразователя, выход которого соединен через выходной фильтр с трехфазным высокочастотным гальваноразвязанным конвертором, образованным тремя параллельными модулями конвертора, соединенным по выходу через блок фильтров с инвертором, связанным с питающей сетью, обеспечивает не только точность регулирования разрядного тока, но и повышает КПД зарядно-разрядной станции за счет рекуперации энергии батареи при разряде в питающую сеть.The implementation of the source of the charging current in the form of a three-phase push-pull high-frequency converter from constant to constant voltage provides high accuracy of regulation of the charging current, and the execution of the source of the discharge current in the form of three parallel modules of the boost converter, the output of which is connected through an output filter with a three-phase high-frequency galvanically isolated converter formed by three parallel converter modules connected at the output through the filter unit to an inverter connected to the current network, provides not only the accuracy of regulation of the discharge current, but also increases the efficiency of the charge-discharge station due to the recovery of battery energy during discharge into the supply network.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010144262/07U RU103427U1 (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010144262/07U RU103427U1 (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU103427U1 true RU103427U1 (en) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010144262/07U RU103427U1 (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU103427U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641098C1 (en) * | 2017-01-27 | 2018-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭнСол Технологии" (ООО "ЭнСол Технологии") | Solid-state contactor for batteries |
| RU181344U1 (en) * | 2018-03-06 | 2018-07-11 | Андрей Николаевич Перчиц | CHARGE-DISCHARGE MODULE (ЗРМ) WITH DIAGNOSTIC SYSTEM OF BATTERY |
| RU2683272C1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Storage battery voltage boosting charging and discharge device |
| RU222276U1 (en) * | 2023-09-28 | 2023-12-18 | Драйв Электро СА | Charging station for electric vehicles |
-
2010
- 2010-10-28 RU RU2010144262/07U patent/RU103427U1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641098C1 (en) * | 2017-01-27 | 2018-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭнСол Технологии" (ООО "ЭнСол Технологии") | Solid-state contactor for batteries |
| RU181344U1 (en) * | 2018-03-06 | 2018-07-11 | Андрей Николаевич Перчиц | CHARGE-DISCHARGE MODULE (ЗРМ) WITH DIAGNOSTIC SYSTEM OF BATTERY |
| RU2683272C1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Storage battery voltage boosting charging and discharge device |
| RU222276U1 (en) * | 2023-09-28 | 2023-12-18 | Драйв Электро СА | Charging station for electric vehicles |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11728724B2 (en) | Bypass circuit and method to bypass power modules in power system | |
| US10193380B2 (en) | Power sources and systems utilizing a common ultra-capacitor and battery hybrid energy storage system for both uninterruptible power supply and generator start-up functions | |
| EP2846436B1 (en) | Uninterruptible power supply circuit | |
| KR101996718B1 (en) | Voltage doubler for power converters | |
| EP2720358B1 (en) | Temperature controlling system and method of battery | |
| US9979227B2 (en) | Line interactive UPS | |
| CN107155383B (en) | Uninterruptible power supply device | |
| KR20150003796A (en) | Bi-directional energy converter with multiple dc sources | |
| CN108075562B (en) | High-power portable electric equipment and power supply control device and method thereof | |
| CN105009436A (en) | Switching power supply apparatus | |
| EP2873146A1 (en) | Circuit and method for providing hold-up time in a dc-dc converter | |
| US8283896B1 (en) | Method and system for charging and discharging high-voltage energy storage devices | |
| JP2018170930A (en) | Power conversion device and power conversion system | |
| RU2675726C1 (en) | Voltage converter | |
| US20230344235A1 (en) | Energy storage system | |
| Fernandez et al. | Multiple output AC/DC converter with an internal DC UPS | |
| Kim et al. | Transformerless three-phase on-line UPS with high performance | |
| RU103427U1 (en) | BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES | |
| US20230369965A1 (en) | Bypass Circuit and Method to Bypass Power Modules in Power System | |
| CN107800185B (en) | Online uninterrupted power supply | |
| US20240055973A1 (en) | Power Supply Device | |
| US20220200480A1 (en) | Power conversion system, method for controlling the power conversion system, and program | |
| Khadse et al. | Design of battery storage system for microgrid | |
| RU78013U1 (en) | RESPONSIBLE CONSUMPTION POWER SUPPLY SYSTEM | |
| Sousa et al. | Single-phase shunt active power filter with UPS operation using a bidirectional Dc-Dc converter for energy storage interface |