RU2206166C2 - Устройство для заряда аккумулятора - Google Patents
Устройство для заряда аккумулятора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206166C2 RU2206166C2 RU2000122025A RU2000122025A RU2206166C2 RU 2206166 C2 RU2206166 C2 RU 2206166C2 RU 2000122025 A RU2000122025 A RU 2000122025A RU 2000122025 A RU2000122025 A RU 2000122025A RU 2206166 C2 RU2206166 C2 RU 2206166C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- capacitors
- battery
- voltage
- charge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам преобразования энергии переменного напряжения в постоянное и предназначено для заряда аккумуляторов постоянным или изменяющимся во времени электрическим током. Технический результат изобретения - повышение надежности работы, снижение рассеиваемой мощности и упрощение устройства, что определяет расширение функциональных возможностей его применения в электротехнике. Формирование требуемой величины тока заряда осуществляется конденсаторами переменного напряжения 5 и 6.1,... 6N. Изменение значения тока заряда аккумулятора 10 выполняется путем подключения различного количества вторых конденсаторов 6.1, ...6.N параллельно к первому конденсатору 5. Их подключение осуществляется при помощи ключей 8.1,...8,N, управляемых схемой управления 9. 2 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам преобразования электрической энергии переменного напряжения в постоянный ток для заряда аккумуляторов постоянного напряжения по определенным законам, оптимизирующим технико-эксплуатационные характеристики заряжаемых аккумуляторов.
Известны устройства для заряда аккумуляторных батарей, у которых величина тока заряда регулируется постоянным или переменным активным ограничивающим сопротивлением (Здрок А.Г. Выпрямительные устройства стабилизации напряжения и заряда аккумуляторов.- М.: Энергоатомиздат. 1998.-С.57, рис.37,а). Недостатком их является невысокая энергетическая эффективность, так как при значительных величинах тока заряда мощность, рассеиваемая ограничивающим сопротивлением, велика.
Известны также источники вторичного электропитания, мощность потерь у которых минимизирована за счет того, что в качестве ограничивающего сопротивления используется конденсатор переменного напряжения. Эти устройства могут быть использованы для заряда аккумуляторов (Курченкова Н.Б., Сергеев Б. С. Конденсаторные источники вторичного электропитания // Электричество.- 1999, 2.- С.47, рис.1,а). Недостатком подобных устройств является невозможность регулирования выходного напряжения и тока заряда аккумулятора.
Известны источники вторичного электропитания, у которых имеется возможность регулирования выходного напряжения за счет применения ключа, шунтирующего выход выпрямительного моста на определенных интервалах времени (пат. РФ 2138113. Источник вторичного электропитания / Н.Б. Курченкова, Б.С. Сергеев, опубл. 26, 1999). Эти источники электропитания предназначены для регулирования (стабилизации) выходного напряжения, в то время как для заряда аккумуляторов требуется регулировать (стабилизировать) выходной ток.
Наиболее близким по схемотехнике и сущности происходящих в схеме процессов является устройство для заряда аккумуляторов, в котором имеется схема управления, осуществляющая регулирование тока заряда путем подачи управляющих сигналов на тиристоры управляемого выпрямителя (Здрок А.Г. Выпрямительные устройства стабилизации выходного напряжения и заряда аккумуляторов.- М.: Энергоатомиздат. 1988.- С.76, рис.46).
Это устройство обладает следующими недостатками. Первый из них заключается в том, что амплитуда импульсов тока, протекающих через тиристоры в момент их включения, велика и определяется в основном паразитными сопротивлениями элементов, входящими в цепь тока заряда. Это определяет снижение надежности работы зарядного устройства и аккумуляторов. Вторым недостатком является сложность схемы управления, которая формирует импульсы тока для коммутации тиристоров.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей применения устройства для заряда аккумуляторов за счет повышения надежности его работы, упрощения и снижения стоимости.
Указанная цель достигается тем, что регулирование тока заряда аккумуляторов осуществляется путем изменения емкости конденсатора, включенного последовательно в цепь первичного переменного напряжения устройства. Изменение емкости осуществляется путем подключения различного числа-параллельно включенных между собой конденсаторов при помощи ключей. Требуемый закон переключения конденсаторов реализуется схемой управления, осуществляющей измерение напряжения на аккумуляторе и последующее преобразование полученного результата в код для соответствующего управления ключами. При этом амплитуда импульсов тока заряда аккумуляторов определяется величиной емкости этих конденсаторов и не зависит от других элементов устройства, например от внутреннего сопротивления аккумулятора.
На фиг.1 приведена схема устройства для заряда аккумуляторов, а на фиг.2 - временные диаграммы его работы.
Устройство содержит трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого подключена к сети переменного напряжения, а первый вывод вторичной обмотки 3 соединен с первым входом первого диодного моста 4. Второй вывод обмотки 3 подключен к первому выводу первого конденсатора 5 и к первым выводам вторых N конденсаторов 6.1,...6.N. Вторые выводы конденсаторов 6.1,...6.N соединены с первыми входами N диодных мостов 7.1,...7.N, вторые входы которых подключены ко второму входу первого диодного моста 4 и ко второму выводу первого конденсатора 5. Выходы вторых диодных мостов 7.1,...7.N соединены с силовыми электродами N ключей 8.1,... 8.N, управляющие электроды которых подключены к управляющим выходам схемы управления 9, соединенной управляющим входом с аккумулятором 10 и с выходами первого диодного моста 4. Количество параллельных цепей, состоящих из вторых конденсаторов 6, вторых диодных мостов 7 и ключей 8, может быть различным и определяется необходимой дискретностью и точностью задания тока заряда аккумулятора.
Временные диаграммы, фиг.2, соответствуют: 11 - напряжение uc на вторичной обмотке 3 трансформатора 1; 12 - ток заряда iзар аккумулятора 10. Здесь величины напряжений и токов определяются: Uзар - среднее значение напряжения на аккумуляторе 10; Uм - амплитуда переменного напряжения вторичной обмотки, представляемого как uc=Uмsinωt; Iм1 и Iм2 - первое и второе значения амплитуды импульсов тока заряда аккумулятора 10; Iзар1 и Iзар2 - первое и второе средние значения токов заряда.
Устройство для заряда аккумуляторов работает следующим образом.
Предположим вначале, что ключи 8.1,...8.N, управляемые схемой управления 9, заперты, что соответствует отключенному состоянию конденсаторов 6.1,...6. N. В установившемся режиме работы, когда на входе схемы имеется напряжение uс(ωt), величина выходного тока определяется емкостью конденсатора 5, выполняющего функции реактивного ограничивающего сопротивления величиной χC = 1/ωC5 Очевидно, что увеличение емкости C5 конденсатора 5 приведет к уменьшению сопротивления χC, что вызовет увеличение тока заряда аккумулятора. В общем случае выходной ток устройства, являющийся током заряда аккумулятора 10, определяется
где f = ω/2π; Сi= (С5+С6.1+С6.i) - суммарная емкость параллельно включенных конденсаторов устройства; Uc - действующее значение напряжения вторичной обмотки 3 трансформатора 1; Uзар - среднее значение напряжения на аккумуляторе 10 в процессе его заряда. Выражение (1) показывает, что значение тока заряда аккумулятора прямо пропорционально величине емкости конденсаторов, включенных в последовательную цепь первого диодного моста 4 и аккумулятора 10.
где f = ω/2π; Сi= (С5+С6.1+С6.i) - суммарная емкость параллельно включенных конденсаторов устройства; Uc - действующее значение напряжения вторичной обмотки 3 трансформатора 1; Uзар - среднее значение напряжения на аккумуляторе 10 в процессе его заряда. Выражение (1) показывает, что значение тока заряда аккумулятора прямо пропорционально величине емкости конденсаторов, включенных в последовательную цепь первого диодного моста 4 и аккумулятора 10.
Схема управления 9 осуществляет сравнение напряжения на аккумуляторах 10 с напряжением внутреннего источника опорного напряжения и на основании этого формирует на своих управляющих выходах сигналы, поочередно или совместно открывающие ключи 8.1, . .. 8,N и изменяющие итоговую емкость конденсаторов, включенных в цепь тока заряда аккумулятора 10. Например, если открыт ключ 8.1, то итоговая емкость конденсаторов для расчета по выражению (1) определяется как: Сi=С5+С6.1. Функционально схема управления 9 представляет собой известный аналого-цифровой преобразователь, осуществляющий преобразование аналогового сигнала рассогласования напряжений в цифровой параллельный код, управляющий работой ключей 8.1,...8.N (Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Дискретные стабилизаторы и формирователи напряжения.-М.: Энергоатомиздат.- 1986. -С. 13, рис. 1.5).
Длительность импульсов тока, заряжающих аккумулятор 10, в соответствии с обозначениями временной диаграммы (фиг.2) находится:
и не зависит от емкости конденсаторов 5 и 6.1,...6.N, а определяется при прочих равных условиях только напряжением Uзар.
и не зависит от емкости конденсаторов 5 и 6.1,...6.N, а определяется при прочих равных условиях только напряжением Uзар.
Амплитуда импульсов тока, протекающего через диоды первого диодного моста 4 и аккумулятор 10, определяется
Iмi=ωCiUм. (3)
Как видно, амплитуда импульса тока определяется величиной емкости конденсаторов Ci, что определяет возможность строгого нормирования режимов работы диодов первого диодного моста 4 и аккумулятора 10. Это же определяет аналогично строгое нормирование тока короткого замыкания зарядного устройства.
Iмi=ωCiUм. (3)
Как видно, амплитуда импульса тока определяется величиной емкости конденсаторов Ci, что определяет возможность строгого нормирования режимов работы диодов первого диодного моста 4 и аккумулятора 10. Это же определяет аналогично строгое нормирование тока короткого замыкания зарядного устройства.
В частности, на временных диаграммах фиг.2 показаны два значения амплитуды импульсов тока: Iм1<Iм2, соответствующих величинам емкости конденсаторов: С1<С2.
Это же относится и к токам, протекающим через вторые диодные мосты 7.1,. ..7,N и ключи 8.1,...8,N. Для них амплитуда импульсов тока определяется также из выражения (3) при подстановке в него величины емкости конденсаторов 6.1, . . . . или 6.N. Очевидно, что амплитуда импульса тока первого выпрямительного моста 4 определяется как сумма амплитуд импульсов тока, протекающих через конденсаторы 5, 6.1,...6.N:
Изложенное определяет тот факт, что в качестве ключей 8.1,...8. N можно использовать относительно маломощные транзисторы (или тиристоры). Для них амплитуда импульсов тока и его среднее значение определяются выбранной дискретностью изменения тока ΔIзар заряда аккумулятора 10. Это же относится и к параметрам вторых диодных мостов 7.1,...7.N.
Изложенное определяет тот факт, что в качестве ключей 8.1,...8. N можно использовать относительно маломощные транзисторы (или тиристоры). Для них амплитуда импульсов тока и его среднее значение определяются выбранной дискретностью изменения тока ΔIзар заряда аккумулятора 10. Это же относится и к параметрам вторых диодных мостов 7.1,...7.N.
Изменение количества включенных ключей 8.1,...8.N, определяющих число подключенных конденсаторов 6.1,...6,N и в соответствии с этим задающих требуемые законы задания или изменения во времени величины тока заряда аккумулятора 10, формируется выходными управляющими сигналами схемы управления 9.
Таким образом, в устройстве, изображенном на фиг.1, реализуется возможность заряда аккумулятора 10 требуемым, в том числе и изменяющимся во времени током, который для современных аккумуляторных батарей определяется напряжением заряда. Так как регулирование и поддержание заданного значения тока осуществляется при помощи реактивного элемента - конденсатора, то в устройстве отсутствуют потери активной мощности, вызывающие разогрев элементов. В устройстве отсутствует необходимость формирования схемой управления 9 сигналов со строго определенным временным расположением управляющих импульсов на протяжении периода переменного напряжения, а управление работой ключей 8.1, . . . 8. N осуществляется подачей на их входы постоянных (логических) уровней напряжений, что значительно упрощает схему управления 9. Амплитуда импульсов тока, протекающих через полупроводниковые элементы схемы и аккумулятор, определяются величинами емкости первого 5 и вторых 6.1,.,.6.N конденсаторов, что повышает надежность работы устройства для заряда аккумулятора.
В качестве ключей 8.1,...8.N могут использоваться как транзисторы, так и тиристоры.
Следовательно, изобретение дает возможность расширить функциональные возможности применения устройства для заряда аккумуляторов за счет повышения надежности его работы, упрощения схемы и снижения его стоимости.
Claims (1)
- Устройство для заряда аккумуляторов, содержащее трансформатор, первичная обмотка которого соединена с сетью переменного напряжения, а один из выводов вторичной обмотки - с первым входом первого выпрямительного моста, первый и второй выходы которого подключены к положительному и отрицательному полюсам аккумулятора соответственно и к управляющему входу схемы управления, отличающееся тем, что другой вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с первыми выводами первого конденсатора и N вторых конденсаторов, второй вывод первого конденсатора подключен к второму входу первого диодного моста, а вторые выводы N вторых конденсаторов соединены с первыми входами вторых N диодных мостов, вторые входы которых подключены ко второму входу первого диодного моста, причем выходы N вторых диодных мостов соединены с силовыми электродами N ключей соответственно, входы которых подключены к выходам схемы управления, которая формирует на своих управляющих выходах сигналы, открывающие ключи и изменяющие итоговую емкость конденсаторов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000122025A RU2206166C2 (ru) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | Устройство для заряда аккумулятора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000122025A RU2206166C2 (ru) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | Устройство для заряда аккумулятора |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000122025A RU2000122025A (ru) | 2002-08-10 |
RU2206166C2 true RU2206166C2 (ru) | 2003-06-10 |
Family
ID=29209068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000122025A RU2206166C2 (ru) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | Устройство для заряда аккумулятора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2206166C2 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568669C2 (ru) * | 2011-06-07 | 2015-11-20 | Сканиа Св Аб | Система зарядки аккумулятора |
RU2569676C1 (ru) * | 2012-08-02 | 2015-11-27 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система управления зарядом аккумулятора для автоматически управляемого транспортного средства и способ управления зарядом аккумулятора для автоматически управляемого транспортного средства |
RU2575705C1 (ru) * | 2012-08-02 | 2016-02-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система управления зарядом аккумулятора автоматически управляемого транспортного средства и способ управления зарядом аккумулятора |
RU2576668C1 (ru) * | 2012-08-02 | 2016-03-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система управления зарядом для автоматически управляемого транспортного средства |
RU2614150C1 (ru) * | 2013-03-29 | 2017-03-23 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система бесконтактной подачи электрической энергии |
-
2000
- 2000-08-17 RU RU2000122025A patent/RU2206166C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЗДРОК А.Г. Выпрямительные устройства стабилизации выходного напряжения и заряда аккумуляторов. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с.76. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568669C2 (ru) * | 2011-06-07 | 2015-11-20 | Сканиа Св Аб | Система зарядки аккумулятора |
RU2569676C1 (ru) * | 2012-08-02 | 2015-11-27 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система управления зарядом аккумулятора для автоматически управляемого транспортного средства и способ управления зарядом аккумулятора для автоматически управляемого транспортного средства |
RU2575705C1 (ru) * | 2012-08-02 | 2016-02-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система управления зарядом аккумулятора автоматически управляемого транспортного средства и способ управления зарядом аккумулятора |
RU2576668C1 (ru) * | 2012-08-02 | 2016-03-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система управления зарядом для автоматически управляемого транспортного средства |
RU2614150C1 (ru) * | 2013-03-29 | 2017-03-23 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Система бесконтактной подачи электрической энергии |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9831778B2 (en) | Power-converting device and power conditioner using the same | |
CN111726003B (zh) | 用于操作电子功率转换器的方法和电子功率转换器 | |
US12021401B2 (en) | Single stage charger for high voltage batteries | |
US4719559A (en) | Current-mode control of capacitively coupled power converters | |
US5798630A (en) | Switching power circuit to supply electric-vehicle battery charger with high-frequency power | |
RU2671539C1 (ru) | Генератор многофазной системы ЭДС для мобильных устройств | |
Ali et al. | High boost seventeen-level switched capacitor inverter topology with continuous input current | |
US11791710B2 (en) | Switching sequence controlled current steering for stacked half bridge converters | |
RU2206166C2 (ru) | Устройство для заряда аккумулятора | |
JP2014204457A (ja) | 電力変換装置 | |
Niu et al. | A novel switched-capacitor five-level T-type inverter | |
Rao et al. | A comparative study of Bidirectional DC-DC converter & its interfacing with two battery storage system | |
JP5478367B2 (ja) | パワーコンバータ | |
Sharma et al. | A generalised double integral sliding mode control for bidirectional charger of light electric vehicle | |
Settels et al. | Charge-based zero-voltage switching of a flying capacitor resonant pole inverter with trapezoidal filter current | |
CN109995264B (zh) | 双向dc-ac变换器及其控制方法 | |
RU2447571C1 (ru) | Преобразователь | |
RU2453030C1 (ru) | Бестрансформаторный источник питания | |
RU2254658C1 (ru) | Трёхфазный транзисторный источник реактивных токов | |
RU2578042C1 (ru) | Трехфазный z-инвертор | |
RU2812962C1 (ru) | Двухполярный регулятор постоянного напряжения | |
RU2551118C1 (ru) | Импульсный источник напряжения | |
RU2806896C1 (ru) | Повышающий регулятор напряжения для работы с трёхфазной нагрузкой | |
RU2235353C2 (ru) | Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения | |
SU862337A1 (ru) | Преобразователь переменного напр жени в посто нное |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120818 |