CS212699B1

CS212699B1 - Connection of the circuit particularly for loading the accumulator batteries

Info

Publication number: CS212699B1
Application number: CS185380A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Kminek; Pavel Raba; Jaroslav Sorna; Pavel Reichel
Original assignee: Zdenek Kminek; Pavel Raba; Jaroslav Sorna; Pavel Reichel
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1982-03-26

Description

Vynález se týká zapojení obvodu zejména pro nábíjení akumulátorových baterií.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to circuitry for charging rechargeable batteries.

Dosavadní polovodičové usměrňovače pro nabíjení akumulátorů umožňují výběr nabíjecí charakteristiky optimální pro daný typ akumulátorové baterie včetně rychlnabíjenť, paralelního nabíjení baterií o stejném jmenovitém napětí i regeneračního nabíjení sulfatovaných olověných baterií. Jejich nevýhodou je však velký objem a váha a z toho plynoucí omezení širšího využití, rovněž materiálové a energetické parametry těchto zdrojů nejsou uspokojivé.The current semiconductor rectifiers for battery charging allow selection of charging characteristics optimal for a given type of battery, including fast charging, parallel charging of batteries with the same nominal voltage and regenerative charging of sulphated lead batteries. Their disadvantage, however, is the large volume and weight and the resulting restrictions on wider use, as well as the material and energy parameters of these sources are not satisfactory.

Zapojení obvodu podle vynálezu odstraňuje uvedené nevýhody přičemž jeho podstatou je, že střídač je svým silovým výstupem připojen přes oddělovací transformátor, výstupní usměrňovač výstupní filtr a čidlo výstupního stejnosměrného proudu resp. čidlo výstupního stejnosměrného napětí k zátěži tvořené např. akumulátorovou baterií. Svým silovým vstupem přes vstupní filtr, usměrňovači blok a blok jištění k napájecí svorce a svým řídicím vstupem k řídicímu výstupu řídicího a regulačního bloku, ke kterému jsou připojeny bloky referenčních hodnot, např. obvod žádané hodnoty napětí akumulátorové baterie, obvod žádané hodnoty proudu, člen volby požadované provozní charakteristiky a dále čidlo výstupního stejnosměrného proudu, resp. čidlo výstupního stejnosměrného napětí.The circuit according to the invention eliminates the above-mentioned disadvantages in that the inverter is connected via its power output via a isolation transformer, an output rectifier, an output filter and a DC / DC output sensor. sensor of output DC voltage to load eg accumulator battery. With its power input through the input filter, rectifier block and fuse block to the power terminal, and its control input to the control output of the control and control block to which the reference blocks are connected, eg battery voltage reference circuit, current reference circuit, element selection of the required operating characteristic and the output DC sensor, respectively. DC output sensor.

Využití obvodu podle vynálezu představuje dosažení značných úspor na materiálu a energii, spotřeba jalová energie je minimální. Zařízení s tímto obvodem má vzhledem ke snížená váze z větší účinnosti univerzálnější použití.The utilization of the circuit according to the invention results in considerable savings in material and energy, the consumption of reactive energy is minimal. A device with this circuit has a more versatile use due to its reduced weight for greater efficiency.

Na připojených obrázcích 1 až 3 jsou ^obraženy příklady zapojení podle vynálezu, kde na obr. 1 je blokové schéma obvodu pro nabíjení akumulátorových baterií, na obr. 2 příklad zapojení bloku střídače a na obr. 3 příklad zapojení řídicího a regulačního obvodu.1 to 3 show examples of wiring according to the invention, in which FIG. 1 is a block diagram of the battery charging circuit; FIG. 2 shows an inverter block connection; and FIG. 3 shows an example of a control circuit.

Střídač £ na obr. 1 ja svým silovým vstupem připojen přes stejnosměrný meziobvod tvořený vstupním filtrem £, usměrňovacím blokem £ a blokem jištění 2 k napájecí síti £. Silový výstup střldače £ je připojen přes oddělovací transformátor £, výstupní usměrňovač £, výstup ní filtr 20. čidlo 8 výstupního stejnosměrného proudu a čidlo £ výstupního stejnosměrného napětí k zátěži 10 tvořené např. akumulátorovou baterií. Svým řídicím vstupem je střídač £ připojen k řídicímu výstupu 11.12 řídicího a regulačního bloku 11. ke kterému jsou připojeny déle obvod 15 žédaná hodnoty napětí akumulátorové baterie, obvod 16 žádané hodnoty proudu, člen 17 volby požadované provozní charakteristiky a čidlo £ výstupního stejnosměrného proudu a konečně čidlo £ výstupního stejnosměrného napětí, k odpovídajícím vstupům 11.1. 11.2. 11.3. 11.7. I1.6 řídicího a regulačního bloku JJ..The inverter 4 in FIG. 1 is connected via its power input via a DC link formed by the inlet filter 6, the rectifier block 6 and the block 2 to the supply system 6. The power output of the inverter 4 is connected via a decoupling transformer 8, an output rectifier 8, an output filter 20, a DC output sensor 8 and a DC output voltage sensor 8 to a load 10 formed, for example, by an accumulator battery. With its control input, the inverter 6 is connected to the control output 11.12 of the control and control block 11 to which the battery voltage reference circuit 15, the reference circuit 16, the desired operating characteristic selection element 17 and the DC output sensor 6 are connected for longer. a DC output voltage sensor 6 to the corresponding inputs 11.1. 11.2. 11.3. 11.7. I1.6 control and regulation block JJ ..

K řídicímu a regulačnímu bloku 11 jsou déle připojeny blok 13 signalizace, blok 18 kontroly polarity připojené zátěže, blok 12 skokové změny regulačího rozsahu, blok 19 teplotní ochrany, ventilátor 2J. a napájecí a oddělovací transformátor J£ a sice k odpovídajícím vstupům 11.4. 11.5. 11.8. 11.9 , výstupu 11.11 a vstupu 11.10 řídicího a regulačního bloku 11. Ventilátor 21 a napájecí a oddělovací transformátor 14 jsou připojeny k bloku jištění 2, blok 12 skokové změny regulačního rozsahu je dále připojen ke střídači £.The signaling block 13, the connected load polarity monitoring block 18, the control step jump block 12, the temperature protection block 19, the fan 20 are connected to the control and control block 11 for a longer period of time. and a supply and isolation transformer 16, respectively, to the corresponding inputs 11.4. 11.5. 11.8. 11.9, output 11.11 and input 11.10 of the control and control block 11. The fan 21 and the supply and isolation transformer 14 are connected to the fuse block 2, the step change block 12 is further connected to the inverter 6.

Na obr. 2 je zobrazen příklad zapojení střídače £ z obr. 1. Výstup diodového můstkového usměrňovače tvořeného diodami D5. D6. D7. Dg je připojen ke svorkám kondenzátoru Cl. k němuž je paralelně připojen kapacitní dělič tvořený dvěma do série zapojenými kondenzátory C2. C3. Paralelně ke kondenzátoru C1 je rovněž zapojena sériová kombinace indukčností LI.FIG. 2 shows an example of the connection of the inverter 6 of FIG. 1. Output of a diode bridge rectifier formed by diodes D5. D6. D7. Dg is connected to the terminals of capacitor C1. to which a capacitor divider consisting of two series-connected capacitors C2 is connected in parallel. C3. A series combination of inductances L1 is also connected in parallel to the capacitor C1.

L2 a tyristorů T1. T2. Mezi středem kapacitního děliče a středem sériové kombinace indukčností LI., L2 a tyristorů TJ., T2 je zapojena sériová kombinace čidla proudu TR2 primárního vinutí a výstupního a oddělovacího transformátoru TRJ., paralelně k tyristorům TJ., T2 jsou zapojeny opačně polované diody D3. D4 a sériové kombinace RC tvořené prvky Rl C4 a g2,L2 and T1 thyristors. T2. Between the center of the capacitor divider and the center of the series combination of inductors L1, L2 and the thyristors T1, T2, a series combination of the primary winding current sensor TR2 and the output and decoupling transformer TRJ is connected in parallel to the thyristors TJ, T2. D4 and series RC combinations consisting of R1 and C4 elements,

C£. K řídicím elektrodám tyristoru TJ., T2 jsou připojeny koncové stupně K1. K2 svými vstupy připojené k regulátoru R se zdrojem žádané hodnoty R3. Sekundární vinutí výstupního oddělovacího transformátoru TRI je dvoucestně usměrněno diodami D1 . D2. Regulátor g je připojen k čidlu proudu TR2.C £. Output stages K1 are connected to thyristor control electrodes T1, T2. K2 with its inputs connected to the controller R with the reference source R3. The secondary winding of the output isolation transformer TR1 is rectified in two ways by diodes D1. D2. The controller g is connected to the current sensor TR2.

Příklad zapojení řídicího a regulačního bloku 11 je zobrazen na obr. 3. Blok M3 monostabilního obvodu je připojen jednak přes obvod D generátoru impulsů-a čidlo proudu T ke vstupní svorce N a jednak přes hradlovací obvod H a klopný obvod P ke dvěma monostabilním obvodům Ml. M2, jejichž výstupem jsou zapalovací impulsy pro tyristory TI. T2.An example of a control and control block 11 is shown in Fig. 3. The monostable circuit block M3 is connected both via the pulse generator circuit D and the current sensor T to the input terminal N and through the gating circuit H and the flip-flop P to two monostable circuits M1 . M2, the output of which are ignition pulses for thyristors T1. T2.

Obvod U pro vyhodnocení úrovně výstupního napětí je spojen jednak s hradlovacím obvodem H a jednak s povelovým obvodem S jehož výstup je připojen k hradlovacímu obvodu H,The circuit U for evaluating the output voltage level is connected both to the gating circuit H and to the command circuit S whose output is connected to the gating circuit H,

Regulátor g připojený svým vstupem ke zdroji žádané hodnoty výstupních parametrů střídače a k čidlu proudu T je připojen svým výstupem k bloku M3 monostabilního obvodu.The controller g connected by its input to the setpoint source of the output parameters of the inverter and to the current sensor T is connected by its output to the block M3 of the monostable circuit.

Střídač £ na obr. 1 je svým silovým vstupem připojen ke stejnosměrnému meziobvodu tvořenému vstupním filtrem £. Stejnosměrný meziobvod je napájen přes usměrňovači blok £ a omezovač strmosti nárůstu proudu a dále přes blok jištění 2 z jednofázové nebo Vícéfázové napájecí sítě J.. Střídač £ může být tvořen například frekvenčním měničem s oscilačním obvodem paralelního nebo sériového typu, s nucenou komutací s paralelně zapojenými kondenzátory s transformátorovým zhášením tyristorů, případně jiným druhém zapojení. Tento střídač £ přeměňuje napětí na stejnosměrném meziobvodu na napětí střídavého průběhu a vysokou frekvencí řádově od desítek Hz až desítek kHz.The inverter 4 in FIG. 1 is connected to the DC link formed by the inlet filter 6 by its power input. The DC link is fed via a rectifier block 6 and a steep current limiter and further through a fuse block 2 from a single-phase or multi-phase mains supply. capacitors with transformer quenching of thyristors or other second connection. This inverter converts the DC link voltage into an AC voltage and a high frequency of the order of tens of Hz to tens of kHz.

Výstupní napětí střídače £ je galvanicky odděleno a upraveno na žádanou velikost oddělovacím transformátorem £, načež je usměrněno výstupním usměrňovačem £ a přes výstupní filtr 20 přiváděno na zátěž 10. Výstupní filtr 20 může být proudového nebo napělového charakteru, to znamená může být tvořen kombinací tlumivek a kondenzátorů. Zátěž 10 může být tvořena např. akumulátorovou baterií, metalizační pistolí pro žárové stříkání kovů, galvanizačním zařízením. Mezi výstupní filtr 20 a zátěž 10 je vřazeno čidlo £ výstupního atejno3The output voltage of the inverter 6 is galvanically isolated and adjusted to the desired size by the isolation transformer 8, then rectified by the output rectifier 4 and applied to the load 10 via the output filter 20. The output filter 20 may be current or voltage in nature. capacitors. The load 10 may comprise, for example, an accumulator battery, a metallization gun for the hot spraying of metals, a galvanizing device. An output sensor 20 is connected between the output filter 20 and the load 10

2126,99 směrného napětí a čidlo § výstupního stejnosměrného proudu. V případě použití akumulátorové baterie jako zátěže 10 může být mezi výstupní filtr 20 a zátěž 10 zařazen blok 18 kontro ly polarity připojené akumulátorové baterie.2126.99 direct voltage and output sensor DC. If a rechargeable battery is used as a load 10, a block 18 of the polarity check of the connected rechargeable battery may be included between the output filter 20 and the load 10.

Řídicí a regulační blok 11. který je napájen přes napájecí a oddělovací transformátor 14 sílovým napětím z bloku jištění 2, svým výstupem 11.12 řídí činnost střídače £ na základě signálů z bloku referenčních hodnot obsahujícího např. obvod 15 žádané hodnoty napětí akumulátorové baterie, obvod 16 žádané hodnoty proudu, člen 17 volby požadované provozní · charakteristiky a dále signálů z čidel výstupního stejnosměrného napětí a proudu £, 8.The control and control block 11, which is supplied via the supply and isolation transformer 14 by a voltage from the fuse block 2, by its output 11.12 controls the operation of the inverter 6 based on signals from a reference value block containing e.g. current values, the required operating characteristic selection member 17, and signals from the DC output voltage and current sensors.

Zvýšeni rozsahu regulace může být v případě použití střídače £ s oscilačním obvodem realizováno pomoci bloku 12 skokové změny regulačního rozsahu zásahem do vnitřní struktury střídače £ a řídicího a regulačního bloku 11.If the inverter 8 is used with an oscillating circuit, the step-up of the control range can be realized by the step 12 of the step change of the control range by interfering with the internal structure of the inverter 4 and the control and control block 11.

Frekvenční rozsah výstupní frekvence střídače £ je přitom snížen nebo zachován. Blok 19 teplotní ochrany slouží ke zjištění zvýšené teploty vinutých prvků, např. tlumivek a transformátoru a zvýšené teploty polovodičových prvků. Přes vstup 11.9 tak přímo ovlivňuje řídicí a regulační blok 11. který např. dává povel k zapnutí ventilátoru 21. případně při vyšších teplotách, které by vedly k havárii zařízení, blokuje zapalovací impulsy do střídače £. Jednotlivé provozní a havarijní stavy zařízení mohou být signalizovány v bloku 13 signalizace.The frequency range of the inverter output frequency is reduced or maintained. The temperature protection block 19 serves to detect the elevated temperature of the winding elements such as chokes and transformer and the elevated temperature of the semiconductor elements. Thus, via input 11.9, it directly influences the control and regulating block 11, which, for example, commands the fan 21 to be switched on, possibly at higher temperatures that would lead to a plant failure, blocks the ignition pulses into the inverter 6. The individual operational and emergency states of the device may be signaled in the signaling block 13.

Jednou z možných variant zapojení střídače £ je struktura zobrazená na obr. 2 představující střídač s oscilačním obvodem tvořeným výstupním a oddělovacím transformátorem TRI indukčnostmi LI. L2 a kondensátory C2, C3. Sílové napětí usměrněné diodovým usměrňovačem D£, D6. D7 a D8 a filtrované kondenzátorem C1 je přivedeno na kapacitní dělič C2, C3. do jehož středu je zapojen přes čidlo proudu TR2 výstupní a oddělovací transformátor TR1 a dále je připojen do uzlu sériového řazení tyristorů TJ., T2 s antiparalelními diodami D3. D4 a indukčnostmi LI . L2.One possible variant of the inverter circuitry 8 is the structure shown in FIG. 2 representing an inverter with an oscillating circuit formed by the output and isolation transformer TRI by inductors L1. L2 and capacitors C2, C3. The line voltage rectified by the diode rectifier D6, D6. D7 and D8 and filtered by capacitor C1 are applied to capacitive divider C2, C3. to which the output and isolation transformer TR1 is connected through the current sensor TR2 and is connected to a series switching node of thyristors T1, T2 with anti-parallel diodes D3. D4 and L1 inductances. L2.

Tyristory TJ., T2 přijímají zapalovací impulsy z regulátoru R přes koncové stupně K1.Thyristors T1, T2 receive ignition pulses from the controller R through the output stages K1.

K2 takovým způsobem, aby oscilační kmity vznikající v obvodu C2. C3. TR1 probíhaly v takových okamžicích, aby bylo umožněno bezpečné vypnutí dosud vedoucího tyristorů komutačním napětím diody D3. resp. D4. To znamená, že se jedná o případ komutace vedené zátěží. Tyris tory TJ., T2 jsou chráněny před nebezpečným zvýšením napětí v blokovacím směru RC členy tvořenými prvky R1 . C4 a R2. C£ a indukčnostmi LI. L2. Střídavé výstupní napětí proměnné frekvence závislé na velikosti zátěže je usměrňováno diodami Si, D2 a je přiváděno na zátěž.K2 in such a way that the oscillating oscillations occurring in the circuit C2. C3. TR1 occurred at such times to allow safe switching off of the so far leading thyristor by the switching voltage of diode D3. respectively. D4. This means that this is a case of load-driven commutation. The thyristors T1, T2 are protected from a dangerous voltage increase in the blocking direction by RC members formed by elements R1. C4 and R2. C 6 and L1 inductances. L2. The alternating output voltage of the variable frequency dependent on the load size is rectified by diodes S1, D2 and is applied to the load.

Řídicí a regulační obvod 11 může být tvořen například zapojením podle obr. 3, výstupní signál čidla proudu I je přiváděn do obvodu D generujícího impulsy v okamžicích průchodu výstupního proudu nulou. Tyto impulsy jsou zaváděny jako spouštěcí signály do bloku M3 tvořeného monostabilním obvodem, který zpožďuje zapálení tyristorových spínačů o čas potřeb ný k jejich bezpečnému vypnutí. Toto zpoždění může být dále prodlouženo vstupním signálem regulátoru R, čehož se dá s výhodou využít pro regulaci výstupních parametrů střídače, tj. proudu a napětí.The control and regulating circuit 11 can be formed, for example, by the circuit according to FIG. 3, the output signal of the current sensor I being supplied to the pulse-generating circuit D at the moment of the output current passing through zero. These pulses are applied as trigger signals to a M3 block consisting of a monostable circuit that delays the ignition of the thyristor switches by the time it takes to safely turn them off. This delay can be further extended by the input signal of the controller R, which can advantageously be used to control the inverter output parameters, ie current and voltage.

Výstup monostabilního obvodu je přiveden přes hradlovací obvod H do klopného obvodu F, který rozděluje výstupní impulsy do dvou větví na monostabilní obvody Mi, M2, jejichž výstupem jsou zapalovací impulsy pro tyristory Ti, T2. Hradlovací obvod H je otevírán povelovým obvodem S a zahražen obvodem U při dosažení nebezpečné úrovně výstupního napětí. Děje se tak zejména z důvodu, že při přechodu naprázdno dosahuje hodnota oscilací tak vysokých velikostí, že by mohlo dojít ke zničení polovodičových prvků. Při poklesu výstupního napětí pod zvolenou mez dává povelový obvod S opět impuls k otevření jednoho z tyristorů a tedy počátku nových oscilací.The output of the monostable circuit is fed via a gating circuit H to a flip-flop F, which divides the output pulses into two branches into monostable circuits M1, M2, the output of which are ignition pulses for thyristors T1, T2. The gating circuit H is opened by a command circuit S and blocked by a U circuit when a dangerous output voltage level is reached. This is mainly because the no-load oscillation value is so high that the semiconductor elements could be destroyed. When the output voltage drops below the selected limit, the command circuit S again gives an impulse to open one of the thyristors and thus start new oscillations.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Circuit connection for charging rechargeable batteries in particular, characterized in that the inverter (5) is connected via its output via a series combination of isolation transformer (6), output rectifier (7), output filter (20), DC output sensor (8) current and sensors (9) of the output DC voltage to a load (10) consisting eg of a accumulator battery, with its power input the inverter (5) is connected via the input filter (4), rectifier block (3) and (1) and its control input is connected to the control output (11.12) of the control and control block (11), to which reference value blocks are connected, such as the battery voltage reference circuit (15), the current reference circuit (16), a desired operating characteristic selection member (17) and a DC output sensor (8) and a DC output voltage sensor (9) tí.

Connection according to claim 1, characterized in that a step change block (12) of the control range is connected to the inverter (5) and to the control and control block (11).

Circuit connection according to Claims 1 and 2, characterized in that a polarity control block (18) of the connected load is connected to the control and regulation block (11) and to the load (10).

Circuit connection according to Claims 1 to 3, characterized in that a temperature protection block (19), a fan (21) and a signaling block (13) are connected to the control and control block (11).