RU1791899C

RU1791899C - Device for charging and discharging of storage battery

Info

Publication number: RU1791899C
Application number: SU904886959A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Антипов; Александр Викторович Гаев; Николай Иванович Олейник; Игорь Петрович Шведюк
Original assignee: Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1990-12-04
Publication date: 1993-01-30

Abstract

Использование: в автономных системах электроснабжени , содержащих источники ограниченной мощности и аккумул торные батареи (АБ). Сущность изобретени : устройство содержит соединенные по схеме моста первый и второй блоки управл емых ключей и первый и второй блоки диодов. Третий блок диодов включен в одну диагональ моста, во вторую диагональ которого включен источник ограниченной мощности. Первый и второй блоки управл емых ключей включены параллельно друг другу в первое смежное плечо моста, во второе плечо которого включен переключатель. Устройство работает в трех режимах: источник питает нагрузку и зар жает батарею; нагрузка питаетс от АБ; нагрузка питаетс только от источника ограниченной мощности. 1 ил. елUsage: in autonomous power supply systems containing limited power sources and storage batteries (AB). SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises first and second blocks of controlled keys connected by a bridge circuit and first and second blocks of diodes. The third block of diodes is included in one diagonal of the bridge, in the second diagonal of which a limited power source is included. The first and second blocks of controlled keys are connected in parallel to each other in the first adjacent arm of the bridge, in the second arm of which a switch is included. The device operates in three modes: the source feeds the load and charges the battery; load powered by AB; the load is powered only by a limited power source. 1 ill. ate

Description

Изобретение относитс к области автономных систем электроснабжени , содержащих источники ограниченной мощности и аккумул торные батареи (АБ), и может быть использовано при разработке зар дно-раз- р дных устройств.The invention relates to the field of autonomous power supply systems containing limited power sources and storage batteries (AB), and can be used in the development of charge-discharge devices.

Известно зар дно-разр дное устройство , содержащее аккумул торную батарею, источник ограниченной мощности, управл емые ключи, коммутирующие диоды и дроссели фильтра.A charge-discharge device is known comprising a battery, a limited power source, controllable switches, switching diodes and filter chokes.

Недостатком устройства вл ютс большие пульсации напр жени на выходе источника ограниченной мощности.A disadvantage of the device is the large voltage ripple at the output of the limited power source.

Известно также устройство дл зар да и разр да АБ, которое подключено к соединенным параллельно источнику ограниченной мощности и нагрузке и содержит два блока управл емых ключей, два блока коммутирующих диодов, дроссели фильтра и блок управлени .A device for charging and discharging batteries is also known, which is connected to a parallel source of limited power and load and contains two blocks of controlled keys, two blocks of switching diodes, filter chokes and a control block.

Недостаток устройства - низка эксплуатационна надежность, так как отказ любого элемента зар дной или разр дной частей приводит к отказу всего устройства в целом.A disadvantage of the device is low operational reliability, since failure of any element of the charge or discharge parts leads to failure of the entire device.

Наиболее близким к изобретению вл етс устройство дл зар да и разр да аккумул торной батареи автономной системы электроснабжени с источником ограниченной мощности, содержащее соединенные в схему моста первый и второй блоки управл емых ключей и первый и второй блоки диодов , блок управлени , выходы которого соединены с входами первого и второго блоVJClosest to the invention is a device for charging and discharging the battery of an autonomous power supply system with a limited power source, comprising first and second blocks of controlled keys connected to a bridge circuit and a first and second blocks of diodes, a control block whose outputs are connected to inputs of the first and second units VJ

ОABOUT

SS

юYu

ков управл емых ключей, переключатель, дроссель, датчик тока и датчик напр жени , выходы которых соединены с входами соответственно переключател и блока управлени .of controlled keys, a switch, an inductor, a current sensor and a voltage sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the switch and the control unit, respectively.

Недостатком этого устройства вл етс наличие в нем переключател с двум замыкающими и двум размыкающими контактами. При этом в режиме зар да АБ используютс два последовательно включенных размыка ЮЩйХ ко нтакта, а в режиме разр да АБ-два последовательно включенных замыкающих контакта, т.е. в каждом режиме включены два контакта и соединены они в цепи то а последовательно. Это приводит к снижению надежности устройства .A disadvantage of this device is the presence of a switch with two make and two make contacts. In this case, in the AB charge mode, two series-connected openings of the SC contact are used, and in the AB discharge mode, two series-connected make contacts, i.e. in each mode, two contacts are connected and they are connected in a chain then and in series. This leads to a decrease in the reliability of the device.

Цель изобретени - повышение надежности путем упрощени .The purpose of the invention is to increase reliability by simplifying.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл зар да и разр да АБ дополнительно снабжено третьим и четвертым блоками диодов, причем третий блок диодов включен в одну диагональ моста, во вторую диагональ которого подключен источник ограниченной мощности, последова- тельно соединенный с включенным в обратном направлении четвертым блоком диодов, первый и второй блоки управл емых ключей включены параллельно друг другу в первое смежное плечо моста, во второе плечо которого включен первый контакт переключател , между первым смежным плечом моста и первым блоком диодов включен датчик тока, а первый и второй блоки диодов соединены между собой разными электродами, причем между общими точками соединени второго блока диодов с одной стороны с первым блоком диодов и с другой стороны с первым контактом переключател включены последовательно соединенные дроссель и аккумул тор батаре , а четвертый блок диодов зашунтирован вторым контактом переключател .The goal is achieved in that the device for charging and discharging the battery is additionally equipped with third and fourth blocks of diodes, the third block of diodes being included in one diagonal of the bridge, the second diagonal of which is connected to a limited power source, connected in series with the reverse the fourth block of diodes, the first and second blocks of controlled keys are connected in parallel to each other in the first adjacent arm of the bridge, in the second arm of which is connected the first contact of the switch between the first adjacent the current arm is connected by the left arm of the bridge and the first diode block, and the first and second diode blocks are interconnected by different electrodes, and series-connected chokes are connected between common points of the second diode block on the one hand with the first diode block and on the other hand with the first contact of the switch and a battery, and the fourth diode block is shunted by the second contact of the switch.

На чертеже представлена схема предложенного устройства дл зар да аккумул торной батареи.The drawing shows a diagram of the proposed device for charging the battery.

Устройство дл зар да и разр да аккумул торной батареи 1 автономной системы электроснабжени с источником 2 ограниченной мощности содержит соединенные в схему моста первый 3 и второй 4 блоки управл емых ключей и первый 5 и второй 6 блоки диодов, блок 7 управлени , выполненный в виде широтно-импульсных модул торов 8,9 и ключей 10 и 11, переключатель 12 с первым контактом 13, дроссель 14, датчик 15, датчик 16 напр жени , нагрузку 17, конденсатор 18. Дополнительно устройство снабжено третьим 19 и четвертым 20 блоками диодов,- причем третий 19 блок диода включен в одну диагональ моста, во вторую диагональ которого включен источник 2 ограниченной мощности, последовательно соединенный с включенным в обратном направлении четвертым 20 блоком диодов. Параллельно источнику 2 ограниченной мощности включены нагрузка 17 и датчик 16 напр жени . Первый 3 и второй 4 блокиThe device for charging and discharging the battery 1 of an autonomous power supply system with a limited power source 2 comprises first 3 and second 4 control key blocks connected to the bridge circuit and the first 5 and second 6 diode blocks, the control block 7 made in the form of a latitudinal pulse modulators 8.9 and switches 10 and 11, switch 12 with first contact 13, inductor 14, sensor 15, voltage sensor 16, load 17, capacitor 18. Additionally, the device is equipped with third 19 and fourth 20 diode blocks, third 19 diode block on It is connected in one diagonal of the bridge, in the second diagonal of which a limited power source 2 is connected, connected in series with the fourth 20 block of diodes connected in the opposite direction. In parallel with the limited power source 2, a load 17 and a voltage sensor 16 are included. The first 3 and second 4 blocks

0 управл емых ключей включены параллельно друг другу в первое смежное плечо моста, во второе плечо которого включен первый контакт 13 переключател 12. Между первым смежным плечом моста и первым 5 бло5 ком диодов включен датчик 15 тока, выход которого соединен с входом переключател 12, Первый 5 и второй 6 блоки диодов соединены между собой разными электродами, причем между общими точками соединени 0 controlled keys are connected in parallel to each other in the first adjacent arm of the bridge, in the second arm of which the first contact 13 of the switch 12 is connected. Between the first adjacent arm of the bridge and the first 5 block 5 diodes, a current sensor 15 is connected, the output of which is connected to the input of the switch 12, the First 5 and the second 6 blocks of the diodes are interconnected by different electrodes, and between common points of connection

0 второго 6 блока диодов с одной стороны с первым 5 блоком диодов и с другой стороны с первым контактом 13 переключател 12 включены последовательно соединенные дроссели 14 и аккумул торна батаре 1.0 of the second 6 block of diodes on the one hand with the first 5 block of diodes and on the other hand with the first contact 13 of the switch 12 are connected in series chokes 14 and the battery 1.

5 Выход датчика 16 напр жени соединен с входами блока 7 управлени , выходы которого в свою очередь подключены к цеп м управлени первого 3 и второго 4 блоков управл емых ключей. Четвертый 20 блок уп0 равлени зашунтирован вторым контактом 21 переключател 12.5 The output of the voltage sensor 16 is connected to the inputs of the control unit 7, the outputs of which are in turn connected to the control circuits of the first 3 and second 4 control key blocks. The fourth 20 control unit is shunted by the second terminal 21 of the switch 12.

Устройство в зависимости от величины текущей мощности нагрузки и степени зар женное™ аккумул торной батареи можетDepending on the size of the current load power and the degree of charged ™ battery, the device may

5 работать в следующих режимах.5 work in the following modes.

Мощность нагрузки меньше номинальной мощности источника, при этом избыток мощности источника поступает в АБ (режим А);The load power is less than the rated power of the source, while the excess power of the source enters the battery (mode A);

0Мощность нагрузки больше номинальной мощности источника, при этом недостающа мощность обеспечиваетс аккумул торной батареей (режим Б);0 The load power is greater than the rated power of the source, while the lack of power is provided by the battery (mode B);

Мощность нагрузки равна номинальнойLoad power equal to rated

5 мощности источника, нагрузка при этом получает питание только от источника (режим Б).5 of the source power, the load at the same time receives power only from the source (mode B).

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

0 В режиме А по сигналу в блок 7 управлени , например, на ключ 10 подаетс сигнал с выхода датчика 16 напр жени в широтно-импульсный модул тор, который формирует сигналы управлени дл первого0 In mode A, according to the signal to the control unit 7, for example, a signal 10 is supplied from the output of the voltage sensor 16 to a pulse-width modulator, which generates control signals for the first

5 3 блока управл емых ключей. При этом датчик 15 тока не запитан, первый контакт 13 переключател 12 разомкнут, а его второй контакт 21 замкнут. При замкнутом состо нии ключей блока 3 создаетс цепь тока: положительна шина системы электроснабжени , замкнутый контакт 21, ключи блока 3, третий 19 блок диодов, дроссель 14, аккумул торна батаре 1, отрицательна шина системы. Дроссель 14 накапливает энергию . В момент размыкани ключей блока 3 модул тором 8 накопленна в дросселе 14 энерги поступает в АБ 1 через второй блок 6 диодов. Очередное открытие ключей блока 3 приводит к повторению рассмотренных процессов,5 3 blocks of controlled keys. In this case, the current sensor 15 is not powered, the first contact 13 of the switch 12 is open, and its second contact 21 is closed. When the keys of block 3 are closed, a current circuit is created: positive bus of the power supply system, closed contact 21, keys of block 3, third 19 diode block, inductor 14, battery 1, negative bus of the system. The inductor 14 stores energy. At the moment of opening the keys of the block 3, the modulator 8 accumulated in the inductor 14 the energy enters the battery 1 through the second block 6 of the diodes. The next opening of the keys of block 3 leads to a repetition of the considered processes,

В режиме Б происходит разр д аккумул торной батареи 1 за счет работы второго блока управл емых ключей. Когда при разр де АБ 1 ток начинает протекать через датчик 15 тока, срабатывает переключатель 12, замыка свой первый контакт 13 и размыка второй контакт 21. При замкнутом состо нии ключей блока 4 создаетс цепь тока: плюс АБ 1, дроссель 14, первый 5 блок диодов, датчик 15, второй 4 блок управл в- мых ключей, замкнутый контакт 13, минус АБ 1. Дроссель 14 накапливает энергию. В момент размыкани ключей блока 4 модул тором 9 накопленна в дросселе 14 энерги и энерги от АБ 1 поступает в нагрузку 17. Ток при этом протекает по цепи: плюс АБ 1, дроссель 14, первый 5 блок диодов, датчик Штока, четвертый 20 блок диодов, нагрузка 17, минус АБ 1. Очередное открытие транзисторов 4 вновь приводит к накоплению энергии в дросселе 14 и т.д. Управление вторым 4 блоком управл емых ключей осуществл етс блоком 7 управлени по сигналам датчика 16 напр жени .In mode B, the battery 1 is discharged due to the operation of the second block of controlled keys. When the current begins to flow through the current sensor 15 when discharging AB 1, the switch 12 is activated, closing its first contact 13 and opening the second contact 21. When the keys of block 4 are closed, a current circuit is created: plus AB 1, inductor 14, first 5 block diodes, sensor 15, second 4 block of control keys, closed contact 13, minus AB 1. The inductor 14 accumulates energy. At the moment of opening the keys of the unit 4, the modulator 9 accumulated energy and energy from the AB 1 to the load 17. The current flows through the circuit: plus AB 1, the inductor 14, the first 5 block of diodes, the Rod sensor, the fourth 20 block of diodes , load 17, minus AB 1. The next opening of transistors 4 again leads to the accumulation of energy in the inductor 14, etc. The second 4 control key block is controlled by the control block 7 according to the signals of the voltage sensor 16.

В режиме В ключи 10, 11 и ключи 3 и 4 посто нно разомкнуты и питание нагрузки 17 осуществл етс непосредственно только от источника 2 ограниченной мощности.In mode B, the keys 10, 11 and the keys 3 and 4 are constantly open and the load 17 is supplied directly from the limited power source 2 only.

Так как первый 3 и второй 4 блоки управл емых ключей соединены параллельно, работать они могут поочередно либо одновременно . В случае поочередной работы при выходе одного из блоков из стро второй блок может его заменить. При этом измен етс соответствующим образом работа блока 7 управлени .Since the first 3 and second 4 blocks of controlled keys are connected in parallel, they can work alternately or simultaneously. In case of alternate operation when one of the blocks fails, the second block can replace it. In this case, the operation of the control unit 7 is changed accordingly.

Таким образом, из рассмотренного выше пор дка работы предлагаемого устройства видно, что в нем дл протекани тока используетс лишь один контакт переклю- чател как в режиме разр да, так и в режиме зар да АБ.Thus, from the above-described order of operation of the proposed device, it can be seen that only one contact of the switch is used in it for current flow both in the discharge mode and in the battery charge mode.

В предлагаемом устройстве при зар де АБ используетс структура преобразовател понижающего типа, а при разр де АБ - структура преобразовател повышающего типа. Однако, очевидно, что легко реализовать дл зар да АБ структуру преобразовател повышающего типа, а при разр де АБ - понижающего типа. Дл этого дроссель подключаетс непосредственно к шине источника ограниченной мощности и соответствующим образом измен етс подключение электродов блоков диодов и управл емых ключей при сохранении в представленном выше виде структуры моста . - -.In the device according to the invention, when the battery is charged, the structure of the step-down type converter is used, and when the charge is AB, the structure of the step-type converter is used. However, it is obvious that it is easy to realize the structure of a boost type converter for a battery charge, and a down type for a battery discharge. For this, the inductor is connected directly to the bus of the limited power source and the connection of the electrodes of the diode blocks and controlled keys is accordingly changed while maintaining the bridge structure in the above form. - -.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A device for charging and discharging a battery of an autonomous power supply system with a limited power source, comprising first and second blocks of controlled keys connected to a bridge circuit and a first and second blocks of diodes, a control block whose outputs are connected to the inputs of the first and second blocks of controlled keys, a switch, an inductor, a current sensor and a voltage sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the switch and the control unit, respectively, characterized in that, in order to increase reliability by simplification, it is additionally equipped with a third and fourth blocks of diodes, the third block of diodes included in one diagonal of the bridge, the other diagonal of which is connected to a limited power source connected in series with the fourth block of diodes connected in the opposite direction, the first and second blocks of controlled keys are connected in parallel to each other in the first adjacent arm of the bridge, in the second arm of which the first contact of the switch is connected, between the first adjacent arm of the bridge and the first block of diodes on The current sensor is open, and the first and second blocks of diodes are interconnected by different electrodes, and a series-connected choke and a battery are connected between their connection point and the first contact of the switch, and the fourth diode block is shunted by the second switch contact.