SU1275647A1

SU1275647A1 - System for charging storage battery by heteropolar pulsed current

Info

Publication number: SU1275647A1
Application number: SU853910179A
Authority: SU
Inventors: Николай Иванович Олейник; Вячеслав Владимирович Пугачев
Original assignee: Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского
Priority date: 1985-06-17
Filing date: 1985-06-17
Publication date: 1986-12-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнической промышленности, в частности к системам зар да аккумул торной батареи (АБ). Цель изобретени - повышение эффективности процесса. Под действием сигнала широтно-импульсного модул тора (ШШ) 16 открываетс транзисторный ключ (ТК) 5 и энерги источника посто нного тока (Ш1Т) 1 передаетс в дроссель 2. От дополнительной обмотки 4 дроссел 2 зар жаетс конденсатор 11. По окончании сигнала ШИМ 16 ТК 5 закрываетс , а энерги дроссел 2 в виде импульса тока подаетс в АБ. При очередном поступлении сигнала ШИМ 16 процесс продолжаетс и батаре зар жаетс импульсным током с паузами. При достижении напр жени конденсатора 11 величины порогового напр жени стабилитрона 12 и с приходом очередного импульса с основной обмотки 3 дроссел 2 на управл ющий вход транзисторного ключа (ТК) 6 последний открываетс . Происходит разр д АБ импульсом тока большой амплитуды в б конденсатор 11. В следующий момент закрыти ТК 5 энерги конденсатора . сл 11 возвращаетс в АБ и процесс импульсного зар да с паузами повтор етс , По мере зар да АБ частота следовани разр дных импульсов тока увеличиваетс автоматически. 1 ил.The invention relates to the electrical industry, in particular to battery charging systems (AB). The purpose of the invention is to increase the efficiency of the process. Under the action of a pulse-width modulator (SH) 16 signal, a transistor switch (TC) 5 is opened and the energy of the DC source (SH1T) 1 is transferred to inductor 2. A capacitor 11 is charged from the additional winding 4 throttles 2. At the end of the PWM signal 16 TC 5 is closed, and the energy of the droplets 2 in the form of a current pulse is supplied to the battery. At the next arrival of the PWM signal 16, the process continues and the battery is charged with pulsed current with pauses. When the voltage of the capacitor 11 reaches the threshold voltage of the Zener diode 12 and with the arrival of the next pulse from the main winding 3, the throttle 2 to the control input of the transistor switch (TC) 6 opens. AB is discharged by a current pulse of large amplitude in b of capacitor 11. At the next moment when TC 5 is closed, the energy of the capacitor is closed. SL 11 returns to AB and the process of pulsed charge with pauses repeats. As the AB charges, the frequency of the discharge of current pulses increases automatically. 1 il.

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к системам зар да химических источников тока, и может быть использовано дл зар да аккумул торной батареи (АБ) в процессе формовки и штатной эксплуатации, например в составе электроснабжени автономного объекта. Целью изобретени вл етс повышение эффективности процесса зар да АБ путем регулирдвки частоты следовани разр дных импульсов тока по мере зар да АБ, На чертеже представлена схема системы зар да АБ разнопол рным ;тпульс ным током. Система содержит источник 1 посто нного тока (ИПТ) ограниченной мощности , линейный дроссель 2„ снабженный основной.3 и дополнительной 4 обмоткамиS транзисторные ключей 5 и 6, диоды 7-9, тиристорный ключ 10, конденсатор 11, стабилитроны 12 и 13, резисторы 14 и 15; пшротно-импульсный модул тор (ШИМ) 16 и датчик 17 тока, Линейный дроссель 2, транзисторный ключ 5 и диод 7 образуют конвертор повышающего типа входом подключенньй к ИПТ 15 а выходом св занный с последовательным соединением аккумул торной батареи (АБ) 18 и датчика 17 тока Вход ШИМ 16 подключен к датчику 17 тока, а выход св зан с управл ющим входом транзисторного ключа 5, Последовательное соединение тиристорного ключа 10, параллельно которому встречно подключен диод 8, и конденсатора 11 шунтирует диод 7, Катоды стабилиттона 12 и диода 9 св зангы с общей точкой транзисторного ключа 5 и диода- 7, Анод стабилитр.она 12 через транзисторный ключ б соединен с управ- л юшдм входом тиристор ого ключа 10. Обмотка 3 линейного дроссел 2, шунтированна стабилитроном 13 через резистор 14, подключена к управл ющему входу транзисторного ключа 6« Дополнительна обмотка 4 дроссел 2 одним из выводов св зана анодом с диодом 9,а вторым вьгоодом через резистор 15 соединена с общей точкой конден атора 11 и тиристорного ключа 10, Начало основной обмотки и дополнительных обмоток 3 и 4 дроссел 2 на чертеже обозначены точками. В качестве датчика 17 тока может быть использован шунт. ШИМ 16 обеспечивает кo meнcaционный принцип регулировани средне12 72 го зар дного тока АБ 18 относительно введенной в него уставки тока и может быть вьтолнен по любой известной схеме, рассчитанной на управление транзисторным повышающим конвертором. Система зар да АБ разнопол рным и Импульсным током работает следующим образом. Под действием сигнала ПШМ 16 открываетс транзисторный ключ 5. Ток ИПТ 1 протекает по цепи 1-2-5-1. В магнитном поле дроссел 2 накапливаетс энерги . Часть энергии ИПТ 1 передаетс в обмотку 4 дроссел 2, на выводах которой наводитс ЭДС самоиндукции. Под действием ЭДС самоиндукции по цепи 4-9-11-15-4 протекает ток зар да конденсатора 11. Величина этого тока ограничена резистором 15. В течение интервала времени открытого состо ни транзисторного ключа 5 конденсатор 11 зар жаетс до некоторого напр жени (пол рность показана на чертеже в скобках), равного , например, одной дес той (одной сотой) величины порогового напр жени стабилитрона 12. Одновременно, на выводах обмотки 3 дроссел также наводитс ЭДС самоиндукции, котора прикладываетс к стабилитрону 13 и через резистор 14 к управл ющему входу транзисторного ключа 6. Однако5 транзисторный ключ -6 остаетс закрытым, так как в цепи стабилитрона 12 протекает только ток стабилизации, величина которого недостаточна дл открыти ключа 6. По окончании сигнала ШИМ 16 транзисторный ключ 5 закрываетс , а энерги , накопленна в дросселе 2, передаетс в АБ 18 в виде импульса тока по цепи 2-7-18-17-1-2. В момент поступлени очередного сигнала ШИМ 16 транзисторный ключ 5 открываетс и производитс накопление энергии в дросселе 2 и подзар д конденсатора 11, а диод 7 закрьшаетс и в зар де АБ 18 поступает пауза, котора длитс в течение времени открытого состо ни транзисторного клгоча 5. По окончании сигнала ШИМ 16 транзисторный ключ 5 закрываетс и через АБ 18 протекает очередной импульс зар дного тока по ранее указанной цепи. Таким образом, в течение определенного интервала времени через АБ 18 протекает однопол рный импульсный ток с паузами, В это зрем с каждым очередным импульсом напр жение конденсатора 11 увеличиваетс . При достижении напр жени на конденсаторе 11 величина порогового напр жени стабилитрона 12 и с приходом очередного импульса на управл ющий вход транзис.торного ключа 6 последний открываетс . При этом ток, протекающий по цепи 11-12-6-10-11, открьтает тиристорный ключ 10. Так как включение транзисторного ключа 6 происходит в течение интервала времени открытого состо ни транзисторного ключа 5, то образуетс цепь 18-10-11-5-17-18, по которой протекает разр довый импульс тока большой амплитуды, обусловленной суммарным напр жением конденсатора 11 и АБ 18. При этом, конденсатор 11 перезар жаетс (пол рность показана на чертеже без скобок) за счет накоплени разр дной энергии АБ 18. Перезар д конденсатора 11 завершаетс к моменту закрыти транзисторного ключа 5. При этом длительность разр дного импульса тока АБ 18 не превышает интервала времени паузы между зар дными импульсами тока, а выключение тиристорного ключа 10 производитс за счет самопогасани по окончании перезар да конденсатора 11.The invention relates to electrical engineering, in particular, to charging systems of chemical current sources, and can be used to charge a battery (AB) during the molding process and during normal operation, for example, as part of the power supply of an autonomous object. The aim of the invention is to increase the efficiency of the AB charging process by adjusting the frequency of the current discharge current pulses as the AB charges. The drawing shows a diagram of the AB charging system with a different polarity and a pulsed current. The system contains a source of 1 direct current (IPT) limited power, a linear choke 2 "equipped with a main.3 and an additional 4 windings S transistor switches 5 and 6, diodes 7-9, thyristor switch 10, capacitor 11, zener diodes 12 and 13, resistors 14 and 15; A pulse-width modulator (PWM) 16 and current sensor 17, Line choke 2, transistor switch 5 and diode 7 form a step-up converter with an input connected to IPT 15 and output connected to the serial connection of a battery (AB) 18 and sensor 17 The PWM input 16 is connected to the current sensor 17, and the output is connected to the control input of the transistor switch 5, a series connection of the thyristor switch 10, in parallel with which a diode 8 is connected, and a capacitor 11 is bridged by a diode 7, stab diode 12 and a diode 9 with total point of the transistor switch 5 and diode-7, the anode of the stabilizer. 12 through a transistor switch b is connected to the control input of the thyristor switch 10. The winding 3 of the linear throttle 2, bypass the Zener diode 13 through a resistor 14, is connected to the control input of the transistor switch 6 "Additional winding 4 drops 2 one of the conclusions connected to the anode with a diode 9, and the second end through a resistor 15 is connected to the common point of the capacitor 11 and the thyristor switch 10, the beginning of the main winding and additional windings 3 and 4 throttles 2 in the drawing are marked points ami A shunt may be used as a current sensor 17. PWM 16 provides a co-operative principle of regulating the average 72–8 charge current of an AB 18 relative to the current setting entered into it and can be fulfilled using any known scheme designed to control a transistor boost converter. The system of charging of AB by different polarity and pulse current works as follows. Under the action of the signal, the PSM 16 opens a transistor switch 5. The current of IPT 1 flows through the circuit 1-2-5-1. In the magnetic field, the throttles 2 accumulate energy. A portion of the energy of the IPT 1 is transmitted to the winding 4 of the droplets 2, the leads of which induce a self-induced EMF. Under the action of self-induction EMF, a charge current of a capacitor 11 flows through a circuit 4-9-11-15-4. The magnitude of this current is limited by a resistor 15. During the open-time interval of transistor switch 5, the capacitor 11 is charged to a certain voltage (polarity shown in brackets), equal to, for example, one tenth (one hundredth) of the threshold voltage of the Zener diode 12. At the same time, a self-induced EMF is applied to the leads of the 3 droplet windings, which is applied to the Zener diode 13 and through the resistor 14 to the transistor switch 6. However, the transistor switch -6 remains closed because only the stabilization current flows in the circuit of the Zener diode 12, which is insufficient to open the switch 6. At the end of the PWM signal 16, the transistor switch 5 closes and the energy stored in the choke 2, is transmitted to the AB 18 as a current pulse through circuit 2-7-18-17-1-2. At the moment the next PWM signal 16 arrives, transistor switch 5 is opened and energy is accumulated in choke 2 and capacitor 11 charge, and diode 7 closes and the battery pauses in the charge of AB 18, which lasts for the open time of the transistor closure 5. By the end of the PWM signal 16, the transistor switch 5 is closed and the next impulse of charge current through the previously indicated circuit flows through the AB 18. Thus, during a certain time interval, a unipolar pulsed current with pauses flows through AB 18, and with each successive pulse, the voltage of the capacitor 11 rises. When the voltage on the capacitor 11 is reached, the threshold voltage of the Zener diode 12 and with the arrival of the next pulse to the control input of the transistor switch 6, the latter opens. In this case, the current flowing through the circuit 11-12-6-10-11 opens the thyristor switch 10. As the switching-on of the transistor switch 6 occurs during the open-time period of the transistor switch 5, a circuit 18-10-11-5 is formed -17-18, through which a high-current discharge pulse of a large amplitude due to the total voltage of capacitor 11 and AB 18 flows. In this case, capacitor 11 is recharged (polarity is shown in the drawing without brackets) due to accumulation of discharge energy of AB 18. Perezar capacitor 11 is completed by the time of the closure of the transistor Foot switch 5. The duration of the discharge current pulse AB 18 does not exceed the time interval between the pause dnymi charge current pulses, and the thyristor turn-off key 10 is produced due samopogasani at the end of recharging the capacitor 11.

Таким образом,форма зар дного тока, тока АБ 18 представл ет собой последовательность однопол рных импульсов и пауз в одну из которых помещаетс разр дный импульс тока большой амплитуды .Thus, the shape of the charging current, the current of the AB 18, is a sequence of unipolar pulses and pauses in which the discharge pulse of a large amplitude current is placed.

Данна форма тока при минимальном тештовьщелении оказывает благопри тное вли ние на протекание процесса зар да АБ 18, так как под действием Совокупности чередую1цихс импульсов тока с паузами нарастание статической пол ризации АБ 18 зат гиваетс , а в момент действи разр дного импульса тока большой амплитуды происходит депол ризаци , снимающа накопившуюс пол ризацию АБ 18. Следовательно, среднее значение падени напр жени на АБ 18 при данной форме тика снижаетс (за счет уменьшени статической пол ризации), что благопри тно вли ет на коэффициент использовани тока при аккумулировании энергии в АБ 18.This form of current with minimal pressing has a beneficial effect on the process of charging the AB 18, since under the action of the Combination of alternating current pulses with pauses the increase in static polarization of AB 18 is delayed, and at the moment of the action of a high-amplitude current pulse a depolar occurs The decrease in the accumulated polarization of AB 18. Therefore, the average value of the voltage drop on the AB 18 in this form of tick decreases (due to a decrease in static polarization), which is favorably affected by and the current utilization factor for energy storage in AB 18.

В момент закрьшани транзисторного ключа 5 образуетс цепь 1-2-11-8-1817-1 , по которой протекает зар дный импульс тока АБ 18. При этом, энерги конденсатора 11 возвращаетс в АБ 18. По окончании разр да конденсатора 11 на АБ 18 диод 8 закрываетс и начинаетс повторный пошаговый зар д конденсатора 11 за счет энергии ИПТ 1, Поступающей через обмотку 4 дроссел 2, а работа предложенной система зар да циклически повтор етс At the time of the crushing of the transistor switch 5, a circuit 1-2-11-8-1817-1 is formed, through which the charging pulse of the current AB 18 flows. At the same time, the energy of the capacitor 11 returns to the AB 18. At the end of the discharge of the capacitor 11 to the AB 18 the diode 8 closes and re-starts a step-by-step charge of the capacitor 11 due to the energy of the IPT 1 supplied through the winding 4 of the throttle 2, and the work of the proposed charging system repeats cyclically

Таким образом, частота следовани зар довых импульсов тока и пауз определ етс частотой ШИМ 16, а соотношение длительности зар дного импульс тока и паузы зависит от коэффициента заполнени импульсов управлени транзисторным ключом 5. Амплитуда зар дных импульсов тока зависит от значени установки среднего тока АБ 18, введенной в ШИМ 16.Thus, the follow frequency of charge current pulses and pauses is determined by the PWM frequency 16, and the ratio of the duration of the charge current pulse and pause depends on the fill factor of the transistor switch control pulses 5. The amplitude of the charge current pulses depends on the setting value of the average current AB 18, introduced in PWM 16.

Амплитуда разр дного импульса тока АБ 19 зависит от напр жени АБ 18 и уровн напр жени на разр дном конденсаторе . 11, который, в свою очередь , определ етс пороговым напр жением стабилитрона 12. Длительность разр дного импульса тока зависит от посто нной времени разр дной цепи АБ 18. Частота следовани .разр дных импульсов тока зависит от длительности зар да конденсатора 11 до порогового напр жени стабилитрона 12. Как известно, врем задержки конденсатора до фиксированного уровн напр жени зависит от посто нной времени цепи., зар да и амплитуды прикладываемого напр жени . В предложенной системе зар да АБ амплитуда напр жени , прикладываемого к конденсатору 11, зависит от величины ЭДС самоиндукции обмотки 4 дроссел 2 и величины резистора 15. Величина резистора 15 выбираетс при настройке системы зар да перед эксплуатацией в соответствии с технологией зар да конкретной АБ. Величина ЭДС самоиндукции обмотки 4 зависит от конструктивных параметров дроссел 2 и коэффициента заполнени импульсов управлени ИИМ 16. При малом-значении указанного коэффициента , т.е. при малом среднем значении зар дного тока ЭДС самоиндукции мала и зар д конденсатора 11 протекает медленно, а частота следовани разр дных импульсов тока малА. При возрастании коэффициента заполнени импульсов управлени ИИМ 16, например по мере зар да АБ 18, вследствие увеличени ее ЭДС амплитуда ЭДС самоиндукции увеличиваетс . Зар д конденсатора 11 протекает за короткое врем , а частота следовани разр дных импульсовThe amplitude of the discharge pulse of the current of AB 19 depends on the voltage of the AB 18 and the level of the voltage on the discharge of the capacitor. 11, which, in turn, is determined by the threshold voltage of the Zener diode 12. The duration of the discharge current pulse depends on the constant time of the discharge circuit of the AB 18. The frequency of discharge current pulses depends on the duration of the charge of the capacitor 11 to the threshold voltage Zener diode 12. As is known, the delay time of a capacitor to a fixed voltage level depends on the constant circuit time, charge, and amplitude of the applied voltage. In the proposed AB charging system, the amplitude of the voltage applied to the capacitor 11 depends on the self-induction EMF value of the winding 4 throttle 2 and the size of the resistor 15. The size of the resistor 15 is selected when the charging system is set up before operation in accordance with the charging technology of a particular AB. The self-induction EMF value of the winding 4 depends on the design parameters of the throttles 2 and the fill factor of the PWI control pulses 16. With a small value of the said coefficient, i.e. with a small average charge current, the self-induced emf is small and the charge of the capacitor 11 proceeds slowly, and the frequency of the discharge current pulses is small. With an increase in the fill factor of control pulses, the PIM 16, for example, as AB 18 charges, due to an increase in its EMF, the amplitude of self-induced EMF increases. The charge of the capacitor 11 flows in a short time, and the frequency of discharge of the discharge pulses.

тока возрастает. Таким образом, по мере зар да АБ 18 предложенной системе частота следовани разр дных импульсов тока увеличиваетс автоматически .current increases. Thus, as AB 18 is charged to the proposed system, the frequency of the discharge of current pulses increases automatically.

Положительный эффект, ожидаемый от использовани изобретени , заклю чаетс в повышении эффективности процесса зар да АБ разнопол рным импуль сньш током за счет регулировки частоты следовани разр дных импульсов тока.The positive effect expected from the use of the invention is to increase the efficiency of the process of charging the AB with a polarized current with a lower current by adjusting the frequency of the discharge current discharge pulses.

Claims

Invention Formula

A battery charging system with a bipolar pulsed toxm, containing a DC source of limited power, a step-up converter consisting of a linear throttle, a transistor switch and a switching diode, connected to terminals for connecting a battery, connecting the thyristor switch in series, reverse-diode-shunted, and one of the capacitor plates, characterized in that: in order to increase the efficiency of the charging process by adjusting the discharge frequency current pulses per

as the battery is charged, it is equipped with a second transistor switch, dvzgm zener diodes, an additional diode, two resistors, a battery charge current sensor and a converter control unit, and the linear choke is equipped with two additional windings, the cathodes of the first zener diode and the additional diode and the second plate This capacitor is connected to a common point of a linear throttle and an anode of a switching diode, the cathode of which is connected to the anode of a thyristor switch that controls the input connected via A single transistor switch to the anode of the Zener diode, one of the additional windings of a linear throttle, shunted by a second Zener diode, is connected through a first resistor to the control input of an inserted transistor switch, one of the terminals of the other additional winding is connected to the anode of the additional diode, and the other is connected to the second resistor connected to the first capacitor plate, the converter control unit is made in the form of a congestive-pulse modulator, the output of which is connected to the input of the converter, and the input is connected to the output home current sensor charge yes battery.