SU653681A1

SU653681A1 - Device for charging storage battery with asymmetric current

Info

Publication number: SU653681A1
Application number: SU762411139A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Григорьевич Николаев; Геннадий Борисович Стеганов
Original assignee: Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им. А.Ф.Можайского
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1979-03-25

Description

Изобретение относитс к электрохимическим источникам посто нного тока - аккумул торным батаре м (АБ), а именно, к зар дным устройствам, используемым дл формовки и зар да АБ асимметричным током как в стационарных услови х, так и на подвижных объектах.The invention relates to electrochemical direct current sources - batteries (AB), namely, charging devices used to form and charge ABs with an asymmetric current both in stationary conditions and in moving objects.

Известны устройства дл зар дв АБ асимметричным током, содержащие источник переменного тока, электрические вентили и конденсаторы 1, 2. Схемы известных устройств содержат конденсаторы и электрические вентили включенные в цепь АБ. Питание этих устройств осуществл етс от источника неременного тока с двум выходными клеммами. К недостаткам устройства 1 отност тс протекание посто нной составл ющей зар дного тока АБ через источник и сравнительно низкое его зар дное напр жение, не превыщающее амплитудного значени напр жени источника питани .There are known devices for charging AB batteries with an asymmetric current, which contain an alternating current source, electrical valves and capacitors 1, 2. The circuits of the known devices contain capacitors and electrical valves included in the AB circuit. These devices are powered from a non-transient current source with two output terminals. The disadvantages of the device 1 are related to the flow of a constant component of the AB charge current through the source and its relatively low charge voltage, not exceeding the amplitude value of the power supply voltage.

От этих недостатков в известной степени свободно устройство 2. Оно обеспечивает зар д АБ асимметричным током до напр жени , вдвое превосход щего амплитудное значение напр жени источника питани , однако требует использовани отвода от половины аккумул торов батареи,что не всегда может быть практически осуществлено .Device 2 is somewhat free from these disadvantages. It provides a battery with an asymmetric current up to a voltage that is twice as high as the amplitude value of the voltage of the power source, but requires the use of half a battery drain, which may not always be practical.

Ближайщим аналогом за вленного устройства вл етс устройство дл зар да батареи аккумул торов 3, содержащее источник переменного тока, два конденсатора и два вентил , анод одного из которых и катод другого подключены к выходнымThe closest analogue of the device is a device for charging a battery of batteries 3 containing an AC source, two capacitors and two valves, the anode of one of which and the cathode of the other are connected to the output

клеммам устройства.device terminals.

Описанное устройство обеспечивает эффективный зар д АБ асимметричным током, однако зар дное напр жение, обеспечиваемое этим устройством, также не превосходит амплитудного значени напр жени источника питани . Недостатком этого известного устройства вл етс и протекание посто нной составл ющей тока зар да батареи через источник питани , что увеличивает потери в источнике и его массу.The described device provides an efficient charge of the AB by an asymmetric current, however, the charging voltage provided by this device also does not exceed the amplitude value of the power supply voltage. A disadvantage of this known device is the flow of a constant component of the battery charge current through the power source, which increases the losses in the source and its mass.

Кроме того, включение в цепь зар да батареи токоограничивающего сопротивлени увеличивает массу и габариты, а также ухудщает КПД известных устройств.In addition, the inclusion of a current-limiting resistance in the battery's circuit increases the weight and dimensions, as well as impairs the efficiency of known devices.

Цель насто щего изобретени - повыщение зар дного напр жени устройства иThe purpose of the present invention is to increase the charge voltage of the device and

улучшение его удельных энергетических характеристик .improvement of its specific energy characteristics.

Дл достижени этой цели источник переменного тока образует с конденсаторами трехлучевую звезду, котора подключена одной конденсаторной ветвью к общей точке вентилей;ха другими ветв ми - к выходным клеммам дл подключени зар жаемой батареи .To achieve this goal, the AC power source forms a three-beam star with capacitors, which is connected by a single capacitor branch to a common valve point and by other branches to the output terminals for connecting a charged battery.

Это позвол ет использовать один из конденсаторов в качестве токоограничител - вольтодобавки и устранить подмагничивание источника посто нной составл ющей тока за счет более равномерного его нагружени в оба полупериода работы.This allows one of the capacitors to be used as a current limiter - voltage booster and to eliminate the bias of the constant current source component due to its more uniform loading in both half-periods of operation.

На чертеже представлена схема предложенного устройства. Оно содержит входные клеммы 1, 2 переменного тока, два конденсатора 3, 4, два вентил 5, 6 и зар жаемую батарею 7. Катод вентил 6 и верхн по схеме обкладка конденсатора 4, св заны с положительной клеммой зар жаемой АБ 7, катод вентил 5 св зан с анодом вентил 6 и левой по схеме обкладкой конденсатора 3, анод вентил 5 подключен к отрицательной клемме АБ 7, а клеммы 1 и 2 подключены соответственно к точке соединени двух других обкладок конденсаторов 3, 4 и к аноду вентил 5. При необходимости регулировани среднего значени тока зар да батареи в качестве вентил 6 может быть использован управл емый вентиль-тиристор.The drawing shows a diagram of the proposed device. It contains input terminals 1, 2 of alternating current, two capacitors 3, 4, two valves 5, 6, and a charged battery 7. The cathode of the valve 6 and the top of the capacitor 4 are connected to the positive terminal of the charged battery 7, the cathode of the valve 5 is connected to the anode of the valve 6 and the left side of the capacitor plate 3 according to the scheme, the anode of the valve 5 is connected to the negative terminal AB 7, and terminals 1 and 2 are connected respectively to the connection point of the two other capacitor plates 3, 4 and to the anode of the valve 5. If necessary adjusting the average battery charge current as TBE gate 6 may be used controllable thyristor valve.

Принцип работы устройства, выполненного по предложенной схеме следующий.The principle of operation of the device, made according to the proposed scheme is as follows.

В полупериоде изменени напр жени источника питани , когда плюс приложен к аноду вентил 5 (к клемме 2) и минуск клемме I источника, осуществл етс зар д конденсатора 3. Этот процесс продолжаетс до тех пор, пока напр жение на конденсаторе 3 не достигает амплитудного значени напр жени источника питани , после чего вентиль 5 запираетс . Таким образом, конденсатор 3 выполн ет функцию накопительной емкости. Напр жение на обкладке этого конденсатора, св занной с катодом вентил 5, положительно по отнощению к обкладке, соединенной с клеммой 1 источника питани , а в цепи, образованной носледЬвательным соединением источника питани и конденсатора 3 напр жение в процессе зар да последнего в первой половине рассматриваемого полупериода равно О, а во второй - плавно нарастает до напр жени батареи, если последнее меньще амплитудного значени напр жени источника питани , а в противном случае до амплитудного значени напр жени источника питани . Одновременно в рассматриваемый полупериод ток источника, протека по цепи клемма 2 источника питани , батаре 7, конденсатор 4, клемма 1 источника, вызывает частичный подразр д батареи 7 с накоплением энергии разр дного импульса батареи в конденсаторе 4.In the half-period of the voltage variation of the power source, when plus to the anode of the valve 5 (to terminal 2) and the minus terminal of the source, the capacitor 3 is charged. This process continues until the voltage on the capacitor 3 reaches the amplitude value supply voltage, after which the valve 5 is closed. Thus, the capacitor 3 performs the function of a storage tank. The voltage on the plate of this capacitor connected to the cathode of valve 5 is positive with respect to the plate connected to terminal 1 of the power supply, and the circuit formed by the connection of the power source and capacitor 3 in the first half of the considered the half period is equal to O, and in the second period it gradually increases to the voltage of the battery if the latter is less than the amplitude value of the voltage of the power source, and otherwise to the amplitude value of the voltage of the power source . At the same time, in the considered half-period, the source current flowed through the circuit of terminal 2 of the power supply, battery 7, capacitor 4, terminal 1 of the source, causes a partial subtraction of battery 7 with the accumulation of energy of the battery discharge pulse in capacitor 4.

Если напр жение зар жаемой батареи 7 меньще амплитудного значени напр жени источника питани , то во второй половине рассматриваемого полупериода при достижении равенства напр жений цепи емкостной накопитель 3 источник и зар жаемой батареи 7 открываетс вентиль 6, измен етс структура.устройства и начинаетс разр д емкостного накопител на зар жаемую батарею 7 по цепи: вентиль 6, батаре 7, источник питани . Импульс зар дного тока продолжаетс и при изменении пол рности напр жени источника питани (в следующем полупериоде) до тех пор, пока напр жение последовательно соединенных источника питани и накопител 3, убыва , не станет равным напр жению зар жаемой батареи 7. Одновременно с протеканием зар дного тока батареи при открытом вентиле 6 происходит выравнивание потенциалов несмежных обкладок конденсаторов 3, 4, за счет протекани тока по цепи: конденсатор 3, вентиль 6, конденсатор 4. По окончании импульса зар дногоIf the voltage of the charged battery 7 is less than the amplitude value of the voltage of the power source, then in the second half of the considered half-period, when the circuit voltages of the capacitive drive 3 are equal, the source and the charged battery 7 open valve 6, the structure of the device changes and the discharge of the capacitance begins accumulator for charged battery 7 along the circuit: valve 6, battery 7, power source. The charge current pulse continues as the voltage of the power supply changes (in the next half-period) until the voltage of the series-connected power supply and accumulator 3 decreases, equal to the voltage of the battery 7 being charged. When the valve 6 is open, the potentials of the non-adjacent plates of the capacitors 3, 4 are equalized, due to the flow of current through the circuit: capacitor 3, valve 6, capacitor 4. Upon termination of the charging pulse

5 тока батареи вновь происходит изменение структуры устройства. Если напр жение батареи меньще амплитудного значени напр жени источника, конденсатор 3 в следующем полупериоде (когда напр жение клеммы 2 источника положительно, а клеммы 1 - отрицательно) вначале зар жаетс , а затем вновь разр жаетс , как это описано выще. Когда же пол рность источника вновь измен етс (напр жение клеммы 2 источника отрицательно, а клеммы 1 - положительно) конденсатор 3 продолжает разр жатьс , а затем зар жаетс противоположной пол рностью (перезар жаетс ). Одновременно с этим происходит частичный подразр д батареи 7 по цепи: клемма 1 источника питани , батаре 7, конденсатор 4, клемма 2 источника, как это было описано выще. После очередного изменени структуры устройства конденсатор вначале перезар жаетс от источника, а затем зар жаетс до амплитудного значени напр жени последнего. Далее описанные процессы повтор ютс циклически.5 The battery current again changes the structure of the device. If the battery voltage is less than the amplitude value of the source voltage, the capacitor 3 in the next half-period (when the voltage of the source terminal 2 is positive and terminal 1 is negative) is first charged and then discharged again, as described above. When the source polarity changes again (the voltage of the source terminal 2 is negative, and the terminal 1 is positive), the capacitor 3 continues to discharge, and then is charged with the opposite polarity (recharged). At the same time, a partial subsection of the battery 7 along the circuit occurs: terminal 1 of the power supply, battery 7, capacitor 4, terminal 2 of the source, as described above. After another change in the structure of the device, the capacitor is first recharged from the source, and then charged to the amplitude value of the voltage of the latter. The processes described below are repeated cyclically.

Если же напр жение зар жаемой батареи выще амплитудного значени напр жени источника, то описанные процессы повтор ютс с той разницей, что перезар д конденсатора 3 отсутствует, конденсатор 3 подзар жаетс от источника и подразр жаетс на батарею. Емкостное сопротивление накопительного конденсатора ограничивает ток зар да батареи. Так как этот токоограничитель-накопитель во врем зар дного импульса батареи соединен с источником питани последовательно-согласно, т. е. используетс в качестве вольтодобавочного источника . Батаре зар жаетс до удвоенного значени амплитуды напр жени источника питани , т. е. до напр жени , вдвое превышающего зар дное напр жение в устройстве - прототипе.If the voltage of the charged battery is higher than the amplitude value of the source voltage, then the described processes are repeated with the difference that the recharging of capacitor 3 is absent, the capacitor 3 is recharged from the source and is discharged to the battery. The capacitance of the storage capacitor limits the charge current of the battery. Since this current limiter-accumulator is connected in series with the power source during the charging pulse of the battery, i.e. it is used as a booster source. The battery is charged up to twice the amplitude of the voltage of the power source, i.e., up to a voltage twice the charge voltage in the prototype device.

Улучшение удельных энергетических показателей предлагаемого устройства в сравнении с прототипом достигаетс сокрашением потерь энергии в устройстве за счет: 1- отсутстви дополнительного токоограничиваюш ,его сопротивлени в зар дной цепи батареи, функции которого выполн ет вольтодобавочный конденсатор - накопитель; 2 - исключени посто нной составл ющей тока, потребл емого от источника; З -сокращени числа вентилей в зар дной цепи батареи и уменьшением массы и габаритов устройства.The improvement of the specific energy indicators of the proposed device in comparison with the prototype is achieved by reducing the energy losses in the device due to: 1 - no additional current limiting, its resistance in the battery charging circuit, the functions of which are performed by a booster capacitor; 2 — elimination of the constant component of the current consumed from the source; 3 - reduction in the number of valves in the battery's charging circuit and reduction in the mass and dimensions of the device.

Claims

1. Zeman S. K., et al. Comparative analysis of battery charging systems with an asymmetric current. “Electricity, 975. № 12, p. 67, fig. 2

. 2. For the number 2321623/07, cl. H 02 J 7/10, 05.0276, according to which a positive decision was made to issue an author's certificate.

3. For the number 2326851/07, cl. H02J7 / 10, 12.02.76, on which a positive decision was made to issue an author's certificate.