Зарядка асимметричным током схема восстановление аккумулятора. Восстановление автомобильного аккумулятора асимметричным током

Сущность изобретения: способ предусматривает разделенное формирование постоянной составляющей асимметричного тока в цепях выпрямления переменного тока и переменной составляющей - в резонансном индуктивно-емкостном контуре, подкачиваемом на частоте выпрямления тока, при суммировании обеих составляющих этого тока непосредственно в цепи заряда аккумуляторов. Устройство содержит источник электрической энергии переменного тока, выпрямитель и зарядно-разрядные двух обмоточный дроссель-трансформатор и конденсатор, который подключен через одну обмотку дросселя-трансформатора к выводам батареи непосредственно, а другая обмотка этого дросселя трансформатора подключена к той же батарее через источник энергии и выпрямитель, при этом обе обмотки дросселя-трасформатора соединены через зарядно-разрядный конденсатор последовательно-встречно. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам и устройствам для формовки (формировки) при заряде и подзаряде аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) при их эксплуатации. Оно может быть использовано в системах электроснабжения как стационарных, так и различных автономных объектов с применением форсированного заряда и разряда аккумуляторов импульсным асимметричным током (АТ). В настоящее время известны и широко применяются способы (методы) заряда аккумуляторов непрерывным и прерывистым пульсирующим, т.е. импульсным, в том числе асимметричным током. Эти же способы используются и при формировке активных масс электродов при производстве аккумуляторов. Простейшим способом заряда аккумуляторов при их формировании или при эксплуатации является заряд путем непосредственного их подключения к зарядному источнику (А. Е. Зорохович и др. Устройство для заряда и разряда аккумуляторных батарей. М. Энергия, 1975, 4.3, с. 74), однако такой заряд занимает много времени (порядка 10 ч) и при эксплуатации АБ приводит к увеличению резервного парка батарей (там же, 7.1, с. 186). В связи с этим разработаны и предложены различные способы форсированного, т.е. ускоренного формирования и заряда АБ. В случае заряда АБ импульсным пульсирующим током униполярными (то есть однополярными) импульсами частоты 50 и более герц время зарядного цикла сокращается минимум на 17% а расход энергии на 20% (там же, с. 191 и ссылка на л. 7 этой монографии). Физически это объясняется уменьшением ЭДС поляризации аккумуляторов при импульсном их заряде (и, соответственно, их внутреннего сопротивления) за счет уменьшения концентрационной поляризации (см. Дж. Вайнел. Аккумуляторные батареи. Изд. 4. М-Л. ГЭИ, 1960, 366 367 с.). Еще в большей степени ЭДС поляризации АБ можно уменьшить при заряде ее разнополярными импульсами со средним за период значением тока заряда, отличным от нуля. Ток в виде разнополярных импульсов в системах заряда АБ называют рефлексным или часто асимметричным током. Простейшим способом формирования АТ является наложение постоянной составляющей в виде отдельных импульсов (однополярных) на переменный, например, синусоидальной формы, либо на переменный прямоугольной и любой иной формы Поэтому в простейшем описанном в литературе способе заряда АБ АТ от источников электрической энергии переменного тока (ИПТ) Недостатком этой СЗ является необходимость использования двухили трехфазного ИПТ и весьма низкие удельные энергетические показатели устройства, обусловленные большими потерями энергии при омическом +ограничении зарядного тока и однополупериодном подмагничивании источника. Целью изобретения в способе заряда является улучшение удельных массогабаритных показателей систем заряда (зарядных устройств) путем их схемотехнического упрощения и потерь энергии в них. Целью изобретения в СЗ является упрощение схемы этой системы и улучшение ее удельных энергетических показателей. Поставленная цель в способе заряда аккумуляторов асимметричным током от источника переменного тока, при котором формируют постоянную составляющую зарядного тока в виде однополярных импульсов тока на частоте источника или двухкратной ей за счет выпрямления напряжения упомянутого источника, переменную составляющую тока путем поддержания вынужденных колебаний зарядно-разрядного тока аккумуляторов с одновременным ограничением его величины, а асимметричный ток получают суммированием постоянной и переменной составляющих одинаковой частоты непосредственно в цепи заряда аккумуляторов, достигается тем, что для поддержания указанных вынужденных колебаний используют часть зарядной электромагнитной энергии, полученной в тактах ограничения величины зарядного тока. Цель, поставленная в системе заряда аккумуляторной батареи асимметричным током, содержащей положительный и отрицательный выходные выводы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи, два входных вывода для соединения с выводами источника электрической энергии переменного тока, выпрямитель переменного тока, например управляемый мостовой, отрицательная выходная клемма которого соединена с отрицательным выходным выводом, а также зарядно-разрядные двухобмоточный дроссель-трансформатор и конденсатор, одна обкладка которого подключена к положительному выходному выводу непосредственно, а другая через одну обмотку зарядно-разрядного дросселя-трансформатора к отрицательному выходному выводу, другая обмотка зарядно-разрядного дросселя-трансформатора включена между положительным выходным выводом системы и положительной выходной клеммой выпрямителя, при этом упомянутые обмотки соединены через зарядно-разрядный конденсатор последовательно-встречно. На чертеже приведена принципиальная электрическая схема СЗ АБ АТ, реализующей заявленный способ заряда аккумуляторов асимметричным током от однофазного источника электрической энергии переменного тока с гармонической - синусоидальной формой его выходного напряжения. Она содержит положительную 1 и отрицательную 2 выходные выводы для подключения заряжаемой аккумуляторной батареи 3, два входные вывода 4 и 5, источник переменного тока 6, двухполупериодный мостовой выпрямитель 7, например, управляемый, клеммы входной диагонали которого образуют входные клеммы устройства, отрицательная выходная клемма 8 соединена с отрицательной выходной клеммой устройства 2, а положительная клемма 9 с одним выводом обмотки 10 токоограничивающего зарядного линейного дросселя-трансформатора, которую назовем зарядной, при этом положительная выходная клемма устройства соединена с одной обкладкой зарядно-разрядного конденсатора 11, другая обкладка которого соединена с выводом "разрядной" обмотки 12 линейного дросселя-трансформатора, свободный вывод обмотки этого зарядного линейного дросселя подключен к положительной выходной клемме устройства, а свободный вывод разрядной обмотки дросселя-трансформатора (ДТ) к его отрицательному выходному выводу, при этом обе обмотки расположены на одном магнитопроводе и объединены через зарядно-разрядный конденсатор (ЗРК) последовательно-встречно друг с другом. Обмотка 10, названная выше зарядной, образует цепь передачи энергии ИПТ 6 в АБ 3. По этой обмотке также часть энергии передается в обмотку 12, названную, для краткости, разрядной, т.к. она образует цепь разряда-заряда батарей, при которой энергия подразряда АБ 3 на ЗРК 11 возвращается в эту же батарею. Так как фарадеевская емкость аккумуляторов весьма велика (близка к Фараде), в цепи на соединенных последовательно ЗРК 11 и АБ 3 емкостью последней можно пренебречь, а поэтому условимся считать, что ЗРК 11 и разрядная обмотка 12 ДТ образуют последовательный индуктивно-емкостной контур, который настраивают на частоту источника 6 или на двухкратную ей. Очевидно, что частота этого контура (равная частоте импульсов выпрямленного тока) практически не зависит от фарадеевской емкости АБ 3. В предложенной системе формирование асимметричного переменного тока осуществляется путем наложения переменной составляющей тока на униполярные импульсы двухполупериодного выпрямителя. При рассмотрении принципа работы системы целесообразно рассмотреть отдельно цепи прохождения постоянной и переменной составляющих тока. При этом следует учесть два условия: 1. Начальное зарядное напряжение аккумуляторной батареи U знач составляет примерно 60 70% от конечного зарядного напряжения АБ. 2. При заряде АБ через обмотку 10 токоограничивающего линейного дросселя-трансформатора зарядный ток имеет следующий характер: а) непрерывный при зарядном напряжении U з <0,637 E m , где E m амплитудное значение напряжения источника; б) импульсный при U з > 0,537 E m . Учитывая первое условие, можно считать, что в реальных зарядных системах при заряде через ДТ ток заряда практически всегда имеет импульсный характер. Рассмотрим более подробно формирование постоянной составляющей зарядного тока. В полупериоде изменения напряжения источника 6, когда мгновенное значение напряжения на выходных клеммах 9 и 8 двухполупериодного мостового выпрямителя 7 станет больше напряжения заряжаемой батареи 3, происходит заряд АБ по цепи 9-10-1-3-2-8. Ограничение зарядного тока осуществляется с помощью токоограничивающего ДТ 10. При этом ток заряда увеличивается от нуля до своего максимального значения, что по времени соответствует моменту достижения мгновенным напряжением источника значения E m . По этой причине, за счет энергии, запасенной в магнитном поле дросселя (пропорциональной индуктивности дросселя и квадрату мгновенного значения тока в дросселе), при уменьшении мгновенного значения напряжения источника и скачкообразного изменения ЭЛС самоиндукции ДТ, последний, переходя из режима накопителя энергии в режим источника, обеспечивает продолжение заряда батарей, во время которого ток заряда проходит через ДТ 10, батарею 3 и источник 6, а также по цепи 10-1-3-2-8 и соединенные последовательно диоды выпрямителя, т.е. помимо источника 6. Формирование переменной составляющей асимметричного переменного тока происходит по цепи 12-11-1-3-2-8-12. При этом разрядная обмотка 12 ДТ расположена на одном магнитопроводе с его обмоткой 10 и работает в режиме источника переменного тока. ЭДС взаимоиндукции обмотки 12 изменяется с частотой, в два раза большей, чем ЭДС самоиндукции обмотки 10. Формирование разрядного импульса происходит следующим образом. В промежутке между униполярными зарядными импульсами зарядный ток равен нулю и соответственно ЭДС взаимоиндукции разрядной обмотки 12 ДТ равна нулю. Положительный потенциал клеммы 1 и отрицательный клеммы 2 (создаваемый батареей АБ 3) вызывают протекание тока в последовательном индуктивном емкостном контуре (ИЕК) 11-12, в результате чего формируется (синусоидальный по форме тока) импульс заряда ЗРК 11. Выше отмечено, что при однополупериодном выпрямлении тока частота ИЕК равна частоте тока источника, а при двухполупериодном выпрямлении вдвое превышает частоту тока (напряжения) источника 6. Пренебрегая потерями энергии в этом контуре, можно было бы считать, что в нем установится переменный ток, изменяющийся по гармоническому (синусоидальному) закону. Потери в этом контуре должны приводить к затуханию этих колебаний, однако трансформаторная связь обмоток 10 и 12 ДТ приводит к тому, что часть энергии, запасенной в ДТ при ограничении импульса зарядного тока в зарядной обмотке 10 трансформаторным путем передается в разрядную обмотку 12 и колебательный процесс в ИЕК поддерживается непрерывно. Такая подкачка осуществляется в конце каждого зарядного импульса тока. По этой причине при увеличении зарядного тока от нуля до своего максимального значения в разрядной обмотке ДТ возникает ЭДС взаимоиндукции такой полярности, при которой направление разрядного тока, протекающего через батарею по цепи 12-8-2-3-1-11-12, противоположно зарядному току, протекающему через нее. Причем, до некоторого момента времени, когда мгновенное значение зарядного тока мало, мгновенное значение разрядного тока больше его по абсолютной величине. Так формируется разрядный импульс тока, протекающий через батарею. Величина его зависит от соотношения емкости конденсатора 11 и индуктивности разрядной обмотки 12 ДТ. Таким образом, через батарею протекают постоянная и переменная составляющие тока. Постоянная составляющая тока источника запасется аккумуляторами, а переменная составляющая, циркулирующая в конденсаторе 11 и разрядной обмотке 12 дросселя-трансформатора и замыкаемая через батарею, активизируя электрохимические процессы в аккумуляторах, способствует уменьшению их внутреннего сопротивления. Экспериментальные исследования физической модели данной СЗ подтвердили ее хорошую работоспособность и реальность достижения цели изобретения по п. 2 и 1 формулы. Новизна этого предложения, не следующего явным образом из известного уровня техники, обеспечивает изобретательский уровень данных изобретений, которые могут быть использованы, как отмечено выше, в аккумуляторной промышленности при формовке АБ и во всех областях техники, использующих батареи в качестве химических источников тока. Следовательно, формирование постоянной составляющей АТ с помощью выпрямителя и ее ограничение дросселем-трансформатором, а переменной составляющей АТ с помощью ИЕК, подкачиваемого энергией за счет части энергии, полученной в таких ограничениях величины импульсов зарядного тока, упрощает зарядные устройства, реализующие способ, а также улучшает их удельные энергетические показатели. Литература. 1. А.Г. Николаев. Г.Н. Петров, Б.М. Сухарев и В.А. Хохлов. Системы электроснабжения, электрические сети и освещение. Уч. пособие. Л. ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1978. 332 с. ил. 2. Авт. свид. СССР N 411552, М. кл. H 02 J 7/02. 3. Авт. свид. СССР N 431588, М. кл. H 02 J 7/02. 4. Авт. свид. СССР N 463175, М. кл. H 02 J 7/10. 5. Электричество, 1976, N11, с. 43, рис. 5. 6. Авт. свид. СССР N 577609, М. кл. H 02 J 7/10, 1977.

Благодаря этому способу удается снизить величину зарядного напряжения за счет периодической анодной и катодной поляризации электродов. Способ состоит в том, что циклически изменяют величину и направление тока через электроды аккумулятора.

I 3 = Q Н /10, А иI p = Qн/50, А, (6.48)

Достоинством способа заряда аккумуляторов асимметричным током является отсутствие необходимости в проведении КТЦ, поскольку не возникает необратимая сульфитация электродов.

Отсутствие обильного газовыделения при заряде способствует увеличению срока службы аккумуляторов.

В то же время сложная схема управления источником питания относится к недостаткам способа,

Заряд малыми токами проводится с целью компенсации энергии, потерянной в результате саморазряда аккумуляторной батареи, находящейся в нерабочем состоянии.

Заряд малыми токами (0,025 - 0,1 А) проводится при нахождении аккумуляторных батарей в местах хранения или непосредственно на технике, а также работающих в качестве резервного источника питания.

Заряд может осуществляться в двух режимах:

При постоянном токе;

При постоянном напряжении.

Заряд малыми токами постоянной величины.

Для заряда применяются выпрямительное устройство без стабилизатора напряжения и распределительный щит, обеспечивающий подключение нескольких различных групп батарей.

Число батарей в каждой группе зависит О т требуемого подзаряда, который, в свою очередь, определяется емкостью и техническим состоянием АКБ.

Ток подзаряда поддерживается равным 0,025 - 0,1 А, в зависимости от технического состояния аккумуляторов. Так, один преобразователь ВСА-5А может обеспечить подзаряд 200 - 300 стартерных аккумуляторных батарей.

Заряд малыми токами при постоянном напряжении.

Для заряда применяется выпрямитель со стабилизатором напряжения, к которому подключают аккумуляторные батареи. Для того чтобы компенсировать саморазряд и не допустить частичной потери емкости аккумуляторной батареи, необходимо поддерживать напряжение в пределах 2,18 - 2,25 В на каждый аккумулятор. Окончательная величина напряжения обусловлена использованием конкретной батареи.

Для определения конкретной величины напряжения подзаряда производится наблюдение за плотностью электролига в аккумуляторе. Если в процессе подзаряда плотность электролита снижается, то это свидетельствует о превышении тока саморазряда над токами подзаэяда. При этом необходимо увеличить напряжение подзаряда. В противном случае аккумуляторы могут необратимо потерять электрическую емкость.

Значительно лучших эксплуатационных характеристик аккумуляторов можно добиться, если их зарядку производить асимметричным томом. Схема устройства зарядки, реализующая такой принцип, показана на рисунке.

При положительном полупериоде входного переменного напряжения ток протекает через элементы VD1, R1 и стабилизируется диодом VD2. Часть стабилизированного напряжения через переменный резистор R3 подается на базу транзистора VT2. Транзисторы VT2 и VT4 нижнего плеча устройства работают как генератор тока, величина которого зависит от сопротивления резистора R4 и напряжения на базе VT2. Зарядный ток в цепи аккумулятора протекает по элементам VD3, SA1.1, РА1, SA1.2, аккумулятор, коллекторный перепад транзистора VT4, R4.

При отрицательном полупериоде переменного напряжения на диоде VD1 работа устройства аналогична, но работает верхнее плечо - VD1 стабилизирует отрицательное напряжение, которое регулирует протекающий по аккумулятору ток в обратном напряжении (ток разрядки).

Показанный на схеме миллиамперметр РА1 используется при первоначальной настройке, в дальнейшем его можно отключить, переведя переключатель в другое положение.

Такое зарядное устройство обладает следующими преимуществами:

1. Зарядный и разрядный токи можно регулировать независимо друг от друга. Следовательно, в данном устройстве возможно применять аккумуляторы с различной величиной энергоемкости.
2. При каких-либо пропаданиях переменного напряжения каждое из плеч закрывается и через аккумулятор ток не протекает, что защищает аккумулятор от самопроизвольной разрядки.

В данном устройстве из отечественных элементов можно применить в качестве VD1 и VD2 - KC133A, VT1 и VT2 - КТ315Б или КТ503Б. Остальные элементы выбираются в зависимости от зарядного тока. Если он не превышает 100 мА, то в качестве транзисторов VT3 и VT4 следует применить КТ815 или КТ807 с любыми буквенными индексами (расположить на теплоотводе с площадью теплорассеиваюшей поверхности 5...15 см2), а в качестве диодов VD3 и VD4 - Д226, КД105 тоже с любыми буквенными индексами.

www.diagram.com.ua

Существенно лучших эксплуатационных черт аккумуляторная батарей возможно добиться, в случае если их зарядку создавать асимметричным томом. Схема устройства зарядки, реализующая таковой принцип, продемонстрирована на рисунке.

При хорошем полупериоде входного переменного напряжения ток протекает через элементы VD1, R1 и стабилизируется диодом VD2. Часть стабилизированного напряжения через переменный резистор R3 подается на базу транзистора VT2. Транзисторы VT2 и VT4 нижнего плеча устройства трудятся как генератор тока, величина которого зависит от сопротивления резистора R4 и напряжения на базе VT2.

Зарядный ток в цепи аккумулятора протекает по элементам VD3, SA1.1, РА1, SA1.2, аккумулятор, коллекторный перепад транзистора VT4, R4.
При отрицательном полупериоде переменного напряжения на диоде VD1 рабо-та устройства подобна, но трудится верхнее плечо - VD1 стабилизирует отрицательное напряжение, которое регулирует протекающий по аккумулятору ток в обратном напряжении (ток разрядки).

Продемонстрированный на схеме миллиамперметр РА1 употребляется при начальной настройке, в будущем его возможно отключить, переведя тумблер в второе положение.

Такое зарядное устройство имеет следующие преимущества: 1. Зарядный и разрядный токи возможно регулировать независимо друг от друга. Следова-тельно, в данном устройстве вероятно использовать аккумуляторная батареи с разной величиной энергоемкости. 2. При каких-либо пропаданиях переменного напряжения каждое из плеч закрывается и через аккумулятор ток не протекает, что защищает аккумулятор от самопроизвольной разрядки.

В данном устройстве из отечественных элементов возможно применить в качестве VD1 и VD2 - KC133A, VT1 и VT2 - КТ315Б либо КТ503Б. Остальные элементы выбираются в зависимости от зарядного тока. Если он не превышает 100 мА, то в качестве транзисторов VT3 и VT4 направляться применить КГ815 либо КТ807 с любыми буквенными индексами (находиться на теплоотводе с площадью теплорассеиваюшей поверхности 5…15 кв.см), а в качестве диодов VD3 и VD4 - Д226, КД105 также с любыми буквенными индексами.

В обязательном порядке к прочтению:

Самодельный несложный десульфатор с регулировкой по току зарядка импульсным током desulfator

Статьи как раз той тематики,которой Вы интересуетесь:

Все то время, пока двигатель автомобиля не работает, питание электросети автомобиля происходит от аккумулятора - эта азбучная истина не испытывает недостаток в комментариях. Но, сказать о том, что ее…

Нормально заряженный аккумулятор – непременное условие комфортной езды. Зимой особенно принципиально важно, дабы аккумулятор снабжал надежный запуск двигателя автомобиля. Современные…

на данный момент во всех новых машинах, да и не только в них нет выключателя массы. Исходя из этого аккумулятор при долгой стоянке автомобиля 1-2 семь дней, полностью разрядится. Вот что-бы…

Автоаксессуары На практике практически любой автомобилист сталкивался с таковой проблемой, как разряд аккумулятора. Тут имеется лишь одно ответ – осмотр источника питания на факт неисправностей и…

Собственными руками Автомобильную бортовую сеть, пока силовая установка не запустится питает аккумуляторная батарея. Но сама она электрическую энергию не производит. Аккумулятор легко…

Значительно лучших эксплуатационных характеристик аккумуляторов можно добиться, если их зарядку производить асимметричным током. Схема устройства зарядки, реализующая такой принцип, показана на рисунке.

Такое зарядное устройство обладает следующими преимуществами: 1. Зарядный и разрядный токи можно регулировать независимо друг от друга. Следовательно, в данном устройстве возможно применять аккумуляторы с различной величиной энергоемкости. 2. При каких-либо пропаданиях переменного напряжения каждое из плеч закрывается и через аккумулятор ток не протекает, что защищает аккумулятор от самопроизвольной разрядки.

В данном устройстве из отечественных элементов можно применить в качестве VD1 и VD2 - KC133A, VT1 и VT2 - КТ315Б или КТ503Б. Остальные элементы выбираются в зависимости от зарядного тока. Если он не превышает 100 мА, то в качестве транзисторов VT3 и VT4 следует применить КГ815 или КТ807 с любыми буквенными индексами (расположить на теплоотводе с площадью теплорассеиваюшей поверхности 5...15 кв.см), а в качестве диодов VD3 и VD4 - Д226, КД105 тоже с любыми буквенными индексами.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	КТ315Б	2	КТ503Б	В блокнот
VT3, VT4	Биполярный транзистор	КТ807А	2	КГ815	В блокнот
VD1, VD2	Стабилитрон	КС133А	2		В блокнот
VD3, VD4	Диод	Д226	2	КД105	В блокнот
R1-R3	Резистор	1 кОм	3		В блокнот
R4	Резистор	3 Ом	1