Результат интеллектуальной деятельности: БОРТОВОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрооборудованию транспортных средств, оснащенных комбинированными энергоустановками, в том числе электромобилей, и, в частности, может быть использовано при разработке бортовых высокочастотных зарядных устройств, предназначенных для ускоренного заряда высоковольтных аккумуляторных батарей с гальванической развязкой выходного напряжения.

Из описания к патенту на изобретение РФ №2101830, МПК6 H02J 7/10, Н02М 7/12, публ. 10.01.1998 г. известно бортовое зарядное устройство, в котором для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи транспортного средства используется высокочастотный полумостовой транзисторный преобразователь с гальванической развязкой выходного напряжения.

Недостатком этого устройства является отсутствие регулятора, обеспечивающего режим заряда с коэффициентом мощности, близким к единице, а также невозможность его использования для ускоренного заряда тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства из-за ограниченности выходной мощности.

Из описания к патенту на изобретение РФ №2191709, МПК7 B60L 15/08, H02J 7/10, публ. 27.10.2002, также известен комплектный тяговый электропривод постоянного тока, обеспечивающий режим заряда с коэффициентом мощности, близким к единице.

Недостатком этого устройства является наличие двух дополнительно введенных высокочастотных транзисторов и диодов, а также невозможность его использования для ускоренного заряда тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства из-за ограниченности выходной мощности.

Наиболее близким техническим решением является комплектный тяговый электропривод постоянного тока, известный из описания к патенту на изобретение РФ №2127200, МПК6 B60L 15/08, H02J 7/10, публ. 10.03.1999 г., принятый за прототип, в котором для заряда тяговой аккумуляторной батареи используется высокочастотный полумостовой транзисторный преобразователь с гальванической развязкой выходного напряжения, образованный ключевыми элементами силового преобразователя и двумя последовательно соединенными фильтрующими конденсаторами силового преобразователя.

Недостатком упомянутого устройства является отсутствие возможности ускоренного заряда тяговой аккумуляторной батареи из-за низких допустимых токов нагрузки регулятора тока возбуждения, используемого при заряде с целью обеспечения коэффициента мощности, близкого к единице.

Целью изобретения является ускорение заряда средства аккумулирования электроэнергии, например тяговой аккумуляторной батареи, предназначенной для питания линии электроснабжения переменного тока электрической тяговой системы транспортного средства, и расширение ее функциональных свойств.

Техническим результатом является повышение тока заряда тяговой аккумуляторной батареи.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем силовой преобразователь напряжения, подключенный плюсовой и минусовой входными клеммами соответственно через первый и второй силовые контакты контактора к аккумуляторной батарее, а своим первым выходом к первой клемме электромашины; два последовательно соединенных конденсатора, первый из которых подключен к плюсовой входной клемме, а второй - к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения; первичный выпрямитель с входным фильтром, подключенный минусовой выходной клеммой к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения, плюсовой выходной клеммой к первому выводу дросселя, а входными клеммами к сетевому шнуру; высокочастотный трансформатор, вторичная обмотка которого через вторичный выпрямитель с выходным фильтром подключена к аккумуляторной батарее; первый нормально разомкнутый силовой контакт контактора, первый и второй силовые контакты контактора выполнены нормально замкнутыми, а силовой преобразователь напряжения состоит из первого, второго и третьего фазных коммутаторов, каждый из которых содержит два последовательно соединенных полностью управляемых ключевых элемента, зашунтированных во встречном направлении возвратными диодами и подключенных согласно к аккумуляторной батарее, причем второй выход силового преобразователя напряжения подключен ко второй клемме электромашины через третий нормально замкнутый контакт контактора и к первой клемме первого силового нормально разомкнутого контакта контактора, вторая клемма которого подключена к первому выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора, а второй вывод этой обмотки подключен к общей точке первого и второго конденсаторов, при этом второй вывод дросселя через второй силовой нормально разомкнутый контакт подключен к третьему выходу силового преобразователя напряжения, который через четвертый силовой нормально замкнутый контакт контактора подключен к третьей клемме электромашины.

На чертеже показана схема устройства.

Бортовое зарядное устройство содержит силовой преобразователь напряжения 1, подключенный плюсовой и минусовой входными клеммами соответственно через первый 2 и второй 3 силовые контакты контактора 4 к аккумуляторной батарее 5, а своим первым выходом к первой клемме электромашины 6; два последовательно соединенных конденсатора, первый 7 из которых подключен к плюсовой входной клемме, а второй 8 - к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения 1; первичный выпрямитель 9 с входным фильтром, подключенный минусовой выходной клеммой к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения 1, плюсовой выходной клеммой к первому выводу дросселя 10, а входными клеммами к сетевому шнуру 11; высокочастотный трансформатор 12, вторичная обмотка которого через вторичный выпрямитель 13 с выходным фильтром подключена к аккумуляторной батарее 5; первый 14 нормально разомкнутый силовой контакт контактора 4, при этом первый 2 и второй 3 силовые контакты контактора 4 выполнены нормально замкнутыми, а силовой преобразователь напряжения 1 состоит из первого 15, второго 16 и третьего 17 фазных коммутаторов, каждый из которых содержит два последовательно соединенных полностью управляемых ключевых элемента 18, 19, зашунтированных во встречном направлении возвратными диодами 20, 21 и подключенных согласно к аккумуляторной батарее 5, причем второй выход силового преобразователя напряжения 1 подключен ко второй клемме электромашины 6 через третий 22 нормально замкнутый контакт контактора 4 и к первой клемме первого силового нормально разомкнутого контакта 14 контактора 4, вторая клемма которого подключена к первому выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора 12, а второй вывод этой обмотки подключен к общей точке первого 7 и второго 8 конденсаторов, при этом второй вывод дросселя 10 через второй силовой нормально разомкнутый контакт 23 подключен к третьему выходу силового преобразователя 1 напряжения, который через четвертый силовой нормально замкнутый контакт 24 контактора 4 подключен к третьей клемме электромашины 6.

Устройство работает следующим образом.

В режиме движения регулирование тока в статорной обмотке электромашины 6, а следовательно, и момента ей развиваемого осуществляется за счет соответствующего включения-выключения ключевых элементов 18, 19 силового преобразователя напряжения 1. На практике роль ключевых элементов 18, 19 выполняют современные полевые высокочастотные силовые транзисторы. Так как во время движения сетевой шнур 11 не подключен, то обмотка контактора 4 обесточена и силовой преобразователь напряжения 1 оказывается подключенным к аккумуляторной батарее 5 и электромашине 6.

Во время стоянки, когда необходимо произвести заряд аккумуляторной батареи 5, включают сетевой шнур 11 в розетку, в результате чего на вход первичного выпрямителя 9 поступает сетевое напряжение, запитывая обмотку контактора 4 и отключая тем самым силовой преобразователь 1 напряжения от аккумуляторной батареи 5 и электромашины 6, при этом первый вывод первичной обмотки высокочастотного трансформатора 12 через первый силовой нормально разомкнутый контакт 14 контактора 4 подключается к выходу второго фазного коммутатора 16, а второй вывод дросселя 10 через второй силовой нормально разомкнутый контакт 23 контактора 4 подключается к выходу третьего фазного коммутатора 17. Выпрямленное сетевое напряжение через первичный выпрямитель 9, дроссель 10 и третий фазный коммутатор 17 поступает на входные клеммы силового преобразователя напряжения 1, который вместе с конденсаторами 7, 8, первичной обмоткой высокочастотного трансформатора 12 и вторым фазным коммутатором 16 образуют полумостовой преобразователь для заряда аккумуляторной батареи 5. При соответствующем управлении транзистор 21 и диод 20 третьего фазного коммутатора 17, вместе с дросселем 10, образуют так называемый активный фильтр, обеспечивающий потребление электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице.

Таким образом, использование силового преобразователя для заряда аккумуляторной батареи позволяет существенно увеличить токи заряда, что для современных литий-ионных батарей обеспечивает сокращение времени заряда до полутора - двух часов, тем самым значительно улучшая эксплуатационные характеристики транспортного средства при практически неизменной величине стоимостных затрат на комплект электрооборудования.