Автономная система электропитания

 

Использование: g автономных системах электроснабжения с источниками постоянного тока ограниченной мощности. Сущность изобретения: система содержит буферную аккумуляторную батарею (АБ), регуляторы заряда и разряда, стабилизатор напряжения выполненный из п стандартных блоков, схему контроля потока мощности , на вход которой через блок управления подключен датчик напряжения нагрузки. R цепь одного из стандартных блоков стабилизатора напряжения введен размыкающий контакт, соединенный с АБ через обратный диод. Система функционирует в трех режимах: питание нагрузки от источника и АБ; питание нагрузки от источника постоянного тока; мощность источника используется для питания нагрузки и заряда батареи. В случае отказа регулятора разряда АБ питает нагрузки через диод и один из стандартных блоков стабилизатора напряжения. 1 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 J 7/35

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4898602/07 (22) 02.01.91 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (72) M.À.Àíòèïîâ, А.B.Ãàåâ, Н.И.Олейник и

С.И.Горбачев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 491183, кл. Н 02 J 7/34, 1975.

Коробан Н,Т. и др. Исследование и разработка автономных систем электроснабжения с безмашинным первичным источником электроэнергии. Труды Московского энергетического института. Вып.258, 1975, с.16, рис.4.

Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания. M.: Энергоатомиздат, 1990, с.209, рис.7.7. (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (57) Использование: g автономных системах электроснабжения с источниками постоянИзобретение относится к автономным системам электроснабжения объектов с источником питания постоянного тока ограниченной мощности.

Известна автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею, импульсный регулятор заряда и импульсный регулятор разряда (1).

Недостаток системы электропитания состоит в том, что в ней не всегда обеспечивается работа первичного источника в режиме максимальной мощности. что снижает эффективность его использования, Известна также система электропитания, "îäåðæàùàÿ буферную аккумуляторную батарею, источник постоянного тока, „„ Ы „„1771036 А1 ного тока ограниченной мощности, Сущность изобретения: система содержит буферную аккумуляторную батарею (АБ), регуляторы заряда и разряда, стабилизатор напряжения выполненный из и стандартных блоков, схему контроля потока мощности, на вход которой через блок управления подключен датчик напряжения нагрузки. R цепь одного из стандартных блоков стабилизатора напряжения введен размыкающий контакт, соединенный с АБ через обратный диод. Система функционирует в трех режимах; питание нагрузки от источника и АБ; питание нагрузки от источника постоянного тока; мощность источника используется для питания нагрузки и заряда батареи. В случае отказа регулятора разряда АБ питает нагрузки через диод и один из стандартных блоков стабилизатора напряжения, 1 ил. шунтовой регулятор, блок управления и импульсныЯ регуляторы заряда и разряда (2).

Недостатком рассмотренной системы электропитания является ее сложнгсть и неэффективность использования силовой части шунтового регулятора.

Наиболее близким по решаемой задаче к предлагаемой системе электропитания является автономная система электропитания, содержащая пер зичный нерегулируемый источник постоянного тока, например, солнечную батарею, к шинам которого включена нагрузка, буферную аккумуляторную батарею, подключенную к шинам источника постоянного тока с одной стороны непосредственно, а с другой стороны через импульсный регулятор аряда и импульсный регулятор разряда, соединенные между собой параллельно, длтчик на1771036

30

40

55 пряжения, подключенный параллельно нагрузке, и выходом соединенный с входом блока управления, стабилизатор напряжения, схему контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора напряжения и импульсных регуляторов заряда и разряда, а вход — с выходом блока управления (3). В такой системе электропитания для обеспечения требуемой надежности как системы в целом, так и отдельных ее узлов, например, импульсного регулятора разряда применяются различные методы резервирования (см. (3) с.220 —.223), Однако, очевидно, что все эти методы ведут к увеличению массы и габаритов системы электропитания из-за необходимости дублирования (резервирования) отдельных ее узлов.

Целью настоящего предложения является повышение надежности при сохранении неизменными массы и габаритов автономной системы электропитания.

Поставленная цель достигается тем, что стабилизатор напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда и импульсного регулятора разряда с шиной источника постоянного тока, при этом стабилизатор напряжения выполнен в виде и стандартных блоков, соединенных параллельно друг другу, в цепь одного из и стандартных блоков стабилизатора напряжения со стороны источника постоянного тока включен размыкающий контакт, который сам со стороны стандартного блока соединен с буферной аккумуляторной батареей через дополнительно введенный диод, включенный в обратном направлении, управляющий вход размыкающего контакта соединен с выходом схемы контроля потоком мощности. Отсутствие в технической литературе сведений об автономных системах электропитания, подобных предложенной, в целях достижения описанного выше эффекта, свидетельствует о новизне взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявленного изобретения с положительным эффектом, что обеспечивает существенные отличия этого изобретения от всех известных устройств аналогичного назначения.

На чертеже представлена схема автономной системы электропитания, где изображены: 1 — первичный нерегулируемый источник постоянного тока (солнечная батарея); 2 — нагрузка; 3 — буферная аккумуляторная батарея; 4 — импульсный регулятор заряда; 5 — импульсный регулятор разряда;

6 — датчик напряжения; 7 — блок управления;

8 — стабилизатор напряжения; 9 — схема контроля потока мощности; 10,11 — стандартные блоки стабилизатора напряжения 12— размыкающий контакт; 13 — диод, Автономная система электропитания содержит первичный нерегулируемый источник 1 постоянного тока (солнечную батарею), к шинам которого включена нагрузка

2, буферную аккумуляторную батерею 3, подключенную к шинам источника 1 постоянного тока с одной стороны непосредственно, а с другой стороны через импульсный регулятор заряда 4 и импульсный регулятор разряда 5, соединенные между собой параллельно, датчик 6 напряжения, подключенный параллельно нагрузке 2, и выходом соединенный с входом блока 7 управления, стабилизатор 8 напряжения, схему 9 контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора 8 напряжения и импульсных регулятсров 4 и

5 заряда и разряда, соответственно, а вход — с выходом блока 7 управления, Стабилизатор 8 напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда

4 и импульсного регулятора разряда 5 с плюсовой шиной источника 1 постоянного тока, при этом, стабилизатор 8 напряжения выполнен в виде и стандартных блоков 10, 11, соединенных параллельно друг другу, В цепь стандартного блока 10 стабилизатора

8 со стороны источника 1 постоянного тока включе-.< размыкающий контакт 12, который в свою очередь со стороны стандартного блока 10 соединен с буферной аккумуляторной батареей 3 через дополнительно введенный диод 13, включенный в обратном направлении. Управляющий вход рэзмыкающего контакта 12 соединен с выходом схемы 9 контроля потоком мощности, Каждый из стандартных блоков 10, 11 стабилизатора 8 напряжения может быть выполнен, например, в виде понижающего преобразователя, изображенного в литературе (3) на стр.15, рис.1.4. Схема 9 контроля потока мощности, импульсный регулятор заряда 4, импульсный регулятор разряда 5, блок 7 управления, могут быть реализованы по принципам. изложенным в той же литературе (3), соответственно, на стр.209 и 210, Автономная система электропитания работает следующим образом.

В зависимости от величины текущей мощности нагрузки 2 и заряженности буферной аккумуляторной батареи 3 формируется следующие режимы работы: мсщность нагрузки 2 больше номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим А), при этом. недостающая мощность обеспечивается буферной аккумуляторной батареей 3, мощность нагрузки 2 равна номинальнîv. мощности солнечной батареи 1 (режим Б).

1771036

55 нагрузка 2, прь агом, получает питание от солнечной бат:„- .и 1; мощность нагрузки меньше номинальной мощности солнечной батареи 1, при этом, избыток мощности поступает в буферную аккумуляторную батарею 3 до ее полного заряда (режим В), после этого, напряжение на нагрузке 2 поддерживается на фиксированном уровне с помощью стабилизатора 8 напряжения (режим Г). Функции координации всех этих режимов выполняет схема 9 контроля потока мощности.

В режиме А питание нагрузки 2 осуществляется от солнечной батареи 1 через стабилизатор 8 напряжения и буферной аккумуляторной батареи 3 через импульсный регулятор разряда 5. Стабилизатор 8 напряжения состоит из стандартных блоков

10, 11, количество которыхопределяется номинальным током каждого такого блока и максимальным значением тока в нагрузке 2.

Подключение каждого последующего стандартного блока осуществляется при недостатке мощности ранее включенных блоков, Стабилизация напряжения осуществляется изменением времени открытого состояния ключа каждого блока (на фиг,1 не показано) по отношению к периоду коммутации, что приводит к изменению среднего значения напряжения на выходе. Управление ключом стабилизатора осуществляется схемой 9 контроля потока мощности, сигнал на которую поступает от датчика б напряжения через блок 7 управления. Работа стабилизатора 8 напряжения и импульсного регулятора разряда 5 широко освещена в литературе (например, (3) с,15, 208).

В режиме Б импульсные регуляторы 4, 5 заряда и разряда незадействованы. Питание нагрузки 2 осуществляется только от солнечной батареи 1 через стабилизатор 8 напряжения. Увеличение напряжения на нагрузке 2 из-за отключения части потребителей сопровождается включением импульсного регулятора 4 заряда с помощью схемы 9 контроля потока мощности (режим B), Стабилизация напряжения на нагрузке 2 производится стабилизатором 8 по сигналам схемы 9 контроля потока мощности. Работа импульсного регулятора заряда

4 подробно освещена в литературе (3) на стр.20б, В режиме Г, т,е. в случае полного заряда буферной аккумуляторной батареи 3, она отключается от солнечной батареи 1, а поддержание напряжения на нагрузке 2 на фиксированном уровне производится стабилизатором 8 напряжения по сигналам схемы 9 контроля потока мощности.

Иэ рассмотренного выше видно, что стандартные блоки 10, 11 стабилизатора 8 напряжения подключаются в цепь нагрузки с ростом через нее тока. Такое выполнение стабилизатора 8 напряжения наиболее перспективно в силу возможности унификации как стабилизатора напряжения, так и импульсных регуляторов заряда и разряда, технологичности их изготовления, уменьшения стоимости и т.п. Такое выполнение блоков стабилизатора при наличии соответствующих элементов и связей между ними позволяет повысить надежность всей системы электропитания без увеличения ее массы и габаритов, что обычно происходит, Так при выходе иэ строя (отказе) импульсного регулятора 5 разряда по сигналу схемы 9 контроля потока мощности осуществляется срабатывание размыкающего контакта 12.

При этом, отпирается диод 13 и ток разряда буферной аккумуляторной батареи 3 в нагрузку 2 будет протекать по цепи: положительная обкладка батареи 3, диод 13, стандартный блок 10, нагрузка 2. отрицательная обкладка батареи 3, Ток солнечной батареи через стабилизатор 8 напряжения перераспределяется между оставшимися и1 стандартными блоками. Это обстоятельство при максимальном значении тока нагрузки 2 вызовет значительно меньшие нежелательные процессы, чем выход из строя и невосполнимость импульсного регулятора разряда. На теневом же участке полета, когда ток нагрузки незначителен, отрицательный эффект вообще отсутствует, Следовательно, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность автономной системы электропитания при возможном выходе из строя импульсного регулятора разряда 5 за счет его замены одним из стандартных блоков стабилизатора 8 напряжения, т,е, без увеличения массы и габаритов системы, как зто происходит в прототипе.

Формула изобретения

Автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, например солнечную батарею, к шинам которого включена нагрузка, буферную аккумуляторную батарею, подключенную к шинам источника постоянного тока с одной стороны непосредственно, а с другой стороны — через импульсный регулятор заряда и импульсный регулятор разряда, соединенные между собой параллельно датчик напряжения, подключенный параллельно нагрузке и выходом соединенный с входом блока.управления, стабилизатора напряжения, схе1771036

Составитель М. Антипов

Редактор Т. Куркова Техред М.Моргентал Корректор Т. Ваш кович

Заказ 3747 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1С1 му контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора напряжения и импульсных регуляторов заряда и разряда, а вход — с выходом блока управления, отличающаяся тем, что. с целью повышения надежности при сохранении неизменными массы и габаритов, стабилизатор напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда и импульсного регулятора разряда с шиной источника постоянного тока, при этом стабилизатор напряжения выполнен в виде и стандартных блоков, соединенных параллельно друг другу, в цепь одного из п стандартных блоков стабилизатора напряжения со стороны источника постоянного тока

5 включен размыкающий контакт, который сам со стороны стандартного блока соединен с буферной аккумуляторной ба ареей через дополнительно введеннь:й диод, включенный в обратном направлении, уп10 равляющий вход размыкающего контакта соединен с выходом схемы контроля потоком мощности.