Автономная система электропитания

 

Использование: в автономных системах электроснабжения с источниками постоянного тока ограниченной мощности и буферной аккумуляторной батареей. Сущность изобретения: система содержит импульсные регуляторы заряда 4)разряда 5, датчик напряжения 6; устройство контроля потока мощности, управляющее регуляторами заряда и разряда и стабилизатором напряжения 8, а также устройство контроля емкости аккумуляторной батареи 1Q, устройство сравнения емкости 11, устройство памяти 14, устройство управления зарядом 13 и устройство 12 формирования эталонной емкости . Система позволяет производить заряд буферной аккумуляторной батареи так, чтобы полный ее заряд поступил непосредственно перед очередным разрядом данной аккумуляторной батареи, что уменьшает ее самозаряд. 1 ил. w ««г Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„ Ы„„1775798 А1 (51)5 Н 02 J 7/35

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР и .,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -:,". " ::: а;.;,,/ . /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (21) 4909060/07 (22) 06.02.91 (46) 15.11.92. Бюл. KL 42 (72) М.А.Антипов, Н.И.Олейник, А.В.Гаев и

А.В.Белов (56) Авторское свидетельство СССР

М 491183, кл, Н 02 J 7/34, 1974.

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

Четти П. Проектирование ключевых ис- . точников электропитания, Пер. с англ. - М.;,:

Энергоатомиздат, 1990 с. 209, рис. 7,7. (57) Использование: в автономных системах электроснабжения с источниками постоянного тока ограниченной мощности и буферной аккумуляторной батареей. Сущность изобретения: система содержит импульсные регуляторы заряда 4 разряда 5, датчик напряжения 6; устройство контроля потока мощности, управляющее регуляторами заряда и разряда и стабилизатором напряжения 8, а также устройство контроля емкости аккумуляторной батареи 10. устройство сравнения емкости 11, устройство памяти

14, устройство управления зарядом 13 и устройство 12 формирования эталойной емко-, сти. Система позволяет производить заряд буферной аккумуляторной батареи так, что- з бы полный ее заряд поступил непосредственно перед очередным разрядом данной аккумуляторной батареи, что уменьшает ее самозаряд, 1 ил.

1775798 электропитания является сложность и неэф- 20 фективность использования элементов силовой части шунтового регулятора.

30

45 нерирования электрического тока. Мерой саморазряда является потеря емкости (абсолютная или.относительная) АБ в целом, 50

Изобретение относится к автономным системам электроснабжения объектов с источниками AocToAHHolo тока ограниченной мощности.

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

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, содержащая буферную аккумуляторную батарею, источник постоянного тока, шунтовой регулятор, блок управления и импульсные регуляторы заряда и разряда.

Недостатком рассмотренной системы

Наиболее близким по решаемой задаче к предлагаемой системе питания является автономная система электропитания. содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, например солнечную батарею (СБ), к шинам которого подключена нагрузка, буферную аккумуляторную батарею, подключенную к шинам источника постоянного тока с одной 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, стабилизатор напряжения, устройство контроля потока мощности, выходы которого соединены с входами стабилизатора напряжения и импульсных регуляторов заряда и разряда, а вход — с выходом блока управления. . Недостатком данной системы электропитания является наличие процесса. саморазряда электродов буферной аккумуляторной батареи, т.е. потребления реагентов для обоих электродов, но без гепроисшедшая в результате этих процессов за определенный промежуток времени.

Скорости побочных реакций саморазряда на обоих электродах в общем случае различны, так как реакции протекают независимо друг от друга, Это нарушает баланс степени заряженности обоих электродов и в дальнейшем для АЬ это может затруднить их

15 эксплуатацию. Возможны следующие варианты развития процессов: один из электродов может оказаться недозаряженным, т.к. точных аналитического и эмпирического описаний процесса самозаряда нет. то в результате компенсационного подзаряда, который применяется в прототипе, возможен перезаряд АБ и ее разгерметизации, что подтверждалось на практике. Другими словами, вследствие саморазряда АБ, последние обладают недостаточной эксплуатационной надежностью, что, соответственно, снижает эксплуатационную надежность системы электропитания в целом.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путем исключения саморазряда буферной аккумуляторной батареи.

Поставленная цель достигается тем, что автономная система электропитания дополнительно снабжена устройством контроля емкости буферной аккумуляторной батареи, устройством сравнения емкости, устройством памяти, устройством управления зарядом, устройством формирования эталонной емкости, а стабилизатор напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда и импульсного регулятора разряда с шиной источника постоянного тока, причем устройство контроля емкости, входом соединенное с выходом буферной аккумуляторной батареи, своим выходом подключено к первому входу устройства сравнения емкости, ко второму входу которого подсоединен выход устройства формирования эталонной емкости, выход устройства сравнения емкости подключен к первому входу устройства памяти, а выход устройства управления зарядом подсоединен ко второму входу устройства контроля потока мощности.

Отсутствие в технической литературе сведений об автономных системах электропитания, подобных предложенной, в целях достижения описанного выше эффекта, свидетельствует о новизне взаимосвязей 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 предложенной автономной системы электропитания, где приняты следующие обозначения: 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

1775798

55 управления, 8 — стабилизатор напряжения;

9 — устройство контроля потока мощности;

10 — устройство контроля емкости; 11 — устройство сравнения емкости; 12 — устройство формирования эталонной емкости; t3 устройство управления зарядом; 14 — устройство памяти.

Автономная система электропитания содержит первичный нерегулируемый источник 1 постоянного тока (солнечную батарею), к шинам которого включена нагрузка

2, буферную аккумуляторную батарею 3, подключенную к шинами 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 sxoдом блока 7 управления, стабилизатор 8 на-. . пряжения, устройство 9 контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора 8 напряжения и импульсных регуляторов 4.5 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. Устройство 10 контроля емкости, входом соединенное. с выходом буферной аккумуляторной батареи 3, своим выходом подключено к первому входу устройства 11 сравнения емкости, ко второму входу которого подсоединен выход устройства 12 формирования эталонной емкости. Выход устройства 11 сравнения емкости подключен к первому входу устройства 13 управления зарядом, ко второму входу которого подключен выход устройства 14 памяти, а выход устройства 13 управления зарядом подсоединен ко второму входу устройства 9 контроля потока мощности.

Импульсные регуляторы заряда 4 и разряда 5 могут быть выполнены известным образом. Датчик напряжения, блок 7 управления, устройство 9 контроля потока мощности и стабилизатор 8 могут быть изготовлены также уже известным образом, Устройство 10 контроля емкости может быть изготовлено тоже известным образом.

Устройство 14 памяти может быть выполнено в виде ячеек памяти постоянного запоминающеro устройства (ПЗУ) микропроцессора. В случае необходимости корректировки информации этих ячеек может также дополнительно использоваться оперативно-запоминающее устройство

35 (ОЗУ) микропроцессора. Устройство 11 сравнения емкости может представлять собой регистр микропроцессора. Устройство

12 формирования эталонной емкости представляет собой ячейки ПЗУ (ОЗУ), куда записывается информация о величине емкости при полном заряде буферной АБ 3. Устройство 13 управления зарядом может представлять собой известную управляющую интегральную микросхему. МикропроцесСор на чертеже не показан.

Автономная система электропитания работает следующим образом.

В зависимости от величины текущей мощности нагрузки 2 и заряженности буферной аккумуляторной батареи 3 формируются следующие режимы работы: мощность нагрузки 2 больше номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим А) ° при этом недостающая мощность обеспечивается буферной аккумуляторной батареей 3; мощность нагрузки 2 равна номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим Б), нагрузка 2 при этом. получает питание от солнечной батареи 1; мощность нагрузки 2 меньше номинальной мощности солнечной батареи 1, при этом избыток мощности поступает в буферную аккумуляторную батарею 3 до ее полного заряда (режим,В); солнечная батарея 1 находится s тени и не производит электрическую энергию, при этом питание дежурной нагрузки (т.е. нагрузки, которую невозможно в этот период отключить) осуществляется только от буферной аккумуляторной батареи (режим Г). Напряжение на нагрузке 2 поддерживается на фиксированном уровне с помощью стабилизатора напряжения. Функцию координации всех этих режимов выполняет устройство 9 контроля потока мощности

В исходном состоянии буферная аккумуляторная батарея 3 полностью заряжена, информация о величине эталонной емкости полностью заряженной батареи хранится в устройстве 12 формирования эталонной емкости. В устройство 14 памяти записывается информация, перед началом эксплуатации автономной системы электоопитания, о графике энергопотребления,из которого будут определены моменты времени, когда при пиковых нагрузках (режим А), а также при вхождении в тень Земли солнечной батареи

1, когда питание дежурной нагрузки осуще-. ствляется только от буферной аккумуляторной батареи 3 (режим Г), В случае изменяющегося графика энергопотребления в устройство памяти записывается информация о ближайшем времени применения буферной аккумуляторной батареи 3 (в режимах А и Г) либо по командам

1775798

20

/ оператора, либо по расчетам микропроцессора.

B режиме А питание нагрузки 2 осуществляется ат солнечной батареи 1 через стабилизатор 8 напряжения в буферной аккумуляторной, батарее 3 через импульсный регулятор разряда 5. Стабилизация напряжения осуществляется изменением времени открытого состояния ключа стабилизатора 8 напряжения (на фиг.1 не показано) по отношению к периоду коммутации, что приводит к изменению среднего значения напряжения на выходе. Управление . ключом стабилизатора осуществляется устройствам 9 контроля потока мощности, сигнал на которое поступает от датчика 6 напряжения через блок 7 управления. Недостающая для нагрузки 2 мощность обеспечивается АБ 3. Устройство контроля емкости определяет при этом степень разряженности аккумуляторной батареи (текущее значение величины емкости буферной АБ 3).

Далее в устройстве 11 сравнения емкости происходит определение разницы между величиной эталонной емкости, хранящейся в устройстве 12 формирования эталонной емкости, и текущей емкостью АБ 3 в момент завершения ее разряда (завершения режима А), т.е. определение той емкости, которую аккумуляторная батарея 3 отдала.

В режиме Б импульсные регуляторы 4,5 заряда и разряда не задействованы. Питание нагрузки 2 осуществляется только от солнечной батареи 1. Этот режим является кратковременным. Увеличение напряжение на нагрузке 2 из — за отключения части потребителей сопровождается включением импульсного регулятора 4 заряда с помощью устройства 9 контроля потока мощности (режим В). При этом в отличие от прототипа режим заряда АБ производится следующим образом. Как уже было отмечено ранее, при разряде АБ 3 определяется величина отданной аккумуляторной батареей емкости, В момент начала заряда с помощью устройства памяти по графику энергопотребления определяется интервал времени до начала следующего. разряда АБ

3. Далее на основании информации об интервале времени, отпущенном на заряд аккумуляторной батареи 3> и величине емкости, на которую необходимо зарядить

АБ, в устройстве управления зарядом формируется закон заряда АБ 3, При этом закон заряда рассчитывается так, чтобы заряд АБ

3 завершился непосредственно перед началом очередного разряда. В процессе заряда

его закон может изменяться (т.е, изменяется величина тока заряда АБ), однако момент полного заряда АБ 3 до величины эталонной емкости должен наступить непосредственно перед очередным разрядом.

В режиме Г, который возникает при вхождении солнечной батареи 1 в тень Земли, питание дежурной нагрузки осуществляется только от буферной аккумуляторной батареи 3. В процессе ее разряда происходит работа устройства 10 контроля емкости

АБ, сравнивающего устройства 11, устройства 12 формирования эталонной емкости аналогично их работе в режиме А.

Таким образом, в предлагаемой автономной системе электропитания заряд буферной аккумуляторной батареи 3 осуществляется так, чтобы полный заряд АБ наступил непосредственно перед очередным разрядом данной АБ. Следовательно, не будет и саморазряда аккумуляторной батареи. Т.е. нет необходимости проводить компенсационный подзаряд, который мог бы привести к разгерметизации аккумуляторной батареи, Другими словами, предлагаемая система электропитания по сравнению с прототипом обладает повышенной надежностью из — за исключения в ней саморазряда буферной аккумуляторной батареи.

Формула изобретения

Автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, к шинам которого подключена нагрузка, буферную аккумуляторную батарею, подключенную к шинам источника постоянного тока с одной стороны непосредственно, а с другой стороны— через импульсные регуляторы заряда и разряда, соединенные между собой параллельно, датчик напряжения, подключенный параллельно нагрузке и выходом соединенный с входом блока управления, стабилизатор напряжения, устройство контроля потока мощности, выходы которого соединены с входами стабилизатора напряжения и импульсных регуляторов заряда и разряда, а вход — с выходом блока управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надехсности путем исключения саморазряда буферной аккумуляторной батареи, система дополнительно снабжена устройством контроля емкости буферной аккумуляторной батареи, устройством сравнения емкости, устройством памяти, устройством управления зарядом, устройством формирования эталонной емкости, а стабилизатор напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда и импульсного регулятора разряда с шиной источника постоянного тока, причем устройство контроля емкости входом соединено с выходом

1775798

Составитель M.Àíòèïîâ

Техред М. Морге нтал Корректор В.Петрае

Редактор

Заказ 4038 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, 101 буферной аккумуляторной батареи, а выходом подключено к первому входу устройства сравнения емкости, к второму входу которого подсоединен выход устройства формирования эталонной емкости, выход устройства сравнения емкости подключен к первому входу устройства управления зарядом. к второму входу которого подключен выход устройства памяти. а выход устройства управления. зарядом подсоединен к вто5 рому входу устройства контроля потока мощности.