Автономная система электропитания

 

Использование: в автономных системах электроснабжения с источником постоянного тока ограниченной мощности. Сущность изобретения: система содержит буферную аккумуляторную батарею 3, стабилизатор напряжения 9, разделенный на п стандартных блоков, схему 8 контроля потока мощности , выходом связанную с четырьмя ключами 10, а входом-с блоком управления 7, и импульсные регуляторы заряда и разряда . Схема 8 коммутирует ключи 10-13 и блоки стабилизатора напряжения, обеспечивая работу системы в трех режимах; работа аккумуляторной батареи в буфере с. источником постоянного тока, питание нагрузки только от источника, питание нагрузки и заряд батареи 13 от источника 8. В системе предусмотрена возможность взаимозаменяемости регуляторов заряда, разряда и блоков стабилизатора напряжения. 1 ил. з- (Л G vi CD м XI ON ЧЭ

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 J 7/35

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4927996/07 (22) 11.01.91 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (72) M.À.Àíòèïîâ, А.B.Ãàåâ, С.И,Горбачев, К.Г.Зиновьев и В,В.Зайцев (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 491183, кл. Н 02 j 7/34, 1974.

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

Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания. Пер, с англ,—

М.Энергоатомиздат, 1990, с.209, рис. 7.7.

0 (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ. Ж „1781769 А1

2 (57) Использование: в автономных системах электроснабжения с источником постоянного тока ограниченной мощности, Сущность изобретения: система содержит буферную аккумуляторную батарею 3, стабилизатор напряжения 9, разделенный на п стандартных блоков, схему 8 контроля потока мощности, выходом связанную с четырьмя ключами 10, а входом — с блоком управления

7, и импульсные регуляторы заряда и разряда. Схема 8 коммутирует ключи 10-13 и блоки стабилизатора напряжения, обеспечивая работу системы в трех режимах, работа аккумуляторной батареи в буфере с источни- ком постоянного тока, питание "нагрузки только от источника, питание нагрузки и за- Я, ряд батареи 13 от источйика 8. В системе предусмотрена возможность взаимозаменяемости регуляторов:заряда, разряда и б б апряжения. 1 ил.

1781769

25 нерегулируемый источник постоянного то- 30 ка, например, солнечную батарею, к шинам стабилизатора напряжения и импульсных регуляторов заряда и разряда, а вход — с выходом блока управления. В такой системе 45 регуляторов заряда и разряда, а также стабилизаторов напряжения применяются раз- 50

Изобретение относится к автономным системам электроснабжения объектов с источником постоянного тока ограниченной мощности.

Известна автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею, импульсный регулятор заряда и импульсный регулятор разряда., Недостаток данной системы электропитания состойт 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 электропитания являются сложность и неэффективность использования элементов силовой части шунтового регулятора.

Наиболее близкой по решаемой задаче к предлагаемой системе электропитания является автономная система электропитания, содержащая первичный 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, датчик напряжения, подключенный параллельно нагрузке и выходом соединенный с входом блока управления, стабилизатор напряжения, схему контроля потока мощности, выходы которои соединены с входами электропитания для обеспечения требуемой надежности как системы в целом, так и ее отдельных узлов, например, импульсных личные методы резервирования. Однако, 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 автономная система электропитания дополнительно снабжена четырьмя ключами, входы которых связаны с выходами схемы контроля потока мощности, при этом между общими точками первого и второго, а также третьего и четвертого ключей включены импульсные регуляторы заряда и разряда, к общей точке второго и третьего ключей подключена буферная аккумуляторная батарея, а первый и четвертый ключи образуют соответственно с нерегулируемым источником постоянного тока и с нагрузкой общие точки, между которыми подключен разделенный на "и" стандартных блоков стабилизатор напряжения.

Отсутствие в технической литературе сведений об автономных системах электропитания, подобных предложений, в целях достижения описанного выше эффекта, свидетельствует о новизне взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения с положительным эффектом, что обеспечивает существенные отличия этого изобретения от всех известных устройств аналогичного назначения.

На чертеже представлена схема предложенной автономной системы электропитания, поясняющая ее работу. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 — нерегулируемый источник постоянного тока; 2— нагрузка; 3 — буферная аккумуляторная батарея; 4 — импульсный регулятор заряда; 5импульсный регулятор разряда; 6 — датчик напряжения; 7 — блок управления; 8 — схема контроля потока мощности; 9 — стабилизатор напряжения 10, 11, 12, 13 — первый, второй, третий, четвертый ключи соответственно; 14, 15 — стандартные блоки стабилизатора напряжения.

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

2, буферную аккумуляторную батарею 3, подключенную к шинам источника 1 постоянного тока с одной стороны (со стороны

"минусовой" обкладки) непосредственно, а с другой стороны {со стороны "плюсовой" обкладки) через импульсный регулятор заряда 4 и импульсный регулятор разряда 5, датчик 6 напряжения, подключенный параллельно нагрузке 2 и выходом соединенный с входом блока 7 управления, схему 8 контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора 9 напряжения и импульсных регуляторов заряда 4 и разряда 5, а вход — с выходом блока7 управления. Автономная система электро питания содержит также первый 10, второй

1781769

11, третий 12 и четвертый 13 ключи, входы которых связаны с выходами схемы 8 контроля потока мощности, при этом между общими точками первого 10 и второго 11, а также третьего 12 и четвертого 13 ключей включены импульсные регуляторы заряда 4 и разряда 5, к общей точке второго 11 и третьего 12 ключей подключена буферная аккумуляторная батарея 3, а первый 10 и четвертый 13 ключи образуют соответственно с нерегулируемым источником 1 постоянного тока и с нагрузкой 2 общие точки, между которыми подключен разделенные на стандартные блоки 14, 15 стабилизатор 9 напряжения. Стандартные блоки 14, 15 стабилизатора 9 напряжения, схема 8 контроля потока мощности, блок 7 управления, импульсные регуляторы заряда 4, и разряда 5 могут быть выполнены, например, так, как это описано в литературе (3) на стр. 15, 209, 210.

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 на. грузки 2 больше номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим А), при этом недостаточная мощность обеспечивается буферной аккумуляторной батареей 3; мощность нагрузки 2 равна номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим Б), нагрузка 2 при этом получает питание только от солнечной батареи 1; мощность нагрузки 2 меньше номинальной мощности солнечной батареи 1, при этом избыток мощности поступает в буферную аккумуляторную батарею 3 (режим В), а в случае полного ее заряда она отключается, Функции координации всех этих режимов выполняет схема 8 контроля потока мощности.

В режиме А питание нагрузки 2 осуществляется от солнечной батареи 1 через стабилизатор 9 напряжения в буферной аккумуляторной батареи 3 через импульсный регулятор разряда 5 и замкнутые ВТорой 11 и четвертйй 13 ключи, Напряжение на нагрузке 2 поддерживается постоянным за счет изменения длительности замкнутого состояния силовых транзисторных ключей стандартных блоков 14, 15 и импульсного регулятора разряда 5 (на схеме силовой транзисторйый ключ не изображен, так как структура и принцип работы указанных уст. ройств широко известна из литературы). Управление указанными силовыми ключами, а также ключами 10-13 осуществляется схемой 8 контроля потока мощности. При этом ток буферной аккумуляторной батареи 3

30 импульсной регулятор заряда 4 и ключи 10;

55 протекает по цепи: "плюсовая" обкладка батареи 3. замкнутый ключ 11, импульсный регулятор разряда 5, замкнутый ключ 13, нагрузка 2, "минусовая обкладка" батареи 3.

Ключи 10, 12 в режиме А разомкнуты, В режиме Б импульсные регуляторы заряда 4 и разряда 5 не задействованы, ключи

10-13 разомкнуты. Питание нагрузки 2 осуществляется только от солнечной батареи 1 через стабилизатор 9 напряжения, с помощью которого напряжение на нагрузке 3 поддерживается постоянным.

Увеличение напряжения на нагрузке 2 из-за отключения части потребителей сопровождается включением импульсного регулятора заряда 4 и замыканием ключей 10, 12 с помощью схемы 8 контроля потока мощности (режим В). При этом питание нагрузки 2 осуществляется от солнечной батареи 1 через стабилизатор 9 напряжения, с помощью которого напряжение на нагрузке

2 поддерживается на заданном уровне. Ток заряда буферной аккумуляторной батареи протекает по цепи: "плюс" солнечной батареи 1, замкнутый ключ 10, импульсный регулятор заряда 4, замкнутый ключ 12, буферная батарея 3, "минус" солнечной батареи 1. Ключи 11 и 13 в этом режиме разомкнуты.В случае полного заряда батареи 3

12 отключаются. .В автономных системах электропитания перспективным является исполнение, например, стабилизаторов напряжения на основе стандартных блоков (модулей), Таким стабилизатор 9 напряжения изображен на чертеже.

При отказе, например, силовой части импульсного регулятора заряда 4 ее сможет в предлагаемой автономной системе электропитания заменить силовая часть импульсного регулятора разряда 5 после перекоммутации схемой 8 управления потока мощности цепей управления указанных регуляторов. Возможна и обратная ситуация замены импульсным регулятором заряда 4 отказавшего импульсного регулятора разряда 5 благодаря параллельному включению этих регуляторов.

При отказе одного или нескольких стандартных блоков стабилизатора напряжения их функции (при соответствии структуры построения) могут выполнять регуляторы 4 и 5.

При этом по сигналам схемы 8 управления потока мощности замыкаются ключи 10 и

13, ключи 11 и 12 при этом разомкнуты.

Образуется цепь протекания тока: "плюс" солнечной батареи, замкнутый ключ 10, регуляторы 4,5, замкнутый ключ 13, нагрузка

2, "минус" солнечной батареи, т.е. импульс1781769

Составитель М. Антипов

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор С. Юско

Заказ 4279 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ные регуляторы заряда 4 и разряда 5 включается параллельно работающим стандартным блокам стабилизатора 9 напряжения, Это позволяет им выполнять функции отказавших блоков стабилизатора 9 напряже- 5 ния. Следовательно, повышается надежность без необходимости дублирования указанных устройств, т.е. без увеличения массы и габаритов автономной системы электропитания., 10

Таким образом, предлагаемая автономная система электропитания обладает бо. лее высокой надежностью, достигнутой без увеличения ее массы и габаритов из-за возможности замены одними ее устройствами 15 других, вышедших из строя.

Формула изобретения

Автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока; к шинам которо- 20 го подключена нагрузка, буферную аккумуляторную батарею; подключенную к шинам источника постоянного тока с одной стороны непосредственно; а с другой стороны через.импульсный регулятор заряда и им- 25 пульсный регулятор разряда. датчик напряжения; 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, а вход — с выходом блока управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности при сохранении неизменными массы и габаритов. система дополнительно снабжена четырьмя ключами, входы которых связаны с выходами схемы контроля потока мощности, при этом между общими точками первого и второго, а также третьего и четвертого ключей включены импульсные регуляторы заряда и разряда, к общей точке второго и третьего ключей подключена буферная аккумуляторная батарея, а первый и четвертый ключи образуют соответственно с нерегулируемым источником постоянного тока и с нагрузкой общие точки, между которыми подключен разделенный на "n" стандартных блоков стабилизатор напряжения,