Способ распределения энергии в автономной системе электроснабжения

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) автономных объектов с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей. Технический результат - уменьшение размаха пульсации напряжения на дросселе стабилизатора напряжения и, следовательно, улучшение массогабаритных показателей СЭС. Сущность технического решения заключается в том, что входной вывод цепи диод - дроссель стабилизатора напряжения соединяют с потенциальной шиной аккумуляторной батареи, что обеспечивает при разомкнутом состоянии ключевого элемента стабилизатора напряжения дополнительную передачу энергии от потенциальной шины аккумуляторной батареи в потенциальную шину бортовых потребителей. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) автономных объектов с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей.

Известен способ распределения энергии в автономной системе электроснабжения, состоящей из солнечной батареи, аккумуляторной батареи, бортовых потребителей, зарядного устройства, разрядного устройства и стабилизатора напряжения, содержащего ключевой элемент, дроссель и диод, заключающийся в том, что при замкнутом состоянии ключевого элемента, по цепи ключевой элемент - дроссель, энергию с потенциальной шины солнечной батареи передают на потенциальную шину бортовых потребителей и накапливают в дросселе, а при разомкнутом состоянии ключевого элемента, по цепи нулевая шина - диод - дроссель, на потенциальную шину бортовых потребителей передают энергию, накопленную в дросселе.

При наличии энергии в солнечной батарее стабилизатор напряжения стабилизирует на заданном уровне напряжение на потенциальной шине бортовых потребителей, осуществляя передачу энергии с потенциальной шины солнечной батареи на потенциальную шину бортовых потребителей. При этом размах пульсации напряжения на дросселе стабилизатора напряжения равен напряжению солнечной батареи.

Недостатком известного способа распределения энергии является большой размах пульсации напряжения на дросселе стабилизатора напряжения, что ухудшает массогабаритные показатели СЭС.

Предлагаемый способ распределения энергии решает задачу уменьшения размаха пульсации напряжения на дросселе стабилизатора напряжения и, следовательно, улучшает массогабаритные показатели СЭС.

Согласно предлагаемому способу преобразования энергии поставленная задача решается следующим образом.

В автономной системе электроснабжения, состоящей из солнечной батареи, аккумуляторной батареи, бортовых потребителей, зарядного устройства, разрядного устройства и стабилизатора напряжения, содержащего ключевой элемент, дроссель и диод, при замкнутом состоянии ключевого элемента, по цепи ключевой элемент - дроссель, энергию с потенциальной шины солнечной батареи передают на потенциальную шину бортовых потребителей и накапливают в дросселе, а при разомкнутом состоянии ключевого элемента, по цепи диод - дроссель, на потенциальную шину бортовых потребителей передают энергию, накопленную в дросселе, при этом согласно изобретению на потенциальную шину бортовых потребителей, по цепи диод - дроссель, дополнительно передают энергию с потенциальной шины аккумуляторной батареи.

Сущность технического решения заключается в том, что входной вывод цепи диод - дроссель стабилизатора напряжения соединяют с потенциальной шиной аккумуляторной батареи, что обеспечивает при разомкнутом состоянии ключевого элемента стабилизатора напряжения дополнительную передачу энергии от потенциальной шины аккумуляторной батареи в потенциальную шину бортовых потребителей.

На чертеже приведена схема СЭС, реализующая предложенный способ распределения энергии.

Схема СЭС, реализующая предложенный способ распределения энергии, содержит солнечную батарею 1, аккумуляторную батарею 2, бортовые потребители 3, зарядное устройство 4, разрядное устройство 5, стабилизатор напряжения 6 и три конденсатора 10-12. Входные выводы стабилизатора напряжения 6 и зарядного устройства 4 соединены с потенциальной шиной U_СБ солнечной батареи 1, выходной вывод зарядного устройства 5, общий вывод стабилизатора напряжения 6 и входной вывод разрядного устройства 5 соединены с потенциальной шиной U_АБ аккумуляторной батареи 2, выходные выводы стабилизатора напряжения 6 и разрядного устройства 5 соединены с потенциальной шиной U_Н бортовых потребителей 3, общие выводы зарядного устройства 4 и разрядного устройства 5 соединены с нулевой шиной U₀ СЭС, выводы конденсатора 10 соединены с потенциальной шиной U_СБ солнечной батареи 1 и с нулевой шиной U₀ СЭС, выводы конденсатора 11 соединены с потенциальной шиной U_АБ аккумуляторной батареи 2 и с нулевой шиной U₀ СЭС, выводы конденсатора 12 соединены с потенциальной шиной U_Н бортовых потребителей 3 и с нулевой шиной U₀ СЭС.

Стабилизатор напряжения 6 и зарядное устройство 4 выполнены на базе понижающего преобразователя постоянного напряжения, а разрядное устройство 5 - на базе повышающего.

Стабилизатор напряжения 6 содержит ключевой элемент 7, диод 8 и дроссель 9, первый силовой вывод ключевого элемента 7 соединен с входным выводом стабилизатора напряжения 6, первый силовой вывод диода 8 соединен с общим выводом стабилизатора напряжения 6, второй силовой вывод ключевого элемента 7, второй силовой вывод диода 8 и первый силовой вывод дросселя 9 соединены между собой, второй силовой вывод дросселя 9 соединен с выходным выводом стабилизатора напряжения 6

При наличии энергии в солнечной батарее 1 стабилизатор напряжения 6 стабилизирует на заданном уровне напряжение на потенциальной шине U_Н бортовых потребителей 3, осуществляя передачу энергии с потенциальной шины U_СБ солнечной батареи 1 на потенциальную шину U_Н бортовых потребителей 3 по цепи ключевой элемент 7 - дроссель 9 и накапливает энергию в дросселе 9 при замкнутом ключевом элементе 7, а при разомкнутом ключевом элементе 7, по цепи диод 8 - дроссель 9, на потенциальную шину U_Н бортовых потребителей 3 передают энергию с потенциальной шины U_АБ аккумуляторной батареи 2 и энергию, накопленную в дросселе 9. При этом размах пульсации напряжения на дросселе 9 равен разнице между напряжением на потенциальной шине U_АБ солнечной батареи 1 и напряжением на потенциальной шине U_АБ аккумуляторной батареи 2. Зарядное устройство 4 управляет передачей энергии с потенциальной шины U_СБ солнечной батареи 1 на потенциальную шину U_АБ аккумуляторной батареи 2. Разность между количеством энергии, поступающим на потенциальную шину U_АБ аккумуляторной батареи 2 через зарядное устройство 4, и количеством энергии, забираемым с потенциальной шины U_АБ аккумуляторной батареи 2 через стабилизатор напряжения 6, определяет заряд или разряд аккумуляторной батареи 2.

Конденсатор 10 уменьшает пульсации напряжения на потенциальной шине U_СБ солнечной батареи 1, конденсатор 11 уменьшает пульсации напряжения на потенциальной шине U_АБ аккумуляторной батареи 2 и предотвращает ее циклирование, конденсатор 12 уменьшает пульсации напряжения на потенциальной шине U_Н бортовых потребителей 3.

При отсутствии энергии в солнечной батарее 1 разрядное устройство 5 стабилизирует на заданном уровне напряжение на потенциальной шине U_Н бортовых потребителей 3, осуществляя передачу энергии с потенциальной шины U_АБ аккумуляторной батареи 2 на потенциальную шину U_Н бортовых потребителей 3.

Таким образом, дополнительная передача энергии с потенциальной шины U_АБ аккумуляторной батареи 2 на потенциальную шину U_Н бортовых потребителей 3 при разомкнутом состоянии ключевого элемента 7, реализованная подключением общего вывода стабилизатора напряжения 4 к потенциальной шине U_АБ аккумуляторной батареи 2, уменьшает размах пульсации напряжения на дросселе 9 стабилизатора напряжения 6 на величину, равную напряжению на потенциальной шине U_АБ аккумуляторной батареи 2, что позволяет уменьшить массу СЭС в целом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Варианты построения экстремальных шаговых регуляторов мощности солнечных батарей / Ю.А.Шиняков, К.Г.Гордеев, С.П.Черданцев, П.В.Обрусник // Труды ВНИИЭМ. М, 1997. Т.97. Электромеханические устройства космических аппаратов. С.83-92.

Способ распределения энергии в автономной системе электроснабжения, состоящей из солнечной батареи, аккумуляторной батареи, бортовых потребителей, зарядного устройства, разрядного устройства и стабилизатора напряжения, содержащего ключевой элемент, дроссель и диод, заключающийся в том, что при замкнутом состоянии ключевого элемента по цепи ключевой элемент - дроссель энергию с потенциальной шины солнечной батареи передают на потенциальную шину бортовых потребителей и накапливают в дросселе, а при разомкнутом состоянии ключевого элемента по цепи диод - дроссель на потенциальную шину бортовых потребителей передают энергию, накопленную в дросселе, отличающийся тем, что при разомкнутом состоянии ключевого элемента на потенциальную шину бортовых потребителей по цепи диод - дроссель дополнительно передают энергию с потенциальной шины аккумуляторной батареи.