Способ и устройство для питания нагрузки от электрохимических источников тока

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам для питания нагрузки электрическим током от электрохимических источников тока, например аккумуляторных батарей большой энергоемкости. Целью изобретения является способ и устройство для питания нагрузки, позволяющие регулировать напряжение на нагрузке и балансировать напряжения секций с электрохимическими источниками тока при разряде последних на нагрузку. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется тем, что в устройстве, состоящем из секций с одинаковыми электрохимическими источниками тока, измеряют напряжение электрохимических источников тока каждой секции, выбирают секции с наибольшим напряжением заряда электрохимических источников тока, суммарно обеспечивающих требуемое напряжение на нагрузке, включают (выключают) выбранные секции источника электропитания в определенной последовательности с задержкой (опережением) по времени относительно ранее включенной (выключенной) секции. Кроме того, для сглаживания пульсаций действующего напряжения и регулирования действующего напряжения на нагрузке в диапазоне от нуля до максимального значения, равного сумме напряжений заряда электрохимических источников тока всех секций, производят импульсную модуляцию с регулируемым коэффициентом заполнения напряжения электрохимического источника тока, по крайней мере, одной секции. Балансировка напряжений электрохимических источников секций заключается в уменьшении разницы напряжений заряда электрохимических источников тока секций. Это достигается выбором для разряда на нагрузку секций с электрохимическими источниками тока с наибольшим напряжением заряда и сокращением времени разряда выбранных секций с меньшим напряжением заряда источников, а также импульсной модуляцией напряжения секций с меньшим напряжением заряда. Устройство, реализующее способ, состоит из M последовательно соединенных секций, содержащих последовательно соединенные электрохимический источник тока и коммутатор, подключенный к общей схеме управления. Каждая секция шунтирована вентилем, включенным встречно источнику шунтируемой секции. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Данное изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам для питания нагрузки электрическим током от электрохимических источников тока, например, аккумуляторных батарей большой энергоемкости.

Предложенные способ и устройство предназначены, преимущественно, для электропитания высоким напряжением экспериментальных физических установок.

Уровень техники.

Известно устройство для электропитания нагрузки, в котором реализован способ балансировки последовательно соединенных секций электрохимических источников тока путем подзарядки наиболее разряженной секции от дополнительного источника питания [Устройство для питания нагрузки: пат. РФ 2293417, МПК H02J 7/34 (2006.01) / Литвиненко C.B., Дзенкевич А.В. Сизов М.В., Разумов С.Н.; заявитель и патентообладатель Разумов C.H. - №2002107406/09, заявл. 26.03.2002; опубл. 10.02.2007, Бюл. №4. - 7 с.: ил.]. Дополнительный источник питания включает в себя генератор импульсов, многообмоточный разделительный трансформатор, выпрямители, к выходам которых подключены химические источники энергии всех секций.

Недостатком такого способа и устройства является использование дополнительного источника питания, что усложняет конструкцию и снижает надежность.

Известен также способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания [Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания: пат. РФ 2461102, МПК Н01M 10/44 (2006.01), Н01M 10/0525 (2010.01) / Опенько С.И., Нестеришин М.В., Коротких В.В.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (РФ) - №2011112749/07, заявл. 01.04.2011; опубл. 10.09.2012, Бюл. №25. - 7 с.: ил.].

Этот способ включает периодическую балансировку соединенных последовательно секций аккумуляторов по напряжению, путем выбора аккумулятора с наименьшим напряжением, подключения к оставшимся аккумуляторам индивидуальных разрядных резисторов с последующим отключением соответствующих резисторов при достижении напряжения на соответствующих аккумуляторах до уровня напряжения первоначально выбранного аккумулятора. Балансировку аккумуляторов по напряжению проводят в процессе заряда (подзаряда) секций аккумуляторной батареи, при этом сравнение напряжения каждого балансируемого аккумулятора с напряжением первоначально выбранного аккумулятора проводят по текущему значению последнего. Устройство для реализации этого способа содержит M секций аккумуляторов соединенных последовательно, разрядные сопротивления, подключенные параллельно каждой секции через управляемые коммутаторы.

Этот способ является наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату и был принят за прототип изобретения.

Недостатком прототипа являются потери электрической энергии на разрядных сопротивлениях. Кроме этого, балансировка не производится в течение разряда аккумуляторов на нагрузку. Последнее особенно важно при длительной работе аккумуляторов на нагрузку, при которой и происходит разбалансировка секций аккумуляторной батареи. Кроме того, устройство не позволяет регулировать величину напряжения на нагрузке во время разряда.

Раскрытие изобретения.

Техническая задача изобретения заключается в разработке системы бесконтактной коммутации последовательно соединенных химических источников тока (аккумуляторов) с помощью мощных транзисторов и быстрых диодов, что давало бы возможность осуществлять регулировку напряжения в процессе разряда на группе последовательно соединенных аккумуляторов и проводить их балансировку.

Целью данного изобретения является способ и устройство для электропитания нагрузки с возможностью регулирования напряжения на нагрузке и балансировки напряжения последовательно соединенных секций с электрохимическими источниками тока, например, аккумуляторными батареями, при разряде последних на нагрузку.

Способ заключается в том, что измеряют напряжение электрохимических источников тока каждой секции, выбирают секции с наибольшим напряжением заряда электрохимических источников тока, суммарно обеспечивающих требуемое напряжение на нагрузке, и включают для разряда на нагрузку выбранные секции. В процессе разряда на нагрузку при достижении минимально допустимого значения напряжения одной из секций ее выключают. Во время дальнейшего разряда на нагрузку секций, оставшихся включенными, в результате снижения напряжения на них происходит уменьшение разброса значений напряжений на электрохимических источниках, находящихся во включенных и невключенных секциях. Тем самым производят балансировку источников секций.

После выключения секции с электрохимическим источником тока с минимально допустимым значением напряжения, включают секцию, из числа невключенных секций, имеющую максимальное напряжение электрохимического источника тока.

С целью регулирования напряжения на нагрузке, включают (выключают) секции источника электропитания в определенной последовательности с задержкой (опережением) по времени относительно ранее включенной (выключенной) секции, причем секции с большим напряжением заряда, включают на больший период времени.

С целью улучшения качества напряжения на нагрузке, путем снижения на нагрузке интенсивности наброса энергии при включении секций и сброса энергии при их отключении в процессе ступенчатого регулирования, осуществляют импульсную модуляцию (ИМ), позволяющую изменять коэффициент заполнения, например, широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) разрядного напряжения электрохимического источника тока, по крайней мере, в одной секции. Пачки широтно-модулированных импульсов напряжения источника этой секции включают непосредственно перед включением и после выключения напряжения очередной секции. При этом пульсации действующего напряжения относительно высокочастотной ШИМ сглаживаются на реактивных составляющих сопротивления нагрузки.

С целью балансировки последовательно включенных секций по напряжению при длительном разряде устройства на нагрузку, осуществляют ШИМ напряжения электрохимических источников тока всех включенных секций кроме включенной секции с наибольшим напряжением электрохимического источника тока. Причем длительность пауз ШИМ пропорциональна разнице напряжений между наибольшим напряжением включенной секции и напряжением модулируемого источника данной секции.

При балансировке длительность пауз ШИМ пропорциональна разнице напряжений между наибольшим напряжением включенной секции и минимальным напряжением другой включенной секции с минимальным напряжением.

Для снижения пульсаций напряжения на нагрузке при балансировке, паузы ШИМ разных включенных секций сдвинуты по времени относительно друг друга так, что не совпадают по времени. При этом амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке не превышает напряжения электрохимического источника тока одной секции.

Для снижения пульсаций напряжения на нагрузке при балансировке, на время пауз ШИМ включенных секций, включают электрохимический источник тока выключенной секции с максимальным напряжением.

Устройство для питания нагрузки от электрохимических источников тока, состоящее из последовательно соединенных M секций, каждая из которых содержит электрохимический источник тока, например аккумуляторную батарею, и управляемый коммутатор, например транзисторный ключ. Кроме того, содержится схема управления коммутаторами, которая подключена к управляющим электродам коммутаторов. Причем цепи управления каждого коммутатора не связаны с цепями управления остальных коммутаторов и обеспечивают независимое управление каждым коммутатором. Электрохимический источник энергии и управляемый коммутатор каждой секции соединены согласно-последовательно и подключены к выходным зажимам секции. Таким образом, во включенном состоянии коммутаторов, электрохимические источники всех секций соединены согласно-последовательно. Свободные выводы последовательно соединенных секций являются полюсами и выведены для подключения к нагрузке и схеме управления. Между выводами каждой секции включен шунтирующий вентиль в полярности встречной полярности электрохимического источника тока данной секции.

Краткое описание чертежей.

Сущность предложенного способа и устройства поясняется прилагаемыми чертежами. На фиг. 1-8, представлены графики напряжений Uа, …Uд на секциях электрохимических источников тока и на нагрузке в зависимости от времени t, поясняющие работу предложенных вариантов способа и устройства. На фиг. 9 показана электрическая схема устройства для электропитания нагрузки.

Осуществление изобретения.

Варианты осуществления способа.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 1, где показаны в зависимости от времени напряжения трех секций Ua, Uб, Uв и их суммарное напряжение Uг. Вариант способа заключается в том, что измеряют напряжение электрохимических источников тока каждой секции, включают для работы на нагрузку секции с наибольшим напряжением, в данном случае три секции с напряжением Ua, Uб, Uв, показанных на графиках, совместно обеспечивающих требуемое напряжение на нагрузке. В процессе разряда электрохимических источников тока происходит разбалансировка секций. При достижении напряжением одной из секций, например Uв, значения выбранного минимально допустимым при разбалансировке, в момент времени t2, эту секцию отключают. При продолжении разряда оставшихся подключенных секций Ua, Uб, в период времени t2-t3 происходит снижение напряжения на них, разница между напряжением отключенной секции Uв и оставшимися в состоянии разряда секциями Ua, Uб, уменьшается, а, следовательно, происходит балансировка электрохимических источников энергии.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 2, где показаны в зависимости от времени напряжения четырех секций Ua, Uб, Uв, Uг и их суммарное напряжение Uд. Вариант способа заключается в том, что измеряют напряжение электрохимических источников тока каждой секции, включают для работы на нагрузку секции с наибольшим напряжением, в данном случае три секции Ua, Uб, Uв с напряжением, показанных на графиках, совместно обеспечивающих требуемое напряжение на нагрузке. В процессе разряда электрохимических источников энергии тока происходит разбалансировка секций. При достижении напряжением одной из секций, значения выбранного минимально допустимым при разбалансировке, в момент времени t2 эту секцию отключают. После отключения секции с электрохимическим источником тока с минимально допустимым значением напряжения, например Uв, включают секцию с максимальным напряжением, из числа невключенных. В данном случае включают секцию с напряжением Uг в момент времени t2. При этом суммарное напряжение Uд в течение всего времени разряда t1-t3 практически не изменяется. Разряд включенных секций сближает по величине их напряжение с напряжением невключенных секций, следовательно, производится балансировка секций источников питания.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 3, где показаны в зависимости от времени напряжения трех секций Ua, Uб, Uв и их суммарное напряжение Uг при регулировании суммарного напряжения на нагрузке. Вариант способа заключается в том, что балансировка производится в процессе регулирования напряжения на нагрузке с целью создания определенной формы суммарного напряжения. При этом секции включают (выключают) в определенной последовательности с задержкой (опережением) по времени относительно ранее включенной (выключенной) секции. Таким образом, суммарное напряжение всех включаемых секций обеспечивает требуемую форму суммарного напряжения. Для балансировки, секции с большим напряжением заряда, включают на больший период времени. Балансировка происходит благодаря тому, что секции с большим зарядом разряжаются в большей степени, чем секции с меньшим зарядом за меньшее время при равном токе разряда. На данных графиках секции с напряжениями заряда Ua, Uб, Uв включают в моменты времени t1, t2, t3 и выключают в моменты времени t4, t5, t6. При этом формируются длительности напряжений Ua, Uб, Uв соответственно равные t6-t1, t5-t2, t4-t3. Суммарное напряжение Uг имеет форму близкую к трапециевидной. Для балансировки секций при таком режиме разряда предварительно выбирают секции с наибольшими напряжениями заряда, в данном случае Ua, Uб, Uв. Если напряжения распределены между секциями в порядке Ua>Uб>Uв, то длительности включенного состояния соответствующих секций выбирают t6-t1> t5-t2> t4-t3. Выбор секций с наибольшим зарядом для формирования напряжения позволяет выполнить балансировку между включаемыми и не включаемыми секциями. Балансировку между включаемыми секциями производят выбором длительности включения секций в процессе разряда на нагрузку.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 4, где показаны в зависимости от времени напряжения трех секций Ua, Uб, Uв и их суммарное напряжение Uг при регулировании суммарного напряжения на нагрузке с применением ШИМ на секции Uв. Вариант способа заключается в том, что с целью улучшения качества напряжения, формируемого сложением напряжений Ua и Uб, производится снижение на нагрузке интенсивности наброса энергии при включении секций с напряжением Ua и Uб и сброса энергии при их отключении в процессе ступенчатого регулирования (сглаживания действующего напряжения). По крайней мере, в одной секции с напряжением Uв, осуществляют импульсную модуляцию (ИМ) позволяющую изменять коэффициент заполнения, например, широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) разрядного напряжения электрохимического источника. В данном случае формируют пачки широтно-модулированных импульсов напряжения Uв непосредственно перед включением и после выключения напряжений Ua и Uб. Для формирования ШИМ напряжения Ua и Uб используется электрохимический источник энергии отдельной секции. Напряжение Uг, равное сумме напряжений Ua, Uб, Uв, подается на нагрузку. При этом действующее значение этого напряжения сглажено.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 5, где показаны в зависимости от времени напряжения двух секций Ua, Uб и их суммарное напряжение Uг при регулировании суммарного напряжения на нагрузке с применением ШИМ на секциях Ua, Uб. Вариант способа заключается в том для ШИМ используют электрохимические источники с напряжением Ua и Uб с длительными участками соответственно t2-t5 и t3-t4, предназначенным для формирования основной по длительности части напряжения без импульсной модуляции. Для сглаживания скачка при включении и спада при выключении напряжений Ua и Uб, их начальные участки t1-t2 и t2-t3, а также конечные участки t4-t5 и t5-t6 подвергают ШИМ, в результате чего происходит сглаживание действующего значения напряжений Ua и Uб, а, следовательно, и суммарного напряжения Uг. При этом суммарное напряжение Uг полностью совпадает с напряжением Uг на фиг. 4.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 6, где показаны в зависимости от времени напряжения трех секций Ua, Uб, Uв и их суммарное напряжение Uг при балансировке секций и регулировании суммарного напряжения на нагрузке с применением ШИМ на секции Uв. Вариант способа заключается в том, что балансируют секции Ua, Uб, Uв и регулируют действующее напряжение на выходе устройства Uг при длительном разряде на нагрузку. Для этого ШИМ подвергают наименьшее напряжение Uв включенных секций в течение всего времени разряда. В связи меньшим разрядом электрохимического источника с регулируемым ШИМ разрядом, происходит балансировка заряда включенных секций. Регулирование действующего напряжения за счет ШИМ по крайней мере одной секции, в сочетании с включением (выключением) не регулируемых ШИМ секций, позволяет регулировать суммарное действующее напряжение всех секций в диапазоне от нуля до суммы напряжений электрохимических источников всех секций.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 7, где показаны в зависимости от времени напряжения трех секций Ua, Uб, Uв и их суммарное напряжение Uд при балансировке секций и регулировании суммарного напряжения на нагрузке с применением ШИМ на секциях Uб, Uв. Вариант способа заключается в том, что регулируют действующее напряжение на выходе устройства Uг при длительном разряде на нагрузку. Для этого ШИМ подвергают напряжения всех секций кроме секции с максимальным напряжением заряда Ua. При этом импульсы ШИМ всех секций с модулируемым напряжением имеют одинаковую частоту, и сдвинуты по времени так, что паузы между импульсами секций не совпадают друг с другом. Так на данном рисунке импульсы напряжений Uб и Uв сдвинуты на время t5-t3. Это обеспечивает ограничение величины пульсаций суммарного напряжения всех секций величиной напряжения заряда электрохимического источника одной секции и кратно увеличивает частоту пульсаций, что облегчает их фильтрацию в нагрузке.

Вариант осуществления способа иллюстрируется на фиг. 8, где показаны в зависимости от времени напряжения четырех секций Ua, Uб, Uв, Uг и их суммарное напряжение Uд при балансировке секций и регулировании суммарного напряжения на нагрузке с применением ШИМ на секциях Uб, Uв и Uг. Вариант способа заключается в том, что для устранения пульсаций суммарного напряжения всех включенных секций Ua, Uб, Uв производят импульсную модуляцию напряжения электрохимического источника с наименьшим напряжением заряда Uг. При этом длительность и положение по времени импульсов Uг совпадают с паузами пульсаций суммарного напряжения остальных включенных секций Ua, Uб, Uв. В результате этого суммарное напряжение ид практически не имеет пульсаций.

Описание конструкции устройства.

Электрическая схема устройства для питания нагрузки от электрохимических источников тока (п. 9 формулы изобретения) показана на фиг. 9. Устройство состоит из соединенных последовательно секций 1-1…1-М. Каждая секция содержит электрохимический источник энергии 2-1…2-М и управляемый коммутатор 3-1…3-М, соединенные согласно-последовательно. Между выводами каждой секции включен шунтирующий вентиль 4-1…4-М в полярности встречной полярности электрохимического источника тока 2-1…2-М данной секции. Кроме того, содержится схема управления коммутаторами 5, которая подключена к управляющим электродам коммутаторов 3-1…3-М. Свободные концы последовательно соединенных секций выведены для подключения к схеме управления 5 и нагрузке 6.

Работа устройства.

Устройство для питания нагрузки от электрохимических источников тока (фиг. 9) работает следующим образом. В исходном состоянии все управляемые коммутаторы 3-1…3-М выключены. При этом напряжение и ток нагрузки 6 равны нулю. При подаче сигналов управления от схемы управления 5 на N (где N≤M) управляемых коммутаторов 3 последние включаются и замыкают электрическую цепь, содержащую N электрохимических источников секций 2 и M-N вентилей 4, шунтирующих секции с невключенными управляемыми коммутаторами 3. При этом на нагрузку 6 подается напряжение, равное сумме напряжений N включенных секций. Шунтирующие вентили 4 включенных секций заперты обратным напряжением электрохимических источников 2, шунтируемых этими вентилями секций. Регулирование напряжения на нагрузке 6 производится тем, что в процессе разряда включенных секций по сигналам от схемы управления 5 производится дополнительно включение невключенных секций, или выключение ранее включенных секций. При этом происходит ступенчатое изменение напряжения на нагрузке 6, показанное на фиг. 1-3. Для плавного изменения действующего напряжения на нагрузке 6, выполняют импульсное модулирование с регулируемым коэффициентом заполнения (например, ШИМ) напряжения, по крайней мере, одного электрохимического источника 2. Примеры регулирования напряжения с использованием ШИМ показаны на фиг. 4-8.

На фиг. 4 и 5 ШИМ напряжения используется для формирования относительно короткого импульса со сглаженным действующим напряжением на нагрузке 6 путем формирования ШИМ фронтов напряжения. На фиг. 4 для ШИМ используется специально выделенный электрохимический источник одной из включенных секций с напряжением Uв. На фиг. 5 ШИМ подвергается напряжения Ua и Uб всех включенных секций в начале и в конце импульсов. В обоих случаях напряжение на нагрузке, равное сумме напряжений включенных источников, одинаково.

На фиг. 6 и 7 ШИМ напряжения используется для регулирования действующего напряжения на нагрузке в течение длительной работы. На фиг. 6 для ШИМ используется специально выделенный электрохимический источник одной из включенных секций с напряжением Uв. ШИМ напряжения одной секции позволяет плавно регулировать действующее напряжение на нагрузке равное суммарному действующему напряжению всех включенных секции в диапазоне от нуля до максимального значения, путем простого включения дополнительных секций.

На фиг. 7 ШИМ подвергается напряжения Uб и Uв всех электрохимических источников включенных секций. При этом импульсы ШИМ всех секций с модулируемым напряжением имеют одинаковую частоту, и сдвинуты по времени так, что паузы между импульсами секций не совпадают друг с другом. Так на данном рисунке импульсы напряжений Uб и Uв сдвинуты на время t5-t3. Это обеспечивает ограничение величины пульсаций суммарного напряжения всех секций величиной напряжения заряда электрохимического источника одной секции и кратно увеличивает частоту пульсаций.

Балансировка напряжений электрохимических источников секций заключается в уменьшении разницы их напряжений заряда. Разница напряжений заряда возникает в результате технологических разбросов параметров электрохимических источников при разряде их на нагрузку одним по значению током. Следовательно, разница напряжений заряда сокращается, если в течение разряда сокращать время разряда источников с меньшим напряжением заряда, относительно времени разряда источников с большим напряжением заряда. Этим достигается балансировка напряжений электрохимических источников последовательно соединенных секций. Сокращение времени разряда электрохимических источников достигается при следующих условиях:

- Включение для разряда на нагрузку секций с электрохимическими источниками, имеющими большее напряжение заряда.

- Выключение источника с наименьшим напряжением заряда.

- Включение на больший период времени электрохимических источников с большим напряжением заряда, относительно периода времени включения электрохимических источников с меньшим напряжением заряда.

- Использование импульсной модуляции с регулированием коэффициента заполнения для источников с относительно низким напряжением заряда.

Измерение напряжения на каждом электрохимическом источнике и нагрузке, а также выработку управляющих сигналов на коммутаторы выполняет схема управления 5.

Данное техническое решение позволяет регулировать напряжение источника электропитания во всем диапазоне от нуля до суммарного напряжения всех M секций. Балансировка последовательно соединенных электрохимических источников питания производится в течение разряда их на нагрузку. При этом регулирование действующего напряжения и балансировка тесно связаны и выполняются одновременно за счет импульсной модуляции напряжения секции, а также за счет выбора секций для включения и выключения. Предложенный источник электропитания нагрузки может использоваться как самостоятельно, так и в качестве источника вольтодобавки более мощного источника.

1. Способ для питания нагрузки от электрохимических источников тока заключается в том, что в устройстве, состоящем из секций с одинаковыми электрохимическими источниками тока, измеряют напряжение электрохимических источников тока каждой секции, выбирают секции с наибольшим напряжением заряда электрохимических источников тока, суммарно обеспечивающих требуемое напряжение на нагрузке, включают последовательно выбранные секции для разряда на нагрузку, отличающийся тем, что в процессе разряда на нагрузку измеряют напряжение на каждой включенной секции и при достижении значения напряжения, принятого минимально допустимым, одной из секций ее выключают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после выключения секции с электрохимическим источником тока с минимально допустимым значением напряжения включают секцию из числа невключенных секций, имеющую максимальное напряжение электрохимического источника тока.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью регулирования напряжения на нагрузке, включают (выключают) секции источника электропитания в определенной последовательности с задержкой (опережением) по времени относительно ранее включенной (выключенной) секции, причем секции с большим напряжением заряда включают на больший период времени.

4. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества напряжения на нагрузке, путем снижения на нагрузке интенсивности наброса энергии при включении секций и сброса энергии при их отключении в процессе ступенчатого регулирования осуществляют импульсную модуляцию (ИМ), позволяющую изменять коэффициент заполнения, разрядного напряжения электрохимического источника, по крайней мере в одной секции, причем пачки широтно-модулированных импульсов напряжения данного источника включают непосредственно перед включением и после выключения напряжения очередной секции.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что, с целью балансировки последовательно включенных секций по напряжению при длительном разряде устройства на нагрузку, осуществляют импульсную модуляцию напряжения электрохимических источников тока всех включенных секций кроме включенной секции с наибольшим напряжением электрохимического источника тока, причем длительность пауз импульсной модуляции пропорциональна разнице напряжений между наибольшим напряжением включенной секции и напряжением модулируемого источника данной секции.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что длительность пауз импульсной модуляции пропорциональна разнице напряжений между напряжением включенной секции с наибольшим напряжением заряда и напряжением другой включенной секции с минимальным напряжением заряда.

7. Способ по пп. 4-6, отличающийся тем, что паузы импульсной модуляции разных включенных секций сдвинуты по времени относительно друг друга так, что не совпадают по времени.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что на время пауз импульсной модуляции включенных секций включают электрохимический источник тока выключенной секции с максимальным напряжением.

9. Устройство для питания нагрузки от электрохимических источников тока, состоящее из последовательно соединенных М секций, каждая из которых содержит электрохимический источник тока, например аккумуляторную батарею, и управляемый коммутатор, например транзисторный ключ, кроме того, содержится схема управления коммутаторами, которая подключена к управляющим электродам коммутаторов, отличающееся тем, что электрохимический источник энергии и управляемый коммутатор каждой секции соединены согласно-последовательно и подключены к выходным зажимам секции, свободные выводы последовательно соединенных секций являются полюсами и выведены для подключения к нагрузке и схеме управления, а между выводами каждой секции включен шунтирующий вентиль в полярности встречной полярности электрохимического источника тока данной секции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу зарядки воздушно-цинкового элемента, характеризующемуся тем, что потенциал отрицательного электрода во время зарядки меньше или равен критическому потенциалу процесса заряда.

Изобретение относится к электротехнической промышленности. Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из «n» последовательно соединенных аккумуляторов заключается в контроле напряжения аккумуляторов, отключении заряда по достижении напряжения любого из аккумуляторов заданного максимального значения и балансировке, во время проведения заряда аккумуляторной батареи, аккумуляторов по напряжению подразрядом на балансировочные резисторы.

Использование: в области электротехники при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах для регулирования выходного напряжения генератора переменного тока, используемого для поддержания заряда (зарядки) аккумуляторов.

Использование - в области электротехники. Технический результат - обеспечение стабильной величины энергии аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Устройство для зарядки вагонных аккумуляторных батарей при длительной стоянке железнодорожного состава включает в себя подвагонный генератор с приводом от колесной пары, клиноременную передачу с натяжным устройством.

Изобретение относится к контролю аккумуляторных батарей. Технический результат - увеличение срока службы аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных системах электрических транспортных средств. Техническим результатом является возможность осуществления в сочетании с электромотором выборочного управления скоростью и восстановления заряда аккумулятора в соответствии с выходными параметрами мотора.

Предлагаемое изобретение относится к эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Изобретение относится к эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Изобретение относится к способу эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) летательных аппаратов (ЛА), функционирующих на низкой околоземной орбите. Повышение надежности и живучести СЭП модульного типа без ухудшения технических характеристик ЛА является техническим результатом изобретения. При эксплуатации АБ осуществляют контроль параметров каждой АБ, например текущей электрической емкости, напряжения, температуры, проводят периодически один раз в каждые 6-9 месяцев запрета заряда для одной из АБ (АБi) для выполнения формовочного цикла (ФЦ), при использовании в качестве разрядной нагрузки для формуемой АБ бортовой аппаратуры ЛА, повторяют аналогичную последовательность операций для последующей АБj, при этом проводят изменение при необходимости конфигурации СЭП по разовым командам коммутационной аппаратуры, для чего из двух подсистем, включенных между собой параллельно, образуют базовый модуль, при штатной эксплуатации СЭП используют не менее двух модулей, а для изменения конфигурации СЭП используют аварийную шину автономно для каждого модуля, не имеющую электрической связи с аварийными шинами других модулей. Изменение конфигурации СЭП осуществляют на теневых или световых участках орбиты летательного аппарата в зависимости от способа ориентирования панелей фотоэлектрической батареи, причем номера витков орбиты летательного аппарата, на которых выполняются коммутации аварийной шины, выбирают исходя из условия обеспечения глубины разряда формируемой АБ более 95% от номинального значения. 2 ил.,1 пр.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ускоренного заряда никель-кадмиевых батарей, формирования и восстановления их емкости при вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании, регламентных работах. Техническим результатом является увеличение надежности работы устройства заряда и разряда аккумуляторных батарей, снижение требований к емкости буферного накопителя и расширение его функциональных возможностей. Способ включает синхронизированное смещение по времени разрядных импульсов, контроль скорости нарастания тока, а также управление скоростью изменения тока для уменьшения уровня излучаемых помех. В качестве устройства, реализующего способ, использована многоканальная автоматизированная система заряда аккумуляторных батарей с блоком управления режимом асимметричного тока, блоком рекуперации энергии разрядного импульса и разрядного постоянного тока и буферным накопителем энергии. В разрядно-зарядные блоки каждого канала данной системы введены блок синхронизации режима асимметричного тока, блок управления скоростью изменения тока и блок управления режимом работы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Транспортное средство включает в себя: электрическое аккумуляторное устройство, первый температурный датчик, сконфигурированный для определения температуры аккумулятора, второй температурный датчик, сконфигурированный для определения температуры окружающей среды, нагреватель, сконфигурированный для нагрева аккумулятора и контроллер, сконфигурированный для управления нагревателем. Контроллер вычисляет при установке времени окончания внешней зарядки остающегося периода времени от текущего времени до времени окончания внешней зарядки, определяет период времени увеличения температуры, который соответствует взаимосвязи между остающимся периодом времени, температурой аккумулятора, температурой окружающей среды и периодом времени увеличения температуры. При включении нагревателя температура аккумулятора достигает целевой температуры в момент времени окончания внешней зарядки. Технический результат заключается в обеспечении требуемого уровня зарядки и заданной температуры аккумулятора ко времени окончания зарядки. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Представлен способ регулировки небезопасных термических условий в индуктивной беспроводной зарядной системе в транспортном средстве. Способ относится к процессу индуктивной зарядки заряжаемого устройства с использованием индуктивного зарядного устройства. Способ предусматривает на основании обнаруженных температурных показателей регулирование количества электроэнергии, подаваемой на заряжаемое устройство от зарядного устройства. Кроме того, температурные параметры, относящиеся к по меньшей мере одному заряжаемому устройству сохраняют в базе данных. Если обнаружено, что устройство в индуктивном зарядном устройстве также подключено и к проводному источнику зарядки, предусмотрено отключение индуктивного зарядного устройства. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к источникам питания и схеме его зарядки. Сущность: когда источник питания находится в состоянии зарядки, измеряют микросхемой управления источником питания напряжение на положительном электроде аккумуляторного элемента внутри источника питания через контрольный вывод источника питания, электрически соединенный с положительным электродом аккумуляторного элемента. При этом положительный электрод аккумуляторного элемента соединен с положительным выводом источника питания через защитный элемент. Сравнивают напряжение, измеренное на положительном электроде, с заранее заданным напряжением. Если определено, что напряжение на положительном электроде аккумуляторного элемента не ниже, чем заранее заданное напряжение, обеспечивают изменение режима зарядки источника питания с режима зарядки неизменяющимся постоянным током на режим зарядки неизменяющимся постоянным напряжением. Микросхема управления источником питания переключает режим зарядки источника питания только тогда, когда обнаруживает, что напряжение аккумуляторного элемента достигло заранее заданного напряжения. Технический результат: повышение скорости зарядки и сокращение времени зарядки. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

Группа изобретений относится к электрическим схемам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Устройство управления подачей электрической энергии для устройства подачи электрической энергии, включающего в себя множество аккумуляторных батарей и генератор электрической энергии, выполняющий зарядку множества аккумуляторных батарей, причем устройство управления подачей электрической энергии управляет параллельным соединением между множеством аккумуляторных батарей. Регулирование напряжения выполняется при обработке зарядки посредством подачи электрической энергии из генератора в аккумуляторную батарею, имеющую наименьшее выходное напряжение при обработке разрядки посредством подачи электрической энергии из аккумуляторной батареи, имеющей наибольшее выходное напряжение, в нагрузочную схему, соединенную с аккумуляторной батареей, имеющей наибольшее выходное напряжение. Параллельное соединение выполняется в случае, если разность выходных напряжений между множеством аккумуляторных батарей становится равной или меньше заранее определенного порогового значения. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства управления подачей электроэнергии для параллельного соединения аккумуляторов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, используемых для энергообеспечения потребителей на космических аппаратах. Способ проведения режима циклирования герметичных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей содержит выдачу команды на включение режима циклирования, снятие тока разряда заданной величины с аккумуляторной батареи, измерение значения тока разряда аккумуляторной батареи, ее напряжения и температуры и сравнение значения тока разряда аккумуляторной батареи с заданной величиной, прекращение снятия тока разряда с аккумуляторной батареи при достижении установленного минимального предельного значения напряжения аккумуляторной батареи в отличие от прототипа после прекращения снятия тока разряда с аккумуляторной батареи выдают команды на прекращение режимов разряда-заряда аккумуляторной батареи, проводят контроль снижения температуры аккумуляторной батареи до заданного значения, при достижении которого проводят подачу тока заряда заданной величины, измерение значения тока заряда аккумуляторной батареи, ее напряжения и температуры и сравнение значения тока заряда аккумуляторной батареи с заданной величиной, далее проводят повторение цикла заряд-разряд-заряд. Снижение скорости температуры нагрева аккумуляторных батарей в процессе их эксплуатации, повышение эффективности и увеличение срока эксплуатации, является техническим результатом изобретения. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, в том числе в автономных системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ). Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи заключается в проведении зарядно-разрядных циклов, хранении в заряженном состоянии и балансировке аккумуляторов по напряжению, при этом балансировку проводят путем подзаряда от индивидуальных источников напряжения или тока с одновременным разрядом каждого аккумулятора на индивидуальные резисторы, равные между собой по величине сопротивления, которую определяют исходя из соотношения: R=Uмах акк/Iподз, где R - величина сопротивления резистора, Ом; Uмах акк - максимальное значение напряжения аккумулятора, В; Iподз - величина тока подзаряда при максимальном значении напряжения аккумулятора, А. Повышение надежности эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности зарядки. Согласно способу устанавливают соединение первого электронного устройства со вторым электронным устройством; получают во втором электронном устройстве информацию о напряжении зарядки в режиме реального времени для первого электронного устройства; и управляют, во время зарядки первого электронного устройства вторым электронным устройством, во втором электронном устройстве с целью подачи напряжения зарядки на первое электронное устройство в соответствии с информацией о напряжении зарядки в режиме реального времени для первого электронного устройства, что делают с целью зарядки первого электронного устройства. При этом способе зарядки электроэнергией преобразование напряжения во время зарядки может быть выполнено только один раз во втором электронном устройстве. По сравнению со способом зарядки электроэнергией, в котором напряжение нужно преобразовывать как в первом, так и во втором электронных устройствах, здесь удалена процедура преобразования напряжения в первом электронном устройстве и, таким образом, может быть уменьшено потребление электроэнергии во время преобразования напряжения и может быть улучшена эффективность зарядки электроэнергией. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – более точное определение времени начала балансировки аккумуляторов. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли заключается в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранении в подзаряженном состоянии. Согласно способу периодически после проведения заряда или перед планируемым разрядом аккумуляторной батареи рассчитывают скорость саморазряда аккумулятора с минимальным текущим напряжением и максимальное время до достижения этим аккумулятором критичного снижения текущей емкости, а балансировку проводят не позднее рассчитанного времени. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам для питания нагрузки электрическим током от электрохимических источников тока, например аккумуляторных батарей большой энергоемкости. Целью изобретения является способ и устройство для питания нагрузки, позволяющие регулировать напряжение на нагрузке и балансировать напряжения секций с электрохимическими источниками тока при разряде последних на нагрузку. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется тем, что в устройстве, состоящем из секций с одинаковыми электрохимическими источниками тока, измеряют напряжение электрохимических источников тока каждой секции, выбирают секции с наибольшим напряжением заряда электрохимических источников тока, суммарно обеспечивающих требуемое напряжение на нагрузке, включают выбранные секции источника электропитания в определенной последовательности с задержкой по времени относительно ранее включенной секции. Кроме того, для сглаживания пульсаций действующего напряжения и регулирования действующего напряжения на нагрузке в диапазоне от нуля до максимального значения, равного сумме напряжений заряда электрохимических источников тока всех секций, производят импульсную модуляцию с регулируемым коэффициентом заполнения напряжения электрохимического источника тока, по крайней мере, одной секции. Балансировка напряжений электрохимических источников секций заключается в уменьшении разницы напряжений заряда электрохимических источников тока секций. Это достигается выбором для разряда на нагрузку секций с электрохимическими источниками тока с наибольшим напряжением заряда и сокращением времени разряда выбранных секций с меньшим напряжением заряда источников, а также импульсной модуляцией напряжения секций с меньшим напряжением заряда. Устройство, реализующее способ, состоит из M последовательно соединенных секций, содержащих последовательно соединенные электрохимический источник тока и коммутатор, подключенный к общей схеме управления. Каждая секция шунтирована вентилем, включенным встречно источнику шунтируемой секции. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх