СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ДВА УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H02J7/14 H02P9/30 B60L11/02 

Описание патента на изобретение RU2261512C1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания подвижных объектов, требующих два уровня напряжения при одном источнике питания.

Известны системы электропитания на два уровня напряжения, содержащие генератор переменного тока с регулятором напряжения и выпрямителем, и две последовательно соединенные аккумуляторные батареи, в которых основной уровень напряжения образуется выпрямлением напряжения генератора и поддерживается постоянным на основном аккумуляторе регулятором напряжения. Второй, нерегулируемый уровень напряжения на дополнительном аккумуляторе, формируется отдельным трансформатором и дополнительным выпрямителем [1] или только одним дополнительным выпрямителем [2].

Недостатком указанных систем является их низкая надежность вследствие малого срока службы аккумуляторной батареи второго уровня из-за ее перезаряда.

Система электропитания на два уровня напряжения, выбранная за прототип [3], содержит зарядную систему на 24 вольта с регулятором напряжения, к выходу которой подключены 24-вольтовая нагрузка, две последовательно соединенные аккумуляторные батареи и делитель напряжения. Система содержит полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения, входы которого подключены между выходом зарядной системы и средней точкой подключения аккумуляторных батарей, а к его выходу относительно общего "минуса" системы подключены 12-вольтовая нагрузка и средняя точка аккумуляторных батарей. Система содержит также пороговый регулятор с петлей гистерезиса в передаточной характеристике, первый вход которого подключен к делителю напряжения, второй вход - к средней точке аккумуляторных батарей, а выход - ко входу включения преобразователя напряжения.

Система позволяет регулировать напряжение на обеих аккумуляторных батареях при использовании имеющейся зарядной системы, однако обладает при этом следующими недостатками:

- в случае ее подключения выводами верхней аккумуляторной батарей 20 (см. схему) к 12-вольтовой зарядной системе, которой снабжены многие подвижные объекты, она не обеспечивает надежного регулирования уровней напряжения питания вследствие появления "плавающего" опорного напряжения;

- как правило, режим работы полупроводникового преобразователя на малое внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи близок к режиму короткого замыкания и "просадки" напряжения на аккумуляторной батарее при отсутствии устройства регулирования тока вызывают значительное увеличение тока через его силовые ключи;

- вследствие того, что система не имеет устройства минимизации разряда аккумуляторных батарей, при длительной стоянке подвижного объекта с неработающим двигателем, снижается надежность системы в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности системы электропитания на два уровня напряжения при ее установке в подвижном объекте с 12 вольтовой зарядной системой.

Согласно предлагаемому изобретению решение поставленной задачи достигается тем, что в системе электропитания подвижных объектов на два уровня напряжения, содержащей зарядную систему в виде генератора переменного тока с регулятором напряжения и выпрямителем, две последовательно соединенные аккумуляторные батареи, полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения и пороговый регулятор, имеющий в передаточной характеристике петлю гистерезиса, вход которого подключен к делителю напряжения, a выход - к входу включения полупроводникового преобразователя:

- выход зарядной системы подключен к аккумуляторной батарее первого уровня и через первые контакты введенного управляемого коммутационного устройства, выполненного на контакторе, обмотка которого подключена к ключу "ЗАЖИГАНИЕ", - ко входу полупроводникового преобразователя, выход которого через вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, при этом делитель напряжения через первые и вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, а на входе полупроводникового преобразователя введена обратная связь по току потребления;

- пороговый регулятор запитан суммарным напряжением обеих аккумуляторных батарей и выполнен на компараторе с положительной обратной связью, инвертирующий вход которого через делитель напряжения и первые и вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, неинвертирующий вход через резистор подключен к источнику опорного напряжения, а выход - ко входу включения полупроводникового преобразователя;

- обратная связь по току потребления полупроводникового преобразователя снабжена датчиком тока, подключенным в разрыв "минуса" питания преобразователя и общих выводов его силовых ключей, при этом сигнальный вывод датчика тока подсоединен к схеме управления преобразователем.

На чертеже представлена функциональная схема системы электропитания подвижных объектов на два уровня напряжения.

Система состоит из генератора 1 с обмоткой статора 2 и подключенного к ней выпрямителя 3, регулятора напряжения 4 и двух последовательно соединенных аккумуляторных батарей 5 и 6, средняя точка которых образует первый уровень напряжения и подключена с одной стороны к плюсовому выводу выпрямителя 3 и измерительному выводу регулятора напряжения 4, с другой стороны через первые контакты 23 управляемого коммутационного устройства 7 - ко входу полупроводникового преобразователя 8, выпрямитель 9 которого образует второй уровень напряжения и подключен через вторые контакты 24 коммутационного устройства 7 к плюсовому выводу аккумуляторной батареи второго уровня 5, к которой через те же контакты управляемого коммутационного устройства 7 подключен пороговый регулятор 10 с петлей гистерезиса в передаточной характеристике, выполненный на компараторе 11 с положительной обратной связью 12 и запитанный суммарным напряжением обеих аккумуляторных батарей, инвертирующий вход которого через делитель напряжения 13, 14 и коммутационное устройство 7 подключен к аккумуляторной батарее 5, а неинвертирующий вход через резистор 15 подключен к источнику опорного напряжения 16, выход компаратора 11 подключен ко входу включения 17 преобразователя 8 с обратной связью по току потребления на входе, имеющей датчик тока 19, подключенный в разрыв "минуса" питания преобразователя 8 и общих выводов его силовых ключей 18, при этом сигнальный вывод датчика тока 19 подключен к схеме управления 20 полупроводникового преобразователя 8.

Управляемое коммутационное устройство 7 выполнено на контакторе, обмотка 21 которого подключена к ключу "ЗАЖИГАНИЕ" 22 подвижного объекта.

Схема управления 20 полупроводникового преобразователя 8 с дистанционным включением и обратной связью по току потребления может быть выполнена на микросхеме управления импульсными источниками питания, например III4ЕУ3, которая осуществляет следующие функции управления:

- формирование опорного напряжения,

- усиление сигнала рассогласования,

- формирование пилообразного напряжения,

- широтно-импульсная модуляция,

- формирование двухтактного и однотактного выходов,

- защита от сквозных токов,

- усиление сигнала датчика тока или напряжения,

- управление включением-выключением,

- формирование частотной характеристики,

- обеспечение "мягкого" запуска.

Устройство работает следующим образом.

Коммутационное устройство 7 при выключенном ключе "ЗАЖИГАНИЕ" 22 минимизирует разряд аккумуляторных батарей 5, 6.

Замыканием ключа 22 запускается двигатель подвижного объекта и приводится во вращение ротор генератора 1, срабатывает коммутационное устройство 7 и запитываются преобразователь 8 и пороговый регулятор 10.

При работе генератора 1 напряжение его статорной обмотки 2 через выпрямитель 3 подается на плюсовой вывод аккумуляторной батареи 6, при этом регулятор напряжения 4 регулирует первый уровень напряжения на аккумуляторной батарее 6.

Одновременно преобразователь 8 через выпрямитель 9 образует второй уровень напряжения на аккумуляторной батарее 5, который контролируется пороговым регулятором 10. При срабатывании порогового регулятора 10 на его выходе образуется низкий уровень напряжения, который выключает преобразователь 8, понижается напряжение на аккумуляторной батарее 5 на величину I заряда×Rвнут. бат. и уровень опорного напряжения на неинвертирущем входе компаратора 11 посредством делителя напряжения 12, 15.

Таким образом, вводится гистерезис по напряжению на повторное включение преобразователя 8 при уменьшении напряжения на аккумуляторной батарее 5, что исключает неконтролируемые во времени пусковые процессы в преобразователе 8 и обеспечивает надежность его работы, при этом обеспечивается и регулирование напряжения второго уровня.

Обратная связь по току потребления преобразователя исключает перегрузки по току через его силовые ключи, что также повышает надежность его работы.

Таким образом, предложенное техническое решение при его использовании в подвижном объекте на базе имеющейся 12-вольтовой зарядной системы, обеспечивает высокую надежность системы за счет обеспечения регулирования напряжения второго уровня, исключения влияния составных частей системы на разряд аккумуляторных батарей при неработающем двигателе подвижного объекта, а также повышает надежность работы составных частей системы за счет:

- увеличения срока службы аккумуляторной батареи второго уровня,

- регулирования тока потребления полупроводникового преобразователя.

Источники информации

1. АС СССР №758384, МКл7 Н 02 J 7/17, 1980.

2. АС СССР №760304, МКл7 Н 02 J 7/14, 1980.

3. Патент США №3667025, МКл7 Н 02 J 7/14, 1972.

Похожие патенты RU2261512C1

название год авторы номер документа
РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МЕЖДУ СЕТЯМИ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА 2007
  • Архипов Андрей Викторович
  • Ляпидов Константин Станиславович
  • Никифоров Борис Владимирович
  • Федоров Андрей Евгеньевич
  • Кротенко Алексей Васильевич
  • Пжилуский Антон Анатольевич
  • Киселев Василий Иванович
  • Юдин Андрей Николаевич
  • Хамизов Руслан Русланович
RU2343615C1
ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КОРАБЕЛЬНУЮ СЕТЬ 2012
  • Капустин Игорь Владимирович
  • Киселев Василий Иванович
  • Никифоров Борис Владимирович
  • Прасолин Алексей Прокопович
  • Темирев Алексей Петрович
RU2498476C1
ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНЫЙ БЕРЕГОВОЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОРАБЕЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ ОТ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ 2010
  • Темирев Алексей Петрович
  • Киселев Василий Иванович
  • Куликов Валентин Константинович
  • Павлюков Валерий Михайлович
  • Хамизов Руслан Русланович
  • Кротенко Алексей Васильевич
  • Юдин Андрей Николаевич
RU2419943C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПРИВЯЗНОГО БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2023
  • Буркин Евгений Юрьевич
  • Свиридов Виталий Владимирович
  • Караульных Сергей Павлович
  • Бомбизов Александр Александрович
RU2815590C1
МОБИЛЬНЫЙ ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОРАБЕЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ 2015
  • Темирев Алексей Петрович
  • Цветков Алексей Александрович
  • Киселев Василий Иванович
  • Темирев Алексей Алексеевич
  • Кротенко Алексей Васильевич
  • Мановицкий Алексей Михайлович
  • Савченко Александр Владимирович
  • Васильев Владимир Алексеевич
  • Фам Конг Тао
RU2595267C1
МОДУЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2018
  • Зайнуллин Ильдар Фанильевич
  • Медведев Александр Андреевич
RU2695633C1
СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ 1992
  • Михальченко Г.Я.
  • Муравьев А.И.
  • Миллер А.В.
  • Толстобров Д.В.
RU2037249C1
СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С КОМБИНИРОВАННЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ 2019
  • Масолов Владимир Геннадьевич
  • Масолов Николай Владимирович
  • Муравлев Алексей Игоревич
  • Обухов Сергей Геннадьевич
RU2726735C1
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АГРЕГАТ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА 2009
  • Пжилуский Антон Анатольевич
  • Хамизов Руслан Русланович
  • Киселев Василий Иванович
  • Кротенко Алексей Васильевич
  • Темирев Алексей Петрович
  • Павлюков Валерий Михайлович
  • Васильев Владимир Алексеевич
RU2403664C1
ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) 2001
  • Двойченко Е.В.
RU2256845C2

Реферат патента 2005 года СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ДВА УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания подвижных объектов, требующих два уровня напряжения при одном источнике питания. Технический результат заключается в повышении надежности системы электропитания на два уровня напряжения при ее установке в подвижном объекте с 12-вольтовой зарядной системой. В системе электропитания подвижных объектов на два уровня напряжения выход зарядной системы подключен к аккумуляторной батарее первого уровня и через первые контакты введенного управляемого коммутационного устройства, выполненного на контакторе, обмотка которого подключена к ключу «ЗАЖИГАНИЕ», ко входу полупроводникового преобразователя, выход которого через вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня. Делитель напряжения через первые и вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, а на входе полупроводникового преобразователя введена обратная связь по току потребления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 261 512 C1

1. Система электропитания подвижных объектов на два уровня напряжения, содержащая зарядную систему в виде генератора переменного тока с регулятором напряжения и выпрямителем, две последовательно соединенные аккумуляторные батареи, полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения, делитель напряжения и пороговый регулятор, имеющий в передаточной характеристике петлю гистерезиса, вход которого подключен к делителю напряжения, а выход - ко входу включения полупроводникового преобразователя, отличающаяся тем, что выход зарядной системы подключен к аккумуляторной батарее первого уровня и через первые контакты введенного управляемого коммутационного устройства, выполненного на контакторе, обмотка которого подключена к ключу ЗАЖИГАНИЕ, - ко входу полупроводникового преобразователя, выход которого через вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, при этом делитель напряжения через первые и вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, а на входе полупроводникового преобразователя введена обратная связь по току потребления.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что пороговый регулятор запитан суммарным напряжением обеих аккумуляторных батарей и выполнен на компараторе с положительной обратной связью, инвертирующий вход которого через делитель напряжения и первые и вторые контакты коммутационного устройства подключен к аккумуляторной батарее второго уровня, неинвертирующий вход через резистор подключен к источнику опорного напряжения, а выход - ко входу включения полупроводникового преобразователя.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что обратная связь по току потребления полупроводникового преобразователя снабжена датчиком тока, подключенным в разрыв «минуса» питания преобразователя и общих выводов его силовых ключей, при этом сигнальный вывод датчика тока подсоединен к схеме управления преобразователем.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2261512C1

US 3667025 А, 30.05.1972
ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ 1996
  • Рогачев В.Д.
  • Сардаров В.Г.
  • Гуляй П.Е.
RU2125763C1
Устройство для использования энергии морского прибоя 1931
  • Волкенштейн Г.Э.
  • Волкенштейн Ю.Ф.
SU29415A1
Система электроснабжения на два уровня напряжения 1985
  • Фесенко Михаил Никонорович
  • Капелинский Анатолий Викторович
  • Динь Нгокеан
SU1252866A1
Генераторный источник электропитания 1987
  • Акимов Андрей Валентинович
  • Бабак Александр Георгиевич
  • Дементьев Сергей Афанасьевич
  • Плешков Юрий Викторович
  • Фесенко Михаил Никанорович
SU1557666A1
GB 1591946 A, 01.07.1981
US 5355071 A, 11.10.1994
СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ТЕКСТА 2007
  • Гусев Михаил Николаевич
  • Егорова Ольга Борисовна
  • Смирнов Валентин Александрович
RU2386178C2
DE 3309856 A1, 29.09.1983
Молекулярный микроскоп 1973
  • Ануфриенко Виктор Борисович
  • Богатырев Виктор Константинович
  • Усачев Лев Николаевич
SU509914A1
Огнетушитель 0
  • Александров И.Я.
SU91A1

RU 2 261 512 C1

Авторы

Новиков А.А.

Дозоров С.Н.

Солдатченков В.Н.

Хачинян А.А.

Даты

2005-09-27Публикация

2004-04-05Подача