ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ Российский патент 2009 года по МПК H01M14/00 H01M8/04 

Описание патента на изобретение RU2356134C1

Предложение относится к автономным энергоустановкам на топливных элементах с твердополимерным электролитом мощностью до 10 кВт.

Известно устройство для запуска генератора на топливных элементах транспортного средства (патент США 6815100, МПК H01M 8/00, 04.06.2001), содержащее генератор на топливных элементах, емкостной аккумулятор, преобразователь и управляющий блок. Устройство предназначено для выработки электроэнергии, необходимой для обеспечения работы транспортного средства. Недостатком устройства является необходимость разработки нестандартного преобразователя напряжения под выходное напряжение генератора на топливных элементах.

Известно большое количество промышленных источников бесперебойного питания (СТА - "Современные технологии автоматизации №3, 2005, с.66-72), работающих от аккумуляторных батарей. Содержащиеся в них инверторы рассчитаны на стандартизованные диапазоны входных напряжений. Например, для батареи из четырех последовательно соединенных аккумуляторов диапазон входных напряжений инвертора лежит в пределах от 42 до 60 В. При замене в источнике бесперебойного питания аккумуляторной батареи на генератор на топливных элементах, имеющий более широкий диапазон изменения выходного напряжения (от 40 до 72 В), инвертор отключается, делая невозможным совместное использование генератора на топливных элементах и стандартного инвертора.

За прототип взят электрический блок питания (патент США 6775368, МПК H01M 10/44, 2001), содержащий аккумуляторную батарею, преобразователь, датчики и блок управления. Недостатком устройства является узкий диапазон рабочих напряжений.

Предлагаемая энергоустановка позволяет согласовать диапазон рабочих напряжений (42-60 В) стандартного инвертора с выходным напряжением генератора на топливных элементах (40-72 В), повысить энергоотдачу и универсальность установки при минимальных потерях мощности.

Энергоустановка, схема которой представлена на чертеже, содержит генератор на топливных элементах 1, инвертор 2, датчик выходного напряжения генератора 3, подключенный к входу системы автоматического управления и контроля 4. Энергоустановка снабжена стабилизатором 5, преобразователем DC-DC 6 и тремя коммутационными элементами 7, 8, 9. Входы стабилизатора 5 и преобразователя DC-DC 6 подключены к выходу генератора 1. Выходы стабилизатора 5, генератора 1 и преобразователя DC-DC 6 через элементы 7, 8, 9 соединены с входом инвертора 2. Управляющие входы элементов 7, 8, 9 связаны с выходами системы автоматического управления и контроля 4.

В качестве стабилизатора 5 могут быть использованы параллельно соединенные мощные транзисторы Дарлингтона 10, 11 с выравнивающими резисторами 12, 13, к базе которых подключен параметрический стабилизатор на стабилитроне 14 и резисторе 15.

Преобразователь DC-DC 6 имеет гальванически развязанные вход и выход. Выход преобразователя включен последовательно и согласно с выходом генератора 1, создавая вольтодобавку к напряжению генератора 1.

Коммутационные элементы 7, 8, 9 могут быть реализованы на стандартных контакторах.

Работа энергоустановки происходит следующим образом. На холостом ходу генератор 1 вырабатывает максимальное напряжение. Датчик 3 информирует систему 4 о том, что выходное напряжение генератора 1 превышает верхний предел входного напряжения инвертора 2. Система 4 замыкает элемент 7, подключая к входу инвертора выход стабилизатора 5, ограничивающего (с некоторым запасом) напряжение генератора 1. При этом инвертор 2 включается и вырабатывает однофазное напряжение 220 В промышленной частоты. При подключении и увеличении нагрузки напряжение генератора 1 падает и входит в рабочий диапазон входных напряжений инвертора 2, что фиксируется датчиком напряжения 3. В результате система 4 размыкает элемент 7 и замыкает элемент 8. Инвертор 2 продолжает свою работу. При увеличении нагрузки до величины, близкой к максимальной, напряжение генератора 1 падает до нижнего предела входного напряжения инвертора 2. Под действием сигнала с датчика 3 система 4 размыкает элемент 8 и замыкает элемент 9, подключающий к входу инвертора 2 суммарное напряжение генератора 1 и преобразователя DC-DC 6. Аналогично работает энергоустановка и при уменьшении нагрузки и увеличении напряжения генератора 1. Значения напряжений, при которых происходит замыкание и размыкание элементов 7, 8, 9, выбираются из условия обеспечения устойчивости (отсутствия дребезга) работы энергоустановки. Потери мощности, обусловленные включением в энергоустановку стабилизатора напряжения 5 и преобразователя DC-DC 6, не превышают 2-3%.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет полностью использовать энергетические возможности генератора на топливных элементах при совместной работе с серийно изготавливаемым, относительно недорогим инвертором.

Похожие патенты RU2356134C1

название год авторы номер документа
ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 2011
  • Китаев Александр Михайлович
RU2462798C1
ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 2011
  • Китаев Александр Михайлович
RU2460179C1
ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 2009
  • Васин Игорь Михайлович
  • Китаев Александр Михайлович
  • Паршиков Владимир Алексеевич
  • Урусов Али Рахимович
RU2382445C1
ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 2013
  • Китаев Александр Михайлович
RU2562801C2
СИСТЕМА ЗАПУСКА АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 2012
  • Винокуров Владислав Дмитриевич
  • Винокуров Станислав Дмитриевич
  • Казаков Евгений Борисович
  • Шуклин Игорь Клавдиевич
  • Волков Виталий Витальевич
RU2483397C1
Автономная гибридная энергоустановка 2022
  • Усенко Андрей Александрович
  • Дышлевич Виталий Александрович
  • Бадыгин Ренат Асхатович
  • Штарев Дмитрий Олегович
RU2792410C1
АЭРОДРОМНЫЙ ЭНЕРГОМОДУЛЬ НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 2012
  • Винокуров Владислав Дмитриевич
  • Казаков Евгений Борисович
  • Винокуров Станислав Дмитриевич
  • Шуклин Игорь Клавдиевич
  • Волков Виталий Витальевич
RU2483396C1
АВИАЦИОННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА С ГЕНЕРАТОРОМ НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 2010
  • Винокуров Владислав Дмитриевич
  • Винокуров Станислав Дмитриевич
  • Казаков Евгений Борисович
  • Шуклин Игорь Клавдиевич
RU2440644C1
КОМБИНИРОВАННАЯ АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2023
  • Муровский Сергей Петрович
  • Кувшинов Владимир Владиславович
  • Кузнецов Павел Николаевич
  • Якимович Борис Анатольевич
  • Штепа Кирилл Витальевич
RU2811560C1
МОДУЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА 2018
  • Зайнуллин Ильдар Фанильевич
  • Медведев Александр Андреевич
RU2695633C1

Реферат патента 2009 года ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах (ТЭ) и может использоваться при проектировании автономных, резервных, транспортных энергоустановок, эксплуатируемых в полевых условиях. Техническим результатом изобретения является согласование характеристик генератора на ТЭ со стандартными инверторами, широко использующимися в источниках бесперебойного питания, а также повышение энергетической отдачи генератора на ТЭ, универсальности и надежности установки. Согласно изобретению энергоустановка на ТЭ содержит генератор на ТЭ, инвертор и датчик выходного напряжения генератора, подключенный к входу системы автоматического контроля и управления, при этом в нее введены стабилизатор напряжения, преобразователь DC-DC и три коммутационных элемента, причем входы стабилизатора напряжения и преобразователя DC-DC подключены к выходу генератора на ТЭ, а выходы стабилизатора, генератора и преобразователя DC-DC соединены с входом инвертора через соответствующие коммутационные элементы, управляющие входы которых связаны с выходами системы автоматического управления и контроля. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 356 134 C1

Энергоустановка на топливных элементах, содержащая генератор на топливных элементах, инвертор и датчик выходного напряжения генератора, подключенный к входу системы автоматического контроля и управления, отличающаяся тем, что в нее введены стабилизатор напряжения, преобразователь DC-DC и три коммутационных элемента, причем входы стабилизатора напряжения и преобразователя DC-DC подключены к выходу генератора на топливных элементах, а выходы стабилизатора, генератора и преобразователя DC-DC соединены с входом инвертора через соответствующие коммутационные элементы, управляющие входы которых связаны с выходами системы автоматического управления и контроля.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2356134C1

Пломбировальные щипцы 1923
  • Громов И.С.
SU2006A1
RU 2006115863 А, 27.11.2007
Перекатываемый затвор для водоемов 1922
  • Гебель В.Г.
SU2001A1
JP 2007335411 А, 27.12.2007.

RU 2 356 134 C1

Авторы

Китаев Александр Михайлович

Паршиков Владимир Алексеевич

Урусов Али Рахимович

Даты

2009-05-20Публикация

2008-03-17Подача