МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H02J9/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к электрооборудованию, в частности к модульной системе энергообеспечения, предназначенной для обеспечения электроснабжения объектов при помощи встроенной системы преобразования и хранения электроэнергии источников постоянного и переменного тока, таких как фотоэлектрические панели и элементы, ветровые генераторы, топливные генераторы, сеть переменного тока. Система имеет встроенный телекоммуникационный модуль, обеспечивающий удаленное управление и контроль. Кроме того любой из модулей системы возможно использовать в качестве портативного источника переменного тока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство хранения энергии, раскрытое в US 8575780 В2, опубл. 05.11.2013. Известное устройство хранения энергии содержит блок преобразования энергии, подключенный между первым узлом и системой выработки электроэнергии, система управления аккумуляторными батареями (BMS), двунаправленный преобразователь, соединенный между BMS и первым узлом, двунаправленный инвертор, соединенный между первым узлом и вторым узлом, соединитель сети для подключения электросети к второму узлу, аккумулятор и интегрированный контроллер.

Недостатком известного устройства хранения энергии является не высокая надежность работы.

Кроме того, из уровня техники известна система бесперебойного электроснабжения, раскрытая в RU 2524355 С1, опубл. 27.07.2014, прототип. Система бесперебойного энергоснабжения содержит, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, систему питания потребителей, блок управления, систему заряда батареи, включающую блок зарядных устройств. При этом система заряда батарей дополнительно содержит коммутационный блок по постоянному току, связанный через конверторный блок и блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей. Кроме того, система заряда батареи дополнительно содержит коммутационный блок по переменному току, связанный через блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система питания потребителей включает коммутационный блок нагрузки постоянного тока, связанный через конверторный блок с аккумуляторной батареей; система питания потребителей и дополнительно включает коммутационный блок нагрузки переменного тока, связанный через инверторный блок с аккумуляторной батареей. Далее переменный ток будет обозначаться как АС, а постоянный ток - DC.

Недостатком система бесперебойного энергоснабжения является не высокая надежность работы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленного изобретения является разработка модульной системы энергообеспечения с целью обеспечения стабильного электроснабжения при удаленном управлении и контроле системы.

Техническим результатом изобретения является повышение стабильности и надежности работы модульной системы энергообеспечения, в том числе за счет единого технологически выполненного конструктивного решения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что модульная система энергообеспечения содержит по крайней мере один модуль, содержащий блок стыковки модулей, средство дистанционного управления, разъем для подключения источника АС, выполненного в виде электрической сети или генератора, и разъем для подключения источника DC, выполненного в виде солнечных панелей, разъемы для подключения к нагрузке АС, выполненные в виде силового разъем и двух розеток, и разъемы для подключения к нагрузке DC, выполненные в виде четырех USB или аналогичных выходов. При этом разъем для подключения источника АС через блок переключения подачи электрической энергии от источника АС тока соединен с разъемами для подключения к нагрузке АС и с преобразователем АС в DC с функцией отключения подачи на него электрической энергии АС, а разъем для подключения источника DC через последовательно соединенные блок выбора максимальной мощности от солнечных батарей и блок определения падения напряжения от источника DC соединен блоком зарядки аккумуляторных батарей и с первым преобразователем DC, повышающий и стабилизирующий напряжение с функцией отключения подачи на него электрической энергии DC. Причем блок зарядки аккумуляторных батарей через блок BMS соединен с блоком аккумуляторных батарей, который соединен с первым преобразователем DC, а первый преобразователь DC соединен с разъемами для подключения к нагрузке АС через инвертор и с разъемами для подключения к нагрузке DC через второй преобразователь DC, понижающий напряжение.

Модуль снабжен Wi-Fi модулем, Bluetooth модулем и GSM модулем.

Средство дистанционного управления содержит кнопку активации со шкалой индикации емкости блока аккумуляторных батарей и панель индикаторов на корпусе модуля.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - Структурная схема модуля

1 - средство дистанционного управления; 2 - разъем для подключения источника АС; 3 - разъем для подключения источника DC; 4 - разъемы для подключения к нагрузке АС; 5 - разъемы для подключения к нагрузке DC; 6 - блок переключения подачи электрической энергии от источника АС; 7 - преобразователь АС в DC; 8 - блок выбора максимальной мощности от солнечных батарей; 9 - блок определения падения напряжения от источника DC; 10 - блок зарядки аккумуляторных батарей; 11 - первый преобразователь DC; 12 - блок BMS; 13 - блок аккумуляторных батарей; 14 - инвертор; 15 - второй преобразователь DC; 16 - блок стыковки модулей; 17 - электрическая шина АС; 18 - электрическая шина DC.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Модульная система энергообеспечения содержит по крайней мере один модуль, содержащий блок (16) стыковки модулей, средство (1) дистанционного управления, разъем (2) для подключения источника АС, выполненного в виде электрической сети или генератора, и разъем (3) для подключения источника DC, выполненного в виде солнечных панелей, три разъема (4) для подключения к нагрузке АС, представляющие собой один силовой разъем и две розетки, и четыре разъема (5) для подключения к нагрузке DC, выполненные в виде четырех USB или аналогичных выходов. При этом разъем (2) для подключения источника АС через блок (6) переключения подачи электрической энергии от источника АС соединен с разъемами (4) для подключения к нагрузке АС и с преобразователем (7) АС в DC с функцией отключения подачи на него электрической энергии АС, а разъем (3) для подключения источника DC через последовательно соединенные блок (8) выбора максимальной мощности от солнечных батарей и блок (9) определения падения напряжения от источника DC соединен блоком (10) зарядки аккумуляторных батарей и с первым (11) преобразователем DC, повышающий и стабилизирующий напряжение с функцией отключения подачи на него электрической энергии DC. Причем блок (10) зарядки аккумуляторных батарей через блок (12) BMS соединен с блоком (13) аккумуляторных батарей, который соединен с первым (11) преобразователем DC, а первый (11) преобразователь DC соединен с разъемами (4) для подключения к нагрузке АС через инвертор (14) с функцией отключения подачи на него электрической энергии DC и с разъемами (5) для подключения к нагрузке DC через второй (15) преобразователь DC, понижающий напряжение.

Модуль снабжен Wi-Fi модулем, Bluetooth модулем и GSM модулем.

Средство (1) дистанционного управления содержит кнопку активации со шкалой индикации емкости блока (13) аккумуляторных батарей и панель индикаторов на корпусе модуля.

Включение/выключение модульной системы энергообеспечения осуществляется при помощи кнопки активации, либо при помощи команды, подаваемой на средство (1) дистанционного управления при помощи мобильного устройства или компьютера через Wi-Fi модулем, Bluetooth модулем или GSM модулем.

Заявленная модульная система энергообеспечения работает следующим образом. Модульную систему энергообеспечения содержащую один модуль подключают при помощи провода предназначенного для подключения солнечных панелей через разъем (3), тип разъема (3) - двухконтактный терминальный разъем для подключения источника DC. Кроме того, модуль при помощи провода (тип провода при подключении к домашней сети - типа стандартный кабель для подключения в розетку, тип провода при подключении к щитку электропитания - силовой кабель с медными проводниками;) подключают к электрической сети, либо к генератору, вырабатывающему электрическую энергию (например, ветряной генератор, дизельный генератор и др.) через разъем (2) (тип разъема при подключении к домашней сети - стандартный кабель для подключения в розетку; тип разъема при подключении к щитку электропитания - трехконтактный терминальный разъем). При необходимости выработки модульной системой энергообеспечения электрической энергии большой мощности поверх модуля устанавливают дополнительный модуль, при этом соединение модулей осуществляют при помощи блока (16) стыковки модулей, расположенных в каждом модуле, при этом блок (16) стыковки модулей электрически соединен с электрическими шинами АС (17) и DC (18) тока, которые электрически соединяют все блоки в каждом модуле. При этом блок (16) стыковки модулей представляет собой разъемы, расположенные на верхней и нижней части каждого модуля, позволяющие соединять модули, расположенные друг над другом. Для стыковки модулей используются высоковольтные коммутационные разъемы, а так же низковольтные коммуникационные контакты на базе пружинных коннекторов. Модульная система может содержать до десяти модулей, расположенных друг над другом, каждый из которых имеет заданную выходную мощность, при этом модульная система мультиплицируют выходную мощность пропорционально количеству модулей. Блок (13) модульной системы может иметь следующие габариты: длина x высота x ширина = 460×110×360 мм, в который входят литий-ионные аккумуляторные батареи.

Заявленная модульная система имеет несколько режимов работы.

Режим выработки АС от солнечных панелей.

Солнечная энергия от разъема (3) для подключения источника DC по электрической шине (18) DC поступает в блок (8) выбора максимальной мощности от солнечных батарей с функцией поиска точки максимальной мощности солнечной панели, в котором происходит преобразование солнечной энергии в электрическую энергию DC, после чего преобразованная электрическая энергия через блок (9) определения падения напряжения от источника DC поступает на первый преобразователь DC (11) текущего модуля. При этом, если блок (13) аккумуляторных батарей не полностью заряжен, то электрическая энергия DC поступает также и на блок (10) зарядки аккумуляторных батарей текущего модуля. Также электрическая энергия DC по электрической шине DC (18) через блок (16) стыковки модулей поступает на первый преобразователь DC (11) других модулей и на блок (10) зарядки аккумуляторных батарей других модулей. С блока (10) зарядки аккумуляторных батарей, оснащенный платой коммутации напряжения, электрическая энергия DC через блок BMS поступает в блок (13) аккумуляторных батарей для их зарядки. В первом (11) преобразователе DC, в котором происходит стабилизация и увеличение напряжения электрической энергии DC, после чего электрическая энергия DC поступает в инвертор (14) и на второй (15) преобразователь DC. В инверторе (14) электрическая энергия DC преобразуется в электрическую энергию АС, которая по электрической шине (17) АС поступает на разъемы (4) для подключения к нагрузке АС, к которым подключаются источники потребления электрической энергии АС. Во втором (15) преобразователе DC происходит понижение напряжения электрической энергии DC, после чего по электрической шине (18) DC поступает на разъемы (5) для подключения к нагрузке DC, к которым подключаются источники потребления электрической энергии DC. В данном режиме блок (6) переключения подачи электрической энергии от источника АС отключен, что позволяет не подавать электрическую энергию от источника АС в модульную систему. Блоком (6) переключения подачи электрической энергии от источника АС управляет средство (1) дистанционного управления, управление которого осуществляют при помощи мобильного устройства или компьютера через Wi-Fi модулем, Bluetooth модулем или GSM модулем. Данный режим включается за счет того, что средство (1) дистанционного управления подает команду блоку (6) переключения подачи электрической энергии от источника АС, который отключает подачу электрической энергии АС в модульную систему.

Режим зарядки аккумуляторов от солнечных панелей без выработки АС.

Данный режим аналогичен предыдущему, за исключением того, что преобразованная электрическая энергия через блок (9) определения падения напряжения от источника DC поступает только на блок (10) зарядки аккумуляторных батарей текущего модуля с последующей зарядкой аккумуляторных батарей и по электрической шине DC (18) через блок (16) стыковки модулей на блок (10) зарядки аккумуляторных батарей другого модуля. Данный режим включается за счет того, что средство (1) дистанционного управления подает команду блоку (9), который отключает подачу электрической энергии DC на первый (11) преобразователь DC.

Режим одновременной выработки АС от солнечных панелей и от электрической сети.

Данный режим аналогичен режиму выработки АС от солнечных батарей, за исключением того, что дополнительно подают электрическую энергию АС через разъем (2) для подключения источника АС. Данный режим работы осуществляется в случае нехватки мощности от солнечных панелей. Необходимый уровень мощности определяется блоком (9) определения падения напряжения от источника DC. При определении снижения напряжения, подаваемого от источника DC, блоком (9) определения падения напряжения от источника DC, средство (1) дистанционного управления подает команду на блок (6) переключения подачи электрической энергии от источника АС на преобразователь (7) АС в DC, с целью включения подачи через них электрической энергии от источника АС, при этом дополнительная электрическая энергия от источника АС (электрическая сеть) от разъема (2) для подключения источника АС по электрической шине (17) АС поступает в преобразователь (7) АС в DC, после чего преобразованная электрическая энергия через блок (9) определения падения напряжения от источника DC поступает на блок (10) зарядки аккумуляторных батарей. Далее работа устройства осуществляется по режиму выработки АС от солнечных батарей как раскрыто выше. Данный режим включается за счет того, что средство (1) дистанционного управления подает команду блоку (9), который включает преобразователь АС в DC, в который подают электрическую энергию АС.

Режим байпаса по АС.

Данный режим включается в случае, каких либо неполадок в устройстве, либо аккумуляторные батареи в блоке (13) аккумуляторных батарей разряжены, либо в ночное время. Данный режим включается за счет того, что средство (1) дистанционного управления подает команду блоку (9), который отключает преобразователь (7) и инвертор (14). В данном режиме электрическая энергия АС от разъема (2) для подключения источника АС при помощи электрической шины (17) АС через блок (6) переключения подачи электрической энергии от источника АС поступает на разъемы (4) для подключения к нагрузке АС в модуле, а также по электрической шине АС (17) через блок (16) стыковки модулей электрическая энергия поступает на разъемы (4) для подключения к нагрузке АС выше расположенных модулей.

Режим сетевого-инвертора.

Данный режим включается за счет подключения подачи электрической энергии АС выработанной инвертором (14) и подключенной к блоку (6) переключения подачи электрической энергии от/к источника/-у АС на разъемы (4) для подключения к нагрузке АС. В данном режиме солнечная энергия от разъема (3) для подключения источника DC по электрической шине (18) DC поступает в блок (8) выбора максимальной мощности от солнечных батарей с функцией поиска точки максимальной мощности солнечной панели, после чего преобразованная электрическая энергия через блок (9) определения падения напряжения от источника DC, либо электрическая энергия DC от блока (13) аккумуляторных батарей, поступает в первый (11) преобразователь DC, в котором происходит стабилизация и увеличение напряжения электрической энергии DC, после чего электрическая энергия DC поступает в инвертор (14). В инверторе (14) электрическая энергия DC преобразуется в электрическую энергию АС, которая по электрической шине (17) АС поступает на блок (6) переключения подачи электрической энергии к источнику АС.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить стабильность и надежность работы модульной системы энергообеспечения за счет заявленной конструкции модульной системы, обеспечивающей работу устройства в различных режимах, а также наличие системы байпаса, позволяющей повысить надежность и стабильность работы устройства при аварийных ситуациях и ситуациях, не требующих выработки АС от батарей.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение стабильности и надежности работы модульной системы энергообеспечения. Система имеет встроенный телекоммуникационный модуль, обеспечивающий удаленное управление и контроль. Кроме того любой из модулей системы возможно использовать в качестве портативного источника переменного тока. Модульная система энергообеспечения содержит по крайней мере один модуль, содержащий блок стыковки модулей, средство дистанционного управления, разъем для подключения источника переменного тока, выполненного в виде электрической сети или генератора, и разъем для подключения источника постоянного тока, выполненного в виде солнечных панелей, разъемы для подключения к нагрузке переменного тока, выполненные в виде силового разъема и двух розеток, и разъемы для подключения к нагрузке постоянного тока, выполненные в виде четырех USB или аналогичных выходов. При этом разъем для подключения источника переменного тока через блок переключения подачи электрической энергии от источника переменного тока соединен с разъемами для подключения к нагрузке переменного тока и с преобразователем переменного тока в постоянный, а разъем для подключения источника постоянного тока через последовательно соединенные блок выбора максимальной мощности от солнечных батарей и блок определения падения напряжения от источника постоянного тока соединен с блоком зарядки аккумуляторных батарей и с первым преобразователем постоянного тока, повышающим и стабилизирующим напряжение. Причем блок зарядки аккумуляторных батарей через блок управления аккумуляторными батареями (BMS) соединен с блоком аккумуляторных батарей, который соединен с первым преобразователем постоянного тока, а первый преобразователь постоянного тока соединен с разъемами для подключения к нагрузке переменного тока через инвертор с функцией отключения подачи на него электрической энергии постоянного тока и с разъемами для подключения к нагрузке постоянного тока через второй преобразователь постоянного тока, понижающий напряжение. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Модульная система энергообеспечения, содержащая по крайней мере один модуль, содержащий блок стыковки модулей, средство дистанционного управления, разъем для подключения источника переменного тока, выполненного в виде электрической сети или генератора, и разъем для подключения источника постоянного тока, выполненного в виде солнечных панелей, разъемы для подключения к нагрузке переменного тока, выполненные в виде силового разъема и двух розеток, и разъемы для подключения к нагрузке постоянного тока, выполненные в виде четырех USB или аналогичных выходов, при этом разъем для подключения источника переменного тока через блок переключения подачи электрической энергии от источника переменного тока соединен с разъемами для подключения к нагрузке переменного тока и с преобразователем переменного тока в постоянный, а разъем для подключения источника постоянного тока через последовательно соединенные блок выбора максимальной мощности от солнечных батарей и блок определения падения напряжения от источника постоянного тока соединен с блоком зарядки аккумуляторных батарей и с первым преобразователем постоянного тока, повышающим и стабилизирующим напряжение, причем блок зарядки аккумуляторных батарей через блок управления аккумуляторными батареями (BMS) соединен с блоком аккумуляторных батарей, который соединен с первым преобразователем постоянного тока, а первый преобразователь постоянного тока соединен с разъемами для подключения к нагрузке переменного тока через инвертор с функцией отключения подачи на него электрической энергии постоянного тока и с разъемами для подключения к нагрузке постоянного тока через второй преобразователь постоянного тока, понижающий напряжение, при этом вышеуказанные разъемы и блоки соединены между собой при помощи соответствующих электрических шин переменного и постоянного тока.

2. Модульная система по п. 1, отличающаяся тем, что модуль снабжен WI-Fi модулем, Bluetooth модулем и GSM модулем.

3. Модульная система по п. 1, отличающаяся тем, что средство дистанционного управления содержит кнопку активации со шкалой индикации емкости блока аккумуляторных батарей и панель индикаторов на корпусе модуля.