Автономная система электропитания Советский патент 1992 года по МПК H02J7/35 

Изобретение относится к автономным системам электроснабжения объектов с источником питания постоянного тока ограниченной мощности.

Известна автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею, импульсный регулятор заряда и импульсный регулятор разряда (1).

Недостаток системы электропитания состоит в том, что в ней не всегда обеспечивается работа первичного источника в режиме максимальной мощности, что снижает эффективность его использования.

Известна также система электропитания, содержащая буферную аккумуляторную батарею, источник постоянного тока,

шунтовой регулятор, блок управления и импульсные регуляторы заряда и разряда (2).

Недостатком рассмотренной системы электропитания является ее сложнгсть и неэффективность использования силовой части шунтового регулятора.

Наиболее близким по решаемой задаче к предлагаемой системе электропитания является автономная система электропитания,содержащаяперзичный нерегулируемый источник постоянного тока, например, солнечную батарею, к шинам которого включена нагрузка, буферную аккумуляторную батарею, подключенную к шинам источника постоянного тока с одной стороны непосредственно, а с другой стороны через импульсный регулятор заряда и импульсный регулятор разряда, соединенные между собой параллельно, датчик наVJ VI

О

СО Os

пряжения, подключенный параллельно нагрузке, и выходом соединенный с входом блока управления, стабилизатор напряжения, схему контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора напряжения и импульсных регуляторов заряда и разряда, а вход - с выходом блока управления (3). В такой системе электропитания для обеспечения требуемой надежности как системы в целом, так и отдельных ее узлов, например, импульсного регулятора разряда применяются различные методы резервирования (см. (3) с.220-223). Однако, очевидно, что все эти методы ведут к увеличению массы и габаритов системы электропитания из-за необходимости дублирования (резервирования) отдельных ее узлов.

Целью настоящего предложения является повышение надежности при сохранении неизменными массы и габаритов автономной системы электропитания.

Поставленная цель достигается тем, что стабилизатор напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда и импульсного регулятора разряда с шиной источника постоянного тока, при этом стабилизатор напряжения выполнен в виде п стандартных блоков, соединенных параллельно друг другу, в цепь одного из п стандартных блоков стабилизатора напряжения со стороны источника постоянного тока включен размыкающий контакт, который сам со стороны стандартного блока соединен с буферной аккумуляторной батареей через дополнительно введенный диод, включенный в обратном направлении, управляющий вход размыкающего контакта соединен с выходом схемы контроля потоком мощности. Отсутствие в технической литературе сведений об автономных системах электропитания, подобных предложенной, в целях достижения описанного выше эффекта, свидетельствует о новизне взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявленного изобретения с положительным эффектом, что обеспечивает существенные отличия этого изобретения от всех известных устройств аналогичного назначения.

На чертеже представлена схема автономной системы электропитания, где изображены: 1 - первичный нерегулируемый источник постоянного тока (солнечная батарея); 2 - нагрузка; 3 - буферная аккумуляторная батарея; 4 - импульсный регулятор заряда; 5 - импульсный регулятор разряда; 6-датчик напряжения; 7 - блок управления; 8 - стабилизатор напряжения; 9 - схема контроля потока мощности; 10,11- стандари

тные блоки стабилизатора напряжения 12- размыкающий контакт; 13 - диод,

Автономная система электропитания содержит первичный нерегулируемый ис5 точник 1 постоянного тока (солнечную батарею), к шинам которого включена нагрузка 2, буферную аккумуляторную батерею 3, подключенную к шинам источника 1 постоянного тока с одной стороны непосредст10 венно, а с другой стороны через импульсный регулятор заряда 4 и импульсный регулятор разряда 5, соединенные между собой параллельно, датчик б напряжения, подключенный параллельно нагрузке 2, и выходом

15 соединенный с входом блока 7 управления, стабилизатор 8 напряжения, схему 9 контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора 8 напряжения и импульсных регуляторов 4 и

20 5 заряда и разряда, соответственно, а вход - с выходом блока 7 управления. Стабилизатор 8 напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда 4 и импульсного регулятора разряда 5 с плю25 совой шиной источника 1 постоянного тока, при этом, стабилизатор 8 напряжения выполнен в виде п стандартных блоков 10, 11, соединенных параллельно друг другу. В цепь стандартного блока 10 стабилизатора

30 8 со стороны источника 1 постоянного тока включен размыкающий контакт 12, который в свою очередь со стороны стандартного блока 10 соединен с буферной аккумуляторной батареей 3 через дополнительно вве35 денный диод 13, включенный в обратном направлении. Управляющий вход размыкающего контакта 12 соединен с выходом схемы 9 контроля потоком мощности,

Каждый из стандартных блоков 10, 11 40 стабилизатора 8 напряжения может быть выполнен, например, в виде понижающего преобразователя, изображенного в литературе (3) на стр. 15, рис.1.4. Схема 9 контроля потока мощности, импульсный регулятор

45 заряда 4, импульсный регулятор разряда 5. блок 7 управления, могут быть реализованы по принципам изложенным в той же литературе (3), соответственно, на стр.209 и 210. Автономная система электропитания

50 работает следующим образом.

В зависимости от величины текущей мощности нагрузки 2 и заряженности буферной аккумуляторной батареи 3 формируется следующие режимы работы, мощность

55 нагрузки 2 больше номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим А), при этом недостающая мощность обеспечивается буферной аккумуляторной батареей 3, мощность нагрузки 2 равна номинальной

Лиощности солнечной батареи 1 (режим Б)

нагрузка 2, npi i этом, получает питание от солнечной батареи 1; мощность нагрузки меньше номинальной мощности солнечной батареи 1, при этом, избыток мощности поступает в буферную аккумуляторную батарею 3 до ее полного заряда (режим В), после этого, напряжение на нагрузке 2 поддерживается на фиксированном уровне с помощью стабилизатора 8 напряжения (режим Г). Функции координации всех этих режимов выполняет схема 9 контроля потока мощности.

В режиме А питание нагрузки 2 осуществляется от солнечной батареи 1 через стабилизатор 8 напряжения и буферной аккумуляторной батареи 3 через импульсный регулятор разряда 5. Стабилизатор 8 напряжения состоит из стандартных блоков 10,11, количество которых определяется номинальным током каждого такого блока и максимальным значением тока в нагрузке 2. Подключение каждого последующего стандартного блока осуществляется при недостатке мощности ранее включенных блоков. Стабилизация напряжения осуществляется изменением времени открытого состояния ключа каждого блока (на фиг. 1 не показано) по отношению к периоду коммутации, что приводит к изменению среднего значения напряжения на выходе. Управление ключом стабилизатора осуществляется схемой 9 контроля потока мощности, сигнал на которую поступает от датчика 6 напряжения через блок 7 управления. Работа стабилизатора 8 напряжения и импульсного регулятора разряда 5 широко освещена в литературе (например, (3) с, 15, 208).

В режиме Б импульсные регуляторы 4,5 заряда и разряда незадействованы. Питание нагрузки 2 осуществляется только от солнечной батареи 1 через стабилизатор 8 напряжения. Увеличение напряжения на нагрузке 2 из-за отключения части потребителей сопровождается включением импульсного регулятора 4 заряда с помощью схемы 9 контроля потока мощности (режим В). Стабилизация напряжения на нагрузке 2 производится стабилизатором 8 по сигналам схемы 9 контроля потока мощности. Работа импульсного регулятора заряда 4 подробно освещена в литературе (3) на стр.206.

В режиме Г, т.е. в случае полного заряда буферной аккумуляторной батареи 3. она отключается от солнечной, батареи 1, а поддержание напряжения на нагрузке 2 на фик- сированном уровне производится стабилизатором 8 напряжения по сигналам схемы 9 контроля потока мощности.

Из рассмотренного выше видно, что стандартные блоки 10, 11 стабилизатора 8 напряжения подключаются в цепь нагрузки с ростом через нее тока. Такое выполнение

стабилизатора 8 напряжения наиболее перспективно в силу возможности унификации как стабилизатора напряжения, так и импульсных регуляторов заряда и разряда, технологичности их изготовления, уменьше0 ния стоимости и т.п. Такое выполнение блоков стабилизатора при наличии соответствующих элементов и связей между ними позволяет повысить надежность всей системы электропитания без увеличения ее

5 массы и габаритов, что обычно происходит. Так при выходе из строя (отказе) импульсного регулятора 5 разряда по сигналу схемы 9 контроля потока мощности осуществляется срабатывание размыкающего контакта 12.

0 При этом, отпирается диод 13 и ток разряда буферной аккумуляторной батареи 3 в нагрузку 2 будет протекать по цепи: положительная обкладка батареи 3, диод 13, стандартный блок 10, нагрузка 2, отрица5 тельная обкладка батареи 3. Ток солнечной батареи через стабилизатор 8 напряжения перераспределяется между оставшимися п- 1 стандартными блоками. Это обстоятельство при максимальном значении тока

0 нагрузки 2 вызовет значительно меньшие нежелательные процессы, чем выход из строя и невосполнимость импульсного регулятора разряда. На теневом же участке полета, когда ток нагрузки незначителен,

5 отрицательный эффект вообще отсутствует. Следовательно, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность автономной системы электропитания при возможном выходе из строя импульсного

0 регулятора разряда 5 за счет его замены одним из стандартных блоков стабилизатора 8 напряжения, т.е. без увеличения массы и габаритов системы, как это происходит в прототипе.

5

Формула изобретения Автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, например сол0 нечную батарею, к шинам которого включена нагрузка, буферную аккумуляторную батарею, подключенную к шинам источника постоянного тока с одной стороны непосредственно, а с другой стороны - через им5 пульсный регулятор заряда и импульсный регулятор разряда, соединенные между собой параллельно датчик напряжения, подключенный параллельно нагрузке и выходом соединенный с входом блока уп- равления, стабилизатора напряжения, схему контроля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора напряжения и импульсных регуляторов заряда и разряда, а вход - с выходом блока управления, отличающаяся тем, что. с целью повышения надежности при сохранении неизменными массы и габаритов, стабилизатор напряжения включен между точками соединения импульсного регулятора заряда и импульсного регулятора разряда с шиной источника постоянного тока, при этом стабилизатор напряжения выполнен в виде п

стандартных блоков, соединенных, параллельно друг другу, в цепь одного из п стандартных блоков стабилизатора напряжения со стороны источника постоянного тока включен размыкающий контакт, который сам со стороны стандартного блока соединен с буферной аккумуляторной батареей через дополнительно введенный диод, включенный в обратном направлении, управляющий вход размыкающего контакта соединен с выходом схемы контроля потоком мощности.

Использование: g автономных системах электроснабжения с источниками постоянного тока ограниченной мощности. Сущность изобретения: система содержит буферную аккумуляторную батарею (АБ), регуляторы заряда и разряда, стабилизатор напряжения выполненный из п стандартных блоков, схему контроля потока мощности, на вход которой через блок управления подключен датчик напряжения нагрузки. R цепь одного из стандартных блоков стабилизатора напряжения введен размыкающий контакт, соединенный с АБ через обратный диод. Система функционирует в трех режимах: питание нагрузки от источника и АБ; питание нагрузки от источника постоянного тока; мощность источника используется для питания нагрузки и заряда батареи. В случае отказа регулятора разряда АБ питает нагрузки через диод и один из стандартных блоков стабилизатора напряжения. 1 ил. сл

Г

3

щ

И

13

МММ