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

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

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

Недостаток данной системы электропитания состойте 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, ш унтовой регулятор, блок управления и импульсные регуляторы заряда и разряда.

Недостатком рассмотренной системы электропитания являются сложность и неэффективность использования элементов силовой части шунтового регулятора.

Наиболее близкой по решаемой задаче к предлагаемой системе электропитания является автономная система электропитания,содержащаяпервичный нерегулируемый источник постоянного тока, например, солнечную батарею, к шинам которого включена нагрузки, 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, датчик напряжения, 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. В такой системе электропитания для обеспечения требуемой надежности как системы в целом, так и ее отдельных узлов, например, импульсных регуляторов заряда и разряда, а также стабилизаторов напряжения применяются различные методы резервирования. Однако, 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 автономная система электропитания дополнительно снабжена четырьмя ключами, входы которых связаны с выходами схемы

контроля потока мощности, при этом между общими точками первого и второго, а также третьего и четвертого ключей включены импульсные регуляторы заряда и разряда, к общей точке второго и третьего ключей под0 ключена буферная аккумуляторная батарея, а первый и четвертый ключи образуют соответственно с нерегулируемым источником постоянного тока и с нагрузкой общие точки, между которыми подключен разделен5 ный на п стандартных блоков стабилизатор напряжения.

Отсутствие в технической литературе Сведений об автономных системах электропитания, подобных предложений, в целях

0 достижения описанного выше эффекта, сви- детельствуето новизне взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения с положительным эффектом, что обеспечивает существенные

5 отличия этого изобретения от всех известных устройств аналогичного назначения.

На чертеже представлена схема предложенной автономной системы электропитания, поясняющая ее работу. На чертеже

0 приняты следующие обозначения: 1 - нерегулируемый источник постоянного тока; 2 - нагрузка; 3 - буферная аккумуляторная,батарея; 4 - импульсный регулятор заряда; 5 - импульсный регулятор разряда; б - датчик

5 напряжения; 7 - блок управления; 8 - схема контроля потока мощности; 9 - стабилизатор напряжения 10, 11, 12, 13 - первый, второй, третий, четвертый ключи соответственно; 14, 15 -стандартные блоки стабили0 затора напряжения.

Автономная система электропитания содержит первичный нерегулируемый источник постоянного тока (солнечную батарею), к шинам которого включена нагрузка

5 2, буферную аккумуляторную батарею 3, подключенную к шинам источника 1 постоянного тока с одной стороны (со стороны минусовой обкладки) непосредственно, а с другой стороны (со стороны плюсовой

0 обкладки) через импульсный регулятор заряда 4 и импульсный регулятор разряда 5, датчик 6 напряжения, подключенный параллельно нагрузке 2 и выходом соединенный с входом блока 7 управления, схему 8 конт5 роля потока мощности, выходы которой соединены с входами стабилизатора 9 напряжения и импульсных регуляторов заряда 4 и разряда 5, а вход - с выходом блока - 7 управления. Автономная система электропитания содержит также первый 10, второй

11, третий 12 и четвертый 13 ключи, входы которых связаны с выходами схемы 8 контроля потока мощности, при этом между общими точками первого 10 и второго 11, а также третьего 12 и четвертого 13 ключей включены импульсные регуляторы заряда 4 и разряда 5, к общей точке второго 11 и третьего 12 ключей подключена буферная аккумуляторная батарея 3, а первый 10 и четвертый 13 ключи образуют соответствен- но с нерегулируемым источником 1 постоянного тока и с нагрузкой 2 общие точки, между которыми подключен разделенные на-стандартные блоки 14,15 стабилизатор 9 напряжения. Стандартные блоки 14,15 ста- билизатора 9 напряжения, схема 8 контроля потока мощности, блок 7 управления, импульсные регуляторы заряда 4, и разряда 5 могут быть выполнены, например, так, как это описано в литературе (3) на стр. 15, 209, 210.

Автономная система электропитания работает следующим образом. В зависимости от величины текущей мощности нагрузки 2 и заряженности буферной аккумуляторной батареи 3 формируются следующие режимы работы: мощность нагрузки 2 больше номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим А), при этом недостаточная мощность обеспечивается буферной аккумуляторной батареей 3; мощность нагрузки 2 равна номинальной мощности солнечной батареи 1 (режим Б), нагрузка 2 при этом получает питание только от солнечной батареи 1; мощность на- грузки 2 меньше номинальной мощности солнечной батареи 1, при этом избыток мощности поступает в буферную аккумуляторную батарею 3 (режим В), а в случае полного ее заряда она отключается. Функ- ции координации всех этих режимов выполняет схема 8 контроля потока мощности.

В режиме А питание нагрузки 2 осуществляется от солнечной батареи 1 через ста- билизатор 9 напряжения в буферной аккумуляторной батареи 3 через импульсный регулятор разряда 5 и замкнутые второй 11 и четвертый 13 ключи. Напряжение на нагрузке 2 поддерживается постоянным за счет изменения длительности замкнутого состояния силовых транзисторных ключей стандартных блоков 14, 15 и импульсного регулятора разряда 5 (на схеме силовой транзисторный ключ не изображен, так как структура и принцип работы указанных уст- ройств широко известна из литературы). Управление указанными силовыми ключами, а также ключами 10-13 осуществляется схемой 8 контроля потока мощности. При этом ток буферной аккумуляторной батареи 3

протекает по цепи: плюсовая обкладка батареи 3, замкнутый ключ 11, импульсный регулятор разряда 5, замкнутый ключ 13, нагрузка 2, минусовая обкладка батареи 3. Ключи 10, 12 в режиме А разомкнуты.

В режиме Б импульсные регуляторы заряда 4 и разряда 5 не задействованы, ключи 10-13 разомкнуты. Питание нагрузки 2 осуществляется только от солнечной батареи 1 через стабилизатор 9 напряжения, с помощью которого напряжение на нагрузке 3 поддерживается постоянным.

Увеличение напряжения на нагрузке 2 из-за отключения части потребителей сопровождается включением импульсного регулятора заряда 4 и замыканием ключей 10, 12 с помощью схемы 8 контроля потока мощности (режим В). При этом питание нагрузки 2 осуществляется от солнечной батареи 1 через стабилизатор 9 напряжения, с помощью которого напряжение на нагрузке 2 поддерживается на заданном уровне. Ток заряда буферной аккумуляторной батареи протекает по цепи: плюс солнечной батареи 1, замкнутый ключ 10, импульсный регулятор заряда 4, замкнутый ключ 12, буферная батарея 3, минус солнечной батареи 1. Ключи 11 и 13 в этом режиме разомкнуты.В случае полного заряда батареи 3 импульсной регулятор заряда 4 и ключи 10, 12 отключаются.

В автономных системах электропитания перспективным является исполнение, например, стабилизаторов напряжения на основе Стандартных блоков (модулей). Таким стабилизатор 9 напряжения изображен на чертеже.

При отказе, например, силовой части импульсного регулятора заряда 4 ее сможет в предлагаемой автономной системе электропитания заменить силовая часть импульсного регулятора разряда 5 после перекоммутации схемой 8 управления потока мощности цепей управления указанных регуляторов. Возможна и обратная ситуация замены импульсным регулятором заряда 4 отказавшего импульсного регулятора разряда 5 благодаря параллельному включению этих регуляторов.

При отказе одного или нескольких стандартных блоков стабилизатора напряжения их функции (при соответствии структуры построения) могут выполнять регуляторы 4 и 5. При этом по сигналам схемы 8 управления потока мощности замыкаются ключи 10 и 13, ключи 11 и 12 при этом разомкнуты. Образуется цепь протекания тока: плюс солнечной батареи, замкнутый ключ 10, регуляторы 4,5, замкнутый ключ 13, нагрузка 2, минус солнечной батареи, т.е. импульсные регуляторы заряда 4 и разряда 5 включается параллельно работающим стандартным блокам стабилизатора 9 напряжения. Это позволяет им выполнять функции отказавших блоков стабилизатора 9 напряжения. Следовательно, повышается надежность без необходимости дублирования указанных устройств, т.е. без увеличения массы и габаритов автономной системы электропитания.

Таким образом, предлагаемая автономная система электропитания обладает более высокой надежностью, достигнутой без увеличения ее массы и габаритов из-за возможности замены одними ее устройствами других, вышедших из строя.

Формула изобретения Автономная система электропитания, содержащая первичный нерегулируемый источник постоянного тока, к шинам которого подключена 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, датчик напряжения, 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, а вход - с выходом блока управления, отличающаяся тем, что, с целью

повышения надежности при сохранении неизменными массы и габаритов, система дополнительно снабжена четырьмя ключами, входы которых связаны с выходами схемы контроля потока мощности, при этом между

общими точками первого и второго, а также третьего и четвертого ключей включены импульсные регуляторы заряда и разряда, к общей точке второго и третьего ключей подключена буферная аккумуляторная батарея,

а первый и четвертый ключи образуют соответственно с нерегулируемым источником постоянного тока и с нагрузкой общие точки, между которыми подключен разделенный на п стандартных блоков

стабилизатор напряжения.

Использование: в автономных системах электроснабжения с источником постоянного тока ограниченной мощности. Сущность изобретения: система содержит буферную аккумуляторную батарею 3, стабилизатор напряжения 9, разделенный на п стандартных блоков, схему 8 контроля потока мощности, выходом связанную с четырьмя ключами 10, а входом-с блоком управления 7, и импульсные регуляторы заряда и разряда. Схема 8 коммутирует ключи 10-13 и блоки стабилизатора напряжения, обеспечивая работу системы в трех режимах; работа аккумуляторной батареи в буфере с. источником постоянного тока, питание нагрузки только от источника, питание нагрузки и заряд батареи 13 от источника 8. В системе предусмотрена возможность взаимозаменяемости регуляторов заряда, разряда и блоков стабилизатора напряжения. 1 ил. з- (Л G vi CD м XI ON ЧЭ