Накопитель для возобновляющегося источника энергии Советский патент 1993 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к схемам накопления электрической энергии на основе электрохимических элементов и может быть использовано с любыми источниками энергии, преимущественно с возобновляющимися,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем применения регуляторов тока для распределения энергии первичного источника на массив аккумуляторных батарей и разделение функций заряда и разряда/

На чертеже приведена блок-схема накопителя, состоящего из нескольких секций. На чертеже раскрыто устройство одной секции подробно.

Устройство содержит входные клеммы 1 для подключения источника энергии, выходные клеммы 9 для подключения потребителя и несколько аккумуляторных батарей 5 с датчиками напряжения 4, подключенными параллельно клеммам аккумуляторных батарей 5. Накопитель содержит также несколько, по числу аккумуляторных батарей, параллельно соединенных секций 8.1-ь8.М. Каждая секция состоит из двух регуляторов тока 2 и6 и двух датчиков тока, соединенных последовательно в порядке следования: первый регулятор тока 2, первый датчик тока 3, второй регулятор тока б. второй датчик тока 7. Точка соединения первого датчика тока 3 и второго регулятора тока 6 подключена к одной из клемм батареи 5 этой сек00 00

о ел о о

ции. Регуляторы тока 2 и 6, датчики тока 3 и 7 и датчик напряжения 4 соединены информационными связями с устройством управления. Вход каждой секции 8.1-Н5.N образован входом первого регулятора тока 2, выход - выходом второго датчика тока 7, а соответственно соединенные входы и выходы секций подключены соответственно к входным 1 и выходным 9 клеммам накопителя.

Во втором варианте выполнения накопителя дополнительно вводятся регулятор напряжения и датчик напряжения, причем регулятор напряжения соединен своим входом с входом накопителя 1, а выходом - с выходом накопителя 9, дополнительный датчик напряжения соединен с выходом 9 накопителя и оба блока соединены информационными связями с устройством управления.

В третьем варианте выполнения накопителя его вход 1 соединен непосредственно с выходом 9.

В четвертом варианте каждая аккумуляторная батарея 5 соединена информационными связями с устройством управления.

Характер, работы устройства зависит от возможностей и структуры устройства управления, использованного совместно с накопителем. В простейшем случае регуляторы тока могут выполнять функции ключа с ограничением. Устройство управления при этом может быть простейшим, однако и функции накопителя будут также минимальными. Наибольший интерес представляет использование программного устройства управления на основе, например, микропроцессоров. В этом случае указать максимально возможные функциональные возможности проблематично, поскольку путем замены программы могут быть использованы даже неизвестные в настоящее время способы управления подобным устройством. .

8 настоящее время можно указать примерно следующие функциональные возможности и принципы организации управления накопителем подобного рода. Программа управления должна содержать какую-либо математическую модель и коэффициенты математической модели для множества типов аккумуляторных батарей, с которыми устройство должно работать. Кроме этого, должны быть заданы следующие данные: количество работающих секций, типы аккумуляторных батарей и соответствующие им характеристики, например, диапазон зарядных и разрядных токов, режимы заряда и разряда в различных температурных условиях, емкость и т,д, В основу

слежения за степенью заряженности-разря- женности (т.е. энергетического состояния) положе.н может быть метод оценки заря- женности аккумуляторной батареи непосродственно в процессе ее работы. Метод базируется на развитии представлений осо- отношении зависимостей заряженности аккумуляторной батареи с ее напряжением в ненагруженном и нагруженном состоянии,

0 а также о комбинировании этого состояния с данными учета ампер-часов в определенные периоды времени и усреднении случайных ошибок измерения. Таким образом, в основе лежат измерения тока и напряжения

5 за выбранные промежутки времени. Это позволяет более точно знать состояние аккумуляторных батарей.

В процессе работы информация о функционировании каждой секции может сохра0 няться на продолжении двух-трех циклов, что позволяет определить деградацию каждой аккумуляторной батареи и в соответствии с этой информацией корректировать рабочие режимы, а также индицировать выВ ход характеристик за номинальные пределы, что показывает необходимость замены конкретной батареи или прекращение ее использования.

Указанные функции частично определя0 ют работу отдельной секции в части слежения за аккумуляторной батареей. На самом деле конкретная работа устройства гораздо сложнее и имеет вероятностный характер, за счет конкретной программы, организую5 щей взаимодействие секции в зависимости от сложившейся ситуации.

После запуска устройство управления в первую очередь проверяет конфигурацию всей системы, состояние отдельных аккуму0 ляторных батарей и наличие энергии на входе путем нагрузки на требующие заряда секции, а также наличие тока нагрузки, не превышает ли он номинальное значение. Если превышает, то это приводит к отключе5 нию нагрузки путем- соответствующего управления регуляторами тока.

В зависимости от запаса энергии в батареях, наличия энергии первичного источника и тока нагрузки выбирается способ

0 распределения энергии как по функции заряда, так и по функции разряда. Критериями при этом могут быть поддержание режима максимальной мощности первичного источника энергии, оптимизация работы батарей.

5 Таким образом, устройство управления накопителем должно решать задачу оптимизации режима работы всего устройства в зависимости от внешних условий, внутреннего состояния и свойств компонентов. Из этого следует, что накопитель такого типа

может служить ядром, например, фотоэлектрической системы питания с адаптивными свойствами.

Описанные функциональные возможности не являются единственными, про- граммное управление может либо расширятья, либо сужаться даже в процессе работы по каким-то условиям.

Варианты исполнения устройства по- зволяют получить дополнительные режимы работы. В первом случае, при наличии энергии на входе питание нагрузки может осуществляться энергией первичного источника, поступающей в нагрузку через стабилизатор напряжения. Во втором случае, когда вход и выход накопителя соединены, может работать буферный режим с разделенными функциями заряда и разряда. Это означает, что на заряд работает одна батарея, а на разряд - другая. Вариант ис- полнения по п.4 имеет дополнительные информационные связи с аккумуляторными батареями. Это позволяет более точно определять состояние аккумуляторных бэта- рей, причем контролироваться могут самые различные параметры, в некоторой степени зависящие от типа электрохимической системы.

Данное техническое решение устройст- ва накопления с применением элементов типа регуляторов тока и разделением функций заряда и разряда обладает более развитыми функциональными свойствами и кроме этого предоставляет некоторые до- полнительные возможности:

-выбор любого значения емкости;

-использование электрохимических элементов не только разной емкости одной электрохимической системы, но и разных электрохимических систем;

-позволяет оптимизировать функциональную надежность для фотоэлектрических и других автономных энергосистем (надежность круглогодичного снабжения электроэнергией в зависимости от потока мощности);

-позволяет оптимизировать режимы работы отдельных батарей;

-позволяет поддерживать режим опти- мальной мощности, например, у фотогенераторов;

-позволяет получить в любой момент времени информацию о запасе энергии в Системе и состоянии батарей, в смысле де- градации;

-проводить сбор и регистрацию информации о функционировании системы энергопитания;

-за счет ограничения тока позволяет работать с различающимися номинальными напряжениями батарей;

- секционированное построение накопителя позволяет проектировать энергоси; стемы путем сборки из унифицированных элементов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Накопитель для возобновляющегося источника энергии, содержащий входные клеммы для подключения возобновляющегося источника энергии, выходные клеммы для подключения потребителя, и несколько аккумуляторных батарей с датчиками напряжения, подключенными параллельно клеммам аккумуляторных батарей, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, накопитель выполнен в виде нескольких по числу аккумуляторных батарей параллельно соединенных секций, при этом каждая секция состоит из двух регуляторов тока и двух датчиков тока, соединенных последовательно в. порядке следования, первый регулятор тока, первый датчик тока, второй регулятор тока, второй датчик тока, а точка Соединения первого датчика тока и второго регулятора тока подключена к одной из клемм батарей этой секции, регуляторы тока, датчики тока и датчик напряжения каждой секции соединены информационными связями с устройством управления, вход каждой секции образован входом первого регулятора тока, выход - выходом второго датчика тока, а соответственно соединенные входы и выходы секций подключены соответственно к входным и выходным клеммам накопителя:

2.Накопитель по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что дополнительно введены регулятор напряжения и датчик напряжения, причем регулятор напряжения соединен своим входом с входом накопителя, а выходом - с выходом накопителя, датчик напряжения соединен с выходом накопителя, и оба блока соединены информационными связями с устройством управления.

З.Накопитель по п.1, от л и ч а ю щ и й- с я тем. что его вход соединен непосредственно с выходом.

4.Накопитель по п.1, о т л и ч а ю щи й- с я тем, что каждая аккумуляторная батарея соединена информационными связями с устройством управления.

Использование: в схемах накопления электрической энергии на основе аккумуляторных батарей в фотоэлектрических системах электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит аккумуляторную батарею, датчик напряжения аккумуляторной батареи, два регулятора тока и два датчика тока, соединенные в секцию. Силовые элементы и датчики секции соединены информационными связями с системой управления устройством. Несколько таких секций соединено параллельно. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.