Устройство для питания нагрузки Советский патент 1981 года по МПК H02J7/34 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для снабжения электроэнергией потребителей преимущественно в составе длительно функционирующих необслуживаемых систем.

Известно устройство для питания нагрузки, содержащее буферную аккумуляторную батарею.

Однако в процессе длительной эксплуатации происходит снижение энергетической эффективности этого устройства вследствие появляющегося различия в уровнях заряженности и величинах фактических емкостей отдельных аккумуляторов, обусловленных неидентичностью начальных характеристик и неодинаковым изменением их во времени.

Известны также устройства, в которых для уменьщения отрицательных последствий указанных явлений предусматривается в процессе эксплуатации нивелирование уровней заряженности аккумуляторов на заряде или разряде батарей, которое осуществляется путем использования транзисторов в качестве регулируемых нагрузок. Если во время работы батареи напряжение какого-либо аккумулятора уменьщается ниже заданного уровня, вступает в действие соответствующий транзистор, проводимость которого регулируется для обеспечения необходимой интенсивности разряда данного аккумулятора 1.

К недостаткам известных устройств следует отнести, во-первых, необходимость создания специального режима работы устройства для нивелирования аккумуляторов батареи, во -вторых, наличие непроизводительного расхода электроэнергии в процессе нивелирования.

Наиболее близким к предлагаемому по

to технической сущности является устройство для питания нагрузки, которое содержит источник постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею и включенные параллельно аккумуляторам так называемые псев15доаккумуляторы, состоящие из двух параллельно-встречно включенных цепочек последовательно соединенных диодов 2. В режиме заряда батареи псевдоаккумуляторы пропускают через себя часть зарядного тока тех аккумуляторовбатареи, которые скорее

20 достигают предельного уровня заряженности, снижая скорость их заряда, чем обеспечивается выравнивание уровней заряженности аккумуляторов.

При разряде батареи через псевдоаккумуляторы отводится часть разрядного тока тех аккумуляторов, которые раньше достигают минимального уровня заряженности, что также обеспечивает нивелирование аккумуляторов 2.

Недостатком этого устройства являются, во-первых, потери электроэнергии в процессе нивелирования, которая непроизводительно расходуется при отводе тока внешней цепи через псевдоаккумуляторы, что снижает энергетическую эффективность устройства в целом и создает дополнительную нагрузку на средства теплоотвода, во-вторых, неидентичность изменения в процессе эксплуатации устройства характеристик псевдо-и штатных аккумуляторов может привести к недозаряду или перезаряду последних, что также узудшает энергетические характеристики устройства и уменьшает срок его службы; в-третьих, количество псевдоаккумуляторов равно количеству штатных аккумуляторов.

Цель изобретения - повышение энергетической эффективности и срока службы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею, например никель-кадмиевую герметичную, регулятор заряда батареи, блок поаккумуляторного контроля и коммутатор, введень для осуществления нивелирования аккумуляторов блок определения разности уровней заряженности аккумуляторов, датчик направления тока, блок формирования адреса, пороговый элемент, задатчик сигнала рассогласования, элемент сравнения и дополнительный аккумулятор. При этом выход блока поаккумуляторного контроля соединен со входами блоков определения разностей уровней заряженности аккумуляторов и формирования адреса, блок определения разности уровней заряженности подключен к пороговому элементу и через элемент сравнения, соединенный с задатчиком сигнала рассогласования, к сбрасывающему входу коммутатора, установочный вход которого через замыкающий ключ, соединенный управляющим входом с выходом порогового элемента, подключен к выходу блока формирования адреса, который соединен также с датчиком направления тока, включенным в цепь аккумуляторной батареи, выходы коммутатора соединены с аккумуляторами батареи, а его силовой вход - с дополнительным аккумулятором.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Предлагаемое устройство для питания нагрузки состоит из генератора 1 постоянного тока, буферной аккумуляторной батареи 2, регулятора 3 заряда, блока 4 поаккумуляторного контроля, коммутатора 5, блоков 6 и 7 определения разности уровней заряженности аккумуляторов и формирования адреса соответственно, порогового элемента 8, датчика 9 направления тока, элемента 10 сравнения, датчика 11 сигнала рассогласования, дополнительного аккумулятора 12 и ключа 13. Генератор 1 соединен через регулятор 3 заряда с аккумуляторной батареей 2 и нагрузкой. Аккумуляторы батареи 2 подключены ко входам блока 4 поаккумуляторного контроля и к выходам коммутатора 5. Выход блока 4 поаккумуляторного контроля соединен со входами блока 6 определения разности уровней заряженности аккумуляторов и блока 7 формирования адреса. Блок 6 определения разности своим выходом подключен к пороговому элементу 8 и к одному из входов элемента 10 сравнения. Пороговый элемент 8 подсоединен к управляющему входу замыкающего ключа 13, включенному в цепь прохождения сигнала от блока 7 формирования адреса к установочному входу коммутатора 5. Элемент 10 сравнения соединен вторым входом с задатчиком 11 сигнала рассогласования и сбрасывающим входом коммутатора 5. Датчик 9 направления тока включен в цепь аккумуляторной батареи 2 и соединен с блоком 7 формирования адреса. Дополнительный аккумулятор 12 подключен к силовому входу коммутатора 5.

Предлагаемое устройство для питания нагрузки работает следующи.м образом.

Энергия от генератора I поступает через регулятор 3 к нагрузке и аккумуляторной батарее 2, если потребности нагрузки не превышают возможностей генератора, или от генератора I и батареи 2 к нагрузке в противоположном случае. В первом случае батарея 2 заряжается, во втором - разряжается. Блок 4 поаккумуляторного контроля осуществляет измерение параметров акк)муляторов, характеризующих их уровень заряженности (например, напряжения) и выдает результаты измерений в блок 7 формирования адреса и блок 6 определения разности уровней заряженности аккумуляторов. Блок 7 формирования адреса по данным блока 4 поаккумуляторного контроля в зависимости от сигнала датчика 9 направления тока выделяет номер аккумулятора с наибольшим (при сигнале датчика 9, свидетельствующем о заряде батареи 2) или наименьшим (при разряде батареи) среди других аккумуляторов уровнем заряженности. Блок 6 определения разности выявляет макси.мальное значение разности уровней заря сенности среди всех аккумуляторов батареи 2 и выдает его на пороговый элемент 8 и элемент 10 сравнения. На второй вход элемента 10 сравнения поступает сигнал задатчика 11 рассогласования. Величина этого сигнала обусловлена допустимым по условиям эксплуатации данного типа батареи расхождением уровней заряженности отдельных аккумуляторов. Пороговый элемент 8 настроен также на определенный уровень срабатывания, который задается, исходя из величины недопустимого для данного типа батареи и условий ее эксплуатации расхождения уровней заряженности аккумуляторов Дальнейшая работа устройства проходит в зависимости от соотношения величин сигнала М на выходе блока 6 определения разности, сигнала А задатчика 11, порога В срабатывания элемента 8 (с учетом того, что А В). В начальный период заряда (разряда) уровни заряженности аккумуляторов батареи 2 близки между собой, т.е. М . При этом сигнал на выходе порогового элемента 8 отсутствует, сигнал с выхода элемента 10 сравнения, поступая на сбрасывающий вход коммутатора 5, подтверждает исходное состояние дополнительного аккумулятора 12, в котором он не подключен ни к одному из аккумуляторов батареи 2. По мере заряда (разряда) батареи уровни заряженности аккумуляторов могут раходиться и когда расхождение достигает границы допустимого, т.е. /М/ В (ситуация В не изменяет состояния устройства), появляется сигнал на выходе порогового элемента 8, который поступает на управляющий вход замыкающего ключа 13. Ключ 13 замыкается и пропускает на управляющий вход коммутатора 5 информацию о номере аккумулятора с экстремальным уровнем заряженности, поступающую с выхода блока 7 формирования адреса. Эта информация принимается коммутатором 5, который в соответствии с полученным адресом подключает дополнительный аккумулятор 12параллельк о аккумулятору с экстремальным в данный момент уровнем заряженности. Дополнительный аккумулятор 12 принимает на себя часть тока штатного аккумулятора, к которому он подключен, и аккумулирует (при заряде штатного аккумулятора) или отдает (при его разряде) энергию, чем достигается нивелирование уровней заряженности этого и остальных штатных аккумуляторов. -Ло мере нивелирования уровней заряженности величина сигнала М уменьшается и когда она достигнет величины А, появляется сигнал на выходе элемента 10 сравнения, который воздействует на срабатывающий вход коммутатора 5, возвращая тем самым дополнительный аккумулятор 12 в исходное положение. Использование предлагаемого устройства для нагрузки обеспечивает по сравнению с известными устройствами повыщение энергетической эффективности за счет исключения непроизводительного расхода электроэнергии при нивелировании уровней заряженности аккумуляторов батареи; улучшение эксплуатационных свойств за счет применения в качестве нивелирующего элемента аккумулятора такой же электрохимической системы, что и штатные аккумуляторы; увеличение срока службы за счет повышения качества нивелирования вследствие аналогичности параметров нивелирующего и штатных аккумуляторов. Формула изобретения Устройство для питания нагрузки, содержащте генератор постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею, например никель-кадмиевую герметичную, регулятор заряда батареи, блок поаккумуляторного контроля и коммутатор, отличающееся тем, что, с целью повышения его энергетической эффективности и срока службы, оно снабжено блоком определения разности уровней заряженности аккумуляторов, датчиком направления тока, блоком формирования адреса, пороговым элементом, задатчиком сигнала рассогласования, элементом сравнения и дополнительным аккумулятором, причем выход блока поаккумуляторного контроля соединен со входами блоков определения разности уровней заряженности аккумуляторов и формирования адреса, блок определения разности уровней заряженности подключен к пороговому элементу и через элемент сравнения, соединенный с задатчиком сигнала рассогласования, к сбрасывающему входу коммутатора, установочный вход которого через замыкающий ключ, соединенный управляющим входом с выходом порогового элемента, подключен к выходу блока формирования адреса, другой из входов которого соединен с датчиком направления тока включенным в цепь аккумуляторной батареи, выходы коммутатора соединены с аккумуляторами батареи, а его силовой вход с дополнительным аккумулятором. Источники информации, принятые, во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3454859, кл. 320-6, 1974. 2.Патент Японии № 50-12091, кл. 57 С О.

Кнагруьке

Кнагруьхв