Джерело живлення на основі електрохімічних акумуляторів

Джерело живлення на основі електрохімічних акумуляторів, яке містить п акумуляторів і електронну систему контролю параметрів, яке відрізняється тим, що воно оснащене п конверторами, кожний з який з'єднаний з ВІДПОВІДНИМ акумулятором і утворює з ними п каналів перетворення напруги, і комутатором цих каналів, через який виходи конверторів підключені паралельно до електронної системи контролю параметрів джерела живлення і до навантаження Пропонований винахід відноситься до області енергетики і може бути використаний в системі електроживлення PEA ВІДОМІ батареї акумуляторів, що представляють собою зазвичай послідовно з'єднані акумулятори, де позитивний полюс одного акумулятора з'єднаний з негативним полюсом наступного акумулятора і т д для одержання джерела живлення з необхідною більшою напругою, тому що при цьому напруга окремих акумуляторів складається, а струм, при ідентичності акумуляторів, дорівнює струму окремого акумулятора Причому КІЛЬКІСТЬ акумуляторів, необхідних для укомплектування батареї, визначається по формулі тематичного недозаряду і неповного розряду інших акумуляторів батареї, унаслідок чого останні виходять з ладу завчасно Крім того, при послідовному з'єднанні неідентичних акумуляторів батареї, що стали такими в результаті не передбачуваного правилами збереження чи тривалої експлуатації, спостерігається перенапружена робота кондиційних акумуляторів, за умов віддачі у навантаження тієї ж потужності, оскільки струм їх розряду стає більше номінального струму ВІДОМІ також джерела електроживлення з безтрансформаторним входом [див наприклад, Бас А А и др Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом / А А Бас, В П Миловзоров, А К Мусолин, - М Радио и связь, 1987г, с 5 - 6], надійність функціонування яких досить висока і питома потужність яких досягає декількох десятків Вт/дм2 при високому ККД Так наприклад, УВИП-2-27 В-2 А мають наступні характеристики UH = 27В, ІН = 2А V = 36Вт/дм2, ККД = 0 82, Р = 54Вт [див наприклад Мкртчян Ж А Электоропитание - электронно-вычислительных машин М Энергия, 1980г, -207с] Відома також допоміжна батарея акумуляторів із зарядним пристроєм і освітлювачем, виконана як легке і портативне допоміжне джерело струму (ДДС), використовуване для запуску двигуна автомобіля, моторного човна чи в піднімальних пристроях у випадку виходу з ладу основної стартерноі АБ [див наприклад, патент США №4983473 по МКИ Н01М6/00, Н01М2/26от8 01 1991 г ] Це ДДС де UH - напруга живлення навантаження споживача, В, UA - напруга одного цілком зарядженого акумулятора, В, що відповідає струму навантаження споживача [див , наприклад, Васильєв А А Аккумуляторные батареи в энергосистемах М - Л Госэнергоиздат, 1950г] Батарея містить п - акумуляторів і елементи з'єднання Недоліком таких батарей акумуляторів є недостатня надійність і ресурс такого джерела живлення через неможливість реалізації повного ресурсу окремо узятих акумуляторів, викликаного явищами переполюсовки окремих акумуляторів у процесі експлуатації, підвищеного саморозряду через не ідентичність сусідніх акумуляторів, сис 00 (О ^ о ю являє собою АБ на 12 чи 24В, розташовану в спеціальній валізі, яка щільно закривається кришкою Корпус валізи, розділений двома перегородками на центральну камеру і два бічних відділення, у камері розташовані 1 чи 2 блоки АБ на 12 В, у бічних відділеннях два кабельних шнури для приєднання ДДС до споживача У неробочому стані шнури від'єднанні від АБ, що гарантує надійність збереження і перенесення Пружинні контакти на кінцях шнурів забезпечують міцне зчеплення з контактами споживчого пристрою У бічних стінках валізи зроблені прорізи для шнурів, що дозволяє приєднати ДДС із закритою кришкою, забезпечуючи безпеку від випадкових замикань ДДС містить у собі Індикатор заряду, приєднаний до одного зі сполучних шнурів, що визначає ступінь разрядженості основної стартерной АБ На іншому шнурі поблизу пружинного контакту вмонтована лампочка для висвітлення робочої зони приєднання ДДС У комплект входить невеликий перетворювач, що дозволяє заряджати ДДС від мережі змінного струму або від АБ на 12 чи 24 В Недоліками даної батареї також є знижена надійність і ресурс джерела живлення через неможливість реалізації повного ресурсу окремих акумуляторів, що входять до складу батареї Найбільш близьким до пропонованого технічним рішенням, обраним як прототип, є блок живлення на основі акумуляторної батареї [див наприклад патент США №5057383 по МКИ Н01М10/48 опублік 1510 1991 р], який складається з акумуляторної батареї й електронної системи контролю її параметрів і видачі вихідних аналогових сигналів щодо ступеня її зарядженості , причому для живлення електронної системи використовується таж акумуляторна батарея Недоліками пристрою є недостатня надійність і ресурс через неможливість реалізації повного ресурсу окремих акумуляторів у батареї В основу винаходу поставлена задача підвищення надійності і ресурсу джерела живлення на основі електрохімічних акумуляторів Введення додаткових блоків і нових зв'язків, а саме п конвертерів, кожний з який з'єднаний з ВІДПОВІДНИМ акумулятором і утворюючий з ними п каналів перетворення напруги, і комутатор цих каналів, через який виходи конвертерів підключені паралельно до електронної системи контролю параметрів джерела живлення і до навантаження, забезпечило паралельну роботу акумуляторів на спільне навантаження, що усунуло недоліки послідовного з'єднання акумуляторів і в такий спосіб дозволило підвищити як загальну надійність пристрою, так і реалізувати повний ресурс кожного окремого акумулятора, а значить і всього джерела живлення в цілому Поставлена задача досягається тим, що джерело живлення на основі електрохімічних акумуляторів, яке містить п акумуляторів і електронну систему контролю параметрів, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, постачене п конверторами, кожний з який з'єднаний з ВІДПОВІДНИМ акумулятором, і утворюючі з ними п каналів перетворення напруги, і комутатором цих каналів, через який виходи конвертерів підключені паралельно до електронної системи контролю параметрів джерела живлення і до на 50468 вантаження Структурна схема пропонованого акумуляторного джерела живлення приведена на фігурі (Фіг) Він МІСТИТЬ П акумуляторів 1, п конвертерів напруги 2, кожний з який з'єднаний з ВІДПОВІДНИМ акумулятором 1, і утворюючі п каналів перетворення напруги, і комутатор цих каналів 3, через який виходи конвертерів 2 підключені паралельно до електронної системи контролю параметрів 4 джерела живлення і до навантаження 5 Запропонований пристрій працює в такий спосіб При включенні акумуляторного джерела живлення на навантаження в кожнім каналі відбувається перетворення енергії кожного окремого акумулятора (за рахунок його ж енергії) у напругу джерела живлення з необхідною більшою напругою, рівною напрузі живлення навантаження споживача UH з дотриманням наступних співвідношень (і) (2) щ U п(! щ (3) (4) г. — (5) н За умови повної ідентичності акумуляторів у джерелі живлення, коли виконуються умови = h\ - h2 — 11 — і1 А 11 U j І іУ — — ' Лп ~ * А 2. — 1} — — -її — U А її — — D — D Г Ч 2 ~ ~ !п ~ ' струм у навантаженні ІН = г|ІА при UH = nUA, де використані загальноприйняті позначення ІА, UA, Ri - струм, напруга і внутрішній опір акумулятора, ІН, UH, RH - струм, напруга і внутрішній опір навантаження, П - ККД перетворювача напруги, п - коефіцієнт перетворення перетворювача напруги чисельно дорівнює КІЛЬКОСТІ акумуляторів Деяке зниження струму в навантаженні, зв'язане з ВІДМІННІСТЮ ККД від одиниці компенсується підбором акумуляторів з номінальним струмом розряду трохи перевищуючим необхідний струм навантаження - споживача І так, при паралельній роботі акумуляторів на навантаження струми каналів складаються, а напруга дорівнює напрузі перетворення каналів У випадку, якщо напруга якогось акумулятора зменшиться і стане менше граничного значення, спрацює електронна система контролю параметрів джерела живлення і відключить цей канал і акумулятор від навантаження [якщо наприклад UA1 стане рівним UA1 - ДІІА1, то напруга цього каналу на навантаженні буде рівною UH1 - ДІІН1, спрацює електронна система контролю і відключить цей канал від навантаження] Інші ж акумулятори будуть працювати на навантаження до повної реалізації свого ресурсу Надійність запропонованого пристрою визначається з урахуванням паралельного з'єднання (6) 50468 стає ще більше [див на приклад Романов В В акумуляторів і додатково введених конвертерів по Хашев Ю М Химимческие источники тока - М формулі Сов радио, 1978р , с 46], а все це характерно для п аналізованого випадку З часом експлуатації пристрою прототипу росде РАБ - імовірність безвідмовної роботи акуте ДІІА1 і за умови ДІІА1 = UA1 починається явимуляторного джерела живлення, ще переполюсовки, що шкідливо як для акумуляРіА і РіК - імовірності безвідмовної роботи акутора, так і для батареї в цілому При цьому муляторів і конвертерів ВІДПОВІДНО акумулятор стає баластним опором, при чому веАналогічно проведемо аналіз для пристрою личина внутрішнього опору акумулятора може прототипу, де використане послідовне з'єднання досягати величини опору навантаження Інші акуакумуляторів у батареї, вважаючи що спочатку ми мулятори батареї в цьому випадку працюють з маємо ті ж ідентичні акумулятори перенапругою тобто зі струмом розряду більше номінального, що приводить до скорочення ресурА = 1 1А А1 =' J п су роботи батареї акумуляторів у цілому = ^А2=- ^А п = Надійність пристрою прототипу визначається І "п - кп - ..= 'и виразом = = п(І 1А Rи Струм у замкнутому ланцюзі визначає І ц причому він протікає через акумулятори від мінуса до плюса, а в зовнішньому ланцюзі від плюса до мінуса джерела (як прийнято в електротехніці) Допустимо, що в процесі експлуатації, напруга на одному акумуляторі (для визначеності беремо перший акумулятор) зменшилась на величину ДІІА1 тоді аА. -МіА. тііл І- +иАн =UH -MJ ИІін-Ш = 1И - А/и, причем АІН = , R H При визначенні Ri акумулятора, виходячи з його вольтів - амперної характеристики згідно виразу н випливає, що при менших струмах розряду його внутрішній опір зростає приблизно втри рази, а при розрядженому частково акумуляторі воно зро А\ (8) для послідовного з'єднання акумуляторів у батарею При тих же значеннях рід імовірність безвідмовної роботи раб пристрою прототипу виходить нижче, ніж для запропонованого пристрою Запропонований пристрій було практично реалізовано і перевірено експериментальне Як показали результати досліджень при ретельному виконанні блоків схеми удалося одержати акумуляторне джерело живлення з наступними характеристиками - акумулятори типу НКП-6С 10шт , - напруга навантаження UH = 12В, - струм навантаження ІН = 1А, - потужність Р = 12Вт, - ККД п = 0 9 - питома потужність по об'ємі 14Вт/дмЗ, У такий спосіб запропонований пристрій відрізняється від пристрою прототипу, може бути реалізований і дозволяє одержати корисний ефект, поставлений у задачі на винахід 50468 1 2 1 4 2 3 5 n 1 2 ФІГ ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71