Накопитель для возобновляющегося источника энергии

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) Н 02 J 7/34

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р@ у (21) 4880670/07 (22) 05.11.90 (46) 30.07.93. Бюл. N. 28 (75) Е.П. Солодовников (56) 1. Заявка ФРГ N 3404564, кл. H 02 J 7/84, 1985.

2. Романов В.В. и др. Химические источники тока, 2-е изд., M. Сов. радио, 1978, с.8 — 27.

3. Жирнова Н.Б. и др. Энергетические статические математические модели химических источников тока., Электротехника. . 1990, N. 6. с.75-78.

4. Battery state of charge determination

in photovoitaic systems. Weiss R. Appelbaum

V. "Electrochem. Soc. 1982, 129, N. 9, р.1928-1933.

5, Заявка Франции N. 2514963, кл. Н 02 J 7/34, 1983.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к схемам накопления электрической энергии на основе злектрохимических элементов и может быть использовано с любыми источниками энергии, преимущественно с возобновляющимися, Целью изобретения является расширеwe 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, „„ЯЦ „„1830590 А1 (54) НАКОПИТЕЛЬ ДЛЯ ВОЗОБНОВЛЯЮЩЕГОСЯ ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ (57) Использование: в схемах накопления электрической энергии на основе аккумуляторйых 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.

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+8.N.

Каждая секция состоит из двух регуляторов тока 2 и 6 и двух датчиков тока, соединенных последовательно в порядке следования: первый регулятор тока 2, первый датчик тока 3, второй регулятор тока 6, второй датчик тока 7. Точка соединения первого датчика тока 3 и второго регулятора тока 6 подключена к одной из клемм батареи 5 этой сек1830590 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+8.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 непосредствен. но 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 проблематична, поскольку путем замены программы могут быть использованы даже неизвестные в настоящее время способы управления подобным устройством.

В настоящее время можно указать примерно. следующие функциональные возможности и принципы органиэации 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, тины 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-разряженности (т.е. энергетического состояния) положен может быть метод оценки заряженности аккумуляторной батареи непос5 редственно в процессе ее работы, Метод базируется на развитии представлений осоотношении зависимостей заряженности аккумуляторной батареи с ее напряжением в ненагруженном и нагруженном состоянии, 10 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 сохра20 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 вы25 ход характеристик эа номинальные пределы, что показывает необходимость замены конкретной батареи или прекращение ее использования.

Укаэанные функции частично определя30 ют работу отдельной секции в части слежения за аккумуляторной батареей. На самом деле конкретная работа устройства гораздо сложнее и имеет вероятностный характер, эа счет конкретной программы, организую35 щей взаимодействие секции в зависимости от сложившейся ситуации.

После запуска устройство управления в первую очередь проверяет конфигурацию всей системы. состояние отдельных аккуму40 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 отключе45 нию нагрузки путем соответствующего управления регуляторами тока, В зависимости от запаса энергии в батареях, наличия энергии первичного источника и тока нагрузки выбирается способ

50 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.

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

1830590 может служить ядром, например, фотоэлектрической системы питания с адаптивными свойствами.

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

Варианты исполнения устройства позволяют 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 батарей, причем контролироваться могут самые различные параметры, в некоторой степени зависящие ot типа электрохимической системы.

Данное техническое решение устройства накопления с применением элементов. типа регуляторов тока и разделением функций заряда и разряда обладает более развитыми функциональными свойствами и кроме этого предоставляет некоторые дополнительные 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 оптИмальной мощности. например, у фотогенераторов; — позволяет получить в любой момент времени информацию о запасе энергии в системе и состоянии батарей, в смысле деградации;

25 тока, второй датчик тока. а точка Соедине30 ния первого датчика тока и второго регуля35

40 устройством управления, 50 З.Накопитель по п.1, о т л и ч а ю щ и й55

15 — 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 иэ унифицированных элементов.

Формула изобретения

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, о т л ич а ю шийся 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 тора 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 йс я тем, что дополнительно введены регулятор напряжения и датчик напряжения, причем регулятор напряжения соединен своим входом с входом накопит ля, а выходом — с выходом накопителя, датчик напряжения соединен с выходом накопителя, и оба блока соединены информационными связями с с я тем, что его вход соединен непосредственно с выходом.

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

1830590

Редактор С. Коляда

Заказ 2525. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 к устройству управления

Составитель E. Солодовников

Техред М. Моргентал Корректор Н. Милюкова