УСТРОЙСТВО АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С УПРАВЛЯЕМОЙ СТРУКТУРОЙ НА ОСНОВЕ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам управления, заряду и разряду батарей на основе литий-ионных аккумуляторных батарей.
Известна батарея электрических накопителей энергии, построенная по последовательно-параллельной схеме соединения, в которой выравнивание разбаланса напряжений между отдельными элементами батареи (электрическими накопителями) осуществляется путем селективного шунтирования избыточного напряжения отдельных элементов с помощью резисторов в системе управления батареей пассивной балансировкой [1].
Однако данное техническое решение энергетически неэффективно, так как приводит к непроизводительным потерям энергии, а также не позволяет обеспечить заданные значения напряжения на выходе батареи при возникновении неисправностей или несвоевременной разрядке отдельных элементов или блоков батарей.
Известна система управления батареей, в которой нижний уровень управления полностью интегрирован с каждым аккумулятором и содержит трансформаторную схему выравнивания, позволяющую контролируемо перераспределять энергию с любого накопителя и обратно в сквозную для батареи накопительную магистраль постоянного тока [2].
Недостатком данной схемы является наличие трансформаторов, увеличивающих массогабаритные показатели системы, что неприемлемо для автономных источников питания переменного тока большой мощности и высоких напряжений.
В разработанной полезной модели эти недостатки устраняются путем переключений системой управления автономного источника питания (СУ АИП), позволяя выстроить нужную конфигурацию параллельного и последовательного соединения аккумуляторных батарей в зависимости от обеспечения требуемого уровня напряжения, тока нагрузки и длительности автономного функционирования, шунтируя отдельно отказавшие или разряженные аккумуляторных батарей.
Как показали исследования [3], предложенная структура позволяет получить как последовательно-параллельную, так и параллельно-последовательную схему построения, причем последовательно-параллельную схему целесообразно использовать для автономных источников питания малой мощности и стабильности выходных параметров (напряжение, ток), а параллельно-последовательную - для систем большой мощности.
Технический результат полезной модели заключается в том, что предложено устройство автономного источника питания переменного тока, позволяющее осуществлять питание потребителей напряжением установленного значения. при наличии определенного количества отказавших аккумуляторных батарей в системе и при наличии разбаланса напряжения между ними, также есть возможность исходной настройки уровня напряжения под требуемые номиналы электропитания потребителей.
Указанный технический результат достигается тем, что полезная модель устройства автономного источника питания переменного тока с управляемой структурой на основе литий-ионных аккумуляторных батарей содержит комплект аккумуляторных батарей с управляемыми ключами в цепях последовательно и параллельно включенных аккумуляторов, а также в обходной цепи, диод, инвертор, расположенные в автономном источнике питания, причем система управления регулирует включение или отключение управляемых ключей. осуществляет управление зарядно-разрядным устройством, контроль входных и выходных параметров аккумуляторных батарей и инвертора в зависимости от режимов работы и условий эксплуатации автономного источника питания, при этом комплект аккумуляторных батарей подключен через диод и инвертор к нагрузке сети переменного тока, а зарядно-разрядное устройство подключено от сети переменного тока к комплекту аккумуляторных батарей и к системе управления.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1.
Устройство автономного источника питания переменного тока с управляемой структурой на основе литий-ионных аккумуляторных батарей включает: 1 - комплект аккумуляторных батарей; 2 - аккумуляторные батареи; 3 - управляемые ключи в цепях последовательно включенных аккумуляторных батарей; 4 - управляемые ключи в цепях параллельно включенных аккумуляторных батарей, 5 - управляемые ключи в обходной цепи, 6 - зарядно-разрядное устройство (ЗРУ); 7 - система управления АИП; 8 - диод; 9 - инвертор, 10 - сеть переменного тока.
Электрическая схема комплекта аккумуляторных батарей 1 включает в себя последовательно-параллельное соединение аккумуляторных батарей 2, причем в последовательном соединении включены управляемые ключи 3, а в параллельном - управляемые ключи 4, управляемые ключи в обходной цепи 5 включены в цепях групп параллельно включенных аккумуляторных батарей.
При нормальной работе осуществляется разряд комплекта аккумуляторных батарей 1 на нагрузку сети переменного тока 10 через диод и инвертор.
При снижении напряжения на отдельных аккумуляторных батареях 2 ниже допустимого подается команда с системы управления АИП 7 на управляемые ключи 3, отключающие эти аккумуляторные батарей из комплекта 1.
При снижении емкости на отдельных аккумуляторных батареях 2 ниже допустимого значения подается команда с системы управления АИП 7 на управляемые ключи 4, которые включают аккумуляторные батареи 2 и ЗРУ 6 с целью их подзаряда и набора необходимой емкости и обеспечения требуемой длительности автономного функционирования, или выключают управляемые ключи 4 при превышении тока заряда-разряда от ЗРУ 6. Такое явление с комплектом аккумуляторных батарей 1 может происходить при увеличении температуры, давления и снижении ресурса отдельных аккумуляторных батарей 2. В случае отключения модуля параллельно включенных аккумуляторных батарей 2 срабатывает управляемый ключ обходной цепи 5, шунтирующий их (при цепной реакции отказов в модуле параллельно соединенных аккумуляторных батарей).
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное в формуле полезной модели устройство может быть реализовано на практике с достижением заявленного технического результата, то есть оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники информации.
1. Пат. 2324263 С2. Российская Федерация. МПК Н01М 10/48, H02J 7/02. Аккумуляторная батарея / Н.Н. Вдовин, А.И. Груздев, Б.М. Пашов - №2006125170/09; заявл. 13.07.2006; опубл. 10.05.2008, Бюл. №13.-9 с.
2. Пат, 2518453 С2, Российская Федерация. МПК H02J 7/00, H02J 7/10. Иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии / О.И. Сидоренко, В.А. Подлипалин и др. - №2012132668/07; заявл. 30.07.2012; опубл. 10.02.2014, Бюл. №16. - 19 с.
3. Хрулев, П.В. Имитационная модель работы автономного источника питания специальных объектов на базе литий-ионных аккумуляторных батарей. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2017663189, 27.11.2017 г.