Адаптивная система электроснабжения
ADAPTIVE ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электроснабжения, в которых аккумуляторы являются основным источником электропитания, и может быть использовано для обеспечения дополнительным электропитанием транспортного средства, в котором установлены мощные потребители электроэнергии с высокой пиковой нагрузкой.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известна система электроснабжения аппаратуры подвижного комплекса топопривязки [1], размещенная на подвижном объекте – автошасси специального транспортного средства, содержит генератор, связанный через электромагнитную муфту с коленчатым валом двигателя автошасси, систему подготовки электропитания, состоящую из реле-регулятора и фильтра, два аккумулятора.
Недостатком данного изобретения является то, что описанная в них система подразумевает внесение изменений в транспортном средстве, а именно установку электромагнитной муфты на привод генератора. Использование генератора как основного источника электропитания дает ограничения на максимальную величину тока, которую может выдать генератор, так как основная его задача – обеспечение электропитанием бортовой сети транспортного средства, двигателя, электроусилителя руля и прочее, и при подключении к бортовой системе транспортного средства мощного потребителя электроэнергии может потребоваться больший ток, чем может выдать генератор транспортного средства.
Также известна система электропитания подвижного роботехнического комплекта [2] размещена на базе подвижной платформы робототехнического комплекса и содержит первичный источник питания - бензиновый двигатель с электростартером, генератор со встроенным регулятором напряжения и две аккумуляторные батареи, вторичный источник питания - модульные преобразователи постоянного тока, три плавких предохранителя, силовые выключатели и, сервоусилители, коллекторные двигатели постоянного тока, потенциометры, блок управления и согласования, состоящий из узла согласования и узла усиления.
Недостатком данного изобретения является то, что система, выполненная по данным изобретениям, может не подойти для установки в легковые транспортные средства, так как в предложенных выше изобретениях двигатель с генератором являются первичным источником питания, следовательно, мощность двигателя и генератора подбираются под систему электропитания, что ограничивает выбор транспортных средств, в которых возможна установка данной системы.
Раскрытие сущности изобретения
2
2
2
2
2
Предполагается, что заявленное изобретение может устанавливаться совместно с мобильной системой информирования [3], содержащей мобильный дисплей [4, 5] или мобильный гибкий дисплей [6]. Мобильный дисплей или мобильный гибкий дисплей, содержащий в себе мощную подсветку, требующую большой ток для работы на высокой яркости для того, чтобы изображение с их жидкокристаллического дисплея было видно в солнечную погоду, и, следовательно, требуется мощный источник питания для такой подсветки. Известно, что уличные светодиодные экраны имеют яркость от 4000 Кд/м до 6000 Кд/м для того, чтобы изображение, получаемое с экрана, было видно при солнечном свете, при этом их энергопотребление составляет от 200 до 500 Ватт/м [7]. Мобильный дисплей [4, 5] или мобильный гибкий дисплей [6] содержат жидкокристаллический дисплей, чья светопропускаемость составляет от 7% до 9%. В таком случае подсветка будет потреблять не менее 965 Ватт/м. Если применять мобильный дисплей [4, 5] или мобильный гибкий дисплей [6] размером 43”, чья площадь составляет 0,52 м, его мощность будет как минимум 500 Ватт. С учетом использования мобильного дисплея в транспортном средстве, подразумевается, что напряжение электропитания будет составлять 12В, и с учетом мощности подсветки мобильного дисплея, сила тока будет составлять 42А. Стандартный генератор легкового транспортного средства, например Hyundai Solaris, может выдавать ток от 90 до 120А [8], что явно недостаточно для работы подсветки мобильного дисплея. Подключение такого мощного дополнительного потребителя электроэнергии приведет к разрядке бортового аккумулятора, возникновения неисправностей в транспортном средстве и может привести к выходу из строя генератора.
Следовательно, технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение является обеспечение возможности использования в транспортном средстве мощных потребителей электроэнергии при этом не используя бортовую сеть автомобиля как основную за счет применения адаптивной системой электроснабжения.
Если рассмотреть подробнее техническую задачу, адаптивную систему электроснабжения, необходимо обеспечить следующими возможностями:
1) обеспечить зарядку по меньшей мере одного буферного аккумулятора адаптивной системы электроснабжения от стандартного генератора транспортного средства максимально допустимым током, который может дать генератор транспортного средства;
2) если в адаптивной системе электроснабжения присутствует не менее двух буферных аккумуляторов, то их подключение должно быть параллельным, а зарядка должна осуществляться поочередно с определенным интервалом времени;
3) обеспечить возможность адаптивной системе электроснабжения выдавать постоянное напряжение, без просадок и его повышения;
4) обеспечить коммутацию компонентов адаптивной системы электроснабжения и потребителей;
5) обеспечить управление переключением работы адаптивной системы электроснабжения, таких как помощь в запуске двигателя, поочередная зарядка буферных аккумуляторов, режим ожидания, вывод электропитания на потребителя электроэнергии.
Поставленная задача решается за счет того, что адаптивная система электроснабжения содержит в себе по меньшей мере два буферных аккумулятора, которые заряжаются от платы зарядки аккумулятора, подсоединенной к плате коммутации, от платы коммутации работает стабилизатор напряжения, от которого питаются мощные источники потребления электроэнергии, плата коммутации управляется с помощью контроллера.
Техническим результатом использования данного изобретения является возможность использования в транспортном средстве мощных источников потребления электроэнергии, при этом не используя бортовую сеть автомобиля как основную.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 изображена общая схема адаптивной системы электроснабжения;
на фиг. 2 изображена логическая схема работы платы контроллера адаптивной системы электроснабжения ;
на фиг. 3 изображен пример установки общей схемы адаптивной системы электроснабжения в транспортное средство.
На фигуре 3 приняты следующие обозначения:
1 – плата коммутации
2 – плата стабилизатора напряжения
3 – плата зарядки буферных аккумуляторов
4 – буферные аккумуляторы
5 – плата контроллера.
Осуществление изобретения
Основным элементом в адаптивной системе электроснабжения является плата коммутации, к которой подключены все источники, выдающие ток и потребляющие его, а именно:
- питание от генератора и аккумулятора транспортного средства (ГТС, АКТС);
- питание от двух буферных аккумуляторов (БК1, БК2) адаптивной системы электроснабжения;
- плата зарядки буферных аккумуляторов;
- плата стабилизатора напряжения;
- потребитель электроэнергии;
- плата контроллера.
Общая схема системы представлена на фигуре 1, логическая схема работы контроллера системы представлена на фигуре 2, и система работает следующим образом. Плата контроллера всегда проверяет напряжение от аккумулятора транспортного средства (АКТС) с помощью датчика тока и напряжения, установленного на плате коммутации, и в случае, если напряжение на аккумуляторе транспортного средства (АКТС) соответствует напряжению, которое показывает, что на данный момент генератор транспортного средства (ГТС) выдает ток, т.е. двигатель транспортного средства заведен, то контроллер дает команду плате коммутации включиться. При включении платы коммутации ток от генератора транспортного средства (ГТС) поступает через плату коммутации на плату зарядки буферных аккумуляторов (БК1, БК2), а далее ток зарядки снова идет через плату коммутации и заряжает буферные аккумуляторы (БК1, БК2),  подключенные к плате коммутации параллельно, при этом плата контроллера задает плате коммутации очередность и длительность зарядки буферных аккумуляторов (БК1, БК2) в зависимости от того, насколько аккумуляторы (БК1, БК2) разряжены и их степени разбалансировки, получая данную информацию от датчиков тока и напряжения, установленных на плате коммутации. То есть в один промежуток времени в процессе зарядки участвует один из буферных аккумуляторов (БК1), а второй аккумулятор (БК2) в это время подает через плату коммутации ток на стабилизатор напряжения, который выдает необходимое стабилизированное напряжение с необходимым током для мощного потребителя электроэнергии. При этом плата зарядки аккумулятора обеспечивает напряжения, силу тока и частотные характеристики необходимые для ускоренной зарядки. Чтобы ток поступал на стабилизатор напряжения без скачков, возникающих при переключении буферных аккумуляторов (АКТС) на плате коммутации реализовано их бесшовное переключение, т.е. в какой-то момент времени между включением одного аккумулятора (БК1) и отключением второго аккумулятора (БК2) они работают вместе параллельно. Если во время эксплуатации транспортного средства совместно с мощным потребителем электроэнергии оба буферных аккумулятора (БК1, БК2) разрядились, плата коммутации отключает плату стабилизатора напряжения и заряжаются оба буферных аккумулятора (БК1, БК2), пока значение их заряда не станет допустимым для подачи электропитания на мощный потребитель электроэнергии. Если двигатель транспортного средства заглушен, то генератор (ГТС) перестает выдавать ток и напряжение на аккумуляторе транспортного средства (АКТС) падает, плата контроллера отслеживает это падение и дает команду на выключение платы коммутации и система перестает работать до следующего момента запуска двигателя транспортного средства.  Помимо этого, данная система имеет возможность дать дополнительный ток для запуска двигателя транспортного средства. Плата контроллера отслеживает значение напряжения на аккумуляторе транспортного средства (АКТС), и в процессе запуска двигателя напряжение на аккумуляторе (АКТС) падает. Контроллер отслеживает это падение напряжения и в случае, если после его падение напряжение не возрастает, что означает что двигатель не запустился, контроллер дает команду плате коммутации подключить по меньшей мере один из буферных аккумуляторов (БК1, БК2) к бортовой системе транспортного средства, чтобы помочь запуску двигателя.
Пример установки прототипа адаптивной системы электроснабжения в багажное отделение транспортного средства, оборудованное мобильной системой информирования [2] представлен на фигуре 3.
Источники информации
1. RU 2435280 C1. Система электроснабжения аппаратуры подвижного комплекса топопривязки.
2. RU 2564853 C1. Система электропитания подвижного роботехнического комплекса.
3. RU 2659956 C1. Мобильная система информирования.
4. RU 2671053 C1. Мобильный дисплей.
5. RU 202859 U. Мобильный дисплей.
6. RU 2664822 С1. Мобильный гибкий дисплей.
7. Сайт компании LEDsi. URL: https://led-si.com/produktsiya/ulichnye-ekrany (дата обращения 20.04.2021).
8. Сайт интернет-магазина StarVolt. URL: https://startvolt.com/catalogue/generatory/generator-solaris-ii-17-rio-17-creta-17-1-4i-1-6i-lg-08l7-lg-08l7/ (дата обращения: 20.04.2021).