УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
POWER SUPPLY DEVICE

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к источникам электроснабжения полевых подвижных объектов управления и связи (ППО УС), основу которых составляют свинцово-кислотные герметизированные аккумуляторные батареи, и может быть использовано для электроснабжения электронной аппаратуры различного назначения.
Существенным недостатком непосредственного использования аккумуляторных батарей является наличие «провалов» величины выходного напряжения при резком значительном увеличении нагрузки, например, при электростартерном запуске двигателей силовых установок, что оказывает отрицательно воздействие на других, ранее подключенных потребителей, вплоть до появления сбоев их работы.
Для исключения подобных «провалов» используется параллельное подключение к аккумуляторным батареям молекулярных накопителей энергии (суперконденсаторов), таких как, например, 10ЭК402-14,5, 10ЭК501-14,5, 10ЭК402-29, 20ЭК501-29 и т.п. [1].
Известна комбинированная энергоустановка, используемая на некоторых модификациях автомобилей многоцелевого назначения марки КАМАЗ, включающая группу стартерных аккумуляторных батарей (АКБ) и подключаемого параллельно ей без каких либо коммутационных аппаратов молекулярного накопителя (модуля 20ЭК501-29) [2]. Недостатком такой схемы применения молекулярного накопителя энергии является повышенный саморазряд аккумуляторной батареи АКБ за счет диэлектрических потерь молекулярного накопителя. Так, при длительных перерывах в использовании энергоустановки (более 10 суток) возможен полный разряд аккумуляторной батареи.
Если же на время длительного перерыва в использовании энергоустановки отключить от аккумуляторной батареи молекулярный накопитель энергии, то в момент их соединения друг с другом возможен бросок тока заряда молекулярного накопителя, обусловленный снижением напряжения молекулярного накопителя вследствие его саморазряда, что оказывает отрицательное влияние на состояние аккумуляторной батареи.
Целью данного изобретения является исключение разряда аккумуляторной батареи за счет диэлектрических потерь молекулярного накопителя и ограничение тока заряда молекулярного накопителя, обусловленного снижением напряжения молекулярного накопителя вследствие его саморазряда.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство электроснабжения, содержащее параллельно соединенные друг с другом и подключенные к нагрузке аккумуляторную батарею и молекулярный накопитель энергии, дополнительно введены зарядный резистор, диод, выключатель аккумуляторной батареи и выключатель молекулярного накопителя энергии, при этом положительные выводы аккумуляторной батареи и молекулярного накопителя энергии соединены между собой посредством зарядного резистора, параллельно которому подключен диод, причем плюсовым выводом диод подключен к положительному выводу молекулярного накопителя энергии, а отрицательным выводом подключен к положительному выводу аккумуляторной батареи, положительный вывод аккумуляторной батареи подключен к нагрузке, отрицательные выводы аккумуляторной батареи и молекулярного накопителя соответственно через выключатель аккумуляторной батареи и выключатель молекулярного накопителя энергии соединены с корпусом («массой») ППОУС.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критериям изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными решениями показывает, что наличие в подобных устройствах соединенных параллельно друг с другом аккумуляторной батареи и молекулярного накопителя энергии известно.
Однако, благодаря дополнительному введению в состав устройства электропитания зарядного резистора, диода, выключателя аккумуляторной батареи и выключателя молекулярного накопителя энергии, представляющих собой замкнутые в рабочем состоянии контакты, при этом положительный вывод аккумуляторной батареи подключен к нагрузке, положительные выводы аккумуляторной батареи и молекулярного накопителя энергии соединены между собой посредством зарядного резистора, параллельно которому подключен диод, причем плюсовым выводом диод подключен к положительному выводу молекулярного накопителя энергии, а минусовым выводом подключен к положительному выводу аккумуляторной батареи, отрицательные выводы аккумуляторной батареи и молекулярного накопителя соответственно через выключатель аккумуляторной батареи и выключатель молекулярного накопителя энергии соединены с «массой», появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в исключении разряда аккумуляторной батареи за счет диэлектрических потерь молекулярного накопителя и ограничении тока заряда молекулярного накопителя, обусловленного снижением напряжения молекулярного накопителя вследствие его саморазряда.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».
На фигуре изображена структурная схема заявляемого устройства электроснабжения, в состав которого входят:
1 - аккумуляторная батарея (АКБ),
2 - молекулярный накопитель энергии,
3 - зарядный резистор,
4 - диод;
5 - выключатель аккумуляторной батареи,
6 - выключатель молекулярного накопителя энергии.
Элементы, входящие в состав устройства электроснабжения, соединены между собой следующим образом: положительные выводы аккумуляторной батареи 1 и молекулярного накопителя энергии 2 соединены между собой посредством зарядного резистора 3, параллельно которому подключен диод 4, причем плюсовым выводом диод 4 подключен к положительному выводу молекулярного накопителя энергии 2, а минусовым выводом подключен к положительному выводу аккумуляторной батареи 1, отрицательные выводы аккумуляторной батареи 1 и молекулярного накопителя энергии 2 соответственно через выключатель 5 аккумуляторной батареи и выключатель 6 молекулярного накопителя энергии соединены с корпусом ППОУС («массой»).
Работает устройство электроснабжения следующим образом.
Во время длительного перерыва в использовании выключатель 5 аккумуляторной батареи 1 и выключатель 6 молекулярного накопителя энергии 2 находятся в разомкнутом состоянии, вследствие чего отсутствует саморазряд аккумуляторной батареи 1 как за счет внешних устройств - потребителей электроэнергии (нагрузки), так и диэлектрических потерь молекулярного накопителя 2. Но в это время за счет саморазряда происходит уменьшение напряжения молекулярного накопителя электроэнергии 2.
Для завершения перерыва в использовании устройства электропитания осуществляется включение выключателя 5 аккумуляторной батареи 1 и выключателя 6 молекулярного накопителя энергии 2, благодаря чему аккумуляторная батарея 1 и молекулярный накопитель энергии 2 соединяются параллельно друг с другом и подключаются к нагрузке. Если в этот момент напряжение на выводах молекулярного накопителя энергии 2 вследствие его саморазряда окажется меньше выходного напряжения аккумуляторной батареи 1, то появляется ток заряда от аккумуляторной батареи 1 к молекулярному накопителю энергии 2, величина которого ограничивается величиной сопротивления зарядного резистора 3, исключая тем самым появление «броска» тока заряда.
При уравнивании величин напряжения аккумуляторной батареи 1 и молекулярного накопителя энергии 2 величина тока заряда становится равной нулю. Молекулярный накопитель энергии 2 заряжен и устройство электроснабжения находится в работоспособном состоянии.
Если в процессе работы устройства при увеличении нагрузки выходное напряжение аккумуляторной батареи 1 окажется меньше напряжения на выводах молекулярного накопителя энергии 2, то появляется ток разряда молекулярного накопителя энергии 2, который через открытый диод 4 параллельно зарядному резистору 3 поступит к нагрузке, поддерживая тем самым аккумуляторную батарею 1.
По мере разряда молекулярного накопителя энергии 2 осуществляется его подпитка от аккумуляторной батареи 1 через зарядный резистор 3.
Техническим результатом заявляемого технического устройства является исключение во время перерыва в работе разряда аккумуляторной батареи за счет диэлектрических потерь молекулярного накопителя энергии и ограничение тока заряда молекулярного накопителя, снижающего отрицательное влияние на состояние аккумуляторной батареи.
Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед данным изобретением - исключение разряда аккумуляторной батареи за счет диэлектрических потерь молекулярного накопителя энергии и ограничение тока заряда молекулярного накопителя энергии, обусловленного снижением напряжения молекулярного накопителя энергии вследствие его саморазряда, - достигнута.
К достоинствам предложенного устройства электроснабжения относится простота его реализации, основанная на использовании широко известных и применяемых электронных элементов и составных частей.
Предложенное устройство электроснабжения может найти применение при создании высоконадежных устройств электроснабжения полевых подвижных объектов управления и связи.
Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства электроснабжения, заключается в существенном повышении надежности функционирования и увеличении срока эксплуатации построенных на его основе устройств электроснабжения постоянным током.
Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства электроснабжения зависит в первую очередь от области его применения и конкретных вариантов исполнения, - ее определение возможно только после его практической реализации.
Источники информации
1. Модули конденсаторные электрохимические 10ЭК501-14,5; 10ЭК402-14,5; 20ЭК501-29; 20ЭК402-29. Технические условия
ТУ 3414-071-04707044-2015, АО «Энергия», Елец, 2015 г.
2. Руководство по устройству, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту 4350-3902002РЭ. ОАО «КАМАЗ», Набережные Челны, 2006 г.