УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ МОЩНОСТИ УСТРОЙСТВА ЭНЕРГОПИТАНИЯ В ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ ПОСРЕДСТВОМ КОНДЕНСАТОРА ВЫСОКОЙ ЕМКОСТИ

1. Устройство для компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве посредством конденсатора высокой емкости, причем устройство энергопитания содержит
генератор для транспортного средства,
аккумулятор, присоединенный параллельно к генератору, и
электрическую нагрузку, питаемую от генератора и аккумулятора, а само указанное устройство содержит:
первый модуль двухслойного электрохимического конденсатора, присоединенный параллельно к аккумулятору для выполнения операций зарядки и разрядки и компенсации мощности посредством конденсатора низкой емкости;
второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, присоединенный параллельно к аккумулятору для выполнения операций зарядки и разрядки и компенсации мощности посредством конденсатора высокой емкости;
контроллер, получающий рабочее питание от генератора и аккумулятора и управляющий всей работой устройства;
датчик напряжения аккумулятора, измеряющий напряжение аккумулятора;
блок переключения соединений для зарядки и разрядки, расположенный между вторым модулем двухслойного электрохимического конденсатора и землей и предназначенный для управления операциями зарядки и разрядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора;
блок переключения на зарядку при постоянной мощности, управляемый для обеспечения возможности проведения зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности при выполнении операции зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора;
датчик напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, измеряющий зарядное напряжение второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора; и
датчик разряда, обнаруживающий операцию разрядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора,
причем когда напряжения на клеммах аккумулятора увеличено с предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на первую заранее определенную величину или больше или когда напряжения на клеммах аккумулятора быстро уменьшено от предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на вторую заранее определенную величину или больше, и при этом напряжение аккумулятора, измеренное датчиком напряжения аккумулятора, равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, контроллер переходит в режим ожидания зарядки, в котором контроллер подает сигнал низкого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга с целью временного прекращения операций зарядки и разрядки,
когда напряжение на клеммах аккумулятора равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки, и напряжение на клеммах аккумулятора находится в нормальном состоянии, при котором значение напряжения на клеммах аккумулятора не увеличилось с предыдущего значения на клеммах аккумулятора на первую заранее определенную величину или больше или напряжение на клеммах аккумулятора не уменьшилось резко с предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на вторую заранее определенную величину или больше, контроллер работает в режиме зарядки и разрядки, при котором контроллер сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора и зарядное напряжения второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, измеренное датчиком напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и подает после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и измеренным зарядным напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора равна нулю, сигнал высокого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для присоединения друг к другу аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора для обеспечения возможности выполнения нормальных операций зарядки и разрядки и,
когда напряжение на клеммах аккумулятора равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки, и напряжение на клеммах аккумулятора находится в нормальном состоянии, при котором значение напряжения на клеммах аккумулятора не увеличилось с предыдущего значения на клеммах аккумулятора на первое заранее определенное значение или больше или напряжение на клеммах аккумулятора не уменьшилось резко с предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на вторую заранее определенную величину или больше, или устройство находится в режиме ожидания зарядки, контроллер выполняет операции режима зарядки с постоянной мощностью, в котором контроллер сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора и зарядное напряжения второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, измеренное датчиком напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и подает после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и измеренным зарядным напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора равна третьей заранее определенной величине или больше, сигнал низкого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения друг от друга аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора и подает импульсный сигнал постоянной мощности на блок переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной измеренной разности напряжений.
2. Устройство по п.1, в котором каждый модуль из первого модуля двухслойного электрохимического конденсатора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора содержит несколько соединенных последовательно конденсаторов высокой емкости, схемы защиты, соединенные параллельно по отношению к конденсаторам высокой емкости, и электролитический конденсатор, присоединенный между обоими концами конденсаторов высокой емкости.
3. Устройство по п.2, в котором каждая из схем защиты содержит компаратор, третий, четвертый и пятый транзисторы, диод Зенера и конденсатор, где десятый и одиннадцатый резисторы присоединены к компаратору таким образом, что разделенное напряжение между десятым и одиннадцатым резисторами подано в качестве опорного напряжения на первую клемму компаратора, диод Зенера и двенадцатый резистор присоединены к компаратору таким образом, что разделенное напряжение между диодом Зенера и двенадцатым резистором подано в качестве опорного напряжения на вторую клемму компаратора, выход компаратора присоединен к базе третьего транзистора через тринадцатый резистор, коллектор третьего транзистора присоединен к первой клемме первого конденсатора высокой емкости через четырнадцатый резистор и пятнадцатый резистор, а также присоединен к базе пятого транзистора через базу четвертого транзистора и шестнадцатый резистор, коллекторы четвертого и пятого транзисторов присоединены к первой клемме первого конденсатора высокой емкости через разрядный резистор, и эмиттер пятого транзистора присоединен ко второй клемме первого конденсатора высокой емкости.
4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее модуль предотвращения мгновенного уменьшения напряжения, содержащий по меньшей мере один диод и конденсатор между контроллером и клеммой энергопитания аккумулятора.
5. Устройство по п.1, в котором блок переключения соединений для зарядки и разрядки содержит первый полевой транзистор.
6. Устройство по п.1, в котором блок переключения на зарядку при постоянной мощности содержит резистор и второй полевой транзистор, соединенные последовательно.
7. Устройство по п.1, в котором датчик разряда содержит по меньшей мере один резистор, по меньшей мере один диод и конденсатор.
8. Устройство по п.1, в котором к контроллеру дополнительно присоединены датчик температуры, измеряющий температуру среды, окружающей второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, блок регулировки, содержащий различные кнопки установки функций, и блок дисплея, выводящий на экран информацию, связанную с ошибками и установкой значений.
9. Устройство по п.1, в котором элемент защиты от сверхтоков дополнительно присоединен между аккумулятором и первым модулем двухслойного электрохимического конденсатора.
10. Устройство по п.1, в котором диод и резистор расположены между вторым модулем двухслойного электрохимического конденсатора и землей, что обеспечивает возможность протекания тока во втором модуле двухслойного электрохимического конденсатора при выполнении разрядки с большим током или разрядки и зарядки с малым током второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора.
11. Устройство по п.1, в котором элемент защиты от сверхтоков расположен между блоком переключения на зарядку при постоянной мощности и вторым модулем двухслойного электрохимического конденсатора.
12. Способ компенсации мощности устройства энергопитания, содержащего генератор, аккумулятор и электрическую нагрузку в транспортном средстве, использующего конденсатор высокой емкости, причем способ применен к устройству компенсации мощности устройства энергопитания, содержащему первый модуль двухслойного электрохимического конденсатора, второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, контроллер, датчик напряжения аккумулятора, блок переключения соединений для зарядки и разрядки, блок переключения на зарядку при постоянной мощности, датчик напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, датчик разряда, датчик температуры, блок регулировки и блок дисплея, причем способ включает следующие операции:
измерение контроллером напряжения на клеммах аккумулятора при помощи датчика напряжения аккумулятора и занесение этого значения в контроллер, измерение и сохранение зарядного напряжения второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора датчиком напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора,
измерение, посредством датчика температуры, и сохранение значения температуры среды, окружающей второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора,
определение датчиком напряжения аккумулятора, работает ли двигатель транспортного средства,
определение, равна ли температура среды, окружающей второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, допустимому значению температуры или меньше его, причем эту операцию проводят после определения, что двигатель транспортного средства работает,
вывод на устройство дисплея сообщения о соответствующей ошибке, причем эту операцию проводят после определения, что температура среды, окружающей второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, не равна допустимому значению температуры или меньше его,
определение, равно ли напряжение на клеммах аккумулятора нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, причем эту операцию проводят после определения, что температура среды, окружающей второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, равна допустимому значению температуры или меньше его,
вывод на устройство дисплея сообщения о соответствующей ошибке, причем эту операцию проводят после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора не равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки,
определение соответствия текущего режима режиму ожидания зарядки, причем эту операцию проводят после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки,
определение, увеличилось ли напряжение на клеммах аккумулятора с предыдущего напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше, причем эту операцию проводят после определения, что текущий режим не представляет собой режим ожидания зарядки,
определение, не уменьшилось ли быстро напряжение на клеммах аккумулятора с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, причем эту операцию проводят после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора не увеличилось с предыдущего значения напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше,
выполнение режима ожидания зарядки, в котором контроллер подает сигнал низкого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга для временного предотвращения операций зарядки и разрядки, причем эту операцию проводят после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора увеличено по сравнению с предыдущим напряжением на клеммах на первую заранее определенную величину или больше или после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора быстро упало с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше,
выполнение операции сравнения напряжения на клеммах аккумулятора и зарядного напряжения второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора и определение, равна ли разность напряжений между ними третьей заранее определенной величине или больше ее, причем эту операцию проводят после определения, что текущий режим представляет собой режим ожидания зарядки, после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора не увеличено с предыдущего значения напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше, или после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора не упало быстро с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше,
выполнение режима зарядки и разрядки, в котором контроллер подает сигнал высокого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности, чтобы соединить аккумулятор и второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора друг с другом для обеспечения возможности выполнения нормальных операций зарядки и разрядки, причем эту операцию проводят после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и зарядовым напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора равна нулю, и
выполнение режима зарядки при постоянной мощности, при которой контроллер подает сигнал низкого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки для отсоединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга и подает импульсный сигнал постоянной мощности на блок переключения на зарядку при постоянной мощности, чтобы заряжать второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений, причем эту операцию проводят после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и зарядовым напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора равна третьей заранее определенной величине или больше ее, и подает, когда разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и зарядовым напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора упала до нуля, после подачи импульсного сигнала постоянной мощности, сигнал высокого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности, чтобы соединять аккумулятор и второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора друг с другом для обеспечения возможности выполнения нормальных операций зарядки и разрядки.
13. Способ по п.12, дополнительно включающий операцию входа в режим предварительной зарядки, выполняемый после определения, что двигатель транспортного средства не работает, причем режим предварительной зарядки включает следующие операции:
определение контроллером, равно ли напряжение на клеммах аккумулятора нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки,
вывод на блок дисплея соответствующего сообщения об ошибке, причем эту операцию проводят после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора не равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки,
сравнение напряжения на клеммах аккумулятора и зарядного напряжения второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора и определение, действительно ли разность напряжений между ними равна третьей заранее определенной величине или больше ее, причем эту операцию проводят после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки,
подача сигнала низкого уровня на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга, причем эту операцию проводят после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и зарядовым напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора не равна третьей заранее определенной величине или больше, и
подача сигнала низкого уровня на блок переключения соединений для зарядки и разрядки для отсоединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга и подача импульсного сигнала постоянной мощности на блок переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений, причем эту операцию проводят после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и зарядовым напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора равна третьей заранее определенной величине или больше, и подача, когда разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и зарядовым напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора упала до нуля после подачи импульсного сигнала постоянной мощности, сигнала низкого уровня на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга.
14. Способ по п.12, где режим зарядки при постоянной мощности включает следующие операции:
подача контроллером сигнала низкого уровня на блок переключения соединений для зарядки и разрядки для закрытия первого полевого транзистора,
подача импульсного сигнала постоянной мощности на блок переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений между аккумулятором и вторым модулем двухслойного электрохимического конденсатора с целью закрытия второго полевого транзистора,
определение датчиком разрядки, происходит ли разряд второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора,
определение, полностью ли заряжен второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, причем эту операцию проводят после определения, что не происходит разряд второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и
подача сигнала высокого уровня на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для соединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг к другу, причем эту операцию проводят после определения, что происходит разряд второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, или после определения, что второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора полностью заряжен.