Накопитель электроэнергии полного диапазона входной мощности

Полезная модель относится к области электротехники, к устройствам коммутации электрических цепей, и может быть использовано в сетях систем электроснабжения и управления, работающих на постоянном токе. Применение заявляемого устройства наиболее целесообразно в цепях постоянного напряжения. Предназначением полезной модели является быстрое накапливание электрической энергии, ее сохранения в течение длительного времени и быстрый вывод в нагрузку.
Известен патент на изобретение №RU 2512880 С2, в котором описано устройство, содержащее батарею суперконденсаторов и батарею аккумуляторов, предназначено для обеспечения бесперебойного питания нагрузки, при работе на сеть переменного или постоянного тока.
Основным недостатком такого устройства является невозможность применения в малогабаритных устройствах, при низком коэффициенте сохранения запасаемой энергии
Известен патент на полезную модель №RU 143104 U1, принятый в качестве ближайшего аналога. Устройство является преобразователем солнечной энергии, содержащий, по меньшей мере, одну солнечную батарею, регулятор, средство управления преобразователем, отличающийся тем, что в качестве регулятора использован регулятор точки максимальной мощности, содержащий преобразователь постоянного тока, первым входом соединенный с солнечной батареей, вторым входом - со средством управления преобразователем постоянного тока - микропроцессорной системой, а выходом последовательно соединен с измерительным блоком, выход которого соединен с коммутационным блоком демпфирующей системы, к которому подключены блок суперконденсаторов и блок аккумуляторных батарей.
Основным недостатком такого устройства является низкий коэффициент сохранения запасаемой энергии из-за неточной работы регулятора точки максимальной мощности. Подобное устройство может занимать значительное место, также требует использование алгоритма отслеживания точки максимальной мощности, использующийся для получения максимальной возможной мощности на выходе фотопреобразователя. Подобные алгоритмы имеют ряд недостатков, которые приводят к снижению эффективности. При малых значениях освещения источника мощности вольт-амперная характеристика сглаживается, что приводит к сложностям при определении точки максимальной мощности, так как изменения в мощности становятся малы по сравнению с изменением напряжения. Другой недостаток алгоритмов, в том, что невозможно точно определить момент достижения регулятором точки максимальной мощности.
Перед заявляемой полезной моделью поставлена задача повысить коэффициент сохранения запасаемой энергии, при обеспечении ее длительного хранения, а также возможность принять полный диапазон входной мощности, для значений тока от 10 мА до 10 А и напряжения от 0.7 В до 100 В.
Поставленная задача решается за счет того что в накопителе электроэнергии полного диапазона входной мощности содержащем питающий ввод от источника мощности последовательно соединенным с ключом, к которому параллельно подключены микроконтроллер и суперконденсатор, аккумулятором длительного хранения энергии, по сравнению со временем сохранения накопленной энергии на конденсаторе или суперконденсаторе, соединенным с ключом, управляемым микроконтроллером с помощью управляющей связи, и с суперкондесатором энергетической связью управляемой через ключ связанный с микроконтроллером, микроконтроллер дополнительно снабжен несколькими аналоговыми входами с несколькими достаточно точными АЦП, разрядностью 16 бит, к которым присоединены ключ от источника мощности и информационная связь от ключа, соединяющего аккумулятор длительного хранения с суперконденсатором, также выход суперконденсатора соединен с нагрузкой через управляемый микроконтроллером ключ.
Техническим результатом является повышение коэффициента сохранения запасаемой энергии, при обеспечении ее длительного хранения на накопителе.
На фиг. 1 изображена общая структурная схема полезной модели
Накопитель электроэнергии полного диапазона входной мощности содержит, (см Фиг. 1) - суперконденсатор 1, обеспечивающий быстрое накапливание энергии, по характеристикам занимает промежуточное положение между конденсатором и химическим источником тока.
Химический источник тока - аккумулятор 2, на котором осуществляется долговременное хранение накопленной энергии.
Микроконтроллер 3 со встроенным аналого-цифровым преобразователем 4, преобразующим напряжение, накопленное в суперконденсаторе 1, поступающее от источника 5 и подающееся в нагрузку 6, и в п-разрядный цифровой код, на основе которого вырабатывается управляющий сигнал и осуществляется коммутация микроконтроллером 3 электрических ключей 7.
Описание в динамике
Для обеспечения заявляемого технического результата, поэтапно, с помощью ключей 7, осуществляется коммутация суперконденсатора 1 с источником 5, аккумулятором 2 и нагрузкой 6.
На вход микроконтроллера 3, с аналого-цифрового преобразователя 4, подается информация о уровне заряда суперконденсатора 1 и аккумулятора 2. С выводов микроконтроллера 3 осуществляется управление состоянием ключей 7.
За счет коммутации источника 5 с суперконденсатором 1 проходит его зарядка. После зарядки до нужного уровня заряда суперконденсатора 1, осуществляется связь суперконденсатора 1 и аккумулятора 2, как только уровень заряда в накопителях электрической энергии, достигает определенного значения, коммутация прерывается, однако допускается возможность повторной зарядки суперконденсатором 1 с последующей зарядкой аккумулятора 2.
С этого момента начинается следующий цикл работы полезной модели, оставшаяся энергия суперконденсатора 1 при необходимости отдается в нагрузку. Если после коммутации с нагрузкой 6 уровень заряда ниже необходимого, а нужда в использовании нагрузки 6 остается, осуществляется коммутация аккумулятором 2 с суперконденсатором 1, с последующей зарядкой последнего, до необходимого уровня напряжения, после чего энергия, при необходимости, отдается в нагрузку 6.
Цикл повторяется до тех пора, пока есть возможность обеспечить нагрузку 6 энергией, накопленной ранее на накопителях, или пока уровень заряда на аккумуляторе 2 не достигнет нежелательного уровня. В противном случае, проходит повторная коммутация суперконденсатора 1 с источником 5, а после с аккумулятором 2, и цикл, описанный ранее, вновь возобновляет работу.
Таким образом, получен технический результат, а именно повышен коэффициент сохранения запасаемой энергии, при обеспечении ее длительного хранения.