УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАРЯДКОЙ АККУМУЛЯТОРОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в автоматических устройствах управления зарядкой аккумуляторных батарей, преимущественно возобновляемых источников электроэнергии, систем электропитания автономных дистанционных систем, датчиков и приборов и средств автоматики в непрерывном режиме, подзарядки аккумуляторов сигнальных устройств, датчиков JPS-навигации, метеокомплексов в отдаленных и пустынных районах и др.
Уровень техники
Возобновляемые источники электроэнергии (ВИЭ) - перспективны как источники электропитания на фоне возрастающего энергопотребления и снижающихся запасов природных ресурсов. В состав ВИЭ входит заряжаемый аккумулятор обычно с малым уровнем саморазряда и рулонного типа, который выдерживает многократные циклы разряда/заряда без ущерба емкости, что оптимально для применения с резкими перепадами температур и мощностей энергопотоков. В случае зарядки меняющимся во времени напряжением (например, от ветроэлектрогенераторов, солнечных батарей и термоэлектрических генераторов) требуется оптимальное управление процессом зарядки для сохранения срока службы аккумулятора. При этом приходится сочетать режим «заряда длительного хранения» слабым током с режимом «заряда асимметричным током разной длительности, направления и величины». Относительно последнего предполагается, что такой метод повышает срок службы батарей, но зарядных устройств данного типа, серийно выпускаемых промышленностью, пока неизвестны.
Ближайшим аналогом к предлагаемой нами полезной модели является устройство, описанное в патенте RU на изобретение №2402717, МПК F24B 1/20, 27.10.2010.
Устройство содержит перезаряжаемый источник электроэнергии для привода вентилятора, и термоэлектрический элемент для подачи питания на вентилятор и на перезаряжаемый источник электроэнергии, имеющий первую активную поверхность, расположенную в непосредственной близости к камере сгорания, и вторую активную поверхность, принимающую охлаждающую тягу от вентилятора, электронный блок управления, выполненный с возможностью подавать питание на вентилятор, когда перепад температур на термоэлектрическом элементе недостаточен для создания адекватной мощности для принудительной конвекции в камере сгорания. Электронный блок управления выполнен с возможностью подавать питание перезарядки на перезаряжаемый источник электроэнергии, когда перепад температур на термоэлектрическом элементе более чем достаточен для подачи адекватного питания для принудительной конвекции в камере сгорания. Электронный блок управления выполнен с возможностью подавать питание перезарядки на перезаряжаемый источник электроэнергии, когда перепад температур на термоэлектрическом элементе достаточен для подачи энергии для зарядки. Электронный блок управления выполнен с возможностью автоматически выполнять последовательность, включающую первый режим, в котором для подачи питания на вентилятор используется перезаряжаемый источник электроэнергии; второй режим, в котором для подачи питания на вентилятор и для зарядки перезаряжаемого источника электроэнергии используется термоэлектрический элемент; третий режим, в котором для подачи питания на вентилятор питания используется термоэлектрический элемент.
Таким образом, в известном устройстве термоэлектрический элемент (ТЭ) подает питание на вентилятор и перезаряжаемый источник электроэнергии. Избыток выходной мощности от ТЭ может передаваться на подсоединенное устройство, например осветитель, обеспечивая автономное освещение или сбрасываться.
Электронный блок управления имеет практически три функции: «пусковой режим» при котором для запуская вентилятора необходим пороговый уровень заряд аккумулятора; «режим заряда», соответствующий определенному уровню перепада температур с выходом вентилятора на номинальную нагрузку и «нормальный режим» когда избыток электроэнергии сбрасывается через стабилитрон.
Известное устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что требуется определенный пороговый уровень заряда аккумулятора для приведения в движение вентилятора, а также осуществляется непроизводительный сброс электроэнергии при ее избыточности от источника тока.
Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей.
Технический результат достигается тем, что устройство управления зарядкой аккумуляторов возобновляемых источников электроэнергии, содержащее основной аккумулятор, импульсный регулятор постоянного тока, контроллер, компаратор напряжения, преобразователь постоянного тока в постоянный ток, а также инвертор, при этом импульсный регулятор постоянного тока соединен с основным аккумулятором, компаратором напряжения, преобразователем постоянного тока в постоянный ток, инвертором и контроллером, контроллер соединен с преобразователем постоянного тока в постоянный ток, инвертором и компаратором напряжения, а компаратор напряжения соединен с преобразователем постоянного тока в постоянный ток и основным аккумулятором, соединенным с инвертором, согласно настоящей полезной модели, снабжено звеном постоянного тока, содержащим накопительную емкость и накопительный реактор, и резервным аккумулятором, соединенным с основным аккумулятором, компаратором напряжения, преобразователем постоянного тока в постоянный ток и звеном постоянного тока, которое соединено с инвертором и преобразователем постоянного тока в постоянный ток.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема предлагаемого устройства управления зарядкой аккумуляторов возобновляемых источников электроэнергии.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - импульсный регулятор постоянного тока,
2 - контроллер,
3 - компаратор напряжения,
4 - основной аккумулятор,
5 - резервный аккумулятор,
6 - преобразователь постоянного тока в постоянный ток,
7 - звено постоянного тока,
8 - накопительный конденсатор,
9 - накопительный реактор,
10 - инвертор.
Устройство управления зарядкой аккумуляторов возобновляемых источников электроэнергии содержит основной аккумулятор 4, импульсный регулятор 1 постоянного тока, контроллер 2, компаратор 3 напряжения, преобразователь 6 постоянного тока в постоянный ток, а также инвертор 10.
Импульсный регулятор 1 постоянного тока соединен с основным аккумулятором 4, компаратором 3 напряжения, преобразователем 6 постоянного тока в постоянный ток, инвертором 10 и контроллером 2.
Контроллер 2 соединен с преобразователем 6 постоянного тока в постоянный ток, инвертором 10 и компаратором 3 напряжения.
Компаратор 3 напряжения соединен с преобразователем 6 постоянного тока в постоянный ток и основным аккумулятором 4, соединенным с инвертором 10.
Отличием предлагаемого устройства управления зарядкой аккумуляторов возобновляемых источников электроэнергии является то, что оно снабжено звеном 7 постоянного тока и резервным аккумулятором 5.
Звено 7 постоянного тока содержит накопительную емкость 8 и накопительный реактор 9.
Резервный аккумулятор 5 соединен с основным аккумулятором 4 компаратором 3 напряжения, преобразователем 6 постоянного тока в постоянный ток и звеном 7 постоянного тока.
Звено 7 постоянного тока соединено с преобразователем 6 постоянного тока в постоянный ток и инвертором 10.
Таким образом, устройство управления зарядкой аккумуляторов переменным по величине и времени током содержит импульсный регулятор 1 постоянного тока, способный регулировать выходное напряжение в зависимости от величины входного сигнала с контроллера 2, компаратор 3 напряжения, аккумулятор (основной) 4, аккумулятор (резервный) 5, преобразователь 6 постоянного тока в постоянный ток (DC-DC -преобразователь), звено 7 постоянного тока с накопительным конденсатором 8 и накопительным реактором 9, а также инвертор 10.
Устройство управления зарядкой аккумуляторов возобновляемых источников электроэнергии работает следующим образом.
Напряжение с возобновляемого источника электроэнергии (ВИЭ) поступает на клемму LDO-in и VBAT импульсного регулятора 1 постоянного тока и, после сравнения в компараторе 3 с напряжением зарядки основного аккумулятора 4, по специальной программе контроллера 2, импульсный регулятор 1 постоянного тока задает в режиме широтно-импульсной модуляции с выхода LDO-out напряжение и ток зарядки основного щелочного аккумулятора 4.
Контроллер 2 запрограммирован на значения тока зарядки, оптимального для аккумулятора 4 с точки зрения его сохранности и долговременной работоспособности в зависимости от условий работы. Для использования избыточной электроэнергии с ВИЭ после полной зарядки основного аккумулятора 4 предусмотрен резервный аккумулятор 5.
С резервного аккумулятора 5 после повышающего/понижающего DC-DC-преобразователя 6 напряжение поступает в звено 7 постоянного тока с накопителями энергии в виде конденсатора 8 и реактора (индуктивности) 9, а затем в инвертор 10, преобразующий постоянное напряжение в переменное напряжение требуемой величины и частоты, определяемой контроллером 2.
В качестве импульсного регулятора 1 постоянного тока может быть использован ряд специализированных микросхем: U2402B, TPS61100PW, причем последняя имеет отдельный DC-out выход на постоянные +5 В.
Использование настоящей полезной модели, по сравнению с прототипом, позволит расширить эксплуатационные возможности устройства управления зарядкой аккумуляторов возобновляемых источников электроэнергии.
Положительным эффектом в предлагаемом устройстве является мягкий и оптимальный режим зарядки аккумуляторов в условиях круглосуточной работы ВИЭ с нерегулярными и часто непредсказуемыми скачками напряжения и тока, что увеличит срок службы аккумуляторов.