АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С УНИФИЦИРОВАННЫМ СИЛОВЫМ МОДУЛЕМ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к системам электроснабжения (СЭС) автономных объектов с использованием в качестве первичного источника энергии солнечной батареи (СБ), а накопителей энергии и вторичного источника энергии - аккумуляторных батарей (АБ).
Известна структура автономной СЭС [1], состоящей из СБ, АБ, зарядного устройства (ЗУ) АБ, разрядного устройства (РУ) АБ, подключенных к входу последовательного стабилизатора напряжения (СН). Результат такого решения - получение высокой стабильности выходного напряжения на нагрузке путем исключения переходных процессов при смене режимов работы СЭС. Недостаток подобной системы - постоянная работа последовательного СН во всех режимах работы СЭС, так как энергопитание нагрузки осуществляется или напрямую от СБ, за счет работы СН, или от АБ, за счет последовательного преобразование энергии модулями РУ и СН, что дополнительно снижает энергоэффективность преобразования накопленной энергии АБ.
По технической сущности наиболее близкой к предлагаемой системе является параллельно-последовательная СЭС [2, с. 11-17].
При отсутствии мощности от СБ напряжение питания нагрузки на выходе СЭС стабилизируется РУ, за счет энергии, запасенной в АБ. При появление энергии, генерируемой СБ, требуемая мощность нагрузки поддерживается за счет последовательного СН. Избыток мощности СБ при этом поступает на вход ЗУ АБ. При недостаточной мощности СБ питание нагрузки на выходе СЭС стабилизируется одновременно как РУ АБ, так и последовательным СН от СБ.
Такая система имеет недостаток - отказ одного из каналов ЗУ, РУ приводит к исключению из алгоритмов работы СЭС АБ, подключенных к ним. Отказ канала СН приводит к потере работоспособности СЭС в режиме обеспечения нагрузки от СБ.
Целью полезной модели является уменьшение энергетических потерь, массогабаритных показателей, а также повышение надежности СЭС.
Поставленная цель достигается применением в качестве силовых преобразователей унифицированных силовых модулей (УСМ) на основе комбинированного понижающе-повышающего импульсного преобразователя напряжения, а также введением в состав каждого УСМ дополнительных силовых переключателей (СП). Применение комбинированного понижающе-повышающего преобразователя позволяет получать на выходе УСМ напряжение как меньше, так и больше входного с сохранением знака согласно авторскому свидетельству [3].
Структурная схема предлагаемой СЭС приведена на фиг. На ней изображены: СБ 1, состоящая из m ячеек; n АБ 2; k модулей УСМ 3, на основе комбинированных понижающе-повышающих преобразователей с контурами управления по выходному напряжению, току нагрузки и силовыми переключателями СП1-СП5; схема управления 4, на входы которой поступает информация с АБ о токах разряда и заряда, напряжение, температуре, остаточной емкости, информация с СБ о температуре, токе, входном напряжении, информация о работоспособности каждого УСМ 3, информация о выходном напряжении и внешние управляющие сигналы.
СЭС функционирует следующим образом.
Для обеспечения работы УСМ в режиме СН (обеспечения питания нагрузки от СБ) в его составе происходит замыкание переключателей СП1, СП4, при этом переключатели СП2, СП3 и СП5 находятся в разомкнутом состоянии.
n
n
При функционировании УСМ в режиме РУ, обеспечивающем требуемую мощность нагрузки за счет накопленной энергией АБ, замыкаются переключатели СП2, СП4, СП5, переключатели СП1, СП3 находятся в разомкнутом состоянии.
n
Для обеспечения заряда n-ой АБ излишками энергии, генерируемой СБ, в составе УСМ замыкаются переключатели СП1, СП3 и СП5, переключатели СП2 и СП4 находятся в разомкнутом состоянии.
Количество силовых переключателей СП5 в составе каждого УСМ определяется количеством АБ в составе СЭС.
Данная система обеспечивает индивидуальные зарядно-разрядные циклы каждой АБ. При этом требования по отношению максимальных напряжений СБ и АБ, предъявляемых в [1], отсутствуют. Любой модуль УСМ может быть переведен в различные режимы функционирования - СН, РУ и ЗУ для любой из n АБ, чем обеспечивается динамический резерв в СЭС и снижаются ее массогабаритные показатели за счет уменьшенного количества резервных силовых модулей.
Обобщенный алгоритм работы СП в УСМ для каждого режима работы представлен в табл.
В качестве СП могут использоваться электромагнитные реле или силовые транзисторные переключатели, управляемые командами из общей системы управления СЭС по внутренней логике работы или по командам внешнего управления.
Перечень использованных источников
1. Пат. РФ №2317216 Автономная система электропитания./ Е.И. Бушуева, С.А. Галочкин, B.C. Кудряшев, В.О. Эльман. Заявка №2005140469/11 от 23.12.2005. опубл. 20.02.2008, Бюл. №5.
2. Б.П. Соустин, В.И. Иванчура, А.И. Чернышев, Ш.Н. Исляев. Системы электропитания космических аппаратов, г. Новосибирск, ВО "Наука", 1994.
3. В.А. Головацкий, В.И. Мелешин, Ю.Ф. Опадчий Комбинированный ИРН // Авторское свидетельство СССР №452816, кл. МКИ G05F.