АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к автономным источникам электроэнергии с аккумуляторными электрохимическими батареями, и может найти широкое применение в многочисленных устройствах мобильной связи, а также в переносных персональных компьютерах, в устройствах резервного электроснабжения, в автономных системах электроснабжения на многих видах транспорта, включая наземный, водный, и воздушный транспорт.
Проблема повышения срока работы аккумуляторной батарей без частой подзарядки, срока службы этих аккумуляторов, по прежнему, весьма остра в мобильных аппаратах связи, (мобильных телефонах), а также в переносных компьютерах.
Мобильный телефон - переносное средство связи, предназначенное преимущественно для голосового общения. В настоящее время сотовая связь - самая распространенная из всех видов мобильной связи, поэтому часто мобильным телефоном называют сотовый телефон, хотя мобильными телефонами помимо сотовых являются также спутниковые телефоны, радиотелефоны и аппараты магистральной связи. Любой из вышеназванных аппаратов имеет ограниченный по времени и использованию заряда ресурс аккумуляторной батареи. Мобильный телефон - вещь в наше время просто необходимая. А вместе с ним - и его аккумулятор. И, естественно, большинство из нас вспоминает о его существовании не чаще двух раз в неделю - когда мобильный телефон отказывается работать. Производители сотовых телефонов и аккумуляторных батарей к ним решают данную проблему по-разному. Одни, такие как Philips, создают аккумуляторы с увеличенным сроком работы, другие идут по пути уменьшения эргономичности устройств, третьи оставляют все как есть, заставляя владельца раз в два дня, а то и чаще заряжать аккумулятор. Мы предлагаем зарядное устройство, встроенное в корпус аппаратов определенных видов, и способное поддерживать заряд аккумулятора.
В современных мобильных телефонах используются источники питания, включающие аккумуляторные батареи следующих типов (электрохимических систем): никель-кадмиевые (Nickel-Cadmium или сокращенно NiCd), никель-металлогидридные (Nickel Metal Hydride или NiMH), литий-ионные (Lithium ion или Li-ion) и литий-полимерные (Lithium polymer или Li-pol). Аккумуляторы характеризуются такими основными параметрами: напряжением, электрической емкостью; внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы. Напряжение и электрическая емкость аккумулятора определяется моделью телефона, в котором он используется. Аккумулятор может состоять как из одного, так и из нескольких однотипных элементов, соединенных последовательно. Например, в мобильных телефонах используются аккумуляторы с напряжением 3,6 В (один Li-ion элемент или три NiCd или NiMH элемента), 4,8 В (только четыре NiCd или NiMH элемента), 6 В (только пять NiCd или NiMH элементов), 7,2 В (два Li-ion элемента или шесть NiCd или NiMH элементов). Таким образом, если телефон питается напряжением 4,8 В или 6 В, то использование в нем литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов невозможно.
Известно зарядное устройство по патенту RU 2384930 МПК H02J 7/32, опубл. 20.03.2010 г. Это изобретение относится к первичным источникам электроэнергии. Устройство состоит из двух упругих камер, разделенных перегородкой, в которой располагаются канал, внутри которого находятся электрический генератор, выполненный синхронным с возбуждением от постоянного магнита, с рабочим колесом, имеющим вид пропеллера с несколькими, не менее трех, изогнутыми лопастями, а также опоры, блок выпрямителя и аккумулятора и универсальный штекерный разъем для подключения потребителя. Недостатками этого устройства генерирования электроэнергии является использование воздушных масс и выполнение операций, напрямую не связанных с использованием сотового телефона по прямому предназначению.
Известен сотовый телефон по патенту РФ на полезную модель №71842, МПК H04M 1/00 опубл. 20.03.2008 г.
Этот сотовый телефон содержит основной и резервный аккумуляторы в одном корпусе телефона с раздельными дисплейными указателями «заряд-разряд аккумулятора», один из которых для основного и второй для резервного аккумулятора и кнопочный микропереключатель, установленный в корпусе телефона, обеспечивающий нажатием кнопки перевод питания телефона с одного аккумулятора на другой и обратно.
Недостатки большой вес и низкая надежность, обусловленная тем, что резервный аккумулятор тоже может «сесть» через 2…3 дня даже при его неиспользовании.
Известен сотовый телефон по патенту РФ на изобретение №2492568, МПК H02J 7/32,, опубл. 10.09.2013 г., прототип способа и устройства
Требуемый технический результат этого изобретения достигается тем, что в предлагаемом устройстве механическая работа по приведению аппарата в рабочее состояние сопровождается работой электрогенератора, встроенного в устройство и соединенного с аккумулятором. Происходит подзарядка последнего.
Такое зарядное устройство, состоящее из корпуса телефона и электрогенератора, корпус типа «слайдер», имеющий две части, на одной расположена ведущая шестерня на валу электрогенератора, а на другой - зубчатая рейка, расположенные в параллельных плоскостях и соединенные с помощью специального механизма, позволяющего им сдвигаться («скользить») относительно друг друга в этих плоскостях.
Возможный вариант преобразования механической энергии для мобильного телефона типа «слайдер», который содержит: ведущая шестерня и зубчатая рейка.
Зарядное устройство для мобильного телефона работает следующим образом: при сдвигании крышки в аппаратах типа «слайдер» механическая работа посредством зубчато-реечной передачи передается на электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию, идущую на подзарядку аккумуляторной батареи.
Зубчато-реечная передача служит для преобразования поступательного движения во вращательное.
Предлагаемое устройство обладает следующими недостатками.
- механический генератор вырабатывает очень мало энергии недостаточно для подзарядки аккумулятора так как работает кратковременно только при сдвигании крышки. Возможно что при многократном сдвигании крышки можно осуществить вызов экстренной службы, но проблема полноценной подзарядки аккумулятора таким устройством не будет эффективно решена. Кроме того, такое механическое устройство подзарядки недостаточно надежно и через 5…6 месяцев возможны поломки зубчатого механизма.
Задачей создания изобретения является обеспечение длительной работы сотового телефона без частой подзарядки аккумулятора. Более в общем виде, задачи полезной модели состоят в повышении времени заряженного состояния аккумуляторной батареи и срока ее эксплуатации. Поставленные задачи в полезной модели достигаются благодаря тому, что автономный источник электроэнергии, содержащий электрохимическую аккумуляторную батарею, и устройство ее подзарядки, дополнен емкостным накопителем электроэнергии. В качестве емкостного накопителя электроэнергии использован, по меньшей мере, один электролитический конденсатор, который подключен параллельно аккумуляторной батареи, причем в качестве электролитического конденсатора использован, по меньшей мере, один ионистор. Данный электролитический конденсатор может быть снабжен электрическим прерывателем (контактом), включенным последовательно в его цепи. Емкостной накопитель электроэнергии может содержать несколько электролитических конденсаторов, один из которых, например, ионистор, присоединен, параллельно аккумуляторной батареи, а два дополнительных электрических конденсатора, например, ионистора, могут быть присоединены к ней через прерыватель. Автономный источник электроэнергии может быть дополнен рекуператором электроэнергии, подключенным параллельно емкостному накопителю электроэнергии. Рекуператор электроэнергии состоит из двух дополнительных электролитических конденсаторов, например, ионисторов, и электрического коммутатора, с тремя, как минимум, электрическими контактами, для последовательного и параллельного соединения этих дополнительных конденсаторов между собою, и для присоединения их к аккумуляторной батарее. Эти два дополнительных электролитические конденсатора, входящие в состав рекуператора электроэнергии, например, ионисторы, имеют одну общую точку электрического соединения, и присоединены с другой стороны, своими свободными концами, к клеммам аккумуляторной батареи через контакты коммутатора, причем в исходном состоянии этих контактов, они соединены через них параллельно между собою, и параллельно аккумуляторной батареи. Причем, в электрической схеме рекуператора, второй дополнительный электролитический конденсатор с одной стороны электрически присоединен к минусу аккумуляторной батареи, а с другой стороны через нормально закрытый контакт к + аккумуляторной батареи, а третий электролитический конденсатор подключен к этой батарее через два других контакты коммутатора, один из которых, нормально открытый, соединен с «+” аккумуляторной батареи, а второй нормально закрытый контакт - соединен с минусом аккумуляторной батареи.
В качестве коммутатора может быть использовано двухпозиционное электромагнитное реле, или электронные ключи. Рекуператор электроэнергии может быть снабжен системой управления коммутатором, содержащей датчик тока в общей цепи дополнительных электролитических конденсаторов рекуператора и аккумуляторной батареи, и логическую схему, для коммутации схемы переключения упомянутых конденсаторов с параллельного соединения на последовательное, и обратно. Автономный источник электроэнергии снабжен автоматическим выключателем и сигнальной лампочкой. Емкостной накопитель и рекуператор электроэнергии могут быть размещены в общем корпусе с аккумуляторной батареей, либо раздельно от нее, с соединением между ними дополнительным электрическим кабелем. Автономный источник электроэнергии может быть дополнен трехпозиционным электрическим переключателем, электрически присоединенным центральными выводами к емкостному накопителю электроэнергии, а две другие его пары контактов присоединены к аккумуляторной батарее и зарядному устройству. Автономный источник электроэнергии может иметь электрический разъем для присоединения посредством его к зарядному устройству, например для зарядки аккумуляторной батареи и емкостного накопителя электроэнергии от сетевого стандартного электрического напряжения.
Существо полезной модели автономного источника ЭЭ пояснено на чертежах (фиг. 1-10):
- на фиг. 1 показана простая упрощенная блок-схема автономного источника электроэнергии (ЭЭ)с аккумуляторной батареей (АБ), емкостным накопителем ЭЭ и рекуператором ЭЭ
- нафиг. 2 показана более развернутая блок-схема источника ЭЭ с АБ 1, емкостным накопителем ЭЭ, рекуператором ЭЭ и зарядным устройством.
- на фиг. 3 показана упрощенно электрическая схема простого рекуператора ЭЭ 4, содержащая коммутатор и два электрических конденсатора
- на фиг.4 показана упрощенная блок-схема системы автоматического управления коммутатором 21, включающая в себя датчик тока 23 АБ 1 и его схему управления 22
- на фиг. 5, 6 показаны электросхемы параллельного и последовательного соединения конденсаторов рекуператора 3 посредством коммутатора 21 с их одновременным электрическим присоединением к АБ1
- на фиг. 7 показаны временные диаграммы протекания электрических токов в цепи АБ-накопитель ЭЭ-рекуператор ЭЭ при отключенной полезной нагрузке
- на фиг. 8 показана конструкция корпуса емкостного накопителя ЭЭ в виде полого цилиндра со штекером 14 для подключения через него накопителя ЭЭ к АБ
- на фиг. 9 показана конструктивная компоновка емкостного накопителя ЭЭ в отдельном корпусе с соединительными электрическими проводами 17 с клеммами (не показаны)для подключения емкостного накопителя 2 ЭЭ к выходным клеммам 16 АБ 1
- на фиг. 10 показана конструкция выносного корпуса с емкостным накопителем 2 и блок-схема электрического подключения емкостного накопителя 2 через электрические провода 17 и электрический разъем 20 к АБ1, размещенной внутри корпуса 19 Ноут Бука, планшетника или мобильного аппарата связи.
- на фиг. 11 показана электрическая схема общей компоновки емкостного накопителя 2 с рекуператором 4 - вместе с АБ 1 внутри корпуса 13 различных известных изделий (например, внутри Ноут Бука, «планшетника», мобильного аппарата связи, автономных электрических источников бесперебойного электроснабжения и прочее.
ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель автономного источника электроэнергии показана на фиг. 1-11
Полезная модель состоит из электрохимической аккумуляторной батареи(АБ) 1, с выходными клеммами 17,параллельно присоединенного к ней емкостного накопителя электроэнергии 2 в виде одного и более электролитических конденсаторов 6, или ионисторов, с контактами 7 в цепи конденсаторов 6 накопителя 2 ЭЭ, имеющих заземление 8 с одной стороны, соединенное с минусом АБ 1. Параллельно емкостному накопителю 2 присоединены рекуператор 3 электроэнергии, и полезная электрическая нагрузка 4. Отметим, что полезная электрическая нагрузка 4 может быть включена по схеме как последовательно с рекуператором 3, (такое включение не показано),так и параллельно рекуператору 3.
Рекуператор 3 ЭЭ содержит в своем составе два электролитических конденсатора (С1, 2), и коммутатор 21 с тремя контактами К1, 2 для последовательного переключения электролитических конденсаторов С1, 2 из параллельного в последовательное согласное их включение (фиг. 3, 4, 5, 6 Автономный источник электроэнергии оснащен также сигнальной лампой 8, например, светодиодом с токоограничивающим резистором 9. Зарядное электрическое устройство 5 присоединяется к АБ1 и накопителю 2 ЭЭ через трехпозиционный переключатель 24. В состав зарядного устройства 5 входят тумблер(или реле) с контактом 10, регулятор напряжения (тока зарядки) 11 и первичный источник электроэнергии 12. Емкостной накопитель 2 присоединен через трехпозиционный переключатель 24 к зарядному устройству 5 и к аккумуляторной батарее 1. В состав рекуператора 4 входят также датчик 23 тока, размещенной в общей цепи конденсаторов С1, 2 и АБ1 и схема управления 23 коммутатором 21. Конструктивно емкостной накопитель 2 и рекуператор 4 могут быть размещены в отдельном корпусе 13 прямоугольной формы (фиг. 9) или цилиндрической формы (фиг. 8) с задней крышкой 15. В случае выполнения корпуса 13 в виде полого цилиндра, он оснащен соединительным штекером 14 для электрического присоединения посредством него к АБ1 посредством вставление штекера 14 в гнездо «прикуривателя» автомобиля, (само гнездо не показано). В случае удаленного пространственного расположения корпуса 13 от АБ1 на значительное расстояние, они соединяются между собою электрическими проводами 17, имеющими на концах специальные клеммы(не показаны) для крепления ими к выходным клеммам 16 АБ1 (фиг. 9), или через специальный соединительный электрический разъем 20, например, для мобильных телефонов и персональных компьютеров (фиг. 10). Возможен также вариант конструктивного размещения накопителя 2, рекуператора 3 и аккумуляторной батареи 1 в одном корпусе 13 (фиг. 11).
РАБОТА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Исходно аккумуляторная батарея 1 и накопитель 2 электроэнергии заряжают от зарядного устройства 5. Для этого посредством переключателя 24 и контакта 10 через регулятор 11 их подключают к первичному источнику электроэнергии 12. При этом светодиод 8 сигнализирует о их достаточной электрической зарядке. Далее контактом 10 отключают зарядное устройство 5 и подключают АБ1 и накопитель 2 через рекуператор 3 к полезной электрической нагрузке 4. (фиг. 1, 2, 3, 4). Исходно контакты 6 и К1, - замкнуты и электролитические конденсаторы С1, 2 рекуператора 3 включены параллельно между собою и параллельно АБ1. После зарядки конденсаторов С1, 2 коммутатор 21 по команде датчика тока 23 и схемы управления 22 отключает контакты К1 и включает контакт К2. Конденсаторы С1, 2 рекуператора 3 включаются согласно последовательно и из-за превышения их суммарного напряжения в два раза по сравнению с напряжением АБ1 и накопителя 2 возвращают часть запасенной в них электроэнергии снова в накопитель 2 и АБ1. В итоге, аккумуляторная батарея 1, при ее параллельной работе с накопителем 2 и рекуператором 3, разряжается намного медленнее, чем без них. Поскольку емкость ионисторного накопителя 2 и рекуператора 3 электрической энергии соизмерима с емкостью аккумуляторной батареи 1, то зачастую в работе предлагаемого автономного источника, особенно в его динамических режимах, электрический разряд в нагрузку 4 идет с накопителя 2 и рекуператора 3,а аккумуляторная батарея 1 практически не разряжается.
Применение полезной модели позволило выполнить поставленные задачи:
- значительно повысить ресурс работы аккумуляторной батареи без подзарядки за счет использования емкостного ионисторного накопителя и рекуператора электроэнергии,
- обеспечить более длительную работу мобильных телефонов и персональных переносных компьютеров без подзарядки АБ от внешнего источника электроэнергии
- осуществлять надежный запуск двигателя в зимнее время при разряженной аккумуляторной батарее.
- повысить срок службы аккумуляторов электроэнергии