EA042780B1

EA042780B1 - ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD FOR INCREASING BATTERY EFFICIENCY

Info

Publication number: EA042780B1
Application number: EA202190863
Authority: EA
Inventors: Каннаппан Каруппан Четьяр; Вешант Четьяр
Original assignee: Каннаппан Каруппан Четьяр; Вешант Четьяр
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2023-03-24

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related applications

В отношении настоящей патентной заявке испрашиваются преимущества и приоритет по патентной заявке США № 16/574218 под названием Система и способ накопления энергии для повышения эффективности аккумуляторной батареи, поданной 18 сентября 2019 г. и по предварительной патетной заявке США № 62/74054 под названием Система подключения аккумуляторных аккумуляторных батарей и способ повышения эффективности, поданной 3 октября 2018 г., которые следует считать включенными посредством ссылки в настоящее описание.This patent application claims the benefit and priority of U.S. Patent Application No. 16/574,218 titled Energy Storage System and Method for Improving Battery Efficiency, filed September 18, 2019, and U.S. Provisional Patent Application No. 62/74054, titled Connection System batteries and a method for improving efficiency, filed October 3, 2018, which should be considered incorporated by reference into the present description.

Область техникиTechnical field

Ниже представлены и описаны система накопления энергии и способ повышения эффективности аккумуляторных батарей.An energy storage system and a method for improving the efficiency of batteries are presented and described below.

Уровень техникиState of the art

В электронике широко известны последовательные и параллельные соединения. Каждый тип соединения имеет свои преимущества и недостатки и используется для различных целей. Несколько источников питания, расположенных последовательно, могут иметь большее напряжение, тогда как несколько источников питания, соединенных параллельно, могут увеличивать силу тока, но не напряжение.In electronics, serial and parallel connections are widely known. Each connection type has its advantages and disadvantages and is used for different purposes. Multiple power supplies in series can have more voltage, while multiple power supplies in parallel can increase current but not voltage.

Например, две аккумуляторные батареи на 12 В и 100 Ач, соединенные последовательно, могут иметь выходную мощность 24 В и 100 Ач. Для сравнения, те же две аккумуляторные батареи, соединенные параллельно, могут иметь выходную мощность 12 В и 200 Ач. Таким образом, если эти аккумуляторные батареи снабжают питанием некоторое устройство, оно может получать удвоенное напряжение (24 В по сравнению с 12 В) питания при последовательном соединении, или то же напряжение 12 В питания, но вдвое дольше (200 Ач вместо 100 Ач) при параллельном соединении.For example, two 12V 100Ah batteries connected in series can have an output of 24V 100Ah. For comparison, the same two batteries connected in parallel can have an output power of 12 V and 200 Ah. Thus, if these batteries are powering a device, it can receive twice the voltage (24 V compared to 12 V) of power when connected in series, or the same voltage of 12 V power, but twice as long (200 Ah instead of 100 Ah) when parallel connection.

Кроме того, обычные аккумуляторные батареи или системы накопления энергии нельзя заряжать и разряжать одновременно. Таким образом, они не могут снабжать питанием нагрузку, одновременно получая заряд. Это может быть недостатком, когда система накопления энергии используется с возобновляемым источником. Для управления зарядкой и разрядкой такие системы часто нуждаются в центральном контроллере.In addition, conventional batteries or energy storage systems cannot be charged and discharged at the same time. Thus, they cannot supply power to a load while being charged at the same time. This can be a disadvantage when the energy storage system is used with a renewable source. Such systems often require a central controller to manage charging and discharging.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Ниже представлены и описаны аккумуляторные система и способ. По меньшей мере две аккумуляторные батареи могут быть присоединены к выходному устройству в идентичной конфигурации. Батареями можно управлять с использованием блока управления или логической микросхемы, которая может быть сконфигурирована для работы в двух фазах.The battery system and method are presented and described below. At least two batteries may be connected to the output device in an identical configuration. Batteries can be controlled using a control unit or a logic chip that can be configured to operate in two phases.

В первой фазе указанные по меньшей мере две аккумуляторные батареи могут быть соединены последовательно. Отрицательный контакт первого накопителя энергии может быть присоеден к положительному контакту второго накопителя энергии, а положительный контакт первого накопителя энергии может быть присоеден к отрицательному контакту второго накопителя энергии, а также к выходному устройству.In the first phase, said at least two batteries can be connected in series. The negative terminal of the first energy store may be connected to the positive terminal of the second energy store, and the positive terminal of the first energy store may be connected to the negative terminal of the second energy store as well as an output device.

Во второй фазе указанные по меньшей мере две аккумуляторные батареи могут быть соединены параллельно. Положительные контакты всех аккумуляторных батарей могут быть соединены друг с другом, и отрицательные контакты могут быть соединены друг с другом. Положительный и отрицательный контакт при параллельном соединении могут быть затем присоединены к выходному источнику так же параллельно.In the second phase, said at least two batteries can be connected in parallel. The positive terminals of all batteries can be connected to each other, and the negative terminals can be connected to each other. The positive and negative terminals in parallel connection can then be connected to the output source in parallel as well.

Далее, блок управления может переключаться между двумя фазами на любой желаемой частоте для получения желаемого выходного напряжения и силы тока. Скорость переключения между двумя фазами может составлять любое количество оборотов в секунду.Further, the control unit can switch between the two phases at any desired frequency to obtain the desired output voltage and current. The switching speed between the two phases can be any number of revolutions per second.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Преимущества настоящего изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания примерных вариантов его осуществления, причем это описание следует рассматривать вместе с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые номера обозначают они и те же элементы:The advantages of the present invention are apparent from the following detailed description of exemplary embodiments thereof, which description is to be read in conjunction with the accompanying drawings, in which like numbers refer to the same elements:

Фиг. 1А изображает примерный вариант осуществления системы накопления энергии.Fig. 1A depicts an exemplary embodiment of an energy storage system.

Фиг. 1В изображает примерный вариант осуществления системы накопления энергии.Fig. 1B depicts an exemplary embodiment of an energy storage system.

Фиг. 2 изображает примерный вариант осуществления системы накопления энергии.Fig. 2 depicts an exemplary embodiment of an energy storage system.

Фиг. 3A изображает примерный вариант формы волны сигнала выходного тока.Fig. 3A shows an exemplary output current waveform.

Фиг. 3B изображает примерный вариант формы волны сигнала выходного напряжения.Fig. 3B depicts an exemplary output voltage waveform.

Фиг. 4 иллюстрирует примерный вариант осуществления способа применения переключающей схемы.Fig. 4 illustrates an exemplary embodiment of a switching circuit application method.

Подробное описаниеDetailed description

Аспекты изобретения раскрыты в нижеследующем описании и на прилагаемых чертежах, относящихся к конкретныем вариантам осуществления изобретения. Альтернативные варианты осуществления могут быть разработаны без отклонения от сущности или объема изобретения. Кроме того, хорошо известные элементы примерных вариантов осуществления изобретения не будут описаны подробно или будут опущены, чтобы не затруднять понимание соответствующих особенностей изобретения. Кроме того, для облегчения понимания описания следует обсуждение нескольких используемых здесь терминов.Aspects of the invention are disclosed in the following description and in the accompanying drawings relating to specific embodiments of the invention. Alternative embodiments may be developed without departing from the spirit or scope of the invention. In addition, well-known elements of exemplary embodiments of the invention will not be described in detail or will be omitted so as not to obscure the relevant features of the invention. In addition, to facilitate the understanding of the description follows a discussion of several terms used here.

- 1 042780- 1 042780

Используемое здесь слово примерный означает служащий в качестве примера, экземпляра или иллюстрации. Описанные здесь варианты осуществления не являются ограничивающими, а являются только примерными. Следует понимать, что описанные варианты осуществления не обязательно нужно истолковывать как предпочтительные или преимущественные по сравнению с другими вариантами осуществления. Кроме того, термины варианты осуществления изобретения, варианты осуществления или изобретение не требуют, чтобы все варианты осуществления изобретения включали обсуждаемую особенность, преимущество или режим работы.The word exemplary as used herein means serving as an example, exemplar, or illustration. The embodiments described herein are not limiting, but are exemplary only. It should be understood that the described embodiments are not necessarily to be construed as being preferred or advantageous over other embodiments. Furthermore, the terms embodiments, embodiments, or invention do not require all embodiments of the invention to include the feature, advantage, or mode of operation discussed.

В иллюстративных вариантах осуществления, представленных в данном документе, показана и описана электрическая схема с преимуществами как последовательных, так и параллельных схем. Путем быстрого переключения между последовательной и параллельной конфигурациями схема может выдавать среднее значение последовательного и параллельного выводов. Выходной сигнал переключающей схемы можно регулировать, регулируя фазовую частоту или время между переключениями. Более высокое напряжение может быть достигнуто за счет увеличения количества времени, в течение которого схема находится в первой фазе, когда схема находится в последовательной конфигурации. С другой стороны, более высокая сила тока может быть достигнута за счет увеличения времени нахождения схемы во второй фазе, когда схема находится в параллельной конфигурации. Более высокое напряжение может быть желательно для схем, питающих большие нагрузки, тогда как чтобы увеличить время, в течение которого нагрузка питается от аккумуляторной батареи, может потребоваться повышенная сила тока. Поскольку схема может подавать электроэнергию на любую из нескольких разных нагрузок, может быть желательно изменить напряжение или силу тока в зависимости от нагрузки.In the exemplary embodiments provided herein, an electrical circuit is shown and described with the advantages of both series and parallel circuits. By rapidly switching between series and parallel configurations, the circuit can average the series and parallel outputs. The output of the switching circuit can be adjusted by adjusting the phase frequency or the time between switching. Higher voltage can be achieved by increasing the amount of time the circuit is in the first phase when the circuit is in series configuration. On the other hand, higher current can be achieved by increasing the time the circuit is in the second phase when the circuit is in parallel configuration. Higher voltage may be desirable for circuits feeding large loads, while higher current may be required to increase the time the load is powered by the battery. Because the circuit can supply power to any of several different loads, it may be desirable to vary the voltage or current depending on the load.

Обращаясь теперь к примеру, представленному на фиг. 1А, отметим, что переключающая схема может быть показана в параллельной конфигурации. В этом примерном варианте осуществления два накопителя энергии, первая аккумуляторная батарея 102 и вторая аккумуляторная батарея 104, могут быть соединены с использованием набора переключателей. В данном примерном варианте осуществления эти аккумуляторные батареи могут быть свинцово-кислотными батареями с жидким электролитом на 12 вольт и 100 ампер-часов каждая. Положительные и отрицательные контакты каждой аккумуляторной батареи могут быть присоедены к переключателям. Переключатель 106 может быть постоянно присоединен к положительному контакту аккумуляторной батареи 104, а в параллельной фазе может присоединяться к положительному контакту аккумуляторной батареи 102. Таким образом, на переключателе 106 может быть реализован узел, соединяющий положительные контакты батареи 102, батареи 104 и положительный контакт выхода.Referring now to the example shown in FIG. 1A, note that the switching circuit may be shown in a parallel configuration. In this exemplary embodiment, two power stores, first battery 102 and second battery 104, may be connected using a set of switches. In this exemplary embodiment, these batteries may be 12 volt, 100 amp-hour wet lead acid batteries. The positive and negative terminals of each battery can be connected to switches. The switch 106 may be permanently connected to the positive terminal of the battery 104, and in parallel phase may be connected to the positive terminal of the battery 102. Thus, the switch 106 may be provided with a node connecting the positive terminals of the battery 102, the battery 104 and the positive terminal of the output.

По-прежнему ссылаясь на параллельную фазу в примере, представленном на фиг. 1А, отметим, что к отрицательному контакту аккумуляторной батареи 104 может быть присоединен дополнительный переключатель 108. Во время параллельной фазы переключатель 108 может быть сконфигурирован для присоединения к отрицательному контакту батареи 102. Таким образом, на переключателе 108 может быть реализован узел, соединяющий отрицательные контакты аккумуляторных батарей 102 и 104. Кроме того, выход может быть присоединен к переключателям 110 и 112. В параллельной фазе переключатель 110 может быть сконфигурирован для присоединения выхода 120 к узел, созданный положительными контактами аккумуляторной батареи 102 и аккумуляторной батареи 104. В то же время переключатель 112 может быть сконфигурирован для присоединения отрицательного контакта выхода 120 к узлу, образованному отрицательными контактами аккумуляторной батареи 102 и аккумуляторной батареи 104. Таким образом, положительные контакты аккумуляторных батарей и положительный контакт выхода соединены, а отрицательные контакты аккумуляторных батарей и отрицательный контакт выхода также соединены, и может быть сформирована параллельная схема.Still referring to the parallel phase in the example shown in FIG. 1A, an additional switch 108 may be connected to the negative terminal of battery 104. During the parallel phase, switch 108 may be configured to be connected to the negative terminal of battery 102. batteries 102 and 104. In addition, the output may be connected to switches 110 and 112. In parallel phase, switch 110 may be configured to connect output 120 to the node created by the positive terminals of battery 102 and battery 104. At the same time, switch 112 may be configured to connect the negative terminal of output 120 to the node formed by the negative terminals of battery 102 and battery 104. Thus, the positive terminals of the batteries and the positive terminal of the output are connected, and the negative terminals of the batteries and the negative terminal of the output are also connected, and may to form a parallel circuit.

Теперь обратимся к иллюстративному примеру на фиг. 1В, на котором показано, что схема может быть в последовательной конфигурации. Последовательная конфигурация может иметь место в фазе, отличной от параллельной конфигурации. В последовательной конфигурации переключатели 106, 108, 110 и 112 могут быть все переключены в направлении, противоположном предыдущей фазе. Переключатели могут быть соединены таким образом, что они могут переключаться одновременно. Чтобы сформировать последовательную конфигурацию, переключатель 106 и переключатель 110 могут присоединять положительный контакт аккумуляторной батареи 104 непосредственно к выходу 120. Отрицательный контакт батареи 104 может быть присоединен к положительному контакту аккумуляторной батареи 102 через переключатель 108. Отрицательный контакт аккумуляторной батареи 102 может быть присоединен к выходу 120 через переключатель 112. Переключатели могут быть любого из многих типов переключателей или прерывателей. Переключатели могут быть переключенными или коммутированными одновременно. Выходные сигналы (ток и напряжение) могут зависеть от времени коммутации или переключения между двумя фазами.Referring now to the illustrative example in FIG. 1B, which shows that the circuit may be in series configuration. The series configuration may take place in a different phase than the parallel configuration. In a serial configuration, the switches 106, 108, 110 and 112 can all be switched in the opposite direction of the previous phase. The switches can be connected in such a way that they can be switched at the same time. To form a serial configuration, switch 106 and switch 110 may connect the positive terminal of battery 104 directly to output 120. The negative terminal of battery 104 may be connected to the positive terminal of battery 102 via switch 108. The negative terminal of battery 102 may be connected to output 120 through switch 112. The switches may be any of many types of switches or breakers. Switches can be switched or switched at the same time. The output signals (current and voltage) can depend on the switching time or switching between two phases.

Обращаясь теперь к примеру на фиг. 2, отметим, что электрическая схема может быть смонтирована с выходом 122, который может быть сконфигурирован для присоединения к схеме только во время последовательной фазы, и еще с одним выходом 124, который может быть сконфигурирован для присоединения к схеме только во время параллельной фазы. Это может быть реализовано с использованием переключателей 114 и 116, которые могут быть сконфигурированы для переключения одновременно с другими переключателями.Referring now to the example in FIG. 2, note that the circuitry can be wired with an output 122 that can be configured to connect to the circuit only during the serial phase, and another output 124 that can be configured to connect to the circuit only during the parallel phase. This can be implemented using switches 114 and 116, which can be configured to switch simultaneously with other switches.

- 2 042780- 2 042780

По-прежнему ссылаясь на примерный вариант осуществления на фиг. 2, отметим, что вторичный выход 124 может быть отсоединен от схемы во время параллельной фазы. Если, например, выход 124 представляет собой систему накопления энергии, которая заряжается от переключающей схемы 100, она может продолжать нормально работать во время параллельной фазы и может заряжаться только в последовательной фазе.Still referring to the exemplary embodiment in FIG. 2, note that secondary output 124 may be disconnected from the circuit during the parallel phase. If, for example, output 124 is a power storage system that is being charged from the switching circuit 100, it may continue to operate normally during the parallel phase and may only be charged in the series phase.

Примерный вариант осуществления, такой как вариант осуществления на фиг. 2, рассмотренный более подробно, может включать аккумуляторную батарею или аккумуляторные батареи с номинальным значением напряжения Vn и номинальным значением тока In. Нагрузка выхода 122 во время параллельной фазы может бытьAn exemplary embodiment, such as the embodiment in FIG. 2, considered in more detail, may include a battery or batteries with a nominal voltage Vn and a nominal current In. Loading output 122 during the parallel phase can be

Zparallel = (2 * Vn) / In.Zparallel = (2 * Vn) / In.

В примерном варианте осуществления t1 может быть временем, проведенным в первой, параллельной фазе, a t₂ может быть временем, проведенным во второй, последовательной фазе. Кроме того, время Т может представлять период, соответствующий основной частоте, поэтому Т=1/основная частота = t₁+t₂. Если f(t) может представлять входной сигнал, среднее значение сигнала может быть вычислено по формуле:In an exemplary embodiment, t1 may be the time spent in the first, parallel phase, at ₂ may be the time spent in the second, serial phase. In addition, the time T may represent a period corresponding to the fundamental frequency, so T=1/fundamental frequency = t ₁ +t ₂ . If f(t) can represent an input signal, the average value of the signal can be calculated using the formula:

Меап(Г(Ш ~ F - tit _х ¹ ·* ⁷¹ (Выражение!)Meap(G(W ~ F - tit _x ¹ * ⁷¹ (Expression!)

Эта формула может дать примерный выходной сигнал, как показано на фиг. 3. Выходной сигнал, как показано на фиг. 3, может быть прямоугольным сигналом. Фиг. 3A может представлять примерный выходной токовый сигнал. Фиг. 3B может представлять примерный выходной сигнал напряжения. Ширина горизонтальной линии 302 может соответствовать времени t1. Ширина горизонтальной линии 304 может соответствовать времени t2. Кроме того, интеграл тока (I) примерного сигнала может давать следующие выражения:This formula can give an approximate output as shown in FIG. 3. The output signal as shown in FIG. 3 may be a square wave. Fig. 3A may represent an exemplary current output. Fig. 3B may represent an exemplary voltage output signal. The width of the horizontal line 302 may correspond to the time t1. The width of the horizontal line 304 may correspond to the time t2. In addition, the current integral (I) of an exemplary signal can give the following expressions:

‘ ί' ^fii * -С* <^ВыР^{ажение2}) ; 2 /, (। (ВыражениеЗ) ^' ί' ^fii * -С* < ^Expression2 ) ; 2 /, (। (Expression3)

Интеграл сигнала напряжения может быть:The voltage signal integral can be:

г, di . di (Выражение4) is ь - у· га t, (ВыражениеЗ)g, di. di (Expression4) is b - y ha t, (Expression3)

Кроме того, может быть случай, когда t₁=t₂. В этом примерном случае среднее значение тока можно найти по следующему выражению: (I1+I2)/2, а среднее значение напряжения можно найти как (V1+V2)/2.In addition, there may be a case where t ₁ =t ₂ . In this exemplary case, the average current can be found as follows: (I1+I2)/2, and the average voltage can be found as (V1+V2)/2.

В ранее описанном примерном варианте осуществления каждая аккумуляторная батарея может иметь номинальный ток 100 А и номинальное напряжение 12 В. Комбинированное напряжение, когда схема соединена последовательно, может составлять 24 В, а суммарный ток, когда схема соединена параллельно, может составлять 200 А. В результате, текущее среднее значение может составлять 150 А, а среднее значение напряжения может составлять 18 В, когда схему переключают между первой фазой и второй фазой с одинаковой скоростью, то есть первая фаза и вторая фаза имеют равные промежутки времени. В другом примерном варианте осуществления время, проведенное в параллельной фазе (t1), и время, проведенное в последовательной фазе (t2), могут быть изменены так, чтобы они были неравными. Например, если t₁ составляет две трети (2/3) цикла и используются те же номинальное напряжение и ток, среднее значение тока может быть 166,666 А, а среднее значение напряжения 16 В. Или например, если t₁составляет одну треть (1/3) цикла, среднее значение тока может составлять 133,3333 А, а среднее значение напряжения может составлять 20 В. Для достижения желаемого результата может использоваться любое отношение t1 к t₂.In the exemplary embodiment previously described, each battery may have a rated current of 100 A and a rated voltage of 12 V. The combined voltage when the circuit is connected in series may be 24 V, and the total current when the circuit is connected in parallel may be 200 A. As a result, , the current average may be 150 A, and the voltage average may be 18 V when the circuit is switched between the first phase and the second phase at the same rate, that is, the first phase and the second phase have equal time intervals. In another exemplary embodiment, the time spent in the parallel phase (t1) and the time spent in the serial phase (t2) can be changed so that they are not equal. For example, if t ₁ is two thirds (2/3) of a cycle and the same nominal voltage and current are used, the average current could be 166.666 A and the average voltage 16 V. Or, for example, if t ₁ is one third (1/ 3) cycle, the average current may be 133.3333 A and the average voltage may be 20 V. Any ratio of t1 to t ₂ may be used to achieve the desired result.

В дополнительном примерном варианте осуществления схема может регулироваться блоком управления, способным изменять частоту фаз. Блок управления может иметь возможность устанавливать скорость переключения или время переключения между двумя фазами. Время переключения может быть количеством времени, затраченного на каждую фазу.In a further exemplary embodiment, the circuit may be controlled by a control unit capable of changing the phase frequency. The control unit may be able to set the switching speed or switching time between two phases. The switching time may be the amount of time spent on each phase.

Блок управления может выбирать время переключения на основе оборотов в секунду или любого другого измерения времени. Может быть любое количество переключений или оборотов в секунду, от 1 до бесконечности. Блок управления может настроить схему так, чтобы одна фаза была намного дольше, чем другая. Фазы могут быть неодинаковой длины. Путем изменения относительной доли времени, проведенного в фазах, выходной сигнал может быть изменен. Кроме того, блок управления может быть настроен на первоначальное поддержание схемы в определенном состоянии. Например, блок управления может быть сконфигурирован для запуска в параллельной фазе до тех пор, пока накопители энергии не станут полностью заряженными. Затем блок управления может начать цикл переключения.The control unit can choose the switching time based on revolutions per second or any other time measurement. There can be any number of switches or revolutions per second, from 1 to infinity. The control unit can set up the circuit so that one phase is much longer than the other. The phases can be of unequal length. By changing the relative proportion of time spent in the phases, the output signal can be changed. In addition, the control unit can be configured to initially maintain the circuit in a certain state. For example, the control unit may be configured to run in parallel phase until the energy stores are fully charged. The control unit can then start the switching cycle.

Аккумуляторные батареи могут быть присоединены к источнику питания. Схема может быть сконфигурирована так, что аккумуляторные батареи соединены последовательно во время первой фазы, во время которой они могут быть присоединены к нагрузке и могут разряжаться. Затем, во время второй фазы, аккумуляторные батареи могут быть соединены параллельно, а также присоединены к источнику питания, который может заряжать аккумуляторные батареи во время этой фазы. Таким образом, аккумуBatteries may be connected to a power source. The circuit may be configured such that the batteries are connected in series during the first phase during which they may be connected to a load and discharged. Then, during the second phase, the batteries can be connected in parallel and also connected to a power source that can charge the batteries during this phase. Thus, the battery

- 3 042780 ляторные батареи могут разряжаться во время первой последовательной фазы и заряжаться во время второй параллельной фазы. Во время первого цикла аккумуляторная батарея может разряжаться, выдавая небольшое количество энергии. Кроме того, во время второго цикла аккумуляторная батарея может быть заряжена таким же небольшим количеством энергии, чтобы компенсировать потерю энергии во время первого цикла. Это может повысить эффективность аккумулятора.- 3 042780 Batteries can be discharged during the first series phase and charged during the second parallel phase. During the first cycle, the battery may be discharged, producing a small amount of power. In addition, during the second cycle, the battery can be charged with the same small amount of energy to compensate for the loss of energy during the first cycle. This can improve battery performance.

Источник питания может быть выбран так, чтобы он имел повышенный выходной ток, так чтобы большее количество энергии поступало на зарядку аккумуляторной батареи во время параллельной фазы. В примерном варианте осуществления количество заряда от источника питания во время параллельной фазы может превышать количество заряда, разряженного нагрузкой во время последовательной фазы, поэтому аккумуляторные батареи могут накапливать заряд с течением времени. Можно предусмотреть, чтобы, когда батарея достигает определенного уровня, избыточная зарядка аккумуляторной батареи была предотвращается, чтобы снизить опасность чрезмерной зарядки. В альтернативном варианте осуществления может быть выбран источник питания, от которого поступает на зарядку количество энергии, равное количеству, выделяемому во время последовательной фазы. В этом альтернативном примерном варианте осуществления накопители энергии могут постоянно удерживать одно и то же количество заряда.The power supply can be selected to have a higher output current so that more power is available to charge the battery during the parallel phase. In an exemplary embodiment, the amount of charge from the power supply during the parallel phase may exceed the amount of charge discharged by the load during the series phase, so the batteries may accumulate charge over time. It can be provided that when the battery reaches a certain level, overcharging of the battery is prevented in order to reduce the risk of overcharging. In an alternative embodiment, a power source can be selected from which an amount of energy is supplied for charging equal to the amount released during the serial phase. In this alternative exemplary embodiment, the energy storage devices may hold the same amount of charge at all times.

Кроме того, посредством зарядки и разрядки аккумуляторных батарей во время этих коротких циклов схема может одновременно заряжать и разряжать аккумуляторные батареи или системы накопления энергии. Традиционные аккумуляторные батареи или схемы не могут заряжаться и разряжаться одновременно и вместо этого могут использовать центральный контроллер для управления циклами заряда и разряда. Традиционные источники питания могут быть подключены непосредственно к нагрузке или подключены к системе накопления энергии, но не могут быть подключены к обоим. В результате источник питания может быть сконфигурирован либо для зарядки аккумуляторной батареи, либо для питания нагрузки, но не для того и другого. Примерный вариант одновременной последовательной и параллельной схемы, описанный здесь, может быть сконфигурирован так, что источник питания подключен к системе накопления энергии, которая может одновременно питать нагрузку. Нагрузка может получать энергию от батареи в первой фазе, а во второй фазе система накопления энергии может заряжаться.In addition, by charging and discharging batteries during these short cycles, the circuit can simultaneously charge and discharge batteries or energy storage systems. Traditional rechargeable batteries or circuits cannot be charged and discharged at the same time and may instead use a central controller to manage the charge and discharge cycles. Traditional power supplies can be connected directly to the load or connected to the energy storage system, but cannot be connected to both. As a result, the power supply can be configured to either charge the battery or power the load, but not both. The exemplary simultaneous series and parallel circuit described herein may be configured such that the power supply is connected to a power storage system that can simultaneously power a load. The load can be powered by the battery in the first phase and the energy storage system can be charged in the second phase.

Источник питания может быть любого типа или комбинацией источников питания. В примерном варианте осуществления может использоваться возобновляемый источник питания, хотя предполагается, что при желании могут использоваться и другие источники питания.The power supply may be any type or combination of power supplies. In an exemplary embodiment, a renewable power source may be used, although it is contemplated that other power sources may be used if desired.

Теперь, обращаясь к примерному фиг. 4, отметим, что может быть проиллюстрирован способ реализации переключающей схемы, такой как схема на фиг. 2. На первом этапе может начаться первая фаза 400. Блок управления может начать первую фазу, посылая сигнал на переключатели. На следующем этапе 402 переключатели могут быть переключены таким образом, что схема переключается в последовательную конфигурацию. Блок управления может переключать переключатели одновременно. Переключатели могут быть соединены друг с другом таким образом, что они переключаются одновременно. На третьем этапе 404 накопители энергии (ESU) могут заряжать нагрузку. Нагрузка может быть перезаряжаемым источником питания.Now, referring to the exemplary FIG. 4, note that a method for implementing a switching circuit such as the circuit in FIG. 2. In the first step, the first phase 400 may begin. The control unit may begin the first phase by sending a signal to the switches. In the next step 402, the switches may be switched such that the circuit switches to a serial configuration. The control unit can switch the switches at the same time. The switches can be connected to each other in such a way that they switch simultaneously. In a third step 404, power storage units (ESUs) may charge the load. The load can be a rechargeable power supply.

На четвертом этапе 406 может начаться вторая фаза. Блок управления может быть сконфигурирован для запуска второй фазы через определенный промежуток времени, в зависимости от того, как долго длится первая фаза. Первая фаза и вторая фаза могут иметь разную продолжительность. На следующем этапе 408 переключатели могут быть переключены. Во время этого этапа переключатели могут быть переключены в положение, противоположное тому, в котором они были на этапе 402. Переключатели могут быть переключены таким образом, что накопители ESU и нагрузка будут соединены параллельно. На последнем этапе 410 источник питания может заряжать накопители ESU. В альтернативном варианте осуществления блоки ESU могут продолжать разряжатьсяна протяжении второго цикла, в параллельной фазе. В этом примерном варианте осуществления блок управления может конфигурировать накопители ESU для продолжения разряда так, чтобы они были присоединены к нагрузке во время обеих фаз.At the fourth step 406, the second phase may begin. The control unit can be configured to start the second phase after a certain period of time, depending on how long the first phase lasts. The first phase and the second phase may have different durations. In a next step 408, the switches may be toggled. During this step, the switches may be switched to the opposite position they were in step 402. The switches may be switched such that the ESUs and the load are connected in parallel. In the last step 410, the power supply may charge the ESUs. In an alternative embodiment, the ESUs may continue to discharge during the second cycle, in parallel phase. In this exemplary embodiment, the control unit may configure the ESUs to continue discharging so that they are connected to the load during both phases.

Источник питания может быть присоединен к переключателю, который присоединяет источник питания к схеме во время второй фазы и присоединяет нагрузку к схеме во время первой фазы. Этим переключателем также можно управлять с использованием блока управления, и его можно переключать одновременно с другими переключателями. По истечении заранее определенного периода времени может снова начаться первая фаза 400, и может начаться новый цикл.The power supply may be connected to a switch that connects the power supply to the circuit during the second phase and connects the load to the circuit during the first phase. This switch can also be controlled using a control box and can be switched simultaneously with other switches. After a predetermined period of time, the first phase 400 may begin again and a new cycle may begin.

Хотя в предыдущих примерах может быть реализована переключающая схема, содержащая две аккумуляторные батареи, вместо аккумуляторных батарей могут быть любые компоненты, который пользователь желает переключать между последовательным и параллельным соединением. Кроме того, в предыдущих примерах для ясности использовались две аккумуляторные батареи, но аналогичным образом может быть соединено между собой любое количество аккумуляторных батарей. Дополнительные аккумуляторные батареи могут быть сконфигурированы для работы в дополнительных (более двух) фазах. Выход может быть любым желаемым выходом, таким как другая батарея, система накопления энергии или любой другой электрически присоединенный компонент, способный принимать входной сигнал.While the previous examples could implement a switching circuit comprising two batteries, the batteries could be any components that the user desires to switch between serial and parallel connection. In addition, two batteries have been used in the previous examples for clarity, but any number of batteries can be interconnected in the same way. Additional batteries can be configured to operate in additional (more than two) phases. The output may be any desired output, such as another battery, a power storage system, or any other electrically connected component capable of receiving an input signal.

В примерном варианте осуществления переключающая схема может быть реализована в электричеIn an exemplary embodiment, the switching circuit may be implemented in an electrical

--

Claims

com vehicle. The switching circuit may be configured such that the electric vehicle is energized during one phase and switched off and charged during another phase. In an exemplary embodiment, the same amount of energy can go into charging during the second phase as it went into discharging during the first phase. During the power phase, the battery may use additional energy to compensate for the energy lost during the no power phase. However, since the battery can be used half the time (in one of the two phases, as opposed to continuous power output), the efficiency can be increased.

In addition, the switching circuit may allow multiple power supplies to be used at the same time. For example, an electric vehicle powered by photovoltaic cells can be charged using an alternative energy source (such as wind, gas, etc.) during a period of no solar activity.

The above description and accompanying drawings illustrate the basic principles, preferred embodiments and modes of operation of the invention. However, the invention should not be construed as being limited to the specific embodiments described above. For those skilled in the art, further variations on the embodiments described above may be apparent.

Therefore, the above described embodiments should be considered as illustrative and not restrictive. Accordingly, it should be appreciated that changes to these embodiments may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as limited by the following claims.

CLAIM

1. A system for connecting batteries in an electrical circuit, containing a first energy storage device with a positive contact and a negative contact, a second energy storage device with a positive contact and a negative contact, an output device, a control unit that regulates a cycle having a first phase and a second phase, and in during the first phase, the negative terminal of the first energy storage device is connected to the positive terminal of the second energy storage device, while the positive terminal of the first energy storage device and the negative terminal of the second energy storage device are connected to the output source, so that the first energy storage device, the second energy storage device, and the output device are connected in series ;

while during the second phase, the positive terminal of the first energy store is connected to the positive terminal of the second energy store, while the negative terminal of the first energy store is connected to the negative terminal of the second energy store, and both positive contacts are connected to the output device, and the negative contacts are connected to output device so that the first energy store, the second energy store and the output device are connected in parallel.

2. The system according to claim 1, in which the control unit is configured to independently change the relative duration of the first phase and the relative duration of the second phase, so that the first phase is from 0 to 100% of the cycle duration, and the second phase includes the remainder of the cycle.

3. The system according to claim 1, in which the control unit is implemented in one of the following forms: programmable mechanical, electronic, printed circuit board or integrated circuit.

4. The system of claim 1, wherein the energy storage device is an electrical storage device capable of receiving an electrical charge.

5. The system of claim 1, wherein the first energy store and the second energy store each comprise batteries.

6. The system according to claim 1, in which the duration of the first phase is equal to the duration of the second phase.

7. The system of claim 1, wherein capacitors are used as the first energy store and the second energy store.

8. The system according to claim 1, further comprising a rechargeable power source connected to the output, while during the second phase, the control unit additionally connects the positive contacts of the first and second energy storage devices to the positive contact on the rechargeable power source, and the negative contacts of the energy storage devices to negative terminal on the rechargeable power supply, so that the rechargeable power supply is connected to a circuit using a parallel connection.

9. The system of claim 1 further comprising switches connected to the positive and negative terminals of the energy storage devices such that during the first phase the switches can configure the circuit in series and then in parallel during the second phase.

-