RU118134U1

RU118134U1 - ELECTRICITY CONTROLLER FOR HYBRID ELECTRICITY SYSTEM

Info

Publication number: RU118134U1
Application number: RU2012112864/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Григорьев; Дмитрий Владимирович Павлов; Виктор Владимирович Печак
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2012-07-10

Abstract

1. Контроллер электроэнергии для гибридной электрогенерирующей системы, содержащий источники электроэнергии, накопители электроэнергии, систему распределения токов, токопроводящие шины, отличающийся тем, что система распределения токов выполнена на диодах, при этом отрицательные выводы всех источников электроэнергии и всех накопителей электроэнергии объединены в одну общую шину, соединенную с отрицательным выводом потребителя электроэнергии, а положительный вывод каждого накопителя электроэнергии через группу диодов соединен с группой шин, число которых равно числу накопителей электроэнергии, причем каждая из шин подключена к положительному выводу одного из накопителей электроэнергии, а через диод - к общей положительной шине, соединенной с положительным выводом потребителя электроэнергии. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит, по крайне мере, два источника электроэнергии и два накопителя электроэнергии. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число диодов в группе равно числу накопителей электроэнергии. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число групп диодов равно числу источников электроэнергии. ! 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник электроэнергии представляет собой солнечную батарею, или ! ветрогенератор, или гидрогенератор, или бензиновый или дизельный генератор, или термоэлектрический или термоэмиссионный источник, или топливный элемент. ! 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что накопитель электроэнергии представляет собой аккумуляторную батарею, или электрический конденсатор, или реверсивный топливный элемент. 1. Electricity controller for a hybrid power generating system, containing electricity sources, energy storage systems, current distribution system, busbars, characterized in that the current distribution system is made on diodes, while the negative terminals of all electricity sources and all energy storage units are combined into one common bus connected to the negative terminal of the electricity consumer, and the positive terminal of each energy storage device is connected through a group of diodes to a group of buses, the number of which is equal to the number of energy storage devices, and each of the buses is connected to the positive terminal of one of the energy storage devices, and through a diode to a common positive bus connected to the positive terminal of the electricity consumer. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that it contains at least two power sources and two power storage devices. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the number of diodes in the group is equal to the number of energy storage devices. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the number of diode groups is equal to the number of power sources. ! 5. The device according to claim 1, characterized in that the source of electricity is a solar battery, or! a wind generator, or a hydroelectric generator, or a gasoline or diesel generator, or a thermoelectric or thermionic source, or a fuel cell. ! 6. The device according to claim 1, characterized in that the energy storage device is a storage battery, or an electric capacitor, or a reversible fuel cell.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике распределения электроэнергии между элементами, входящими в состав гибридной электрогенерирующей системы, а именно к использованию диодной матрицы в качестве токораспределительного устройства.The proposed utility model relates to a technique for distributing electricity between elements that are part of a hybrid power generating system, namely, to using a diode array as a current distribution device.

Известны гибридные электрогенерирующие системы, включающие 2 или более источников электроэнергии, например, несколько солнечных батарей (СБ) и несколько ветрогенераторов (ВГ) и, возможно, иные источники, например, гидрогенератор, бензиновый или дизельный генератор, термоэлектрический или термоэмиссионный источник, топливный элемент.Hybrid power generation systems are known, including 2 or more sources of electricity, for example, several solar panels (SB) and several wind generators (SH) and, possibly, other sources, for example, a hydro generator, gasoline or diesel generator, thermoelectric or thermionic source, fuel cell.

Как правило, в таких системах, если они не связаны дополнительно с промышленной электросетью, имеются одно или несколько накопителей электроэнергии. Они запасают электроэнергию от СБ в солнечные периоды и от ВГ во время сильного ветра, а затем отдают энергию потребителям, когда СБ и ВГ в совокупности не могут покрыть потребность в энергии. В настоящее время наиболее распространенным видом накопителей электроэнергии являются аккумуляторные батареи (АБ), но накопителем электроэнергии может также служить электрический конденсатор или реверсивный топливный элемент.As a rule, in such systems, if they are not additionally connected to the industrial power grid, there are one or more energy storage devices. They store electricity from SB in solar periods and from SH during strong winds, and then give energy to consumers when SB and SH together cannot cover the energy demand. Currently, the most common type of energy storage devices are storage batteries (AB), but an electric capacitor or a reversible fuel cell can also serve as an energy storage device.

Для повышения надежности гибридных систем, предназначенных для автономной работы в труднодоступных местах, необходимо предусмотреть резервирование элементов, в частности накопителей электроэнергии. С этой целью целесообразно вместо одной АБ большой емкости использовать в системе две или более АБ с требуемой суммарной емкостью. Эти батареи необходимо соединить таким образом, чтобы в случае выхода части АБ из строя остальные продолжали бы функционировать как вторичные источники энергии без участия оператора. Из теории надежности известно, что чем выше кратность резервирования, тем ниже вероятность отказа системы.To increase the reliability of hybrid systems designed for autonomous operation in hard-to-reach places, it is necessary to provide for the reservation of elements, in particular energy storage devices. For this purpose, it is advisable to use two or more batteries with the required total capacity in the system instead of one large-capacity battery. These batteries must be connected in such a way that in the event of a failure of some batteries, the rest would continue to function as secondary energy sources without operator intervention. It is known from reliability theory that the higher the redundancy ratio, the lower the probability of system failure.

Самое простое решение - параллельное соединение контроллеров заряда и накопителей электроэнергии - абсолютно неприемлемо в связи с эксплуатационными особенностями накопителей электроэнергии любых типов.The simplest solution - parallel connection of charge controllers and energy storage devices - is completely unacceptable due to the operational features of any type of energy storage devices.

Для наиболее распространенного вида накопителей электроэнергии - АБ характерны следующие особенности. Соединение нескольких АБ в параллельную группу приводит к тому, что более заряженные АБ становятся источниками тока по отношению к менее заряженным. Причем в силу незначительного внутреннего сопротивления АБ эти токи могут достигать значительных величин, разрушающе действующих как на «приемники», так и на «источники». Даже если в группу были объединены АБ с идентичными начальными зарядами и напряжениями, в процессе эксплуатации при повторении разрядов и зарядов из-за разности индивидуальных вольтамперных характеристик, между отдельными АБ возникнет разница принятых и отданных зарядов, причем вследствие деструктивных процессов эта разница будет возрастать с каждым циклом заряда-разряда. В силу того, что АБ в параллельной группе не могут иметь разные напряжения, соответствующие текущим зарядам, АБ с повышенным внутренним сопротивлением, получая меньший заряд, начнут усиленно деградировать, с каждым циклом еще более увеличивая внутреннее сопротивление и принимая все меньший заряд. В то же время у АБ с меньшим внутренним сопротивлением начнется коррозия и коробление пластин, вызванное повышенным зарядным током. В конечном итоге все это приведет к резкому сокращению срока службы всех АБ с соответствующими последствиями вплоть до коротких замыканий пластин и аварийно-пожарных ситуаций.For the most common type of energy storage devices - AB, the following features are characteristic. The combination of several batteries in a parallel group leads to the fact that more charged batteries become current sources in relation to less charged. Moreover, due to the insignificant internal resistance of the batteries, these currents can reach significant values that destructively act on both “receivers” and “sources”. Even if batteries with identical initial charges and voltages were combined into a group, during operation during the repetition of discharges and charges due to the difference in individual current-voltage characteristics, there will be a difference between the received and given charges between the individual batteries, and due to destructive processes this difference will increase with each charge-discharge cycle. Due to the fact that ABs in a parallel group cannot have different voltages corresponding to current charges, ABs with a higher internal resistance, getting a lower charge, will begin to degrade strongly, with each cycle increasing their internal resistance even more and taking an ever smaller charge. At the same time, in batteries with lower internal resistance, corrosion and distortion of the plates will begin, caused by an increased charging current. Ultimately, all this will lead to a sharp reduction in the life of all batteries with the corresponding consequences up to short circuits of the plates and emergency fire situations.

Возможны разные варианты подключения накопителей электроэнергии к источникам электроэнергии:There are various options for connecting power storage devices to power sources:

- каждый источник заряжает только одну «свой» накопитель электроэнергии;- each source charges only one “own” energy storage device;

- все источники могут заряжать все накопители электроэнергии, которые в этом случае соединены параллельно;- all sources can charge all energy storage devices, which in this case are connected in parallel;

- все источники могут заряжать все накопители электроэнергии, которые в этом случае соединены последовательно;- all sources can charge all energy storage devices, which in this case are connected in series;

- группа источников заряжает группу накопителей электроэнергии.- a group of sources charges a group of energy storage devices.

Каждый вариант имеет недостатки.Each option has disadvantages.

В первом случае можно за счет известных контроллеров заряда обеспечить оптимальный режим заряда «своего» накопителя электроэнергии, но, после того, как она зарядится полностью, избыточная энергия соответствующего источника будет потеряна.In the first case, it is possible, due to the known charge controllers, to ensure the optimal charge mode of “their” electric energy storage device, but after it is fully charged, the excess energy of the corresponding source will be lost.

Недостатки второго варианта были описаны выше.The disadvantages of the second option have been described above.

Третий вариант не обеспечивает повышенную надежность, т.к. выход из строя одного накопителя электроэнергии выведет из строя всю цепь.The third option does not provide increased reliability, because failure of one energy storage device will disable the entire circuit.

Для четвертого режима характерны все недостатки, указанные выше.The fourth mode is characterized by all the disadvantages indicated above.

Известен контроллер заряда, входящий в состав ветроэнергетической установки ВЭУ-2000. Этот контроллер позволяет осуществлять заряд одновременно от двух источников (от ВГ и от СБ) нескольких АБ, которые должны быть соединены последовательно. «Ветроэнергетическая установка ВЭУ-2000, Паспорт с техническим описанием (Руководство по эксплуатации ВЭУ 2000)», Москва 2011 г.Known charge controller, which is part of the wind turbine VEU-2000. This controller allows you to charge simultaneously from two sources (from the SH and from the SB) of several batteries, which must be connected in series. “Wind turbine VEU-2000, Passport with technical description (Operation manual for wind turbine 2000)”, Moscow 2011

Недостатками этого устройства являются:The disadvantages of this device are:

1) после того, как хотя бы одна батарея из соединенных последовательно будет заряжена до максимального напряжения, заряд всех АБ следует прекратить, т.к. в противном случае батарея может выйти из строя, что нарушит протекание тока по всей цепи и обесточит нагрузку;1) after at least one of the batteries connected in series is charged to the maximum voltage, the charge of all batteries should be stopped, because otherwise, the battery may fail, which disrupts the flow of current throughout the circuit and de-energizes the load;

2) невозможность параллельного включения двух и более АБ;2) the impossibility of parallel connection of two or more batteries;

3) невозможность проводить заряд АБ от трех и более источников тока.3) the inability to charge the battery from three or more current sources.

Как вариант оптимизации заряда группы накопителей электроэнергии от одного или нескольких источников можно использовать активный «интеллектуальный» контроллер, который должен собирать и анализировать информацию о текущих параметрах всех элементов и выдавать команды на устройства, перераспределяющие зарядные токи между накопителями электроэнергии.As an option to optimize the charge of a group of energy storage devices from one or several sources, you can use an active "intelligent" controller that must collect and analyze information about the current parameters of all elements and issue commands to devices that redistribute charging currents between energy storage devices.

Такая схема должна включать набор датчиков, исполнительных элементов, регулирующих силу токов, и управляющего процессора, а также требует разработки специального программного обеспечения.Such a scheme should include a set of sensors, actuators that regulate the strength of currents, and a control processor, and also requires the development of special software.

Примером такого контроллера является контроллер заряда и разряда АБ, заявленный в патенте США №5631533 и включающий средства измерения параметров АБ и средства включения-выключения зарядного тока, а также использующий специально разработанное программное обеспечение. Данное устройство позволяет заряжать группу последовательно соединенных АБ от одного источника тока, причем при достижении напряжением одной из батарей максимально допустимой величины, она по команде контроллера шунтируется соответствующим резистором, что исключает превышение допустимого заряда, а остальные АБ в цепи продолжают накапливать заряд.An example of such a controller is a battery charge and discharge controller, as claimed in US Pat. No. 5,631,533, which includes means for measuring the parameters of the battery and means for turning the charging current on and off, and also using specially developed software. This device allows you to charge a group of series-connected batteries from one current source, and when the voltage of one of the batteries reaches the maximum permissible value, it is shunted by the corresponding resistor at the command of the controller, which eliminates the excess of the allowable charge, and the remaining batteries in the circuit continue to accumulate charge.

1) потери энергии в шунтирующих резисторах;1) energy loss in shunt resistors;

2) недостаточная надежность при длительной работе в автономном режиме, поскольку случайный сбой в работе процессора, кратковременная потеря питания или неисправность хотя бы одного из датчиков, или исполнительных элементов, или одной АБ может вывести из строя всю цепь;2) insufficient reliability during long-term work in stand-alone mode, since an accidental malfunction of the processor, a short-term loss of power or a malfunction of at least one of the sensors, or actuators, or one battery can damage the entire circuit;

3) невозможность вести заряд одновременно от двух и более источников тока;3) the inability to charge simultaneously from two or more current sources;

4) невозможность вести заряд двух и более параллельно включенных АБ.4) the inability to charge two or more parallel-connected batteries.

Известны решения, направленные на улучшение различных характеристик заряда-разряда АБ.Known solutions aimed at improving the various characteristics of the charge-discharge of the battery.

Известна система заряда, которая содержит объединенные общей шиной адресов и данных электронно-вычислительную машину (ЭВМ) и m функциональных модулей, каждый из которых имеет силовой и дополнительный источники питания и объединенные собственной локальной шиной адресов и данных контроллер, аналого-цифровой преобразователь и 1-J зарядно-коммутационных блоков со стабилизаторами тока и коммутаторами для подключения зарядных ячеек и световых индикаторов. ЭВМ выполнена с возможностью контроля степени заряженности аккумуляторных батарей по напряжению релаксации на выводах коммутаторов. (Патент РФ №2183887 «СПОСОБ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ И АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ», оп. 20.06.2001).A known charge system, which contains integrated by a common bus address and data electronic computer (m) and m functional modules, each of which has a power and additional power sources and combined with its own local bus address and data controller, analog-to-digital converter and 1- J charging-switching blocks with current stabilizers and switches for connecting charging cells and light indicators. The computer is configured to control the degree of charge of the batteries according to the relaxation voltage at the terminals of the switches. (RF patent No. 2183887 “METHOD FOR CHARGING A BATTERY BATTERY AND AN AUTOMATED SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION”, op. 20.06.2001).

Известно устройство для зарядно-разрядного циклирования, которое содержит источник постоянного тока, блок нагрузки, контроллер, между источником постоянного тока и АБ включены первый и второй управляемые двухполюсные коммутаторы, первые выходные полюсы которых соединены и подключены к плюсу АБ, а вторые выходные полюсы соединены и подключены к минусу АБ, при этом плюс источника постоянного тока соединен с первым входным полюсом первого коммутатора и с входом блока нагрузки, выход которой соединен со вторым входным полюсом второго коммутатора, а минус источника постоянного тока соединен со вторым входным полюсом первого коммутатора и с первым входным полюсом второго коммутатора, а контроллер электрически соединен с выходом АБ и с управляемыми входами коммутаторов и источника постоянного тока. Кроме того, блок нагрузки выполнен на последовательно соединенных диодах, к которым подключены вентиляторы постоянного тока. (Патент РФ №2375791, «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДНО-РАЗРЯДНОГО ЦИКЛИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ», оп. 10.12.09).A device for charge-discharge cycling is known which comprises a direct current source, a load unit, a controller, between the direct current source and the battery, the first and second controllable bipolar switches are included, the first output poles of which are connected and connected to the plus of the AB, and the second output poles are connected and connected to the negative battery, while the plus of the DC source is connected to the first input pole of the first switch and to the input of the load unit, the output of which is connected to the second input pole of the second comm Tatorey and minus DC source connected to the second input pole of the first switch and a first input pole of the second switch and the controller is electrically connected to the output AB and the control input of switches and a DC source. In addition, the load unit is made on series-connected diodes to which DC fans are connected. (RF Patent No. 2375791, “DEVICE FOR CHARGING-DISCHARGE CYCLE OF A BATTERY”, op. 10.12.09).

Известна автоматизированная система заряда аккумуляторных батарей, которая содержит источники питания и зарядные ячейки. Система содержит m модулей, объединенных общей магистралью адресов и данных с головной ЭВМ, оснащенной специальной управляющей программой "А-Заряд", каждый модуль состоит из контроллера модуля, аналого-цифрового преобразователя и N распределительно-коммутационных блоков, объединенных локальной магистралью адресов и данных и соединенных с источником питания локальной силовой магистралью, распределительно-коммутационный блок содержит L зарядно-разрядных каналов, состоящих из устройства управления током заряда, устройства разряда, устройства управления цветом сигнального индикатора и коммутационного устройства для подключения канала к источнику питания, аналого-цифровому преобразователю, и к зарядным ячейкам, и соответствующим им световым индикаторам, при этом число модулей m и число распределительно-коммутационных, блоков n зависят от требуемого общего числа зарядных ячеек. (Патент РФ №2134477, оп. 10.08.99, «АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ»).Known automated system for charging batteries, which contains power sources and charging cells. The system contains m modules combined by a common address and data highway with a host computer equipped with a special “A-Charge” control program, each module consists of a module controller, an analog-to-digital converter and N distribution and switching units connected by a local address and data highway and connected to the power source by a local power line, the distribution and switching unit contains L charge-discharge channels, consisting of a charge current control device, a discharge device, a device color management of the signal indicator and the switching device for connecting the channel to a power source, an analog-to-digital converter, and to the charging cells, and their corresponding light indicators, while the number of modules m and the number of distribution and switching units n depend on the required total number of chargers cells. (RF patent No. 2134477, op. 10.08.99, “AUTOMATED BATTERY CHARGING SYSTEM”).

Наиболее близким к предложенной полезной модели является АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИЛЬНОТОЧНАЯ СИСТЕМА ЗАРЯДКИ-РАЗРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ (Патент на ПМ №89296, оп. 27.11.2009).Closest to the proposed utility model is the AUTOMATED HIGH-CURRENT SYSTEM OF CHARGING-DISCHARGE OF BATTERIES (Patent PM No. 89296, op. 27.11.2009).

Автоматизированная система состоит из управляющего компьютера (ПК), который может быть отнесен на расстояние до 500 м и М функциональных модулей. Каждый модуль состоит из зарядно-разрядного агрегата (ЗРА) и зарядной камеры (ЗК), выполненных в отдельных корпусах и разнесенных друг от друга. ЗРА состоит из стабилизированного источника питания (ИП), многоканального устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ), предназначенного для управления током и многоканального устройства аналогового ввода (УАВ) для измерения тока. ЗК состоит из кассеты для N аккумуляторов, собранных в аккумуляторную батарею АБ, и зарядно-коммутационного блока (ЗКБ). ЗКБ содержит набор N реле (Р) для коммутации тока зарядки-разрядки каждого аккумулятора, К многоканальных устройств дискретного ввода-вывода (УДВВ), предназначенных для управления реле, и L многоканальных устройств аналогового ввода (УАВ), предназначенных для измерения напряжения на клеммах каждого аккумулятора, а также для измерения температуры электролита, уровня электролита в аккумуляторах и т.д. Количество К устройств УДВВ, входящих в состав 3КБ, определяется количеством каналов ввода-выводаи числом аккумуляторов. Количество L устройств УАВ, входящих в состав ЗКБ, определяется количеством каналов аналогового ввода и числом аккумуляторов.The automated system consists of a control computer (PC), which can be carried over a distance of up to 500 m and M functional modules. Each module consists of a charge-discharge unit (ZRA) and a charging chamber (ZK), made in separate cases and spaced from each other. ZRA consists of a stabilized power supply (IP), a multi-channel device for discrete input-output (UDVV), intended for current control and a multi-channel device for analog input (SAW) for measuring current. ZK consists of a cassette for N batteries assembled in an AA battery, and a charging and switching unit (ZKB). ZKB contains a set of N relays (R) for switching the charging and discharging current of each battery, K multichannel discrete input-output devices (UDVV), designed to control the relay, and L multichannel analog input devices (SAWs), designed to measure the voltage at the terminals of each the battery, as well as for measuring the temperature of the electrolyte, the electrolyte level in the batteries, etc. The number K of UDVV devices included in 3K is determined by the number of input / output channels and the number of batteries. The number L of SAW devices included in the ZKB is determined by the number of analog input channels and the number of batteries.

Недостатком этого устройства является большое количество цифровых и аналоговых устройств, в том числе, и управляющего компьютера, что, во-первых, снижает полезный выход энергии, т.к. все эти устройства сами потребляют энергию, во-вторых, снижает надежность системы в автономном режиме.The disadvantage of this device is the large number of digital and analog devices, including the control computer, which, firstly, reduces the useful energy output, because all these devices themselves consume energy, and secondly, it reduces the reliability of the system in offline mode.

Техническим результатом, на который направлена полезная модель, является такое распределение потоков электроэнергии, которое обеспечивает максимально полное использование электроэнергии, произведенной источниками, при поддержании требуемой силы тока, потребляемого потребителем электроэнергии, обеспечение наиболее щадящего режима заряда-разряда накопителей электроэнергии с высокой надежностью, связанной с отсутствием «интеллектуальных» элементов (ЭВМ, процессоров и т.п.).The technical result, which the utility model is aimed at, is such a distribution of electric energy flows that ensures maximum use of the electric energy produced by the sources, while maintaining the required current strength consumed by the electric power consumer, providing the most sparing mode of charge-discharge of electric power storage with high reliability associated with the lack of "intelligent" elements (computers, processors, etc.).

Для достижения указанного технического результата предложен контроллер электроэнергии для гибридной электрогенерирующей системы, содержащий источники электроэнергии, накопители электроэнергии, систему распределения токов, токопроводящие шины, при этом система распределения токов выполнена на диодах, а отрицательные выводы всех источников электроэнергии и всех накопителей электроэнергии объединены в одну общую шину, соединенную с отрицательным выводом потребителя электроэнергии, положительный вывод каждого источника электроэнергии через группу диодов соединен с группой шин, число которых равно числу накопителей электроэнергии, причем каждая из шин подключена к положительному выводу одного из накопителей электроэнергии, а через диод - к общей положительной шине, соединенной с положительным выводом потребителя электроэнергии.To achieve this technical result, an electricity controller for a hybrid power generation system is proposed that contains electric power sources, electric power storage devices, a current distribution system, conductive buses, while the current distribution system is made on diodes, and the negative terminals of all electric power sources and all electric energy storage devices are combined into one common a bus connected to the negative terminal of the consumer of electricity, the positive terminal of each source of electricity ology through diode group connected with the group of tires equal to the number of electricity storage devices, wherein each of the buses connected to the positive terminal of one of the electric drives and the diode - to the common positive bus connected to a positive terminal of the power consumer.

Кроме того устройство содержит, по крайне мере, два источника электроэнергии и два накопителя электроэнергии.In addition, the device contains at least two sources of electricity and two energy storage.

Также число диодов в группе может быть равно числу накопителей электроэнергии.Also, the number of diodes in a group can be equal to the number of energy storage devices.

Число групп диодов может быть равно числу источников электроэнергии.The number of groups of diodes can be equal to the number of sources of electricity.

Источник электроэнергии может представлять собой солнечную батарею или ветрогенератор, или гидрогенератор, или бензиновый или дизельный генератор, или термоэлектрический или термоэмиссионный источник, или топливный элемент.The electric power source may be a solar battery or a wind generator, or a hydro generator, or a gasoline or diesel generator, or a thermoelectric or thermionic source, or a fuel cell.

Накопитель электроэнергии может представлять собой аккумуляторную батарею или электрический конденсатор, или реверсивный топливный элемент.The energy storage device may be a battery or an electric capacitor, or a reversible fuel cell.

Данное устройство (контроллер) для автоматического управления процессами заряда и разряда накопителей электроэнергии, коммутирующее по крайней мере два независимых источника электроэнергии и по крайней мере два накопителя электроэнергии, позволит оптимизировать процесс заряда и разряда накопителей электроэнергии, в частности, при нестабильности энерговыработки хотя бы одного из источников электроэнергии и нестабильном энергопотреблении потребителя электроэнергии, в каждый момент времени наибольшая доля зарядного тока направляется в наиболее разряженный накопитель электроэнергии, а наибольшая доля тока потребителя электроэнергии потребляется от наиболее полно заряженного накопителя электроэнергии.This device (controller) for automatic control of the processes of charging and discharging energy storage devices, switching at least two independent sources of electricity and at least two energy storage devices, will optimize the process of charging and discharging energy storage devices, in particular, with the instability of power generation of at least one of sources of electricity and unstable energy consumption of a consumer of electricity, at each moment of time, the largest share of the charging current directs This is the most discharged energy storage device, and the largest share of the current consumer electricity is consumed from the most fully charged energy storage device.

На фигуре 1 показана схема устройства для варианта с 4 разными источниками электроэнергии и 4 накопителями электроэнергии, где 1-4 - источники электроэнергии гибридной электрогенерирующей системы, 5-8 - накопители электроэнергии, 9-24 - диоды, обеспечивающие связь источников электроэнергии с накопителями электроэнергии, 25-28 - диоды, обеспечивающие связь аккумуляторов с потребителем электроэнергии (нагрузкой).The figure 1 shows a diagram of a device for a variant with 4 different power sources and 4 electric power storage devices, where 1-4 are electric power sources of a hybrid electric power generating system, 5-8 are electric power storage devices, 9-24 are diodes that provide communication between electric power sources and electric power storage devices, 25-28 - diodes that ensure the connection of batteries with a consumer of electricity (load).

Предлагаемая схема за счет нелинейной вольтамперной характеристики диодов автоматически обеспечивает оптимизацию процессов заряда и разряда накопителей электроэнергии при минимальных потерях «избыточной» энергии.The proposed circuit due to the nonlinear current-voltage characteristics of the diodes automatically provides optimization of the processes of charge and discharge of energy storage with minimal loss of "excess" energy.

На фигурах 2-11 показаны графики изменения токов и напряжений в процессе зарядки и разрядки группы из 4 накопителей электроэнергии, в качестве которых использовались АБ, от 4 источников электроэнергии. Электрические параметры элементов, использованных в устройстве, приведены ниже.In figures 2-11 shows graphs of changes in currents and voltages in the process of charging and discharging a group of 4 energy stores, which were used as batteries from 4 sources of electricity. The electrical parameters of the elements used in the device are shown below.

На фигурах 2 и 6 показана зависимость от времени напряжения каждой из 4 АБ в процессе их разрядки через устройство на общий потребитель электроэнергии.In figures 2 and 6, the time dependence of the voltage of each of the 4 batteries during their discharge through the device to a common consumer of electricity is shown.

На фигуре 3 и 7 показана зависимость от времени тока каждой из 4 АБ в процессе их разрядки через устройство на общий потребитель электроэнергии, а также среднего тока через потребитель электроэнергии.Figure 3 and 7 show the time dependence of the current of each of the 4 batteries during their discharge through the device to a common consumer of electricity, as well as the average current through the consumer of electricity.

На фигурах 4, 8 и 10 показана зависимость от времени напряжения каждой из 4 АБ в процессе их зарядки от 4 источников электроэнергии через устройство.In figures 4, 8 and 10, the time dependence of the voltage of each of the 4 batteries during charging from 4 sources of electricity through the device is shown.

На фигурах 5, 9 и 11 показана зависимость от времени зарядного тока каждой из 4 АБ в процессе их зарядки от 4 источников электроэнергии через устройство, а также среднего зарядного тока.In figures 5, 9 and 11, the time dependence of the charging current of each of the 4 batteries during their charging from 4 sources of electricity through the device, as well as the average charging current, is shown.

Подробное описание устройства.Detailed description of the device.

Отрицательные выводы всех источников электроэнергии, накопителей электроэнергии и потребителя электроэнергии присоединяются к общей шине; положительный вывод источника электроэнергии через один из диодов 9-24 соединяется с положительным выводом каждого накопителя электроэнергии («+» диода к источнику, «-» диода к накопителю). В общем случае при N источниках электроэнергии и М накопителях электроэнергии количество таких диодов составляет N*M. Положительный вывод каждого накопителя электроэнергии соединяется через один из диодов 25-28 с положительным выводом потребителя электроэнергии («+» диода к накопителю, «-» диода к потребителю). В общем случае при N источниках электроэнергии и М накопителей электроэнергии количество таких диодов составляет М.Negative conclusions of all sources of electricity, energy storage devices and electricity consumers are connected to a common bus; the positive output of the electric power source through one of the diodes 9-24 is connected to the positive output of each electric power storage device (“+” of the diode to the source, “-” of the diode to the storage device). In the general case, with N sources of electric power and M electric power storage devices, the number of such diodes is N * M. The positive output of each energy storage device is connected through one of the diodes 25-28 to the positive output of the electricity consumer (“+” diode to the drive, “-” diode to the consumer). In the general case, with N sources of electricity and M energy storage devices, the number of such diodes is M.

При подобной схеме включения отпадает необходимость в создании индивидуальных контроллеров заряда для каждого накопителя электроэнергии и схемы коммутации зарядно-разрядных токов, потому что в роли системы распределения зарядно-разрядных токов, начинают работать сами накопители электроэнергии вместе с диодами. Не имея прямой связи с другими накопителями электроэнергии, каждый накопитель поддерживает индивидуальное напряжение, зависящее от его текущего заряда, причем, чем ближе заряд к максимальному, тем выше напряжение.With such a switching scheme, there is no need to create individual charge controllers for each electric power storage device and a circuit for switching charge-discharge currents, because in the role of a distribution system of charge-discharge currents, the electric power storage devices themselves begin to work together with diodes. Having no direct connection with other energy storage devices, each storage device maintains an individual voltage, depending on its current charge, and the closer the charge to the maximum, the higher the voltage.

Ток, получаемый накопителем электроэнергии во время заряда от источника электроэнергии, в общем случае равенThe current received by the electric energy storage device during charging from the electric power source is generally equal to

I=(U_и-U_а)/(R_вни+R_вна),I = (U _and -U _a) / (R + R _downward _VNA)

гдеWhere

U_и - напряжение источника электроэнергии без нагрузки (ЭДС)U _and - voltage of the electric power source without load (EMF)

U_а - напряжение накопителя электроэнергии без нагрузки (ЭДС)U _a - voltage of the energy storage device without load (EMF)

R_вни - внутреннее сопротивление источника электроэнергииR _vni - internal resistance of the source of electricity

R_вна - внутреннее сопротивление накопителя электроэнергии.R _vna is the internal resistance of the energy storage device.

Для наглядности опишем работу устройства, в котором в качестве накопителей электроэнергии используются АБ.For clarity, we describe the operation of a device in which AB is used as energy storage devices.

Учитывая незначительную величину внутреннего сопротивления АБ по сравнению с внутренним сопротивлением источника электроэнергии, в первом приближении ее изменением в процессе заряда можно пренебречь. Тогда из формулы видно, что АБ с меньшим начальным напряжением (соответственно, с меньшим зарядом) получит ток больший, чем АБ с большим напряжением (с большим зарядом). При этом напряжение на выходе источника будет определяться именно АБ с наименьшим зарядом, как потребителями максимального тока. Из этой же формулы следует, что АБ, имеющая больший заряд, будет потреблять меньший ток (в пределе даже нулевой, если напряжение зарядного источника электроэнергии в данный момент ниже, чем напряжение этой АБ). Наибольший зарядный ток потечет в АБ с минимальным зарядом, и по мере роста напряжения на нем к источникам будут подключаться более заряженные, но все еще способные принимать заряд АБ.Considering the insignificant value of the internal resistance of the battery in comparison with the internal resistance of the power source, in a first approximation, its change in the process of charge can be neglected. Then it can be seen from the formula that a battery with a lower initial voltage (respectively, with a lower charge) will receive a larger current than a battery with a higher voltage (with a higher charge). In this case, the voltage at the source output will be determined precisely by the battery with the lowest charge, as consumers of the maximum current. It follows from the same formula that a battery with a larger charge will consume less current (in the limit even zero if the voltage of the charging source of electricity is currently lower than the voltage of this battery). The highest charging current will flow into the battery with a minimum charge, and as the voltage on it increases, more charged, but still able to take the battery charge will be connected to the sources.

Это означает, что АБ, имеющая полный заряд, или хотя бы больший, чем остальные, сама себя выключает из процесса зарядки, в то же время не препятствуя остальным набирать заряд от всех источников электроэнергии, процесс запасания энергии не останавливается, пока есть хотя бы одна не полностью заряженная АБ.This means that a battery that has a full charge, or at least more than the others, disconnects itself from the charging process, while at the same time not preventing others from collecting charge from all sources of electricity, the energy storage process does not stop while there is at least one not fully charged AB.

В пределе все АБ наберут заряд близкий к максимальному, и их напряжения выровняются.In the limit, all batteries will pick up a charge close to the maximum, and their voltage will equalize.

При разряде группы АБ, нагруженных на единого потребителя электроэнергии, будет происходить аналогичный процесс, но с противоположной зависимостью тока АБ от ее заряда.When discharging a group of batteries loaded on a single consumer of electricity, a similar process will occur, but with the opposite dependence of the battery current on its charge.

Если какая-то из АБ в данный момент имеет заряд больший, чем остальные, то и напряжение на ней несколько выше, чем на остальных. Проводимость диода, через который данная АБ связана с потребителем электроэнергии, выше, чем остальных диодов, поэтому основной потребляемый ток будет поступать именно от этой АБ. Менее заряженная АБ будет отдавать меньший ток; в пределе, если разница между ее напряжением и напряжением более заряженной АБ превышает потенциал открытия диода, ток, отдаваемый менее заряженной АБ, может упасть до нуля.If some of the batteries currently has a larger charge than the others, then the voltage on it is slightly higher than on the others. The conductivity of the diode through which this battery is connected to the consumer of electricity is higher than the other diodes, so the main current consumption will come from this battery. A less charged battery will give less current; in the limit, if the difference between its voltage and the voltage of a more charged battery exceeds the opening potential of the diode, the current given to a less charged battery can drop to zero.

Это обеспечивает такой режим работы, при котором наиболее заряженные АБ включаются в работу в первую очередь и отдают потребителю электроэнергии ток больший, чем менее заряженные, что выравнивает заряды и напряжения АБ в группе.This provides such a mode of operation in which the most charged batteries are included in the work in the first place and give the consumer an electric current more than less charged, which evens out the charges and voltages of the batteries in the group.

Поскольку в каждом цикле заряда или разряда наблюдается тенденция к уравниванию зарядов АБ, то длительная работа схемы будет поддерживать АБ в равных условиях эксплуатации, независимо от колебаний производительности источников энергии и энергопотребления потребителя электроэнергии, что продлевает срок службы АБ.Since in each cycle of a charge or discharge, there is a tendency to equalize the charges of the batteries, the long-term operation of the circuit will maintain the batteries in equal operating conditions, regardless of fluctuations in the performance of energy sources and energy consumption of the electricity consumer, which extends the life of the batteries.

Токи, вырабатываемые всеми источниками, суммируются и распределяются между АБ следующим образом: наиболее разряженная в данный момент АБ получает максимальную долю полного тока, АБ с большим зарядом - меньшую, в полностью заряженную АБ (если такая найдется) ток не подается вовсе.The currents generated by all sources are summarized and distributed between the batteries as follows: the battery that is most discharged at the moment receives the maximum fraction of the total current, the battery with a large charge - a smaller one, the current is not supplied to a fully charged battery (if any).

Аналогичная ситуация и с разрядом: основной ток, потребляемый нагрузкой, она получает от АБ с максимальным зарядом. По мере уменьшения запасенного в этой АБ заряда ее ток снижается, а ток следующей по полноте заряда АБ - возрастает, затем «лидерство» переходит к третьей АБ и т.д.A similar situation with the discharge: the main current consumed by the load, it receives from the battery with maximum charge. As the charge stored in this battery decreases, its current decreases, and the current of the battery with the next highest charge increases, then the “leadership” passes to the third battery, etc.

Число источников электроэнергии и накопителей электроэнергии может быть любым и не обязательно равным.The number of sources of electricity and energy storage can be any and not necessarily equal.

В качестве источников электроэнергии устройство может содержать различные комбинации из солнечных батарей, ветрогенераторов, гидрогенераторов, бензиновых и(или) дизельных генераторов, термоэлектрических и(или) термоэмиссионных генераторов, топливных элементов.As sources of electricity, a device may contain various combinations of solar panels, wind generators, hydrogenerators, gasoline and (or) diesel generators, thermoelectric and (or) thermionic generators, fuel cells.

В качестве накопителей электроэнергии можно использовать аккумуляторные батареи, электрические конденсаторы или реверсивные топливные элементы.As energy storage devices, batteries, electric capacitors or reversible fuel cells can be used.

Общая схема контроллера и его принцип работы будет одинаков.The general scheme of the controller and its principle of operation will be the same.

Для проверки соответствия действительных параметров ожидаемым, на макетной плате по схеме для варианта с 4 разными источниками тока (ИТ) и 4 АБ, представленной на фигуре 1, была собрана действующая модель. В качестве АБ применены кислотные гелевые аккумуляторы «Europower» со следующими параметрами: номинальное напряжение 12 вольт, емкость 1,2 амперчаса. Первичными источниками зарядного тока служили нестабилизированные источники питания БПН15-1 со следующими параметрами: напряжение 18 вольт, максимальный ток 1 ампер, включенные в схему через регулировочные реостаты 100 Ом (последние на фигуре 1 не показаны). В качестве диодов были использованы диоды Шоттки 1N5822, имеющие наиболее низкое падение напряжения в прямом направлении. Потребителем электроэнергии (нагрузкой) служила лампа накаливания, рассчитанная на напряжение 12 B, мощностью 7 Вт (на фигуре 1 не показана).To verify the valid parameters expected, on the breadboard according to the scheme for the option with 4 different current sources (IT) and 4 AB, presented in figure 1, the current model was assembled. Europower acid gel batteries with the following parameters were used as batteries: nominal voltage 12 volts, capacity 1.2 ampere hours. The primary sources of charging current were BPN15-1 unstabilized power supplies with the following parameters: voltage 18 volts, maximum current 1 ampere, included in the circuit through 100 ohm adjustment rheostats (the latter are not shown in figure 1). Schottky diodes 1N5822, having the lowest forward voltage drop, were used as diodes. The consumer of electricity (load) was an incandescent lamp, designed for a voltage of 12 V, with a power of 7 W (not shown in figure 1).

Напряжения и токи в зарядно-разрядных шинах измерялись четырехразрядными мультиметрами М830B и измерительными панелями SVAL0013 (на фигуре 1 не показаны).The voltages and currents in the charge-discharge tires were measured with M830B four-digit multimeters and SVAL0013 measuring panels (not shown in FIG. 1).

Перед началом экспериментов по заряду и разряду для проверки корректности функционирования измерительной части схемы была проведена предварительная проверка влияния разности токов, обеспечиваемых зарядными устройствами на величину зарядных токов АБ. Проверка показала, что независимо от количества и порядка подключения источников зарядного тока сумма токов источников всегда была равна сумме зарядных токов. Даже если подключенным оставался только один первичный источник, сумма зарядных токов была равна току этого источника.Before starting the charge and discharge experiments, in order to verify the correct functioning of the measuring part of the circuit, a preliminary check was made of the effect of the difference in currents provided by the charging devices on the value of the charging currents of the batteries. The verification showed that regardless of the number and order of connection of the charging current sources, the sum of the source currents was always equal to the sum of the charging currents. Even if only one primary source remained connected, the sum of the charging currents was equal to the current of this source.

Затем все 4 АБ прошли предварительный цикл «заряд-разряд», после чего последовали основные эксперименты.Then all 4 batteries passed the preliminary charge-discharge cycle, after which the main experiments followed.

Были проведены 5 экспериментов (циклов заряда и разряда АБ в различных режимах). Длительность одного цикла составляла в зависимости от режима от 6 до 12 часов. Окончание цикла определялось по достижении на АБ предельных величин напряжений.5 experiments were carried out (charge and discharge cycles of AB in various modes). The duration of one cycle ranged from 6 to 12 hours depending on the mode. The end of the cycle was determined when the voltage limit values were reached on the AB.

Пример №1Example No. 1

Разряд группы АБ с разным начальным зарядом.The discharge of the AB group with a different initial charge.

Все четыре АБ были предварительно полностью заряжены. Затем АБ №1 была разряжена до минимального напряжения 10,2 вольта, АБ №2 - примерно до 12 вольт. После этого при отключенных первичных ИТ к схеме, изображенной на фигуре 1, был подключен потребитель электроэнергии, одновременно началась регистрация напряжений и токов, зависимость которых от времени показана на фигурах 2 и 3 соответственно.All four batteries were pre-fully charged. Then AB No. 1 was discharged to a minimum voltage of 10.2 volts, AB No. 2 - to about 12 volts. After that, when the primary IT was switched off, the consumer of electricity was connected to the circuit shown in figure 1, at the same time, the registration of voltages and currents began, the dependence of which on time is shown in figures 2 and 3, respectively.

В начале разряда АБ №1 не отдавала тока, так как ее напряжение было ниже, чем у остальных.At the beginning of the discharge, AB No. 1 did not give current, since its voltage was lower than that of the others.

АБ №3 и №4 отдавали в нагрузку примерно по 270 миллиампер.AB No. 3 and No. 4 gave to the load about 270 milliamps each.

АБ №2, хотя и имела напряжение на уровне №3 и №4, отдала в нагрузку значительно меньший ток, около 36 миллиампер.AB No. 2, although it had a voltage at the level of No. 3 and No. 4, gave a much lower current to the load, about 36 milliamps.

По мере разряда напряжение и ток, отбираемый с АБ №3 и №4, падали.As the discharge progressed, the voltage and current taken from the batteries No. 3 and No. 4 fell.

Напряжение АБ №2 падало со скоростью, меньшей, чем у №№3 и 4, а ток рос.The voltage of battery No. 2 fell at a rate lower than that of No. 3 and 4, and the current grew.

По истечении примерно часа напряжение АБ 2, 3 и 4 уменьшилось до уровня, обеспечившего открытие диода, через который АБ №1 подключена к потребителю электроэнергии. Начиная с этого момента, АБ №1 включается в работу и начинает отдавать ток в потребитель электроэнергии.After about an hour, the voltage of AB 2, 3, and 4 decreased to the level that ensured the opening of the diode, through which AB No. 1 is connected to the consumer of electricity. Starting from this moment, AB No. 1 is included in the work and begins to give current to the consumer of electricity.

В дальнейшем напряжения и токи АБ №№3 и 4 падают примерно с равной скоростью. Скорость падения величины напряжения АБ №2 меньше, чем у №№3 и 4, Напряжение АБ №1 изменяется с наименьшей скоростью.Subsequently, the voltages and currents of batteries No. 3 and 4 fall at approximately the same rate. The voltage drop rate of AB No. 2 voltage is less than that of Nos. 3 and 4. The voltage of AB No. 1 changes at the lowest rate.

На 228-й минуте заряд АБ №2 подходит к концу и ее ток начинает резко падать. Падение тока компенсируют АБ №№1, 3 и 4.At the 228th minute, the charge of AB No. 2 comes to an end and its current begins to drop sharply. The current drop is compensated by AB No. 1, 3 and 4.

Цикл заканчивается выравниванием напряжения на всех четырех АБ. При достижении минимально допустимого напряжения эксперимент был остановлен.The cycle ends with voltage equalization on all four batteries. Upon reaching the minimum allowable voltage, the experiment was stopped.

В процессе разряда АБ отдали в потребитель электроэнергии:During the discharge process, the batteries were delivered to the consumer of electricity:

№1 - 0,18 А.чNo. 1 - 0.18 A.ch

№2 - 0,41 А.чNo. 2 - 0.41 A.ch

№3 - 0,79 А.чNo. 3 - 0.79 A.ch

№4 - 0,79 А.чNo. 4 - 0.79 A.ch

По суммарному току - 2,17 А.ч.By total current - 2.17 A.h.

Таким образом, эксперимент №1 показал, что наименее заряженная АБ отдала минимальную энергию, более заряженная - несколько большую, а наиболее заряженные АБ - максимальную. При этом чересчур глубокого разряда АБ не произошло, так как ни одно из напряжений не опустилось ниже допустимой границы. Равенство напряжений в конце разряда свидетельствует о равенстве остаточных зарядов.Thus, experiment No. 1 showed that the least charged battery gave off the minimum energy, the more charged one - a little more, and the most charged batteries - the maximum. In this case, an overly deep discharge of AB did not occur, since none of the voltages did not fall below the permissible limit. The voltage equality at the end of the discharge indicates the equality of the residual charges.

Пример №2.Example No. 2.

Заряд разнозаряженных АБ от общего источника.Charge of uncharged batteries from a common source.

В эксперименте также использовалась группа из четырех АБ.A group of four ABs was also used in the experiment.

АБ были разряжены в предыдущем эксперименте, но перед началом данного эксперимента АБ №№1 и 2 были предварительно заряжены до напряжения под нагрузкой 14 вольт. Результаты показаны на фигурах 4 и 5.The batteries were discharged in the previous experiment, but before the start of this experiment, the batteries No. 1 and 2 were precharged to a voltage of 14 volts. The results are shown in figures 4 and 5.

Начиная с включения тока заряда до временной отметки 40 минут, диоды АБ №№1 и 2 были заперты, так как напряжение АБ №№3 и 4, определяющие напряжение источника зарядного тока, было ниже напряжения открытия.Starting from the inclusion of the charge current to the time mark of 40 minutes, the diodes of the batteries No. 1 and 2 were locked, since the voltage of the batteries No. 3 and 4, which determined the voltage of the charging current source, was lower than the opening voltage.

На 40-й минуте заряда напряжение на АБ №№3 и 4 возросло до напряжения открытия диодов №№1 и 2, и они также начали заряжаться.At the 40th minute of the charge, the voltage on the batteries No. 3 and 4 increased to the opening voltage of the diodes No. 1 and 2, and they also began to charge.

Однако зарядный ток АБ №№1 и 2 был значительно меньше, чем АБ №№3 и 4 и составлял единицы миллиампер, то есть заряд этих АБ практически не возрастал.However, the charging current of batteries No. 1 and 2 was significantly less than battery No. 3 and 4 and amounted to a few milliamps, that is, the charge of these batteries did not increase.

По мере заряда АБ №№2 и 3 их зарядные токи снижались, а напряжение росло. Примерно на 155-й минуте напряжения всех четырех АБ стали равными. Несмотря на равенство напряжений, АБ №№1 и 2 по-прежнему потребляли значительно меньший ток, чем №№3 и 4.As the charge of batteries No. 2 and 3, their charging currents decreased, and the voltage increased. At about 155 minutes, the voltages of all four batteries became equal. Despite the equality of voltages, AB No. 1 and 2 still consumed significantly less current than No. 3 and 4.

До конца эксперимента напряжения на АБ оставались примерно равными (напряжение №№3 и 4 росло несколько быстрее, так как их зарядный ток был заметно больше).Until the end of the experiment, the voltage on the batteries remained approximately equal (voltage Nos. 3 and 4 increased slightly faster, since their charging current was noticeably higher).

Заряд был остановлен при достижении на всех АБ напряжения 14,4 В.The charge was stopped when the voltage reached 14.4 V on all batteries.

В результате заряда в АБ было отдано:As a result, the charge in the battery was given:

№1 - 0,09 А.чNo. 1 - 0.09 A.h

№2 - 0,10 А.чNo. 2 - 0.10 A.ch

№3 - 1,01 А.чNo. 3 - 1.01 A.ch

№4 - 0,81 А.ч№4 - 0.81 A.h

По суммарному току - 2,01 А.чBy total current - 2.01 A.h

Таким образом, эксперимент №2 показал, что наименее заряженная АБ получала наибольшую энергию, а заранее заряженная - не получала энергии вовсе. По мере выравнивания напряжений, более заряженные АБ начали заряжаться, однако зарядный ток был невелик и не обеспечивал заметного увеличения заряда. При выравнивании полученных зарядов напряжения АБ также выровнялись. По окончании заряда перезаряженных АБ в группе не было, так как ни на одном из них напряжение не превысило максимально допустимый уровень.Thus, experiment No. 2 showed that the least charged battery received the most energy, while the pre-charged one did not receive energy at all. As the voltage equalized, more charged batteries began to charge, but the charging current was small and did not provide a noticeable increase in charge. When aligning the received charges, the AB voltage also leveled off. At the end of the charge, there were no recharged batteries in the group, since in none of them did the voltage exceed the maximum permissible level.

Пример №3.Example No. 3.

Разряд одинаково заряженных АБ на общую нагрузку.Discharge of equally charged batteries to the total load.

В эксперименте использовалась группа из четырех предварительно заряженных АБ при отключенных первичных ИТ.The experiment used a group of four pre-charged batteries with primary IT turned off.

Общей нагрузкой (потребителем электроэнергии) являлась лампочка, с током потребления порядка 550 мА. Результаты показаны на фигурах 6 и 7.The total load (consumer of electricity) was a light bulb with a consumption current of about 550 mA. The results are shown in figures 6 and 7.

Начиная с начала эксперимента и до временной отметки около 340 минут разряд проходил стабильно при примерно равных напряжениях на всех АБ. Токи потребления от каждой АБ были близкими, но несколько отличались.From the beginning of the experiment to the time mark of about 340 minutes, the discharge passed stably at approximately equal voltages across all batteries. Consumption currents from each battery were close, but slightly different.

Начиная с 340-й минуты, величина токов потребления начала резко изменяться. По всей вероятности, АБ №4 оказалась наименее заряженной, и, начиная с данной отметки, отдаваемый ей в нагрузку ток начал падать. Однако остальные АБ компенсировали это падение увеличением своих разрядных токов. И до конца разряда ток нагрузки оставался достаточно стабильным, равным сумме разрядных токов всех четырех АБ.Starting from the 340th minute, the magnitude of consumption currents began to change dramatically. In all likelihood, AB No. 4 turned out to be the least charged, and, starting from this point, the current given to it in the load began to fall. However, the remaining batteries compensated for this drop by increasing their discharge currents. And until the end of the discharge, the load current remained quite stable, equal to the sum of the discharge currents of all four batteries.

Существенно, что, несмотря на приближение заряда АБ №4 к концу, напряжение на нем оставалось на уровне, равном остальным АБ, а отдаваемый ток под конец разряда сократился до единиц миллиампер. То есть, резко уменьшилась скорость разряда без уменьшения напряжения на аккумуляторе.It is significant that, despite the charge of battery No. 4 approaching the end, the voltage on it remained at the level equal to the rest of the battery, and the output current at the end of the discharge was reduced to units of milliamps. That is, the discharge rate sharply decreased without reducing the voltage on the battery.

Разряд был остановлен, когда напряжение на всех АБ приблизилось к 10,2 вольта.The discharge was stopped when the voltage on all batteries approached 10.2 volts.

В результате разряда АБ отдали в нагрузку:As a result of the discharge, the batteries were transferred to the load:

№1 - 1,04 А.ч№1 - 1,04 A.ch

№2 - 1,01 А.чNo. 2 - 1.01 A.ch

№3 - 1,00 А.чNo. 3 - 1.00 A.ch

№4 - 0,83 А.ч№4 - 0.83 A.ch

По суммарному току - 3,88 А.ч.According to the total current - 3.88 A.h.

Таким образом, эксперимент №3 показал, что разрядные токи АБ в группе приблизительно пропорциональны текущему заряду АБ. Уменьшение тока одной из АБ в результате разряда компенсируется увеличением токов АБ, имеющих больший заряд на данный момент времени. Исчерпание заряда одной из АБ не приводит к чересчур глубокому разряду данной АБ за счет снижения разрядного тока. Как видно, по окончании процесса разряда напряжение ни на одной АБ не упало ниже допустимого; судя по равенству конечных напряжений, все АБ разрядились примерно до одинакового уровня, несмотря на наличие явной разницы в начальных зарядах.Thus, experiment No. 3 showed that the discharge currents of the batteries in the group are approximately proportional to the current charge of the batteries. The decrease in the current of one of the batteries as a result of the discharge is compensated by the increase in the currents of the batteries, which have a greater charge at a given time. Exhaustion of the charge of one of the batteries does not lead to an excessively deep discharge of this battery due to a decrease in the discharge current. As can be seen, at the end of the discharge process, the voltage on any of the batteries did not fall below the permissible level; judging by the equality of the final voltages, all the batteries were discharged to approximately the same level, despite the presence of a clear difference in the initial charges.

Дальнейшие эксперименты №№4 и 5 являются повторениями (с некоторыми отличиями) эксперимента №2 и проведены для статистической достоверности. Результаты показаны на фигурах 8 и 9, 10 и 11 соответственно.Further experiments No. 4 and 5 are repetitions (with some differences) of experiment No. 2 and were carried out for statistical reliability. The results are shown in figures 8 and 9, 10 and 11, respectively.

Пример №4.Example No. 4.

Заряд одинаково разряженных АБ от общего источника.Charge of equally discharged batteries from a common source.

В целом прошел по тому же сценарию, как эксперимент №2. Токи заряда так же взаимно компенсировались так, что суммарный (и средний) зарядный ток равномерно уменьшался к концу заряда в полном соответствии с теоретической вольтамперной и зарядной характеристиками АБ.In general, he went along the same scenario as experiment No. 2. The charge currents were also mutually compensated so that the total (and average) charging current decreased uniformly towards the end of the charge in full accordance with the theoretical current-voltage and charging characteristics of the batteries.

№1 - 0,97 А.чNo. 1 - 0.97 A.ch

№2 - 0,90 А.чNo. 2 - 0.90 A.h

№3 - 1,03 А.ч№3 - 1,03 A.ch

№4 - 0,87 А.ч№4 - 0.87 A.ch

По суммарному току - 3,77 А.чBy total current - 3.77 A.h

Таким образом, в эксперименте №4 принципиальных отличий от результатов эксперимента №2 не обнаружено.Thus, in experiment No. 4, fundamental differences from the results of experiment No. 2 were not found.

Пример №5Example No. 5

Графики изменения напряжений и зарядных токов почти аналогичны соответствующим графикам в эксперименте №4. Можно сделать вывод, что зарядно-разрядный цикл в дальнейшем будет повторяться с незначительными отличиями.Graphs of changes in voltage and charging currents are almost similar to the corresponding graphs in experiment No. 4. We can conclude that the charge-discharge cycle will be repeated in the future with slight differences.

№1 - 0,98 А.чNo. 1 - 0.98 A.h

№2 - 0,93 А.чNo. 2 - 0.93 A.ch

№3 - 1,09 А.ч№3 - 1,09 A.ch

№4 - 0,90 А.чNo. 4 - 0.90 A.h

По суммарному току - 3,90 А.чAccording to the total current - 3.90 A.h

Поскольку во время экспериментов №№2, 4 и 5 динамика процесса заряда повторялась, дальнейшее проведение экспериментов было прекращено.Since during experiments Nos. 2, 4 and 5, the dynamics of the charge process was repeated, further experiments were stopped.

Таким образом, простое соединение группы источников электроэнергии, группы накопителей электроэнергии и потребителя электроэнергии через диодную матрицу, описанную выше, приводит к тому же техническому результату (выравнивание режимов работы нескольких параллельно включенных накопителей электроэнергии и запасание без потерь всей вырабатываемой электроэнергии), что и использование сложных схем, включающих микропроцессорные контроллеры заряда с коммутационной аппаратурой. Однако стоимость диодов существенно ниже, чем стоимость коммутационных контроллеров, а надежность пассивной диодной схемы благодаря простоте во много раз превышает надежность контроллеров. К тому же она не требует дополнительных затрат энергии, которые характерны для устройств измерения, контроля и коммутации, используемых в известных схемах.Thus, a simple connection of a group of electric energy sources, a group of electric energy storage devices and an electric energy consumer through a diode array described above leads to the same technical result (equalization of the operation modes of several electric energy storage devices connected in parallel and storage without loss of all generated electric energy) as the use of complex circuits including microprocessor charge controllers with switching equipment. However, the cost of diodes is significantly lower than the cost of switching controllers, and the reliability of a passive diode circuit due to its simplicity is many times higher than the reliability of controllers. In addition, it does not require additional energy costs, which are characteristic for measuring, control and switching devices used in known circuits.

Дополнительным преимуществом описанного соединения является независимость количества накопителей электроэнергии в системе от количества источников электроэнергии, что создает удобство при проектировании конкретной установки, а также облегчает ее дальнейшую модернизацию в случае необходимости.An additional advantage of the described connection is the independence of the number of energy storage devices in the system from the number of energy sources, which creates convenience in the design of a particular installation, and also facilitates its further modernization, if necessary.

Claims

1. An electric power controller for a hybrid power generating system comprising electric power sources, electric power storage devices, a current distribution system, conductive buses, characterized in that the current distribution system is diode-based, wherein the negative terminals of all electric power sources and all electric energy storage devices are combined into one common bus connected to the negative output of the electricity consumer, and the positive output of each energy storage through a group of diodes is connected to tire rapping, the number of which is equal to the number of electric energy storage devices, each of the tires being connected to the positive terminal of one of the electric energy storage devices, and through the diode, to the common positive bus connected to the positive terminal of the electric energy consumer.

2. The device according to claim 1, characterized in that it contains at least two sources of electricity and two energy stores.

3. The device according to claim 1, characterized in that the number of diodes in the group is equal to the number of energy storage devices.

4. The device according to claim 1, characterized in that the number of groups of diodes is equal to the number of sources of electricity.

5. The device according to claim 1, characterized in that the source of electricity is a solar battery, or

a wind generator, or a hydro generator, or a gasoline or diesel generator, or a thermoelectric or thermionic source, or a fuel cell.

6. The device according to claim 1, characterized in that the energy storage device is a rechargeable battery, or an electric capacitor, or a reversible fuel cell.