RU124443U1

RU124443U1 - DEVICE FOR DIFFERENTIATED CONTROL OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY OF PORTABLE RADIO ELECTRONIC EQUIPMENT

Info

Publication number: RU124443U1
Application number: RU2012124997/07U
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Цуранов; Евгений Викторович Вдовин; Константин Александрович Валдай
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-01-20

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам поддержания в рабочем состоянии вторичных элементов (аккумуляторов), и может быть использована в системах электропитания различных технических средств и систем (ТСС), преимущественно, функционирующих в автономном режиме от химических источников тока (ХИТ) с использованием резервных батарей, для обеспечения высокого уровня работоспособности аккумуляторных батарей и возможности максимальной реализации их энергоресурса/емкости путем перераспределения токовых перегрузок, возникающих в процессе эксплуатации упомянутых ТСС, между основной и резервной батареями.The utility model relates to electrical engineering, and more specifically, to devices for maintaining the working state of secondary elements (batteries), and can be used in power systems of various technical means and systems (TSS), mainly operating autonomously from chemical current sources (CIT) using backup batteries to ensure a high level of battery performance and the possibility of maximizing their energy / capacity by redistributing current overloads ok arising during the operation of the mentioned TCC between the primary and backup batteries.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известное устройство, состоящее из аккумуляторной батареи (АКБ), батареи электрохимических конденсаторов/ионисторов (БЭК), блока управления (БУ) и коммутатора, который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с первым портом узла БУ и со вторым портом узла БУ и выходом узла АКБ, и выполненное с возможностью контроля напряжения на выходе узла АКБ и бесперебойного подключения/отключения узлов БЭК или АКБ без прерывания электропитания нагрузки, дополнительно в его состав введены блок контроля напряжения ионисторов (БКНИ), блок коммутации ионисторов (БКИ) и датчик тока (ДТ), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с нагрузкой и с третьим портом узла БУ, который своими с четвертого по шестой портами соединен, соответственно, с третьим портом коммутатора и первым портом узла БКИ, со вторым портом узла БКИ и с первым портом узла БКНИ, который вторым портом соединен с первым портом узла БЭК, который вторым портом соединен с третьим портом узла БКИ, при этом, узел БУ выполнен в виде микроконтроллера, функционирующего по программе, обеспечивающей возможность контроля/измерения тока, протекающего через узел ДТ, и при достижении его значения, соответствующего уровню максимального допустимого тока (МДТ) для узла АКБ, формирования сигналов управления коммутатором, необходимых для бесперебойного переключения источников электропитания нагрузки, при котором обеспечивается отключение от нее узла АКБ с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла БЭК, обработки сигналов, поступающих с узла БКНИ, для организации с помощью узла БКИ динамической комбинаторной коммутации ионисторов, входящих в состав узла БЭК, обеспечивающей объединение такого их количества, при котором уровень выходного напряжения батареи (ВНБ) узла БЭК поддерживается в допустимых пределах или при снижении уровня тока в нагрузке ниже значения МДТ, и формирования соответствующих сигналов управления коммутатором, обеспечивающих бесперебойное отключение подачи напряжения в нагрузку от узла БЭК с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла АКБ.The essence of the utility model lies in the fact that in the known device, consisting of a storage battery (battery), a battery of electrochemical capacitors / ionistors (BEC), a control unit (CU) and a switch that is connected with its first and second ports, respectively, to the first port of the control unit and with the second port of the control unit and the output of the battery assembly, and made with the possibility of monitoring the voltage at the output of the battery assembly and uninterrupted connection / disconnection of the BEC or battery nodes without interrupting the load power supply, additionally the voltage monitoring unit of the ionistors (BKNI), the switching unit of the ionistors (BKI) and the current sensor (DT), which are connected with their first and second ports, respectively, with the load and with the third port of the control unit, which is connected with its fourth through sixth ports, accordingly, with the third port of the switch and the first port of the BKI node, with the second port of the BKI node and with the first port of the BKNI node, which is connected to the first port of the BEC node by the second port, which is connected to the third port of the BKI node by the second port; in the form of a microcontroller operating under a program that provides the ability to control / measure the current flowing through the DT node, and when it reaches a value corresponding to the maximum permissible current (MDT) level for the battery node, generating switch control signals necessary for uninterrupted switching of the load power sources, at which provides disconnection of the battery node from it with simultaneous supply of voltage to the load from the BEC node, processing of signals from the BKNI node, for organization using the BKI node dynamic combinatorial switching of the ionistors that make up the BEC node, ensuring the combination of such a quantity that the output voltage level of the battery (VNB) of the BEC node is maintained within acceptable limits or when the current level in the load decreases below the MDT value, and the formation of the corresponding switch control signals, providing uninterrupted shutdown of voltage supply to the load from the BEC node with simultaneous supply of voltage to the load from the battery node.

Введенные существенные признаки обеспечивают расширение функциональных возможностей известного устройства, связанных с повышением коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи (АКБ) в процессе ее эксплуатации в составе портативной радиоэлектронной аппаратуры (ПРЭА) и обеспечить значительное увеличение длительности ее автономной работы от упомянутой АКБ, без увеличения габаритов и веса, как АКБ, так и ПРЭА. The introduced essential features provide the expansion of the functionality of the known device associated with an increase in the utilization of the energy resource / capacity of the battery in the process of its operation as part of portable radio-electronic equipment (PREA) and provide a significant increase in the duration of its autonomous operation from the mentioned battery, without increasing the size and weight, both battery and PREA.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам поддержания в рабочем состоянии вторичных элементов (аккумуляторов), и может быть использована в системах электропитания различных технических средств и систем (ТСС), преимущественно, функционирующих в автономном режиме от химических источников тока (ХИТ), для обеспечения высокого уровня работоспособности ХИТ с возможностью отдачи в нагрузку, которой являются ТСС, максимального энергоресурса/емкости на основе распределения тока, потребляемого ТСС, между основной и резервной батареями.The utility model relates to electrical engineering, and more specifically, to devices for maintaining the working state of secondary elements (batteries), and can be used in power systems of various technical means and systems (TSS), mainly operating autonomously from chemical current sources (CIT) , to ensure a high level of performance of HIT with the possibility of returning to the load, which are TSS, the maximum energy resource / capacity based on the distribution of the current consumed by TSS between the main and rvnoy batteries.

Работоспособность технических устройств и систем, функционирующих в автономном режиме, наиболее часто обеспечивается с помощью химических источников тока (ХИТ) типа аккумуляторов, как правило, объединенных в аккумуляторную батарею (АКБ).The operability of technical devices and systems operating in stand-alone mode is most often ensured by means of chemical current sources (HIT), such as batteries, which are usually combined into a storage battery (battery).

Использование АКБ в портативных радиоэлектронных устройствах и системах (ПРУС) во многом определяет, как пользовательские сервисы, так и эксплуатационные характеристики аппаратуры. Одной из основных технических характеристик ПРУС является длительности автономной работы. При этом во многих применениях востребованы ПРУС, имеющие минимальные габариты и массу. Типовыми потребителями такой аппаратуры являются геологи, спасатели МЧС, медики, военные и др.The use of batteries in portable electronic devices and systems (PRUS) largely determines both user services and equipment performance. One of the main technical characteristics of PRUS is the battery life. At the same time, in many applications, PRUS are required, having minimal dimensions and weight. Typical consumers of such equipment are geologists, rescuers of the Ministry of Emergencies, doctors, military, etc.

Однако, как показали исследования, повышение длительности автономной работы ПРУС, при наличии жестких ограничений на их габариты и вес, является весьма сложной задачей. Это обусловлено наличием противоречия, суть которого состоит в том, что уровень миниатюризации радиоэлектронных компонентов достиг такого уровня, при котором, масса и габариты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в основном, определяются параметрами АКБ. В этих условиях, для увеличения длительности автономной работы РЭА надо использовать АКБ с большей емкостью. АКБ с большой емкостью имеют большие габариты и массу. Установка в систему электропитания ХИТ с большой емкостью приводит к значительному увеличению массы и габаритов РЭА. Поэтому, для снижения массы и габаритов РЭА не надо использовать АКБ с большей емкостью.However, studies have shown that increasing the battery life of the PRUS, in the presence of strict restrictions on their dimensions and weight, is a very difficult task. This is due to the presence of a contradiction, the essence of which is that the level of miniaturization of electronic components has reached such a level that the mass and dimensions of electronic equipment (CEA) are mainly determined by the battery parameters. Under these conditions, to increase the battery life of REA, it is necessary to use batteries with a larger capacity. Large capacity batteries have large dimensions and weight. The installation of a HIT with a large capacity in the power supply system leads to a significant increase in the mass and dimensions of CEA. Therefore, to reduce the weight and dimensions of the CEA, it is not necessary to use batteries with a larger capacity.

Исследования, выполненные авторами, показали, что длительность автономной работы РЭА во многом зависит от токовых режимов, воздействующих на АКБ. Так, исправная аккумуляторная батарея может обеспечивать питание ПРУС в течение длительного промежутка времени, особенно, когда она разряжается номинальным (рабочим) током. В таком режиме эксплуатации может быть использована максимальная емкость АКБ, предусмотренная ее спецификацией, а также обеспечена высокая надежность функционирования, как АКБ, так и ПРУС. Однако, как показывает практика, при реальной эксплуатации ПРУС/РЭА, работоспособность АКБ быстро снижается из-за действия на нее больших разрядных токов, превышающих номинальные токи. Это приводит к ускоренному расходу емкости АКБ и сокращению длительности автономной работы ПРУС, получающей электропитание от упомянутой АКБ, а также может вызывать выход из строя АКБ и служить источником отказов ПРУС/РЭА.Studies performed by the authors showed that the duration of the autonomous operation of the REA is largely dependent on the current conditions affecting the battery. Thus, a serviceable battery can provide power to the PRUS for a long period of time, especially when it is discharged with a rated (working) current. In this operating mode, the maximum battery capacity provided by its specification can be used, as well as the high reliability of operation of both the battery and the PRUS. However, as practice shows, in the actual operation of the PRUS / REA, the battery performance decreases rapidly due to the action of large discharge currents exceeding the rated currents on it. This leads to an accelerated consumption of the battery capacity and a decrease in the battery life of the PRUS receiving power from the mentioned battery, and can also cause battery failure and serve as a source of failure of the PRUS / REA.

В связи с этим, поиск путей повышения длительности автономной работы ПРУС, функционирующих с электропитанием от АКБ, при ограничениях на ее габариты и вес, является актуальной задачей.In this regard, the search for ways to increase the battery life of the PRUS operating with battery power, with restrictions on its size and weight, is an urgent task.

В процессе исследований установлено, что задачу повышения длительности автономной работы ПРУС можно представить как проблему повышения работоспособности АКБ с точки зрения создания условий, обеспечивающих отдачу в нагрузку, которой является ПРУС, максимального энергоресурса/емкости АКБ. Корректность такого подхода основана на следующем. Так, известно, что при воздействии на АКБ разрядных токов, превышающих номинальное значение, установленное для элементов АКБ, наблюдается значительное (до 50%) снижение уровня отдаваемой емкости/энергоресурса, ускоренный износ и быстрая деградация электрических параметров батареи. Проще говоря, при действии на АКБ больших нагрузочных токов, ее работоспособность снижается. Это приводит к снижению длительности автономной работы и надежности функционирования ПРУС.In the process of research it was found that the task of increasing the battery life of the PRUS can be presented as a problem of increasing the battery’s performance from the point of view of creating conditions that ensure that the maximum energy resource / capacity of the battery is returned to the load, which is the PRUS. The correctness of this approach is based on the following. So, it is known that when a battery is exposed to discharge currents that exceed the nominal value established for battery cells, a significant (up to 50%) decrease in the level of delivered capacity / energy, accelerated wear and rapid degradation of the battery’s electrical parameters is observed. Simply put, when exposed to high load currents on the battery, its performance decreases. This leads to a decrease in battery life and reliability of the PRUS.

Исследования показали, что типовое решение поставленной задачи заключается в выборе таких элементов АКБ, которые имеют номинальный ток, равный току ПРУС, потребляемому в течении >70% его работы, и имеют максимальный/допустимый разрядный ток, соответствующий или превышающий максимальный ток потребления ПРУС в режимах, длительность которых <30% от общей продолжительности работы ПРУС. При таком подходе предполагается, что использование энергоресурса/емкости АКБ может быть достигнуто около 70-90%.Studies have shown that a typical solution to the problem lies in the selection of battery cells that have a rated current equal to the current of the PRUS consumed during> 70% of its operation, and have a maximum / allowable discharge current corresponding to or exceeding the maximum current consumption of the PRUS in the modes , the duration of which is <30% of the total duration of the PRUS. With this approach, it is assumed that the use of energy / battery capacity can be achieved around 70-90%.

Установлено, что во многих случаях соотношение номинальной токовой нагрузки (НТН) и максимальной токовой нагрузки (МТН) на АКБ, может существенно различаться, в зависимости от режимов эксплуатации ПРУС. Например, при использовании радиостанции, в которой НТН соответствует режим приема, а МТН - режим передачи, соотношение НТН/МТН - зависит от интенсивности ведения переговоров. При ожидании редких вызовов, и сигналов оповещения соотношение НТН/МТН может быть <<1, а при корректировке действий физических лиц, выполняющих спасательные операций, соотношение НТН/МТН может приближаться к 1. Поэтому, использование типового подхода к проектированию систем автономного электропитания ПРУС часто вызывает понижение коэффициента использования ресурса батареи (КИРБ), который может снижаться ниже 50% из-за увеличения длительности работы ПРУС в режиме с МТН.It was found that in many cases the ratio of the rated current load (NTN) and the maximum current load (MTN) on the battery can vary significantly, depending on the operating conditions of the PRUS. For example, when using a radio station in which NTN corresponds to the reception mode and MTN corresponds to the transmission mode, the NTN / MTN ratio depends on the intensity of the negotiations. When waiting for rare calls and warning signals, the NTN / MTN ratio can be << 1, and when adjusting the actions of individuals performing rescue operations, the NTN / MTN ratio can approach 1. Therefore, the use of a typical approach to the design of autonomous power supply systems of PRUS is often causes a decrease in the battery life utilization coefficient (KIRB), which can decrease below 50% due to the increase in the duration of the operation of the PRUS in the MTN mode.

Авторы пришли к выводу, что расчет параметров АКБ (по емкости и разрядным токам) для обеспечения требуемой длительности функционирования ПРУС с использованием типовых подходов - не эффективен, поскольку КИРБ, который может быть представлен, как отношение реальной емкости (отданной в нагрузку) АКБ к ее паспортному значению, может иметь слишком низкое значение.The authors came to the conclusion that the calculation of the battery parameters (in terms of capacity and discharge currents) to ensure the required duration of the PRUS operation using standard approaches is not effective, since the KIRB, which can be represented as the ratio of the actual capacity (given to the load) of the battery to its passport value may be too low value.

Повышение показателя КИРБ ПРУС с использованием типовых подходов неизбежно требует применения более мощных элементов АКБ, что влечет, как показано выше, увеличение массы и габаритов, как самой АКБ, так и ПРУС в целом, что не допустимо, по условиям поставленной задачи.An increase in the KIRB PRUS indicator using standard approaches inevitably requires the use of more powerful battery elements, which entails, as shown above, an increase in the mass and dimensions of both the battery itself and the PRUS as a whole, which is not permissible under the terms of the task.

Как показали исследования, наличие упомянутых противоречий и ограничений затрудняет решение поставленной задачи. Известные устройства и системы/технические решения имеют существенные недостатки, значительно снижающие показатель КИРБ, поэтому поиск более эффективных решений является весьма актуальным.As studies have shown, the presence of the mentioned contradictions and limitations makes it difficult to solve the problem. Known devices and systems / technical solutions have significant drawbacks that significantly reduce the KIRB indicator, so the search for more effective solutions is very relevant.

В процессе исследований установлено, что для решения поставленной задачи может быть использован дифференцированный подход к обеспечению автономного электропитания (АЭП) ПРУС, функционирующей с электропитанием от ХИТ. Суть подхода заключается в том, что в систему АЭП, содержащую основную аккумуляторную батарею (ОАКБ), дополнительно вводятся резервный источник питания (РИП) в виде накопительного элемента, например, суперконденсатора, обладающего свойствами многократной перезарядки и отдачи в нагрузку больших разрядных токов, и элементы управления, обеспечивающие бесперебойное АЭП аппаратуры, как от ОАКБ, так и от РИП. При этом используется дифференцированное управление АЭП ПРУС, предусматривающее контроль тока, потребляемого нагрузкой, которой является ПРУС, и бесперебойное подключение/отключение необходимого источника электропитания - ОАКБ или РИП, в соответствии с уровнем тока, потребляемого ПРА. Так, при номинальном токе нагрузки (НТН) - подключается ОАКБ, а при возникновении максимальной токовой нагрузки (МТН), то есть токов, уровень которых превышает номинальное или допустимое значение для ОАКБ, подключается РИП. При использовании такого подхода также предполагается, что обеспечение наиболее тяжелого режима, с точки зрения токовой нагрузки на систему электропитания, возлагается на узел РИП, который, при его реализации на основе суперконденсаторов, может обеспечить отдачу в нагрузку больших (до десятков ампер) токов без существенного снижения выходного напряжения в широком диапазоне температур, с последующим (после разряда) его зарядом от ОАКБ небольшими токами. Дифференцированное управление электропитанием нагрузки (ДУЭН) позволяет перераспределить разрядный ток ХИТ таким образом, что при НТН работа ПРА осуществляется от ОАКБ, а при возникновении МНТ, электропитание ПРА осуществляется от РИП.In the process of research it was found that to solve the problem, a differentiated approach to providing autonomous power supply (AED) of the PRUS, which operates with power supply from HIT, can be used. The essence of the approach is that a backup power source (RIP) in the form of a storage element, for example, a supercapacitor having the properties of multiple recharging and transferring large discharge currents to the load, is additionally introduced into the AED system containing the main battery (OAKB) Controls ensuring uninterrupted AEP of equipment, both from OAKB and from RIP. In this case, differential control of the AED PRUS is used, which provides for monitoring the current consumed by the load, which is the PRUS, and uninterrupted connection / disconnection of the required power source - OAKB or RIP, in accordance with the level of current consumed by the ballast. So, at the rated load current (NTN), the OAKB is connected, and when the maximum current load (MTN) occurs, that is, currents whose level exceeds the rated or permissible value for the OAKB, the RIP is connected. Using this approach, it is also assumed that the most severe regime, from the point of view of the current load on the power supply system, is assigned to the RIP unit, which, when implemented on the basis of supercapacitors, can ensure the transfer of large (up to tens of amperes) currents to the load without significant reducing the output voltage in a wide temperature range, followed by (after discharge) its charge from OAKB small currents. Differential control of the power supply of the load (DUEN) allows you to redistribute the discharge current of the HIT in such a way that during the NTN operation of the ballasts is carried out from OAKB, and when the MNT occurs, the power supply to the ballasts is from the RIP.

Исследования показали, что при использовании ДУЭН отпадает необходимость применения ОАКБ, обеспечивающего большие нагрузочные токи, возникающие в режиме МНТ. Это позволяет использовать элементы ОАКБ с номинальной емкостью в 1.3-2 раза большей, по сравнению с элементами ОАКБ аналогичного типоразмера, которые ориентированы на работу с большими разрядными токами. Снижение требований по уровню разрядного тока позволяет использовать ОАКБ большей емкости, а следовательно, за счет этого, увеличить длительность автономной работы ПРУС. Причем, эффект, достигаемый в увеличении длительности автономной работы ПРУС, обеспечивается двумя составляющими, во-первых, за счет использования более емких (с большей емкостью, при тех же габаритах) элементов ОАКБ, а также за счет повышения показателя КИРБ, поскольку отдача энергоресурса (емкости) ОАКБ, при разряде ее НТН, будет значительно большей, чем при МТН. Таким образом, по мнению авторов, использование концепции ДУЭН при создании АЭП ПРУС, может быть достигнуто эффективное решение поставленной задачи, связанной с повышением длительности автономного функционирования портативной радиоэлектронной аппаратуры при наличии жестких ограничений на ее габариты и вес.Studies have shown that when using DUEN there is no need to use OAKB, providing large load currents that occur in the MNT mode. This allows the use of OAKB elements with a nominal capacity of 1.3-2 times greater, compared with OAKB elements of a similar size, which are oriented to work with large discharge currents. Reducing the requirements for the level of discharge current allows you to use OAKB larger capacity, and therefore, due to this, to increase the battery life of the PRUS. Moreover, the effect achieved in increasing the battery life of the PRUS is provided by two components, firstly, due to the use of more capacious (with a larger capacity, with the same dimensions) elements of OAKB, and also due to an increase in the KIRB index, since the return on energy ( capacity) OAKB, with the discharge of its NTN, will be significantly larger than with MTN. Thus, according to the authors, the use of the DUEN concept when creating an AED PRUS can be achieved by effectively solving the problem associated with increasing the duration of the autonomous functioning of portable electronic equipment in the presence of strict restrictions on its dimensions and weight.

Руководствуясь указанным подходом (концепцией ДУЭН), авторами выполнен информационный/патентный поиск и установлено следующее.Guided by this approach (the DUEN concept), the authors performed an information / patent search and established the following.

Так, из техники [Л1] известен способ дифференцированного управления электропитанием нагрузки, предусматривающий использование алюминиевых электролитических конденсаторов, устанавливаемых параллельно выводам АКБ. Использование этого способа частично снижает воздействие МТН на АКБ и способствует повышению показателя КИРБ аккумуляторной батареи. Это достигается за счет того, что при воздействии МТН на АКБ, ее выходное напряжение может снижаться, однако этому препятствует упомянутый конденсатор, который начинает разряжаться, отдавая накопленную энергию в нагрузку.So, from the technique [L1], a method for differentially controlling the load power supply is known, which involves the use of aluminum electrolytic capacitors installed parallel to the terminals of the battery. Using this method partially reduces the effect of MTN on the battery and helps to increase the KIRB indicator of the battery. This is achieved due to the fact that under the influence of MTN on the battery, its output voltage may decrease, however, this is prevented by the mentioned capacitor, which begins to discharge, giving up the stored energy to the load.

Недостатком данного способа является низкая эффективность перераспределения токовой нагрузки с АКБ на упомянутый накопительный элемент типа конденсатора, подключенного к АКБ. При использовании данного способа достигается низкий уровень КИРБ узла АКБ, поскольку ее защита от МТН - кратковременна (менее 1 сек), чего недостаточно, поскольку длительность функционирования ПРУС в режиме с МТН может быть более продолжительным (>>1 сек). При использовании данного способа обеспечивается лишь частичное «смягчение» токовой нагрузки на аккумуляторную батарею от действия больших разрядных токов в течении крайне малого времени, измеряемого миллисекундами. Этого времени (менее 1 сек) недостаточно, чтобы обеспечить существенное (длительное по времени) освобождение АКБ от действия МТН, действующих на АКБ. Поэтому, в результате длительного действия МТН на АКБ, происходит укоренная потеря ее емкости/энергоресурса. Из-за этого, использование данного способа не позволяет успешно решить поставленную задачу.The disadvantage of this method is the low efficiency of the redistribution of the current load from the battery to the aforementioned storage element such as a capacitor connected to the battery. When using this method, a low level of SIRB of the battery assembly is achieved, since its protection against MTN is short-term (less than 1 second), which is insufficient, since the duration of the operation of the PRUS in the mode with MTN can be longer (>> 1 sec). When using this method, only partial "mitigation" of the current load on the battery from the action of large discharge currents is provided for an extremely short time, measured in milliseconds. This time (less than 1 second) is not enough to ensure a significant (long-term) release of the battery from the action of MTN acting on the battery. Therefore, as a result of the long-term effect of MTN on a battery, there is a rooted loss of its capacity / energy resource. Because of this, the use of this method does not allow to successfully solve the task.

В процессе исследований установлено, что повышение показателя КИРБ может быть достигнуто на основе использования изделий типа ионисторов [Л2, Л3]. Ионисторы характеризуются высокой плотностью энергии, допускают быстрый заряд большим током (десятки ампер) и заряд токами различного уровня, допускают глубокий разряд, имеют длительный срок эксплуатации (число рабочих циклов может превышать нескольких миллионов), имеют сверхнизкое стабильное сопротивление ESR, могут работать в широком диапазоне рабочих температур, имеют малый вес и габариты, оборудованы предохранительным клапаном избыточного давления (взрывобезопасны) и виброустойчивы. По плотности мощности и плотности энергии ионисторы заполняют нишу между аккумуляторными батареями и электролитическими конденсаторами и могут более эффективно использоваться для обеспечения пиковой мощности источников питания, и тем самым, облегчать токовую нагрузку на ХИТ типа ОАКБ.In the process of research it was found that an increase in the KIRB index can be achieved through the use of products such as ionistors [L2, L3]. Ionistors are characterized by a high energy density, allow a fast charge with a large current (tens of amperes) and a charge by currents of various levels, allow a deep discharge, have a long service life (the number of duty cycles can exceed several million), have an ultra-low stable ESR resistance, can work in a wide range operating temperatures, have low weight and dimensions, are equipped with an overpressure safety valve (explosion-proof) and vibration resistant. In terms of power density and energy density, ionistors fill a niche between storage batteries and electrolytic capacitors and can be more efficiently used to provide peak power to power sources, and thereby ease the current load on a CAC type OAKB.

Из [Л4] известно устройство резервного электропитания (далее - устройство), состоящее из химического источника питания типа аккумуляторной батареи (АКБ), коммутатора, ограничителя тока (ОТ) и ионистора, который первым портом соединен со входом нагрузки и первым портом узла ОТ, который вторым портом соединен с первым портом коммутатора, который вторым портом соединен с первым выходом источника питания, который вторым выходом соединен со вторым портом ионистора и выходом нагрузки. При этом, узел коммутатора выполнен в виде диода, узел ОТ выполнен в виде резистора. Устройство выполнено с возможностью ДУЭН, что достигается за счет использования для электропитания нагрузки двух источников тока (АКБ и ионистора), подключаемых к нагрузке таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить бесперебойную подачу энергии в нагрузку, а с другой - при снижении выходного напряжения на выходе АКБ (при разряде и/или действии МТН), поддержать требуемый уровень на выходе системы электропитания ПРА за счет подачи в нагрузку энергии, накопленной в ионисторе.From [L4] a backup power supply device (hereinafter referred to as the device) is known, consisting of a chemical power source such as a rechargeable battery (BAT), a switch, a current limiter (OT) and an ionistor, which is connected to the load input and the first port of the OT unit, which the second port is connected to the first port of the switch, which is connected to the second output of the power source by the second port, which is connected to the second port of the ionistor and the load output by the second output. Moreover, the switch node is made in the form of a diode, the OT node is made in the form of a resistor. The device is made with the possibility of DUEN, which is achieved through the use of two current sources (battery and ionistor) connected to the load for power supply in such a way as to ensure uninterrupted supply of energy to the load, on the one hand, and with decreasing output voltage at the output of the battery (during discharge and / or operation of the MTN), maintain the required level at the output of the power supply system of the ballast due to the supply of energy stored in the ionistor to the load.

Устройство функционирует следующим образом. В исходном состоянии от основного источника питания (АКБ) напряжение подается на нагрузку, в качестве которой используется ПРУС, и на ионистор. При этом происходит электропитание ПРУС и заряд ионистора. Узел коммутатора предотвращает разряд ионистора через цепь подачи питающего напряжения, а узел ОТ ограничивает зарядный ток ионистора, защищая источник питания (АКБ) от перегрузки в начальный момент его подключения к ионистору. При возникновении МТН, на выходе АКБ напряжение может снижаться ниже допустимого значения, что может быть вызвано чрезмерно большим уровнем МТН или тем, что АКБ потеряла работоспособность/разряжена и не может обеспечить на своем выходе стабильное напряжение с отдачей в нагрузку большого разрядного тока. В этом случае, для поддержки МТН включается ионистор - он начинает разряжаться и обеспечивает электропитание ПРУС с необходимым уровнем напряжения и тока. После окончания действия МТН устройство возвращается в исходное состояние.The device operates as follows. In the initial state, the voltage is supplied from the main power source (Battery) to the load, which is used as a PRUS, and to the ionistor. In this case, the power of the PRUS and the charge of the ionistor occurs. The node of the switch prevents the discharge of the ionistor through the supply voltage circuit, and the node OT limits the charging current of the ionistor, protecting the power source (battery) from overload at the initial moment of its connection to the ionistor. When MTN occurs, the voltage at the battery output can decrease below the permissible value, which can be caused by an excessively high MTN level or because the battery has lost working capacity / is discharged and cannot provide a stable voltage at its output with a large discharge current being transferred to the load. In this case, to support the MTN, the ionistor is turned on - it starts to discharge and provides power to the PRUS with the required voltage and current level. After the MTN expires, the device returns to its original state.

К достоинствам данного устройства можно отнести его простоту и практически неограниченное число циклов заряда-разряда ионистора, который не требует ухода в течении всего срока эксплуатации устройства.The advantages of this device include its simplicity and an almost unlimited number of charge-discharge cycles of the ionistor, which does not require care during the entire life of the device.

Недостатки данного устройства - аналогичные предыдущему способу. Это обусловлено тем, что данное устройство только лишь частично снижает нагрузку на аккумуляторную батарею от разрушительного действия МТН, поскольку ионистор подключен к нагрузке постоянно и начинает разряжаться только лишь при снижении выходного напряжения АКБ, то есть, после того как воздействие МТН на АКБ уже произошло. Кроме того, длительность действия ионистора (длительность поддержки электропитания ПРУС в режиме МТН) весьма кратковременна (порядка нескольких секунд). Это обусловлено тем, что разряд ионистора сопровождается быстрым снижением напряжения на нем. В его разрядной характеристике отсутствует уплощенный участок, как у типовых аккумуляторов, поэтому, отдав в нагрузку несколько процентов запасенной энергии, ионистор переходит в состояние, когда его выходное напряжение снижается ниже допустимого значения (ниже допустимого напряжения питания ПРУС). То есть, коэффициент использования энергии ионистора (КИЭИ), как отношение энергии отданной в нагрузку к энергии, запасенной в нем, низкий (<<1), что существенно снижает эффективность работы данного устройства.The disadvantages of this device are similar to the previous method. This is due to the fact that this device only partially reduces the load on the battery from the destructive effect of MTN, since the ionistor is constantly connected to the load and starts to discharge only when the output voltage of the battery decreases, that is, after the MTN has already affected the battery. In addition, the duration of the action of the ionistor (the duration of supporting the power supply of the PRUS in MTN mode) is very short-lived (of the order of several seconds). This is due to the fact that the discharge of the ionistor is accompanied by a rapid decrease in voltage on it. In its discharge characteristic, there is no flattened area, as in typical batteries, therefore, having given a few percent of the stored energy to the load, the ionistor switches to a state when its output voltage drops below an acceptable value (below the permissible supply voltage of the PRUS). That is, the coefficient of energy use of the ionistor (KIEI), as the ratio of the energy given to the load to the energy stored in it, is low (<< 1), which significantly reduces the efficiency of this device.

По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известный из техники [Л5], комбинированный источник бесперебойного электропитания (далее - устройство), состоящий из аккумуляторной батареи (АКБ), батареи электрохимических конденсаторов (ионисторов) (БЭК), блока управления (БУ) и коммутатора, который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ и первым портом узла БУ, со вторым портом узла БУ, с узлом БЭК и с нагрузкой, при этом, узел коммутатора выполнен с возможностью подключения источников электрической энергии к нагрузке без прерывания ее электропитания, узел БУ выполнен с возможностью контроля напряжения на выходе узла АКБ и его отключения с одновременным подключением БЭК, когда напряжение на АКБ снижается ниже допустимого значения, узел БЭК выполнен с возможностью заряда от узла АКБ.According to the authors, the closest in technical essence to the claimed object (prototype) is, known from the technology [L5], a combined uninterruptible power supply (hereinafter referred to as the device), consisting of a storage battery (battery), a battery of electrochemical capacitors (ionistors) (BEC) ), a control unit (CU) and a switch, which is connected, with its first to fourth ports, to the battery assembly and the first port of the control unit, to the second port of the control unit, to the BEC node and with the load, while the switch node is made with in with the ability to connect electric energy sources to the load without interrupting its power supply, the control unit is configured to control the voltage at the output of the battery assembly and turn it off while connecting the BEC when the voltage on the battery decreases below the permissible value, the BEC assembly is capable of charging from the battery assembly.

Функциональная схема устройства представлена на фиг.1. Устройство (фиг.1) состоит из узла АКБ 2, узла БУ 5, узла БЭК 4 и узла коммутатора 3, который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с выходом узла АКБ 2 и первым портом узла БУ 5, со вторым портом узла БУ 5, с выходом узла БЭК 4 и с нагрузкой 1. При этом, узел коммутатора 3 выполнен с возможностью бесперебойной коммутации/подключения источников электрической энергии АКБ 2 и БЭК 4 к нагрузке 1 (без прерывания ее электропитания), узел БЭК 4 выполнен с возможностью заряда от узла АКБ 2.Functional diagram of the device shown in figure 1. The device (Fig. 1) consists of a battery assembly 2, a control unit assembly 5, a BEC assembly 4, and a switch assembly 3, which is connected by its first to fourth ports, respectively, to the output of the battery assembly 2 and the first port of the control unit 5, with a second port node BU 5, with the output of node BEC 4 and with a load of 1. At the same time, the node of the switch 3 is made with the possibility of uninterrupted switching / connection of electric energy sources of battery 2 and BEC 4 to load 1 (without interrupting its power supply), the node BEC 4 is made with the possibility of charging from the battery node 2.

Устройство (фиг1) функционирует следующим образом. При включении электропитания ПРУС, выполняющего роль нагрузки для данного устройства, начинает работать узел АКБ 2. То есть, электропитание нагрузки осуществляется от узла АКБ 2 через открытый канал узла коммутатора 3. Одновременно с этим, осуществляется подзарядка узла БЭК 4.The device (Fig 1) operates as follows. When the power supply of the PRUS, which acts as the load for this device, is turned on, the battery node 2 starts working. That is, the load is supplied from the battery node 2 through the open channel of the switch node 3. At the same time, the BEC node 4 is recharged.

В процессе функционирования ПРУС, узлом БУ 5 реализуется ДУЭН, что обеспечивается контролем напряжения на выходе узла АКБ 2 и, если напряжение на нем снижается ниже допустимого значения, например, при разряде АКБ 2, или при воздействии на нее МТН, которые не может обеспечить АКБ 2, то узлом БУ 5 переключается коммутатор 3 в такое состояние, при котором для электропитания нагрузки включается узел БЭК 4. Поскольку узел коммутатора 3 выполнен с возможностью подключения/ отключения источников электрической энергии (АКБ 2 и БЭК 4) к нагрузке без прерывания ее электропитания, то функционирование ПРУС, питаемого от данного устройства, осуществляется без сбоев/отказов.During the operation of the PRUS, the BU 5 node implements the DUEN, which is ensured by monitoring the voltage at the output of the battery 2 unit and if the voltage on it drops below the permissible value, for example, when the battery 2 is discharged, or when it is exposed to the MTN that the battery cannot provide 2, then the control unit 5 switches the switch 3 to a state in which the power supply unit BEC 4 is turned on for the power supply of the load. Since the switch unit 3 is configured to connect / disconnect electric energy sources (battery 2 and BEC 4) to the load without interruption If its power supply is used, then the operation of the PRUS powered by this device is carried out without failures / failures.

Данное техническое решение (ТР) частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Так, в данном ТР обеспечивается более эффективное ДУЭН. Это достигается за счет того, что при возникновении в нагрузке 1 МТН, вызывающих снижение выходного напряжения АКБ 2 ниже допустимого значения, этот факт идентифицируется узлом БУ 5, который посредством коммутатора 3 отключает АКБ 2 от нагрузки 1 и подключает к ней узел БЭК 4, который обеспечивает электропитание нагрузки 1 (ПРУС) с необходимым МТН. В результате этого действие МТН на узел АКБ 2, вызывающее ускоренный разряд АКБ 2, снижается, что способствует повышению уровня работоспособности узла АКБ 2 и увеличению длительности автономной работы ПРУС, питаемой от узла АКБ 2.This technical solution (TR) partially eliminates the disadvantages of the previous device. So, in this TR a more effective DUEN is provided. This is achieved due to the fact that when an MTN occurs in the load 1, causing a decrease in the output voltage of the battery 2 below the permissible value, this fact is identified by the control unit 5, which, through the switch 3, disconnects the battery 2 from the load 1 and connects the BEC 4 node to it provides power supply load 1 (PRUS) with the necessary MTN. As a result of this, the effect of the MTN on the battery node 2, causing an accelerated discharge of the battery 2, is reduced, which helps to increase the level of operability of the battery node 2 and increase the battery life of the PRUS powered by the battery node 2.

Недостатки данного технического решения - аналогичны предыдущему устройству. Это обусловлено тем, что устранение действия МТН на узел АКБ 2 обеспечивается только тогда, когда МТН вызывает снижение ее выходного напряжения, в противном случае - узел АКБ 2 может длительное время (пока выдерживает АКБ 2) интенсивно разряжаться под воздействием стрессовой токовой нагрузки в виде МТН. В результате этого может происходить ускоренная деградация электрических параметров узла АКБ 2 (снижение работоспособности/емкости) и повышение вероятности возникновения неисправности/выхода из строя/отказа, как узла АКБ, так и ПРУ.The disadvantages of this technical solution are similar to the previous device. This is due to the fact that the elimination of the action of MTN on the battery node 2 is provided only when the MTN causes a decrease in its output voltage, otherwise the battery node 2 can be discharged for a long time (while withstanding battery 2) under the influence of a stress current load in the form of MTN . As a result of this, accelerated degradation of the electrical parameters of the battery assembly 2 can occur (decrease in operability / capacity) and an increase in the probability of a malfunction / failure / failure of both the battery assembly and the switchgear.

Также, при использовании данного ТР, реализуется низкий уровень КИРБ узла АКБ 2, поскольку длительность работы узла БЭК 4, при обеспечении нагрузки 1 токами с уровнями, соответствующими МТН, ограничена единицами секунд, чего недостаточно во многих случаях. Так, например, при ведении радиотелефонных переговоров, как показано выше, длительность передачи сообщений, когда используется режим МТН (включен передатчик), может превышать нескольких минут. В подобных случаях узел БЭК 4 потеряет энергоресурс, а режим МТН еще не кончится, что приведет к тому, что МТН в оставшееся время будет действовать на узел АКБ 2, вызывая ускоренную потерю его емкости/энерогоресурса.Also, when using this TR, a low level of SIRB of the battery assembly 2 is realized, since the duration of the BEC 4 assembly, while providing load 1 with currents with levels corresponding to MTN, is limited to units of seconds, which is not enough in many cases. So, for example, when conducting radiotelephone negotiations, as shown above, the duration of message transmission when using the MTN mode (the transmitter is on) can exceed several minutes. In such cases, the BEC 4 node will lose energy, and the MTN mode will not end yet, which will cause MTN to act on the battery 2 unit in the remaining time, causing an accelerated loss of its capacity / energy resource.

Исследования показали, что повышение длительности работы узла БЭК 4, при обеспечении функционирования ПРУС в режиме с МТН, весьма проблематично, что обусловлено причинами объективного характера. Основной из них является то, что в разрядной характеристике ионисторов, составляющих узел БЭК 4, отсутствует уплощенный участок, как, например, у АКБ 2, поэтому, отдав в нагрузку несколько процентов запасенной энергии, узел БЭК 4 переходит в состояние, когда его выходное напряжение снижается ниже допустимого значения (ниже допустимого напряжения питания ПРУС). То есть, как отмечалось выше, показатель КИЭИ, как отношение энергии отданной в нагрузку 1 к энергии, запасенной в узле БЭК 4 - низкий (<<1), что существенно снижает эффективность работы данного ТР.Studies have shown that increasing the operating time of the BEC 4 unit, while ensuring the operation of the PRUS in the MTN mode, is very problematic, due to objective reasons. The main one is that in the discharge characteristic of the ionistors constituting the BEC 4 assembly, there is no flattened portion, as, for example, for the Battery 2, therefore, having given a few percent of the stored energy to the load, the BEC 4 assembly goes into a state when its output voltage decreases below the permissible value (below the permissible supply voltage of the PRUS). That is, as noted above, the KIEI indicator, as the ratio of the energy delivered to the load 1 to the energy stored in the BEC 4 node, is low (<< 1), which significantly reduces the efficiency of this TR.

По мнению авторов, повышение эффективности дифференцированного управления электропитанием нагрузки 1 может быть достигнуто на основе контроля протекающих в ней токов с идентификацией НТН или МТН и бесперебойного подключения к нагрузке 1, соответственно узлов АКБ 2 или БЭК 4. Однако, это решает поставленную задачу лишь частично, поскольку длительность работы узла БЭК 4 в режиме обеспечения нагрузки 1 токами с уровнем МТН - низкая. В результате этого, после обнаружения в нагрузке 1 режима МТН и подключения узла БЭК 4 для электропитания ПТУ, возможны ситуации, в которых напряжение на выходе узла БЭК 4 снизилось ниже допустимого значения, а режим МТН в нагрузке 1 еще не закончился. В этом случае происходит отключение узла БЭК 4 и подключение к нагрузке 1 узла АКБ 2, который начинает разряжаться токами уровня МТН, которые вызывают ускоренную потерю емкости/энергоресурса узла АКБ 2.According to the authors, an increase in the efficiency of differentiated power management of load 1 can be achieved by monitoring the currents flowing in it with the identification of NTN or MTN and uninterrupted connection to load 1, respectively, of the batteries 2 or BEC 4. However, this solves the problem only partially. since the operating time of the BEC 4 unit in the mode of providing load 1 with currents with the MTN level is low. As a result of this, after the MTN mode is detected in load 1 and the BEC 4 node is connected to supply power to the PTU, there may be situations in which the output voltage of the BEC 4 node has decreased below the permissible value, and the MTN mode in load 1 has not yet ended. In this case, the BEC 4 node is disconnected and the battery node 2 is connected to the load 1, which starts to discharge with currents of the MTN level, which cause an accelerated loss of capacity / energy resource of the battery 2 node.

По мнению авторов, для снижения времени действия на узел АКБ 2 разрядных токов с уровнем МТН и повышения показателя КИРБ узла АКБ 2, как основного источника электропитания, определяющего длительность автономного функционирования ПРУС, необходимо обеспечить существенное повышение показателя КИЭИ (коэффициента использования энергии ионистора) узла БЭК 4 для увеличения длительности его работы.According to the authors, in order to reduce the duration of the action of 2 discharge currents with an MTN level on the battery node and increase the KIRB indicator of the battery node 2, as the main power source, which determines the duration of the autonomous operation of the PRUS, it is necessary to significantly increase the KIEI (ionistor energy utilization factor) of the BEC node 4 to increase the duration of his work.

Исследования показали, что типовым подходом, связанным с повышение длительности работы узла БЭК 4 при МТН, является использование ионисторов с большей емкостью. Однако, при решении поставленной задачи, предусматривающей ограничения на габариты и вес, как системы электропитания (в составе узлов АКБ 2 и БЭК 4), так и нагрузки 1 (ПРУС), использование типового подхода весьма ограничено. Поэтому, авторами предложена идея, суть которой состоит в повышении коэффициента использования энергии, запасенной в батареи ионисторов (БЭК 4) путем динамической комбинаторной коммутации ионисторов (ДККИ), предусматривающей формирование узла БЭК 4 из N ионисторов, из которых в каждый момент времени обеспечивается объединение (включение/соединение между собой) такого их количества, при котором обеспечивается минимально допустимый уровень выходного напряжения батареи (на выходе узла БЭК 4). Рассмотрим принцип ДККИ на простом примере. Так, для получения напряжения питания ПРУС равным 5-3В может быть использована батарея ионисторов, содержащая два последовательно включенных элемента/ионистора с выходным напряжением 2.5В. При использовании упомянутой батареи, работоспособность ПРУС будет сохраняться до тех пор, пока напряжение на ней будет находиться в пределах 5…3В. После разряде двух последовательно соединенных ионисторов ниже уровня 1.5В, суммарное напряжение снизится ниже 3В, после чего использовании такой батареи для электропитания РЭА становится невозможным. То есть, энергия ионисторов, в данном примере, может быть использована менее, чем на 50%. Следует заметить, что на практике этот показатель составляет не более 5…10%, что обусловлено наличием небольшой разницы между максимальным и минимальным выходным напряжением батареи ионисторов. Теперь допустим, что N=10. При использовании ДККИ напряжение с уровнем 5…3В может быть получено комбинацией (последовательным соединением), как двух, ионисторов, так и с комбинацией 3-х, 4-х, … 10-и элементов. В предельном случае, при N=10, выходное напряжение батареи (из 10 ионисторов) обеспечивает выходное напряжение 3В при уровне напряжения на отдельных элементах (ионисторах) батареи равное 0.3В. То есть, энергия, запасенная в ионисторе, в данном случае, может быть использована на 90%. По расчетам авторов, за счет использовании ДККИ показатель КИЭИ может быть увеличен в 8-11 раз, что позволяет во столько же раз увеличить длительность работы узла БЭК 4. То есть, при реализации узла БЭК 4 путем ДККИ, может быть получено существенное повышение длительности его работы при МТН. Благодаря этому достигается снижения времени действия разрядных токов с уровнем МТН на узел АКБ 2 и повышение его показателя КИРБ, что обеспечивает повышение длительности автономного функционирования ПРУС от узла АКБ 2.Studies have shown that a typical approach associated with increasing the operating time of the BEC 4 unit during MTN is the use of ionistors with a larger capacity. However, when solving the set task, which provides restrictions on the dimensions and weight of both the power supply system (as part of the batteries 2 and BEC 4) and load 1 (PRUS), the use of the typical approach is very limited. Therefore, the authors proposed an idea whose essence is to increase the utilization of energy stored in the battery of ionistors (BEC 4) by means of dynamic combinatorial switching of ionistors (DCEC), which provides for the formation of a BEC 4 node of N ionistors, of which at each moment of time the combination is ensured ( inclusion / connection among themselves) of their number, in which the minimum permissible level of the battery output voltage is provided (at the output of the BEC 4 node). Consider the principle of DCQI with a simple example. So, to obtain a PRUS supply voltage of 5-3V, a battery of ionistors can be used, containing two series-connected elements / ionistors with an output voltage of 2.5V. When using the aforementioned battery, the performance of the PRUS will be maintained as long as the voltage on it is within 5 ... 3V. After the discharge of two series-connected ionistors below the level of 1.5V, the total voltage will drop below 3V, after which the use of such a battery for powering the REA becomes impossible. That is, the energy of the ionistors, in this example, can be used less than 50%. It should be noted that in practice this indicator is no more than 5 ... 10%, which is due to the presence of a small difference between the maximum and minimum output voltage of the battery of ionistors. Now suppose that N = 10. When using DCCI voltage with a level of 5 ... 3V can be obtained by a combination (series connection) of both two, ionistors, and with a combination of 3, 4, ... 10 elements. In the extreme case, at N = 10, the output voltage of the battery (out of 10 ionistors) provides an output voltage of 3V at a voltage level on the individual elements (ionistors) of the battery equal to 0.3V. That is, the energy stored in the ionistor, in this case, can be used up to 90%. According to the authors' calculations, due to the use of the DCEC, the CIEI index can be increased by 8–11 times, which allows increasing the duration of the BEC 4 node by the same amount. That is, when the BEC 4 node is implemented by the DCC, a significant increase in its duration can be obtained work at MTN. Due to this, it is possible to reduce the duration of the discharge currents with the MTN level to the battery node 2 and increase its KIRB indicator, which ensures an increase in the duration of the autonomous functioning of the PRUS from the battery node 2.

Таким образом, наиболее эффективное решение поставленной задачи может быть обеспечено на основе использования в предлагаемом техническом решении контроля протекающих в узле АКБ 2 токов с идентификацией НТН или МТН с бесперебойным подключением к нагрузке 1, соответственно узлов АКБ 2 или БЭК 4, и применение динамической комбинаторной коммутации ионисторов (ДККИ), предусматривающей формирование узла БЭК 4 из N ионисторов, из которых в каждый момент времени обеспечивается объединение (соединение между собой) такого их количества, при котором обеспечивается минимально допустимый уровень выходного напряжения батареи БЭК 4.Thus, the most effective solution to the problem can be achieved by using in the proposed technical solution the control of 2 currents flowing in the battery node with identification of the NTN or MTN with uninterrupted connection to load 1, respectively, of the battery 2 or BEC 4 nodes, and the use of dynamic combinatorial switching ionistors (DKKI), which provides for the formation of a BEC 4 node of N ionistors, of which at each moment of time, a combination (connection among themselves) of such quantity is ensured that the minimum permissible output voltage level of the BEC 4 battery is provided.

Исследования показали, что использование контроля протекающих в АКБ токов с идентификацией НТН или МТН и бесперебойного подключения к нагрузке, соответственно узлов АКБ или БЭК, в сочетании с применением динамической комбинаторной коммутации ионисторов в узле БЭК, для решения поставленной задачи, из техники не известно.Studies have shown that the use of monitoring currents flowing in the battery with identification of NTN or MTN and uninterrupted connection to the load, respectively, of the battery or BEC nodes, in combination with the use of dynamic combinatorial switching of ionistors in the BEC node, to solve the problem, is not known from the technique.

Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей известного устройства, направленных на повышение коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи (АКБ), в процессе ее эксплуатации в составе портативного радиоустройства и/или системы.The purpose of the utility model is to expand the functionality of the known device, aimed at increasing the utilization of the energy resource / battery capacity (battery), in the process of its operation as part of a portable radio device and / or system.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известное устройство, состоящее из аккумуляторной батареи (АКБ), батареи электрохимических конденсаторов/ионисторов (БЭК), блока управления (БУ) и коммутатора, который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с первым портом узла БУ и со вторым портом узла БУ и выходом узла АКБ, и выполненное с возможностью контроля напряжения на выходе АКБ и бесперебойного питания, то есть подключения/отключения узлов БЭК или АКБ без прерывания электропитания нагрузки, при снижении напряжения на АКБ ниже допустимого значения, дополнительно введены блок контроля напряжения ионисторов (БКНИ), блок коммутации ионисторов (БКИ) и датчик тока (ДТ), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с нагрузкой и с третьим портом узла БУ, который своими с четвертого по шестой портами соединен, соответственно, с третьим портом коммутатора и первым портом узла БКИ, со вторым портом узла БКИ и с первым портом узла БКНИ, который вторым портом соединен с первым портом узла БЭК, который вторым портом соединен с третьим портом узла БКИ, при этом, узел БУ выполнен в виде микроконтроллера, функционирующего по программе, обеспечивающей возможность контроля тока, протекающего через узел ДТ, и при достижении его значения, соответствующего уровню максимального допустимого тока (МДТ) для узла АКБ, формирования сигналов управления коммутатором для бесперебойного переключения источников электропитания нагрузки, что предусматривает отключение подачи напряжения в нагрузку от узла АКБ с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла БЭК, и обработки сигналов, поступающих с узла БКНИ, для организации с помощью узла БКИ динамической комбинаторной коммутации ионисторов, входящих в состав узла БЭК, обеспечивающей объединение (соединение между собой) такого их количества, при котором поддерживается уровень выходного напряжения батареи (ВНБ) БЭК в допустимых пределах, а также, при снижении ВНБ БЭК ниже допустимого значения или при снижении уровня тока ниже значения МДТ, формирования соответствующих сигналов управления коммутатором, обеспечивающих отключение подачи напряжения в нагрузку от узла БЭК с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла АКБ.This goal is achieved due to the fact that in the known device consisting of a storage battery (battery), a battery of electrochemical capacitors / ionistors (BEC), a control unit (CU) and a switch that is connected with its first and second ports, respectively, to the first port of the control unit and with the second port of the control unit and the output of the battery assembly, and configured to control the voltage at the output of the battery and uninterruptible power supply, that is, connecting / disconnecting the BEC or battery nodes without interrupting the power supply of the load, while reducing the voltage If the battery is below the permissible value, an ionistor voltage control unit (BKNI), an ionistor switching unit (BKI), and a current sensor (DT) are added, which are connected to the load and to the third port of the control unit with their first and second ports, which its fourth through sixth ports are connected, respectively, to the third port of the switch and the first port of the BKI node, to the second port of the BKI node and to the first port of the BKNI node, which is connected by the second port to the first port of the BEC node, which is connected to the third port by the second port la BKI, at the same time, the control unit node is made in the form of a microcontroller, operating according to the program, which provides the ability to control the current flowing through the DT node, and when it reaches the value corresponding to the maximum permissible current (MDT) level for the battery node, the formation of switch control signals for uninterrupted switching of load power sources, which provides for the disconnection of the voltage supply to the load from the battery node with the simultaneous supply of voltage to the load from the BEC node, and signal processing, from the BKNI node, for organizing, using the BKI node, the dynamic combinatorial switching of the ionistors that are part of the BEC node, providing a combination (interconnection) of such a quantity that maintains the output voltage level of the battery (VNB) of the BEC within acceptable limits, as well as , when VNB BEC decreases below the permissible value or when the current level drops below the value of the MDT, the formation of the corresponding switch control signals, which ensure that the voltage supply to the load is disconnected from the BEC node with one by applying a temporary voltage to the load from the battery assembly.

В предлагаемом устройстве обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.The proposed device provides the following combination of distinctive features and properties.

В состав устройства дополнительно введены блок контроля напряжения ионисторов (БКНИ), блок коммутации ионисторов (БКИ) и датчик тока (ДТ), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с нагрузкой и с третьим портом узла БУ, который своими с четвертого по шестой портами соединен, соответственно, с третьим портом коммутатора и первым портом узла БКИ, со вторым портом узла БКИ и с первым портом узла БКНИ, который вторым портом соединен с первым портом узла БЭК, который вторым портом соединен с третьим портом узла БКИ.The device has additionally introduced an ionistor voltage control unit (BKNI), an ionistor switching unit (BKI), and a current sensor (DT), which is connected, with its first and second ports, to the load and to the third port of the control unit, which is its fourth to the sixth ports are connected, respectively, with the third port of the switch and the first port of the BKI node, with the second port of the BKI node and with the first port of the BKNI node, which is connected by the second port to the first port of the BKI node, which is connected to the third port of the BKI node by the second port.

Узел БУ выполнен в виде микроконтроллера, функционирующего по программе, обеспечивающей возможность контроля тока, протекающего через узел ДТ, и при достижении его значения, соответствующего уровню максимального допустимого тока (МДТ) для узла АКБ, формирования сигналов управления коммутатором, обеспечивающим бесперебойное переключение источников электропитания нагрузки, что предусматривает отключение подачи напряжения в нагрузку от узла АКБ с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла БЭК, обработки сигналов, поступающих с узла БКНИ, для организации с помощью узла БКИ динамической комбинаторной коммутации ионисторов, входящих в состав узла БЭК, обеспечивающей объединение (соединение между собой) такого их количества, при котором поддерживается уровень выходного напряжения батареи (ВНБ) БЭК в допустимых пределах, и, при снижении ВНБ БЭК ниже допустимого значения или при снижении уровня тока через узел ДТ ниже значения МДТ, формирования соответствующих сигналов управления коммутатором, обеспечивающих отключение подачи напряжения в нагрузку от узла БЭК с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла АКБ.The control unit node is made in the form of a microcontroller that operates according to a program that provides the ability to control the current flowing through the DT unit and, when it reaches the value corresponding to the maximum permissible current (MDT) level for the battery unit, generates switch control signals that ensure uninterrupted switching of the load power sources that involves disconnecting the voltage supply to the load from the battery node with the simultaneous supply of voltage to the load from the BEC node, processing the signals received the BKNI node, for organizing, using the BKI node, the dynamic combinatorial switching of the ionistors that make up the BEC node, ensuring the combination (interconnection) of such a quantity that maintains the output voltage level of the battery (VNB) of the BEC within acceptable limits, and, when reducing VNB BEC is below the permissible value or when the current level through the DT node decreases below the MDT value, the formation of the corresponding switch control signals ensures that the voltage supply to the load is disconnected from the BEC node with neous energizing the load from the battery assembly.

Введение дополнительных признаков и использование новых свойств позволяет своевременно отключать АКБ от нагрузки, при возникновении в ней МТН с поддержкой сильноточных режимов работы ПРУС от узла БЭК (для электропитания нагрузки от узла БЭК во время действия ПТН). Это обеспечивает существенное (по сравнению с прототипом) повышение показателя КИРБ узла АКБ, поскольку создаются условия для его разряда номинальным током, при котором этот узел способен отдать максимум своего энергоресурса/емкости. Кроме того, получению этого же результата способствует то, что введенные признаки и свойства обеспечивают также значительное увеличение времени работы узла БЭК за счет повышения его показателя КИЭИ.The introduction of additional features and the use of new properties allows the battery to be disconnected from the load in a timely manner when an MTN occurs in it with the support of high-current modes of operation of the PRUS from the BEC node (to power the load from the BEC node during the operation of the PTN). This provides a significant (compared with the prototype) increase in the KIRB indicator of the battery assembly, since conditions are created for its discharge by the rated current, at which this assembly is able to give maximum of its energy resource / capacity. In addition, the achievement of the same result is facilitated by the fact that the introduced features and properties also provide a significant increase in the operating time of the BEC unit due to an increase in its KIEI index.

Указанные признаки и свойства позволяют существенно расширить функциональные возможности устройства-прототипа, связанные с повышением коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи и увеличить длительность непрерывной втономной работы ПРУС.These signs and properties can significantly expand the functionality of the prototype device associated with an increase in the utilization of the energy resource / battery capacity and increase the duration of continuous on-off operation of the PRUS.

Сочетание отличительных признаков и свойств, предлагаемого устройства дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры, из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по расширению функциональных возможностей данного устройства, связанных с повышением коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи, в процессе ее эксплуатации в составе портативного радиоустройства, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.The combination of distinctive features and properties of the proposed device for differentiated control of autonomous power supply of portable electronic equipment is not known from the technology, therefore it meets the criterion of novelty. At the same time, in order to achieve the maximum effect of expanding the functionality of this device associated with an increase in the utilization of the energy resource / capacity of the battery, in the process of its operation as part of a portable radio device, it is necessary to use the whole set of distinguishing features and properties mentioned above.

Функциональная схема устройства дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры (далее - устройство) приведена на фиг.2. Устройство (фиг.2) состоит из микроконтроллера (МК) 1, блока контроля напряжения ионисторов (БКНИ) 2, датчика тока (ДТ) 3, коммутатора 4, блока коммутации ионисторов (БКИ) 5, блока электрохимических конденсаторов (ионисторов) (БЭК) 6 и аккумуляторной батареи (АКБ) 8. При этом, коммутатор 4 своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с выходом узла АКБ 8 и первым портом узла МК 1, с первым портом узла БКИ 5 и вторым портом узла МК 1 и с третьим портом узла МК 1, который своими с четвертого по шестой портами соединен, соответственно, с узлом ДТ 3, со вторым портом узла БКИ 5 и с первым портом узла БКНИ 2, который вторым портом соединен с первым портом узла БЭК 6, который своим вторым портом соединен с третьим портом узла БКИ 5. Кроме того, узел МК 1, функционирует по программе, обеспечивающей возможность контроля тока, протекающего через узел ДТ 3, и при достижении его значения, соответствующего уровню максимального допустимого тока (МДТ) для узла АКБ 8, формирования сигналов управления коммутатором 4 для осуществления бесперебойного переключения источников электропитания нагрузки 7, что предусматривает отключение подачи напряжения в нагрузку 7 от узла АКБ 8 с одновременной подачей напряжения в нагрузку 7 от узла БЭК 6 через узел БКИ 5, обработки сигналов, поступающих с узла БКНИ 2, для организации с помощью узла БКИ 5 динамической комбинаторной коммутации ионисторов, входящих в состав узла БЭК 6, обеспечивающей объединение (соединение между собой) такого их количества, при котором поддерживается уровень выходного напряжения (УВН) узла БЭК 6 в допустимых пределах (например, от 5В до 3В), а также, при снижении УВН узла БЭК 6 ниже допустимого значения или при снижении уровня тока, потребляемого нагрузкой 7, ниже значения МДТ, формирования соответствующих сигналов управления коммутатором 4, обеспечивающих отключение подачи в нагрузку 7 напряжения от узла БЭК 6 с одновременной подачей напряжения в нагрузку 7 от узла АКБ 8.The functional diagram of the device for differentiated control of autonomous power supply of portable electronic equipment (hereinafter referred to as the device) is shown in Fig.2. The device (figure 2) consists of a microcontroller (MK) 1, a voltage control unit of ionistors (BKNI) 2, a current sensor (DT) 3, switch 4, a switching unit of ionistors (BKI) 5, a block of electrochemical capacitors (ionistors) (BEC) 6 and battery (battery) 8. In this case, the switch 4 is connected with its first to third ports, respectively, with the output of the battery assembly 8 and the first port of the MK 1 unit, with the first port of the BKI 5 node and the second port of the MK 1 node and the third port of the MK 1 node, which is connected, with its fourth to sixth ports, to the DT 3 node, respectively , with the second port of the BKI 5 node and with the first port of the BKNI 2 node, which is connected to the first port of the BEC 6 node by the second port, which is connected to the third port of the BKI 5 node by its second port. In addition, the MK 1 node functions according to the program that provides the ability to control the current flowing through the node DT 3, and when it reaches a value corresponding to the maximum permissible current (MDT) for the node battery 8, the formation of control signals of the switch 4 for the uninterrupted switching of power supplies 7, Th provides for disconnecting the supply of voltage to load 7 from the battery assembly 8 with the simultaneous supply of voltage to the load 7 from the BEC node 6 through the BKI 5 node, processing of signals from the BKNI 2 node to organize dynamic combinatorial switching of ionizers included in the BKI 5 node the composition of the BEC 6 node, providing a combination (interconnection) of such a quantity that maintains the output voltage level (VHF) of the BEC 6 node within acceptable limits (for example, from 5V to 3V), as well as, when the BV 6 node has a lower I / O additional a steady-state value or when the current level consumed by the load 7 decreases, below the MDT value, the formation of the corresponding control signals of the switch 4, which ensure that the voltage to the load 7 is disconnected from the BEC node 6 while the voltage is supplied to the load 7 from the battery assembly 8.

Устройство (фиг.2) функционирует следующим образом. В исходном состоянии устройство работает подобно устройству-прототипу. При этом, в ионисторах, входящих в состав узла БЭК 6, обеспечивается накоплении энергии от узла АКБ 8. При включении нагрузки в виде ПРУС, через узел ДТ 3 начинает протекать электрический ток, значение которого оценивается/измеряется/фиксируется узлом МК 1. То есть, узел МК 1 функционирует по программе, обеспечивающей возможность контроля тока, протекающего через узел ДТ 3, и при достижении тока через узел ДТ 3 значения, соответствующего уровню максимального допустимого тока (МДТ) для узла АКБ 8, происходит отключение подачи питающего напряжения от узла АКБ 8, чтобы оградить его от действия больших разрядных токов, возникших в нагрузке 7. Для выполнения отключения узла АКБ 8 и одновременного подключения резервного источника тока, которым является узел БЭК 6, способный выдерживать большие разрядные токи без ущерба для своих свойств, узлом МК 1 формируются и подаются на узел коммутатора 4 соответствующие управляющие сигналы. При этом, с помощью коммутатора 4 обеспечивается бесперебойное переключение источников электропитания нагрузки 7, что предусматривает отключение подачи напряжения в нагрузку 7 от узла АКБ 8 с одновременной подачей напряжения в нагрузку 7 от узла БЭК 6 через узел БКИ 5. После включения узла БЭК 6 для электропитания нагрузки 7 в течении действия в ней МТН, начинается с помощью узла МК 1 обработка сигналов, поступающих с узла БКНИ 2. Узел МК 1 контролирует напряжение на каждом из ионисторов, входящих в состав узла БЭК 6. Это необходимо для организации с помощью узла БКИ 5 динамической комбинаторной коммутации ионисторов, входящих в состав узла БЭК 6, обеспечивающей объединение (соединение между собой) такого их количества, при котором поддерживается уровень выходного напряжения (УВН) узла БЭК 6 в допустимых пределах (например, от 5В до 3В). То есть, по мере разряда упомянутых ионисторов происходит динамическое изменение состава узла БЭК 6 по количеству последовательно соединенных/ включенных ионисторов с таким условием, чтобы суммарное напряжение на выходе узла БЭК 6 находилось в допустимых пределах, при которых сохраняется работоспособность ПРУС (нагрузки 7).The device (figure 2) operates as follows. In the initial state, the device operates like a prototype device. Moreover, in the ionistors that make up the BEC 6 unit, energy is accumulated from the battery unit 8. When the load is in the form of a PRUS, an electric current starts to flow through the DT 3 unit, the value of which is estimated / measured / fixed by the MK 1 unit. That is , node MK 1 operates according to a program that provides the ability to control the current flowing through the node DT 3, and when the current through the node DT 3 reaches a value corresponding to the level of the maximum allowable current (MDT) for the node battery 8, the power supply is turned off from the battery assembly 8 to protect it from the action of large discharge currents that occurred in the load 7. To disconnect the battery assembly 8 and simultaneously connect a backup current source, which is the BEC 6 assembly, capable of withstanding large discharge currents without damage to its properties, the assembly MK 1 are formed and fed to the node of the switch 4 corresponding control signals. Moreover, with the help of switch 4, uninterrupted switching of power supply sources of load 7 is provided, which provides for disconnecting the supply of voltage to load 7 from the battery assembly 8 with simultaneous supply of voltage to the load 7 from the BEC node 6 through the BKI unit 5. After turning on the BEC 6 node for power supply load 7 during the operation of the MTN in it, processing of signals from the BKNI 2 node begins using the MK 1 node. The MK 1 node monitors the voltage at each of the ionistors that make up the BEC 6 node. This is necessary for organizing using the BKI 5 node of dynamic combinatorial switching of the ionistors that are part of the BEC 6 node, providing a combination (interconnection) of such a quantity that maintains the output voltage level (HCI) of the BEC 6 node within acceptable limits (for example, from 5V to 3V ) That is, as the aforementioned ionistors discharge, a dynamic change occurs in the composition of the BEC 6 node in terms of the number of ionistors connected in series / switched on so that the total voltage at the output of the BEC 6 node is within acceptable limits at which the PRUS is still operational (load 7).

При снижении УВН узла БЭК 6 ниже допустимого значения (при разряде всех ионисторов) или при снижении уровня тока, потребляемого нагрузкой 7, ниже значения МДТ, узлом МК 1 обеспечивается формирование необходимых сигналов управления коммутатором 4, обеспечивающих отключение подачи в нагрузку 7 напряжения от узла БЭК 6 с одновременной подачей напряжения в нагрузку 7 от узла АКБ 8.If the BF of the BEC 6 node decreases below the permissible value (with the discharge of all ionistors) or when the current level consumed by the load 7 decreases, below the MDT value, the MK 1 node provides the formation of the necessary control signals for switch 4, which disconnect the voltage supply to the 7 load from the BEC node 6 with the simultaneous supply of voltage to the load 7 from the battery assembly 8.

Техническим результатом является повышение коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи (АКБ 8), что достигается за счет ее отключения от нагрузки 7, при возникновении больших разрядных токов (МТН), вызывающих ускоренную потерю работоспособности АКБ 8, и увеличения длительности электропитания нагрузки 7 от узла БЭК 6, подключаемого бесперебойным путем, при возникновении МТН, за счет динамической комбинаторной коммутации входящих в него элементов (ионисторов), выполняемой в процессе их разряда во время действия МТН. Отключение АКБ 8 от нагрузки 7, при возникновении в ней МТН, и повышение времени, в течении которого может быть обеспечена нагрузка 7 электропитанием в режиме с МТН от узла БЭК 6, способствует созданию для АКБ 8 условий, при которых она способна отдать в нагрузку 7 максимальное количество энергоресурса/емкости. Это позволяет успешно решить задачу, связанную с увеличением длительности автономной работы ПРУС, питаемой от узла АКБ 8 в составе предлагаемого устройства, при наличии ограничений на вес и габариты упомянутого ПРУС.The technical result is to increase the utilization of the energy resource / capacity of the battery (battery 8), which is achieved due to its disconnection from load 7, when large discharge currents (MTN) occur, causing an accelerated loss of battery 8 performance, and increase the duration of the load 7 from the node BEC 6, connected in an uninterrupted way, when MTN occurs, due to the dynamic combinatorial switching of the elements (ionistors) included in it, performed during their discharge during the action MTN. Disconnecting the battery 8 from load 7, when MTN occurs in it, and increasing the time during which load 7 can be supplied with power in the mode with MTN from the BEC 6 node, helps to create conditions for battery 8 under which it can transfer to load 7 maximum amount of energy / capacity. This allows you to successfully solve the problem associated with increasing the duration of the autonomous operation of the PRUS, powered by the battery assembly 8 as part of the proposed device, if there are restrictions on the weight and dimensions of the mentioned PRUS.

Обобщенный алгоритм функционирования устройства может быть представлен в следующем виде.A generalized algorithm for the operation of the device can be represented as follows.

- Шаг-1. Начало;- Step 1. Start;

- Шаг-2. Подготовка к работе: заряд элементов узла БЭК 6, включение нагрузки.- Step 2. Preparation for work: the charge of the elements of the BEC 6 node, the inclusion of load.

- Шаг-3. Проверка: значение тока в нагрузке - допустимое? Если Да, то - возврат, если Нет, то переход к шагу 4 - процедуре переключения источников электропитания нагрузки 7 (ИЭН).- Step 3. Check: Is the current in the load permissible? If Yes, then - return, if No, then go to step 4 - the procedure for switching the load power sources 7 (IEN).

- Шаг-4. Процедура переключения ИЭН: переключение коммутатора 4 в состояние, обеспечивающее бесперебойное отключение узла АКБ 8 и подключение к нагрузке 7 узла БЭК 6;- Step 4. The procedure for switching the IEN: switching the switch 4 to a state that ensures uninterrupted shutdown of the battery assembly 8 and connection to the load 7 of the BEC 6 node;

- Шаг-5. Проверка: напряжение на выходе узла БЭК 6 в допустимых пределах? Если - Да, то переход к шагу 9, иначе - переход к шагу 6 - процедуре комбинаторной коммутации ионисторов узла БЭК 6.- Step 5. Check: the voltage at the output of the BEC 6 node is within acceptable limits? If - Yes, then go to step 9, otherwise - go to step 6 - the combinatorial switching procedure of the ionistors of the BEC 6 node.

- Шаг-6. Комбинаторная коммутация ионисторов узла БЭК 6: подбор такого количества последовательно соединенных ионисторов, при котором выходное напряжение узла БЭК 6 соответствует допустимому значению.- Step 6. Combinatorial switching of ionizers of the BEC 6 node: selection of such a number of series-connected ionistors at which the output voltage of the BEC 6 node corresponds to an acceptable value.

- Шаг-7. Проверка: Все элементы БЭК 6 включены? Если нет, то возврат к шагу - 5, если - Да, то переход к шагу 8 - процедуре отключения узла БЭК 6.- Step 7. Check: Are all BEC 6 elements included? If not, then return to step - 5, if - Yes, then go to step 8 - the procedure for disconnecting the BEC 6 node.

- Шаг-8. Процедура переключения ИЭН: переключение коммутатора 4 в состояние, при котором подача электропитания нагрузки 7 осуществляется от узла АКБ 8, переход к шагу 10.- Step 8. The IEN switching procedure: switching the switch 4 to the state in which the power supply of the load 7 is carried out from the battery assembly 8, go to step 10.

- Шаг-9. Проверка: значение тока в нагрузке - допустимое? Если Да, то - возврат к шагу-3, если Нет, то переход к шагу-6;- Step 9. Check: Is the current in the load permissible? If Yes, then - return to step-3; if No, then go to step-6;

- Шаг-10. Напряжение на выходе узла АКБ 8 в пределах нормы? - Если да, то возврат, если нет, переход к шагу 11.- Step 10. Is the voltage at the output of the battery assembly 8 normal? - If yes, then return, if not, go to step 11.

- Шаг-11. Завершение работы. Прекращение электропитания нагрузки 7.- Step 11. Shutdown. Power outage 7.

- Шаг-12. Конец.- Step 12. The end.

При создании предлагаемого технического решения узлы коммутатора 4, АКБ 8 и частично БЭК 6 могут быть аналогичными соответствующим признакам и свойствам прототипа и не требуют значительной доработки при его реализации. При этом, узел БКИ 5 может быть реализован по аналогии с узлом коммутатора 4.When creating the proposed technical solution, the nodes of the switch 4, battery 8 and partially BEC 6 can be similar to the corresponding signs and properties of the prototype and do not require significant refinement during its implementation. In this case, the BKI node 5 can be implemented by analogy with the switch node 4.

Узел МК 1 может быть реализован на основе PIC-контроллеров, известных из [Л6, Л7].Node MK 1 can be implemented on the basis of PIC-controllers known from [L6, L7].

Узел ДТ 3 может быть реализован на основе датчиков для измерения тока компании National Semiconductor, типа LM3824MM-1,0 [Л8], представляющих собой миниатюрные микросхемы для измерения тока с ШИМ-выходом, которые позволяют реализовать достаточно точный измеритель тока, легко сопрягаемый с микроконтроллером (МК 1) и избежать применения шунта и АЦП. Эти изделия отличаются тем, что содержат интегрированный токоизмерительный шунт, измеряемый ток усредняется на достаточном интервале (6-50 мс), скважность импульсов на ШИМ-выходе изменяется дискретно (количество градаций равно 1024), схема измерения чувствительна к направлению тока, протекающего через внутренний шунт, кроме того, микросхемы этого семейства могут быть включены в плюсовую цепь «верхнее включение», либо в минусовую «нижнее включение», что упрощает схемотехнические решения, используемые при реализации узла ДТ 3.The DT 3 unit can be implemented on the basis of National Semiconductor current measuring sensors, such as LM3824MM-1,0 [L8], which are miniature microcircuits for measuring current with a PWM output, which make it possible to implement a fairly accurate current meter that can easily be interfaced with a microcontroller (MK 1) and avoid the use of shunt and ADC. These products are characterized in that they contain an integrated current-measuring shunt, the measured current is averaged over a sufficient interval (6-50 ms), the duty cycle of the pulses at the PWM output varies discretely (the number of gradations is equal to 1024), the measurement circuit is sensitive to the direction of the current flowing through the internal shunt in addition, microcircuits of this family can be included in the positive circuit “top inclusion” or in the negative “lower inclusion”, which simplifies the circuitry solutions used in the implementation of the DT 3 assembly.

Узел БКНИ 2 может быть реализован на основе микросхем типа AD7321BRUZ [Л9], представляющих собой 12-битные АЦП, отличающиеся миниатюрностью и обеспечивающие необходимую точность измерения аналогового напряжения ионисторов узла БЭК 6.The BKNI 2 node can be implemented on the basis of AD7321BRUZ [L9] type microcircuits, which are 12-bit ADCs that are miniaturized and provide the required accuracy of measuring the analog voltage of the BEC 6 node ionistors.

Для реализации алгоритмов, необходимых для функционирования узла МК 1, могут быть использованы процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л10-Л13].To implement the algorithms necessary for the operation of the MK 1 unit, procedures known from the author's computer programs [L10-L13] can be used.

Для реализации основных узлов предлагаемого устройства могут быть также использованы решения, известные из авторских изобретений и полезных моделей [Л14-Л17].To implement the main nodes of the proposed device can also be used solutions known from copyright inventions and utility models [L14-L17].

На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель устройства дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет существенно расширить функциональные возможности известного устройства-прототипа, связанные с повышением коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи (АКБ), в процессе ее эксплуатации в составе портативного радиоустройства или системы (ПРУС), а также обеспечить значительно увеличить длительности автономной работы ПРУС от упомянутой АКБ, без увеличения габаритов и веса, как АКБ, так и ПРУС.Based on the data presented, we can conclude that the proposed utility model of the device for differentiated control of autonomous power supply of portable electronic equipment, through the use of the above distinguishing features and properties and the implementation of the achieved technical result, can significantly expand the functionality of the known prototype device associated with an increase in the utilization rate energy / capacity of the battery (battery), in the process of its operation and as part of a portable radio device or system (PRUS), as well as to significantly increase the battery life of the PRUS from the mentioned battery, without increasing the size and weight of both the battery and the PRUS.

Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.The above means, with which it is possible to implement a utility model, make it possible to ensure its industrial applicability.

Основные узлы предлагаемой полезной модели устройства дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов.The main nodes of the proposed utility model of the device for differentiated control of autonomous power supply of portable electronic equipment are manufactured, experimentally tested and can be used to create serial samples.

Производимые изделия могут быть интегрированы в системы электропитания различных устройств и систем, функционирующих в автономном режиме, который обеспечивается с помощью ХИТ.The manufactured products can be integrated into the power supply systems of various devices and systems operating in an autonomous mode, which is provided with the help of HIT.

Таким образом, разработанное авторами техническое решение, обеспечивает успешное решение поставленной задачи, связанной с обеспечением повышением длительности работы портативных устройств и систем от автономных источников электропитания типа аккумуляторных батарей (АКБ), особенно, при наличии жестких требований к ним по массе и габаритам. Решение поставленной задачи достигается на основе повышения коэффициента использования энергоресурса, как основного, так и резервного источников тока (узла АКБ 8 и БЭК 6). При этом, повышение коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи (узел АКБ 8) достигается за счет создания для нее условий разряда номинальными токами, при которых она может отдавать в нагрузку практически всю запасенную энергию. При возникновении в нагрузке токов, превышающих номинальный, обеспечивается бесперебойное переключение на резервный источник тока, реализованного из ионисторов, которые не деградируют при разряде их большими токами и допускают многократную процедуру медленного заряда небольшим током и быстрый разряд большими токами, соответствующими МТН. Кроме того, благодаря динамической комбинаторной коммутации входящих в резервную батарею элементов (ионисторов), выполняемой в процессе их разряда во время действия МТН, достигается значительное (почти на порядок) повышение коэффициента использования энергоресурса, запасенного в ионисторах, что существенно повышает длительность работы резервного источника тока (узла БЭК 6) и, тем самым, снижает вероятность воздействия на узел АКБ 8 больших разрядных токов, возникающих в нагрузке.Thus, the technical solution developed by the authors ensures a successful solution of the problem posed by ensuring an increase in the duration of the operation of portable devices and systems from autonomous power sources such as rechargeable batteries, especially if there are strict requirements for them in terms of weight and dimensions. The solution to this problem is achieved on the basis of increasing the utilization of energy, both the main and backup current sources (battery node 8 and BEC 6). At the same time, increasing the utilization of the energy resource / capacity of the battery (battery assembly 8) is achieved by creating for it discharge conditions with rated currents, under which it can give almost all the stored energy to the load. When currents exceeding the rated current occur in the load, uninterrupted switching to a backup current source is realized, which is made up of ionistors that do not degrade when discharged by high currents and allow multiple slow charge procedures with a small current and fast discharge with high currents corresponding to MTN. In addition, due to the dynamic combinatorial switching of the elements (ionistors) included in the backup battery, performed during their discharge during the MTN operation, a significant (almost an order of magnitude) increase in the utilization of the energy resource stored in the ionistors is achieved, which significantly increases the duration of the backup current source (node BEC 6) and, thereby, reduces the likelihood of exposure to the battery node 8 large discharge currents that occur in the load.

Предлагаемое устройства дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры будет широко востребовано для интеграции в системы энергоснабжения различной портативной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), функционирующей в автономном режиме с электропитанием от аккумуляторных батарей, особенно для применений, где требуется обеспечить повышение длительности автономной работы упомянутой РЭА без увеличения ее веса и габаритов.The proposed device for differential control of autonomous power supply of portable electronic equipment will be widely in demand for integration into power supply systems of various portable electronic equipment (REA), operating autonomously with battery power, especially for applications where it is necessary to increase the battery life of the above REA without increasing its weight and dimensions.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИUSED SOURCES

1. Ультраконденсаторы серии UltraCap, журнал «Компоненты для силовой электроники корпорации Epcos AG», часть 4, http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_02/stat_8.htm1. UltraCap Series Ultracapacitors, Epcos AG Corporation Components for Power Electronics, Part 4, http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_02/stat_8.htm

2. Ионистор, http://ru.wikipedia.org/wiki2. Ionistor, http://ru.wikipedia.org/wiki

3. Справочные данные на ионисторы, http://radio.cybernet.name/cond/ion.html3. Reference data on ionistors, http://radio.cybernet.name/cond/ion.html

4. Резервированный блок электроники для литий-ионной аккумуляторной батареи, патент на полезную модель №83657, дата публикации 10.06.2009 г.4. Redundant electronics for lithium-ion battery, utility model patent No. 83657, publication date 10.06.2009

5. Комбинированный источник бесперебойного электропитания, заявка на изобретение RU 2004138836, дата публикации 10.06.2006 г.5. Combined uninterruptible power supply, application for invention RU 2004138836, publication date 10.06.2006

6. Обзор PIC-контроллеров, http://elanina.narod.ru/lanina/index.files/avrpic6. Overview of PIC controllers, http://elanina.narod.ru/lanina/index.files/avrpic

7. Семейство микроконтроллеров PIC18FX5XX с поддержкой шины USB2.0, http://www.trt.ru/products/microchip/pic18_2.htm7. The PIC18FX5XX family of microcontrollers with USB2.0 bus support, http://www.trt.ru/products/microchip/pic18_2.htm

8. Датчики для измерения тока, http://www.rtcs.ru/hwsubtype.asp?id=2048. Sensors for measuring current, http://www.rtcs.ru/hwsubtype.asp?id=204

9. АЦП компании Analog Devices, http://www.chipdip.ru/product/9. ADC of Analog Devices, http://www.chipdip.ru/product/

10. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менеджер сенсора», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2009610444 от 20.11.2008 г.10. FSUE “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation, “Sensor Manager” computer program, State Registration Certificate with FIPS of the Russian Federation No. 20099610444 dated November 20, 2008

11. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа приема и обработки аналоговых сигналов». Свидетельство о регистрации в ФИПС РФ №2011610486 от 11.01.2011 г.11. FSUE "18 Central Research Institute" of the RF Ministry of Defense, Computer Program "Program for the reception and processing of analog signals." Certificate of registration with FIPS of the Russian Federation No. 20111610486 dated January 11, 2011

12. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менеджер преобразователя напряжения», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2008614983 от 16 октября 2008 г.12. FSUE “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation, Computer Program “Voltage Converter Manager”, State Registration Certificate with FIPS of the Russian Federation No.2008614983 dated October 16, 2008

13. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа автоматизированной обработки данных», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2009613019 от 10.06.2009 г.13. FSUE “18 Central Research Institute” of the RF Ministry of Defense, Computer Program “Program for Automated Data Processing”, State Registration Certificate with FIPS of the Russian Federation No. 20099613019 dated 06/10/2009.

14. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №98641 «Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности», зарегистрирован от 20 октября 2010 г.14. FSUE “18 Central Research Institute” of the RF Ministry of Defense, Utility Model Patent No. 98641 “Device for Charging Nickel-Cadmium Batteries and Monitoring Their Performance”, registered on October 20, 2010

15. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114226 «Устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности», зарегистрирован от 10 марта 2012 г.15. FSUE “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation, Patent for utility model No. 114226 “Battery maintenance device and its operability control”, registered on March 10, 2012

16. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114227 «Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 марта 2012 г.16. FSUE “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation, Patent for utility model No. 114227 “Battery charge device and protecting it from overloads”, is registered in the State Register of Utility Models of the Russian Federation on March 10, 2012

17. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114228 «Устройство заряда элемента аккумулятора с ограничением и сигнализацией его токовых прегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.03.2012 г.17. FSUE “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation, Patent for utility model No. 1144228 “Charging a battery cell with limiting and signaling its current overloads”, is registered in the State Register of Utility Models of the Russian Federation on March 10, 2012

Claims

A device for differential control of autonomous power supply of portable electronic equipment, consisting of a rechargeable battery (BAT), a battery of electrochemical capacitors / ionistors (BEC), a control unit (BU), and a switch that is connected with its first and second ports to the first port of the BU unit and the second port of the control unit node and the output of the battery assembly, and made with the possibility of monitoring the voltage at the output of the battery assembly and uninterrupted connection / disconnection of the BEC or battery nodes without interrupting the power supply load, characterized in that it includes an additional unit for monitoring the voltage of ionistors (BKNI), a switching unit for ionistors (BKI) and a current sensor (DT), which is connected with its first and second ports to the load and to the third port of the control unit, which its fourth through sixth ports are connected respectively to the third port of the switch and the first port of the BKI node, to the second port of the BKI node and to the first port of the BKNI node, which is connected by the second port to the first port of the BEC node, which is connected to the third port by the second port ohm of the BKI node, while the BU unit is made in the form of a microcontroller operating under a program that provides the ability to control / measure the current flowing through the DT unit, and when the said current reaches a value corresponding to the maximum permissible current (MDT) level for the battery unit, uninterrupted switching load power sources by disconnecting the battery assembly from it and connecting the BEC node, processing signals from the BKNI node, and organizing dynamic combinatorial switching of elements (and onistors) of the BEC node, providing a combination (serial connection) of such a quantity that the output voltage level of the BEC node is maintained within acceptable limits, uninterrupted shutdown of the BEC node with connecting the battery node in cases where the amount of current flowing through the DT node, or the output voltage the BEC node will decrease, respectively, below the MDT value or below the permissible value.