RU128412U1

RU128412U1 - Автономная система аккумулирования электроэнергии электроснабжения потребителей

Info

Publication number: RU128412U1
Application number: RU2012123623/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Сысоев
Original assignee: Владимир Васильевич Сысоев
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-05-20

Abstract

Решение относится к электроэнергетике и может быть использовано при организации бесперебойного электроснабжения потребителей электрической энергии переменного тока. Предложено подключение нагрузки производить через инвертор поочередно от двух аккумуляторных батарей, подзарядка которых осуществляется путем применения специальных конверторов, использующих высокоэффективную зарядку батарей высокочастотными индуктивными сверхкороткими импульсами напряжения. Технический результат предлагаемого решения - повышение надежности, снижение стоимости и массогабаритных показателей, минимизация состава оборудования.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использовано при организации бесперебойного электроснабжения потребителей электрической энергии переменного тока.

Известны системы аккумулирования электроэнергии и электроснабжения потребителей, использующие возобновляемые источники электрической энергии (ветроэнергетические установки, солнечные и гидроэлектрические установки или их комбинации), двигатели внутреннего сгорания и электрическую сеть переменного тока (Патенты Российской Федерации RU 1511804, 2153752, 2257656, 2444105 и другие).

Наиболее близким к заявленному решению является способ бесперебойного электроснабжения (Патент на изобретение Российской Федерации RU 2355092, H02J 9/06, 2008), позволяющий обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей с использованием возобновляемых источников энергии с аккумуляторными батареями и генератора переменного напряжения, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания в автоматическом режиме.

Система содержит двигатель внутреннего сгорания с генератором переменного тока, аккумуляторную батарею, солнечную батарею, ветроэлектрогенератор, конвертор, устройство подачи топлива к двигателю внутреннего сгорания, инвертор напряжения накопленной энергии, силовой коммутатор, нагрузку, блок управления, стабилизатор, электросеть. Недостатком системы является необходимость использования возобновляемых источников энергии, дизель-генераторной установки и электросети.

Технический результат предлагаемой полезной модели - повышение надежности электроснабжения потребителей электрической энергии путем использования зарядных устройств, обеспечивающих особый способ зарядки аккумуляторной батареи, снижение массогабаритных показателей и минимизация состава оборудования.

Этот технический результат достигается тем, что автономная система аккумулирования электроэнергии и электроснабжения потребителей, содержащая аккумуляторную батарею, инвертор, нагрузку, блок управления, конвертор, силовой коммутатор, при этом клеммы аккумуляторной батареи подключены к входу блока управления и выходу конвертора, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены вторые конвертор и аккумуляторная батарея, при этом первый и второй входы силового коммутатора соединены с клеммами соответствующих первой и второй аккумуляторных батарей, а третий вход соединен с выходом блока управления, первый выход силового коммутатора подключен к входу инвертора, выход которого подключен к нагрузке, второй выход силового коммутатора подключен к входу первого конвертора, а третий выход подключен через второй конвертор к клеммам второй аккумуляторной батареи.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить, что оно отличается от последнего способами аккумулирования электрической энергии и управления режимом зарядки аккумуляторных батарей, что позволяет сделать вывод о соответствии данного решения критерию «новизна».

Проведенный поиск и последующий сопоставительный анализ с другими известными решениями в данной области техники показал, что идентичные признаки, отличающие заявленное решение от известных не обнаружены и поэтому оно соответствует критерию «изобретательский уровень».

Применение заявленной полезной модели в электроэнергетике в области электроснабжения потребителей электрической энергии в автономном режиме обеспечивает ее соответствие критерию «промышленная применимость».

Существенными признаками являются три нижеследующих, которые входят в независимый пункт формулы технического решения. Во-первых, наличие второй аккумуляторной батареи с конвертором напряжения. Это позволяет поочередно использовать аккумуляторные батареи для питания нагрузки с целью обеспечения бесперебойного питания нагрузки и исключить применение других источников энергии. Во-вторых, в качестве конверторов используются зарядные устройства, использующий специальный способ зарядки аккумуляторных батарей с применением высокочастотных индуктивных сверхкоротких импульсов напряжения, что позволяет батареям при разряде обеспечивать питание не только нагрузки, но и заряд другой аккумуляторной батареи. В-третьих, аккумуляторные батареи должны быть подготовлены к такому способу заряда/разряда путем предварительной их подготовки (20-40 циклов заряда/разряда). При зарядке таким способом у аккумуляторных батарей отсутствует нагрев и время зарядки ниже, чем время разрядки за счет использования специального способа зарядки.

В качестве аккумуляторных батарей могут быть использованы обычные свинцово-кислотные и другие аккумуляторы.

В качестве конверторов (зарядных устройств), использующих способ зарядки с использованием высокочастотных индуктивных сверхкоротких импульсов напряжения, могут быть использованы, например, зарядные устройства, разработанные John Bedim (вращающиеся или твердотельные) (США) (Patent US 2008/0129250, H02J 7/00, 2006).

Предлагаемая автономная система аккумулирования электроэнергии и электроснабжения потребителей приведена на фиг.1.

Она содержит нагрузку 1 переменного тока, инвертор 2 напряжения, силовой коммутатор 3, блок 4 управления, аккумуляторные батареи 5 и 6, конверторы 7 и 8 напряжений.

Нагрузка 1 подключена через инвертор 2, к первому выходу силового коммутатора 3. Первый и второй входы силового коммутатора 3 подключены соответствующими клеммам аккумуляторных батарей 5 и 6, а третий вход подключен к блоку 4 управления. Первый и второй входы блока 4 управления подключены к клеммам соответствующих аккумуляторных батарей 5 и 6, второй выход силового коммутатора 3 через конвертор 7 подключен к клеммам аккумуляторной батареи 5, а третий выход силового коммутатора 3 через конвертор 8 подключен к клеммам аккумуляторной батареи 6.

Инвертор 2 предназначен для преобразования напряжения постоянного тока от аккумуляторных батарей в однофазное или трехфазное переменное напряжение промышленной частоты.

Силовой коммутатор 3 предназначен для поочередного переключения аккумуляторных батарей 5 и 6 к инвертору 2 и поочередной подачи питания на конверторы 7 и 8 для зарядки соответствующих аккумуляторных батарей 5 и 6.

Блок 4 управления предназначен для анализа напряжений аккумуляторных батарей 5 и 6 и управления силовым коммутатором 3: измерения напряжений аккумуляторных батарей и сравнения их между собой с целью выбора одной из них при пуске системы; измерения напряжений аккумуляторных батарей и сравнения их с пороговыми минимальными и максимальными значениями с целью выбора аккумуляторной батареи, которую следует подключить к инвертору 2, а которую необходимо включить в режим подзарядки от другой аккумуляторной батареи;

анализа уровней напряжения на заряжаемой аккумуляторной батареи и ее отключения при полной зарядке; выдачи соответствующих управляющих сигналов для переключающих устройств силового коммутатора 3.

Конверторы 7 и 8 предназначены для преобразования постоянного напряжения от аккумуляторных батарей 5 и 6 в высокочастотные индуктивные сверхкороткие импульсы напряжения. Наличие двух конверторов обусловлено требованиями надежности к системе.

Автономная система аккумулирования электроэнергии и электроснабжения потребителей работает следующим образом.

В момент пуска системы нагрузка 1 через инвертор 2 и силовой коммутатор (СК) 3 подключается к одной из аккумуляторных батарей (АКБ), которые были предварительно заряжены, например, 5, имеющей напряжение на клеммах, превышающее напряжение другой АКБ 6. Формирование соответствующих управляющих сигналов для СК 3 осуществляется блоком 4 управления (БУ). АКБ 6 к инвертору 2 не подключена, так как БУ 4 предусматривает подключение только одной АКБ - 5 или 6.

Если величина напряжения АКБ 6 находится в интервале от Uмин (нижнее значение порогового значения) до Uмакс (верхнее значение порогового значения), то АКБ 6 находится в режиме ожидания. При снижении напряжения на ней ниже Uмин БУ 4 подключает АКБ 6 к АКБ 5 через конвертор 8 для подзарядки. В БУ 4 в процессе зарядки того или иного аккумулятора происходит периодическое измерение напряжения заряжаемого аккумулятора и производится сравнение последующего значения с предыдущим. Если разница между этими показаниями меньше некоторого значения ΔU, то процесс подзарядки прекращается путем отключения в СК 3 конвертора заряжаемого аккумулятора.

В процессе работы по мере разрядки АКБ 5 уровень напряжения на ее клеммах снижается и при достижении им порогового уровня Uмин БУ 4 выдает соответствующие управляющие сигналы на СК 3 - переключение входа инвертора 2 с АКБ 5 на АКБ 6 и подключение АКБ 5 через конвертор 7 на подзарядку от АКБ 6.

В связи с тем, что время зарядки АКБ 5 меньше, чем время разряда АКБ 6 при ее работе на нагрузку в номинальном режиме, то к моменту достижения уровня напряжения на АКБ 6 минимально допустимого, АКБ 5 уже будет полностью заряжена и готова к работе. Далее работа системы продолжается в соответствии с описанным выше алгоритмом работы.

Таким образом, благодаря использованию способа зарядки аккумуляторных батарей высокочастотными индуктивными сверхкороткими импульсами напряжения, реализованного в конверторах, использованию регулятора напряжения, система аккумулирования электроэнергии и электроснабжения потребителей может работать в автономном режиме без применения дополнительных источников энергии с высокой эффективностью. При этом она имеет значительно меньшие массогабаритные показатели и более высокую надежность и низкую стоимость за счет снижения количества используемого оборудования и меньшего числа связей.

Предлагаемое техническое решение основано на результатах длительных исследований в лаборатории John Bedim (США), которые показали высокую эффективность использованного способа зарядки аккумуляторных батарей высокочастотными индуктивными сверхкороткими импульсами напряжения.

Claims

Автономная система аккумулирования электроэнергии и электроснабжения потребителей, содержащая аккумуляторную батарею, инвертор, нагрузку, блок управления, конвертор, силовой коммутатор, при этом клеммы аккумуляторной батареи подключены к входу блока управления и выходу конвертора, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены вторые конвертор и аккумуляторная батарея, при этом первый и второй входы силового коммутатора соединены с клеммами соответствующих первой и второй аккумуляторных батарей, а третий вход соединен с выходом блока управления, первый выход силового коммутатора подключен к входу инвертора, выход которого подключен к нагрузке, второй выход силового коммутатора подключен к входу первого конвертора, а третий выход подключен через второй конвертор к клеммам второй аккумуляторной батареи.