RU151736U1

RU151736U1 - ELECTRONIC DEVICE ELECTRICAL POWER SYSTEM USING EXTERNAL ELECTRIC POWER

Info

Publication number: RU151736U1
Application number: RU2014126516/07U
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Цуранов; Евгений Викторович Вдовин; Наталия Александровна Чижик; Нина Моисеевна Гнускова
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2015-04-10

Abstract

Устройство поддержания аккумуляторной батареи в рабочем состоянии, состоящее из порта подключения внешних устройств (ППВУ), аккумуляторной батареи (АКБ), преобразователя напряжения (ПН), резервного источника электроэнергии (РИЭ), контроллера заряда резервного источника электроэнергии (КЗРИЭ), фотоэлектрического модуля (ФЭМ) и шины электропитания портативного прибора (ШЭПП), которая своим портом соединена с первым портом АКБ, которая вторым портом соединена с первым портом КЗАБ, который своими вторым и четвертым портами соединен, соответственно, с первым портом ППВУ и с первым портом РИЭ, который вторым портом соединен с первым портом КЗРИЭ, кроме того, узел ФЭП своим портом соединен со вторым портом ПН, и выполненное с возможностью зарядки/ подзарядки узла АКБ от внешнего источника электроэнергии типа сетевого адаптера, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены менеджер сбора электроэнергии (МСЭЭ), сборщик радиочастотной энергии (СРЧЭ), сборщик вибрационной энергии (СВЭ) и термоэлектрический генератор (ТЭГ), который своим портом соединен с первым портом МСЭЭ, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с портом СРЧЭ, с портом СВЭ, с первым портом ПН и со вторым портом КЗРИЭ, при этом узел МСЭЭ выполнен с возможностью сбора электрической энергии внешней среды (ЭЭВС), поступающей от узлов ТЭГ, СРЧЭ, СВЭ и ФЭП, с использованием системы слежения за точкой максимальной мощности и аккумуляции ЭЭВС в РИЭ, который выполнен по технологии перезаряжаемых батарей типа Thinergy и обеспечивает зарядку в течение времени, исчисляемого минутами, и количество циклов полного разряда-заряда, исч�A device for maintaining the battery in working condition, consisting of a port for connecting external devices (ППВУ), a battery (battery), a voltage converter (PN), a backup source of electricity (RIE), a charge controller for a backup source of electricity (KZRIE), a photovoltaic module (FEM ) and the portable device’s power bus (SHEPP), which is connected by its port to the first battery port, which is connected by the second port to the first KZAB port, which is connected by its second and fourth ports, respectively Of course, with the first PPVU port and with the first RIE port, which is connected to the first KZRIE port by the second port, in addition, the photomultiplier node is connected by its port to the second PN port, and made with the possibility of charging / recharging the battery node from an external electric power source such as a network adapter characterized in that it includes an additional manager for collecting electric energy (ITEM), a collector of radio frequency energy (RFE), a collector of vibrational energy (SVE) and a thermoelectric generator (TEG), which is connected by its port to the first port of the ITU, which is connected with its second through fifth ports, respectively, to the SECP port, to the SVE port, to the first PN port and to the second KZREE port, while the MSEE node is configured to collect electric energy of the external environment (EME) from the TEG nodes, SRE, SVE and FEP, using the tracking system for the point of maximum power and the accumulation of EME in RIE, which is made according to the technology of rechargeable batteries such as Thinergy and provides charging for a time calculated in minutes, and the number of cycles of a full discharge-charge, calculated

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 устройств и систем для заряда интегрированных в них аккумуляторных батарей (АКБ), преимущественно, для обеспечения работы системы электропитания мобильных/ портативных электронных устройств (МПЭУ) с использованием энергии альтернативных источников.The utility model relates to electrical engineering, and more specifically, to devices for maintaining in working condition secondary elements (batteries), and can be used in power systems of various technical devices and systems for charging integrated batteries (batteries) integrated into them, mainly to ensure the operation of the system power supply of mobile / portable electronic devices (MPEU) using alternative energy sources.

Как известно, основной технической характеристикой МПЭУ, функционирующего от встроенной АКБ, является длительность непрерывной работы. Поскольку энергоресурс АКБ имеет конечное значение, то его необходимо периодически/ по мере необходимости восстанавливать с использованием электрической энергии (ЭЭ) других источников. Обычно, для зарядки/ подзарядки АКБ используется сетевое зарядное устройство. Поскольку эксплуатация МПЭУ может осуществляться в условиях, где доступ к стационарным источникам электрической энергии (СИЭЭ) типа электросети 220 В отсутствует или ограничен, то в этих случаях после расхода энергоресурса АКБ функционирование МПЭУ прекращается, что существенно снижает эффективность выполнения различного рода задач (РРЗ), обеспечиваемых с помощью упомянутых МПЭУ. В связи с этим, возникает задача повышения длительности автономной работы МПЭУ, которые функционируют в условиях, когда доступ к ним для обслуживания (например, для зарядки АКБ) затруднен или недоступны/отсутствуют.As you know, the main technical characteristic of the MPEU, operating from the built-in battery, is the duration of continuous operation. Since the battery’s energy resource has a finite value, it must be periodically / as necessary restored using electric energy (EE) from other sources. Usually, a network charger is used to charge / recharge the battery. Since the operation of the MPEU can be carried out in conditions where access to stationary sources of electric energy (SIEE) such as a 220 V power supply network is absent or limited, in these cases, after the battery’s energy is consumed, the MPEU stops functioning, which significantly reduces the efficiency of various tasks, provided using the mentioned MPEU. In this regard, the problem arises of increasing the battery life of the MPEU, which operate in conditions where access to them for maintenance (for example, to charge the battery) is difficult or inaccessible / absent.

Кроме обеспечения большой длительности автономной работы, во многих приложениях предъявляются также жесткие требования по ограничению габаритов и массы МПЭУ, что существенно затрудняет применение в составе МПЭУ источников электроэнергии типа АКБ с большой емкостью, имеющих большой вес и габариты.In addition to ensuring a long battery life, many applications also impose stringent requirements to limit the size and weight of MPEUs, which makes it very difficult to use large-capacity batteries with large weight and dimensions as part of MPEUs.

Создается противоречивая ситуация, при которой, с одной стороны, чтобы увеличить длительность автономной работы (ДАР), необходимо использовать для электропитания МПЭУ АКБ с большей емкостью. Поскольку АКБ, используемая для электропитания МПЭУ, может составлять 40-80% от общего объема/веса МПЭУ, то при использовании АКБ с большей емкостью существенно увеличиваются габариты и вес МПЭУ. Чтобы удовлетворить требованиям/ограничениям по габаритам и весу МПЭУ необходимо уменьшить габариты и вес АКБ, используемой для электропитания МПЭУ, что приводит к снижению его ДАР.A contradictory situation is created in which, on the one hand, in order to increase the battery life (DAR), it is necessary to use batteries with a larger capacity for powering the MPEU. Since the battery used to power the MPEU can be 40-80% of the total volume / weight of the MPEU, when using a battery with a larger capacity, the dimensions and weight of the MPEU increase significantly. In order to meet the requirements / restrictions on the size and weight of the MPEU, it is necessary to reduce the size and weight of the battery used to power the MPEU, which leads to a reduction in its GIFT.

Поскольку деятельность физических лиц (ФЛ) часто происходит далеко от мест, имеющих СИЭЭ, где может быть выполнена зарядка/подзарядка АКБ, встроенной в МПЭУ, типовым образом (с помощью штатных ЗУ), то при отсутствии СИЭЭ, восстановления энергетического ресурса АКБ с использованием штатного ЗУ становится проблематичной/не возможной и после разряда АКБ дальнейшее автономное функционирование МПЭУ прекращается. Как известно, от работоспособности МПЭУ во многом зависит успешность выполнения различного рода задач, в том числе, относящихся к категориям особой важности (спасательные операции, медицинская помощь, вооруженные силы и др.). При решении этих задач физические лица (ФЛ) могут находиться в сложных условиях/стрессовых ситуациях (СУСС) и осуществлять свою деятельность в местах, где отсутствуют стационарные источники электрической энергии или доступ к ним затруднен/ограничен. При отсутствии доступа к СИЭЭ возможность поддержания МПЭУ в рабочем состоянии становится весьма затруднительным, поскольку для применения штатного зарядного устройства, используемого для выполнения процедур заряда АКБ МПЭУ, требуется наличие электросети 220 В.Since the activity of individuals (PL) often takes place far from places with FIEE, where charging / recharging of the battery built into MPEU can be performed in a standard way (using standard storage devices), in the absence of FIEE, restoration of the battery’s energy resource using the standard The memory becomes problematic / impossible and after discharging the battery, the further autonomous operation of the MPEU is terminated. As you know, the success of various tasks, including those related to categories of special importance (rescue operations, medical care, armed forces, etc.), largely depends on the operability of MPEU. In solving these problems, individuals (PL) can be in difficult conditions / stressful situations (SUSS) and carry out their activities in places where there are no stationary sources of electrical energy or access to them is difficult / limited. In the absence of access to FIEE, the ability to maintain the MPEU in working condition becomes very difficult, since the use of a standard charger used to carry out charging procedures for the MPEU battery requires a 220 V power supply.

Информационным/патентным поиском установлено, что известные из техники устройства/системы/ технические решения, которые могут быть использованы для обеспечения автономной работы МПЭУ в условиях, когда доступа к СИЭЭ отсутствует/ограничен, имеют существенные недостатки. В связи с этим, поиск технических решений, обеспечивающих возможность повышения эффективности системы электропитания МПЭУ, с точки зрения повышения длительности автономной работы и поддержания работоспособности МПЭУ при отсутствии/ограничении доступа к СИЭЭ, является актуальной задачей.An information / patent search found that devices / systems / technical solutions known from the technology that can be used to provide autonomous operation of MPEU in conditions when there is no / limited access to FIEE have significant disadvantages. In this regard, the search for technical solutions that provide the opportunity to increase the efficiency of the MPEU power supply system, from the point of view of increasing the battery life and maintaining the MPEU operability in the absence / limitation of access to FIEE, is an urgent task.

При исследовании путей решения поставленной задачи установлено, что для повышения длительности автономной работы МПЭУ могут применяться технические решения, которые оптимизируют расход энергоресурса АКБ, используемого для поддержания работоспособности МПЭУ. Так, из техники [Л1] известна система электропитания портативного устройства (далее - система), состоящая из датчика тока (ДТ), микроконтроллера (МК), аккумуляторной батареи (АКБ), блока электрохимических конденсаторов/ионисторов (БЭК) и коммутатора, который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ и первым портом узла МК, со вторым портом узла МК, с выходом узла БЭК и четвертым портом узла МК и со вторым портом узла ДТ, который своими первым и третьим портами соединен, соответственно, с нагрузкой и третьим портом узла МК. При этом, узел МК, функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ, идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН) и отключения узла АКБ от нагрузки с подключением к ней через коммутатор узла БЭК на время действия упомянутых ПТН или до тех пор, пока выходное напряжение на узле БЭК поддерживается в пределах допустимой величины, а также обратного переключения источников электропитания нагрузки после окончания действия ПТН или после разряда узла БЭК.When studying ways to solve this problem, it was found that to increase the battery life of MPEU technical solutions can be used that optimize the energy consumption of the battery used to maintain the MPEU. So, from the technology [L1], the power supply system of a portable device (hereinafter referred to as the system) is known, consisting of a current sensor (DT), a microcontroller (MK), a battery (battery), a block of electrochemical capacitors / ionistors (BEC), and a switch that from the first to the fourth ports is connected, respectively, with the battery node and the first port of the MK node, with the second port of the MK node, with the output of the BEC node and the fourth port of the MK node and with the second port of the DT node, which is connected, respectively, with its first and third ports with load and third port m node MC. At the same time, the MK node functions according to a program that provides the ability to monitor the current in the load by processing signals from the DT node, identifying peak currents in the load (PTN) and disconnecting the battery node from the load, connecting it through the switch of the BEC node for the duration of the action mentioned PTN or until the output voltage at the BEC node is maintained within the permissible value, as well as the reverse switching of the power supply load after the end of the PTN or after the discharge of the BEC node.

Система функционирует следующим образом. В исходном состоянии в ионисторах, входящих в состав узла БЭК, обеспечивается накоплении энергии от узла АКБ. При включении нагрузки (МПЭУ), через узел ДТ протекает ток, который измеряется узлом ДТ и полученные данные поступают на узел МК. Узел МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ и идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН), превышающих допустимое/номинальное значение разрядного тока аккумуляторной батареи. Если значение тока, потребляемого нагрузкой от АКБ, превысит допустимый/номинальный разрядный ток АКБ, то этот факт фиксируется узлом МК, который переключает узел коммутатора таким образом, что электропитание в нагрузку начинает подаваться от узла БЭК. Если уровень тока в нагрузке снизится до номинального/допустимого значения (которое, например, меньше порогового/допустимого значения), то коммутатор переводится в такое состояние, при котором узел БЭК - отключается, а узел АКБ - подключается обратно к нагрузке. Таким образом, ПТН, возникающие в нагрузке, своевременно обнаруживаются (идентифицируются) и их разрушающее действие на узел АКБ - устраняется, поскольку требуемый ток в нагрузке обеспечивается узлом БЭК, подключение которого происходит корректно, то есть, без разрыва энергоснабжения нагрузки. Обратное переключение источников электропитания нагрузки осуществляется после окончания действия ПТН или после разряда узла БЭК. После включения узла АКБ в работу по обеспечению электропитанием нагрузки, также включается подзарядка узла БЭК.The system operates as follows. In the initial state, in the ionistors that make up the BEC assembly, energy storage from the battery assembly is provided. When the load is turned on (MPEU), a current flows through the DT node, which is measured by the DT node and the received data goes to the MK node. The MK node operates according to a program that provides the ability to monitor the current in the load by processing signals from the DT node and identifying peak currents in the load (PTN) that exceed the permissible / nominal value of the discharge current of the battery. If the value of the current consumed by the battery load exceeds the permissible / rated discharge current of the battery, this fact is recorded by the MK node, which switches the switch node in such a way that power is supplied to the load from the BEC node. If the current level in the load drops to the nominal / allowable value (which, for example, is less than the threshold / allowable value), then the switch is put into a state in which the BEC node is turned off and the battery node is connected back to the load. Thus, PTNs arising in the load are detected (identified) in a timely manner and their destructive effect on the battery assembly is eliminated, since the required current in the load is provided by the BEC node, which is connected correctly, that is, without interrupting the power supply to the load. The reverse switching of the load power sources is carried out after the end of the PTN action or after the discharge of the BEC unit. After the battery node is turned on to provide power to the load, the BEC node is also recharged.

В данной системе обеспечивается повышение эффективности работы аккумуляторной батареи, с точки зрения оптимизации использования ее энергоресурса/емкости, что достигается за счет снижения времени действия на АКБ пиковых токовых нагрузок, идентифицируемых с помощью узлов ДТ и МК, действе которых на узел АКБ устраняется или снижается путем отключения АКБ от нагрузки и обеспечения бесперебойного энергоснабжения нагрузки во время действия ПТН от буферного звена - узла БЭК, устойчивого к действию ПТН.This system provides an increase in the efficiency of the battery from the point of view of optimizing the use of its energy resource / capacity, which is achieved by reducing the time on the battery of peak current loads identified by the DT and MK nodes, the action of which on the battery node is eliminated or reduced by disconnecting the battery from the load and ensuring uninterrupted power supply to the load during the operation of the power supply circuit from the buffer link - the BEC node that is resistant to the power supply circuit.

Достоинством данного технического решения является возможность повышения длительности автономной работы МПЭУ, что достигается за счет оптимизации расхода энергоресурса АКБ, обеспечивающей электропитание МПЭУ, путем снижения пиковых токовых нагрузок, воздействующих на нее со стороны нагрузки (МПЭУ).The advantage of this technical solution is the possibility of increasing the battery life of the MPEU, which is achieved by optimizing the battery energy consumption, providing power to the MPEU, by reducing the peak current loads acting on it from the load side (MPEU).

Исследования показали, что использование данной системы для решения поставленной задачи имеет низкую эффективность, поскольку ее применение позволяет незначительно повысить длительность автономной работы МПЭУ, поскольку в конечном итоге АКБ полностью будет разряжена и работоспособность МПЭУ будет потеряна. Возможность восстановления энергоресурса АКБ в данной системе и поддержания МПЭУ в рабочем состоянии в условиях, когда доступа к СИЭЭ отсутствует/ограничен, не обеспечивается. То есть, при использовании данного технического решения достигается оптимизация расхода энергоресурса АКБ, однако, восстановление ее работоспособности и/или обеспечение автономной работы ТУ С/МПЭУ за счет использования альтернативных источников тока - не обеспечивается. Поэтому, недостатком данной системы электропитания МПЭУ является низкая эффективность, с точки зрения обеспечения длительной автономной работы МПЭУ при его эксплуатации в условиях, где отсутствуют СИЭЭ (например, электросети 220 В) или доступ к ним ограничен/затруднен.Studies have shown that the use of this system to solve the problem has low efficiency, since its application can slightly increase the battery life of the MPEU, since ultimately the battery will be completely discharged and the MPEU will be lost. The possibility of restoring the battery’s energy in this system and maintaining the MPEU in working condition under conditions when there is no / limited access to FIEE is not provided. That is, when using this technical solution, optimization of the battery’s energy consumption is achieved, however, restoration of its operability and / or ensuring autonomous operation of the TU S / MPEU through the use of alternative current sources is not provided. Therefore, the disadvantage of this MPEU power supply system is its low efficiency, from the point of view of ensuring long-term autonomous operation of the MPEU when it is used in conditions where there is no FEE (for example, 220 V mains) or access to them is limited / difficult.

Из техники [Л2] известна система электропитания портативной радиоэлектронной аппаратуры (далее - система) состоящая из микроконтроллера (МК), блока контроля напряжения ионисторов (БКНИ), датчика тока (ДТ), коммутатора, блока коммутации ионисторов (БКИ), блока электрохимических конденсаторов (ионисторов) (БЭК) и аккумуляторной батареи (АКБ). При этом, коммутатор своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с выходом узла АКБ и первым портом узла МК, с первым портом узла БКИ и вторым портом узла МК и с третьим портом узла МК, который своими с четвертого по шестой портами соединен, соответственно, с узлом ДТ, со вторым портом узла БКИ и с первым портом узла БКНИ, который вторым портом соединен с первым портом узла БЭК, который своим вторым портом соединен с третьим портом узла БКИ. Кроме того, узел МК, функционирует 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 осуществления бесперебойного переключения источников электропитания нагрузки, что предусматривает отключение подачи напряжения в нагрузку от узла АКБ с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла БЭК через узел БКИ, 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 (УВН) узла БЭК в допустимых пределах (например, от 5 В до 3 В), а также, при снижении УВН узла БЭК ниже допустимого значения или при снижении уровня тока, потребляемого нагрузкой, ниже значения МДТ, формирования соответствующих сигналов управления коммутатором, обеспечивающих отключение подачи в нагрузку напряжения от узла БЭК с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла АКБ.The power supply system for portable radio-electronic equipment (hereinafter referred to as the system) consisting of a microcontroller (MK), a voltage control unit of ionistors (BKNI), a current sensor (DT), a switch, a switching unit of ionistors (BKI), an electrochemical capacitor unit ( ionistors) (BEC) and battery (battery). Moreover, the switch is connected with its first to third ports, respectively, with the output of the battery assembly and the first port of the MK node, with the first port of the BKI node and the second port of the MK node and with the third port of the MK node, which is connected with its fourth to sixth ports, accordingly, with the DT 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 its second port. In addition, the MK node operates according to a program that provides the ability to control 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, the formation of switch control signals for uninterrupted switching of the load power sources, which involves disconnecting the supply of voltage to the load from the battery node with the simultaneous supply of voltage to the load from the BEC node through the BKI node, processing signals from node B NI, for organizing, using the BKI node, dynamic combinatorial switching of the ionistors that are part of the BEC node, ensuring the combination (interconnection) of such a quantity that maintains the output voltage level (HCI) of the BEC node within acceptable limits (for example, from 5 V up to 3 V), and also, when the BEC of the BEC node decreases below the permissible value or when the current level consumed by the load decreases, below the MDT value, the formation of the corresponding switch control signals, which ensure that the supply to load voltage from the BEC node while supplying voltage to the load from the battery node.

Система функционирует следующим образом. В исходном состоянии в ионисторах, входящих в состав узла БЭК, обеспечивается накоплении энергии от узла АКБ. При включении нагрузки в виде МПЭУ, через узел ДТ начинает протекать электрический ток, значение которого оценивается/измеряется/фиксируется узлом МК, который функционирует по программе, обеспечивающей возможность контроля тока, протекающего через узел ДТ, и при достижении тока через узел ДТ значения, соответствующего уровню максимального допустимого тока (МДТ) для узла АКБ, происходит отключение подачи питающего напряжения от узла АКБ, чтобы оградить его от действия больших разрядных токов, возникших в нагрузке (МПЭУ). Для выполнения отключения узла АКБ и одновременного подключения резервного источника тока, которым является узел БЭК, способный выдерживать большие разрядные токи без ущерба для своих свойств, узлом МК формируются и подаются на узел коммутатора соответствующие управляющие сигналы. При этом, с помощью коммутатора обеспечивается бесперебойное переключение источников электропитания нагрузки, что предусматривает отключение подачи напряжения в нагрузку от узла АКБ с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла БЭК через узел БКИ. После включения узла БЭК для электропитания нагрузки в течении действия в ней максимальной токовой нагрузки (МТН), начинается с помощью узла МК обработка сигналов, поступающих с узла БКНИ. Узел МК контролирует напряжение на каждом из ионисторов, входящих в состав узла БЭК. Это необходимо 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 (УВН) узла БЭК в допустимых пределах. То есть, по мере разряда упомянутых ионисторов происходит динамическое изменение состава узла БЭК по количеству последовательно соединенных/включенных ионисторов с таким условием, чтобы суммарное напряжение на выходе узла БЭК находилось в допустимых пределах, при которых сохраняется работоспособность МПЭУ (нагрузки). При снижении УВН узла БЭК ниже допустимого значения (при разряде всех ионисторов) или при снижении уровня тока, потребляемого нагрузкой, ниже значения МДТ, узлом МК обеспечивается формирование необходимых сигналов управления коммутатором, обеспечивающих отключение подачи в нагрузку напряжения от узла БЭК с одновременной подачей напряжения в нагрузку от узла АКБ.The system operates as follows. In the initial state, in the ionistors that make up the BEC assembly, energy storage from the battery assembly is provided. When the load is turned on in the form of an MPEU, an electric current begins to flow through the DT node, the value of which is estimated / measured / fixed by the MK node, which operates according to the program that provides the ability to control the current flowing through the DT node, and when the current reaches the value corresponding to through the DT node level of maximum permissible current (MDT) for the battery node, the supply voltage is disconnected from the battery node to protect it from the action of large discharge currents that occur in the load (MPEU). To perform a shutdown of the battery node and simultaneously connect a backup current source, which is a BEC node capable of withstanding high discharge currents without affecting its properties, the corresponding control signals are generated and supplied to the switch node by the MK node. At the same time, the switch ensures uninterrupted switching of the 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 through the BKI node. After turning on the BEC node for power supply of the load during the operation of the maximum current load (MTN) in it, processing of signals from the BKNI node begins using the MK node. The MK node monitors the voltage at each of the ionistors that make up the BEC node. This is necessary for organizing, using the BKI node, dynamic combinatorial switching of the ionistors that are part of the BEC node, ensuring the combination (interconnection) of such a quantity that maintains the output voltage level (HCI) of the BEC node within acceptable limits. That is, as the aforementioned ionistors discharge, a dynamic change occurs in the composition of the BEC node in terms of the number of series-connected / included ionistors so that the total voltage at the output of the BEC node is within acceptable limits at which the MPEU (load) remains operational. If the ILC of the BEC node decreases below the permissible value (when all ionistors are discharged) or when the current level consumed by the load decreases below the MDT value, the MK node provides the necessary control signals for the switch, which cuts off the voltage supply from the BEC node while supplying voltage to load from the battery assembly.

В данной системе обеспечивается повышение коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи (АКБ), что достигается за счет ее отключения от нагрузки, при возникновении больших разрядных токов (БРТ), вызывающих ускоренную потерю работоспособности АКБ, и увеличения длительности электропитания нагрузки от узла БЭК, подключаемого бесперебойным путем, при возникновении БРТ, за счет динамической комбинаторной коммутации входящих в него элементов (ионисторов), выполняемой в процессе их разряда во время действия БРТ. Отключение АКБ от нагрузки, при возникновении в ней БРТ в нагрузке, и повышение времени, в течении которого может быть обеспечена нагрузка электропитанием в режиме с БРТ от узла БЭК, способствует созданию для АКБ условий, при которых она способна отдать в нагрузку максимальное количество энергоресурса/емкости. Это позволяет частично решить задачу, связанную с увеличением длительности автономной работы МПЭУ, питаемой от узла АКБ.This system provides an increase in the utilization of the energy resource / capacity of the battery (battery), which is achieved due to its disconnection from the load, when large discharge currents (BRT) occur, causing an accelerated loss of battery life, and increase the duration of the power supply of the load from the BEC node connected uninterrupted way, in the event of the BRT, due to the dynamic combinatorial switching of its constituent elements (ionistors), performed in the process of their discharge during the BRT. Disconnecting the battery from the load, if there is an BRT in the load, and increasing the time during which the load can be supplied with power in the mode with the BRT from the BEC node, helps to create conditions for the battery under which it can transfer the maximum amount of energy to the load / capacities. This allows you to partially solve the problem associated with increasing the battery life of the MPEU, powered by the battery node.

Данное техническое решение (TP) частично устраняет недостатки предыдущего устройства, поскольку обеспечивает повышение коэффициента использования энергоресурса/емкости аккумуляторной батареи, что достигается за счет ее отключения от нагрузки, при возникновении больших разрядных токов, вызывающих ускоренную потерю работоспособности АКБ, и увеличения длительности электропитания нагрузки (МПЭУ) от узла БЭК, подключаемого бесперебойным путем, при возникновении БРТ в нагрузке, за счет динамической комбинаторной коммутации входящих в него элементов (ионисторов), выполняемой в процессе их разряда во время действия БРТ.This technical solution (TP) partially eliminates the drawbacks of the previous device, since it provides an increase in the energy / capacity ratio of the battery, which is achieved by disconnecting it from the load, when large discharge currents occur that cause an accelerated loss of battery performance, and increase the load power duration ( MPEU) from the BEC node, connected in an uninterrupted way, when the BRT occurs in the load, due to the dynamic combinatorial switching included in about elements (ionistors) performed during their discharge during the action of BRT.

Недостатком данного TP является низкая эффективность системы электропитания (СЭП), с точки зрения обеспечения длительной автономной работы ТУС/МПЭУ в условиях, когда доступ к СИЭЭ отсутствует или ограничен. При использовании данного TP достигается оптимизация расхода энергоресурса АКБ, однако, восстановление ее работоспособности и/или обеспечение автономной работы МПЭУ за счет использования альтернативных источников тока - не обеспечивается.The disadvantage of this TP is the low efficiency of the power supply system (BOT), from the point of view of ensuring long-term autonomous operation of the TUS / MPEU in conditions where access to the FEE is absent or limited. Using this TP, optimization of the battery’s energy consumption is achieved, however, restoration of its operability and / or ensuring autonomous operation of the MPEU through the use of alternative current sources is not provided.

По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известная из техники [Л3] система электропитания портативного прибора (далее - система), состоящая из порта подключения внешних устройств (ППВУ), аккумуляторной батареи (АКБ), преобразователя напряжения (ПН), резервного источника электроэнергии (РИЭ), выполненного в виде литий-ионного аккумулятора, контроллера заряда резервного источника электроэнергии (КЗРИЭ), альтернативного источника питания (АИП), выполненного в виде фотоэлектрического модуля (ФЭМ), и шины электропитания портативного прибора (ШЭПП), которая своим портом соединена с первым портом АКБ, которая вторым портом соединена с первым портом КЗАБ, который своими вторым и четвертым портами соединен, соответственно, с первым портом ППВУ и с первым портом РИЭ, который вторым портом соединен с первым портом КЗРИЭ, который вторым портом соединен с третьим портом КЗАБ и первым портом ПН, который вторым портом соединен с портом ФЭП. При этом, обеспечивается возможность зарядки/подзарядки узла АКБ от внешнего источника электроэнергии типа сетевого (220 В) адаптера, подключаемого ко второму порту ППВУ.According to the authors, the closest in technical essence to the claimed object (prototype) is the portable device power supply system (hereinafter referred to as the system), known from the technology [L3], consisting of a port for connecting external devices (ППВУ), a rechargeable battery (battery), a converter voltage (PN), a backup source of electricity (RIE), made in the form of a lithium-ion battery, a charge controller of a backup source of electricity (KZRIE), an alternative power source (AIP), made in the form of a photoelectric module (FEM), and the portable power supply bus (SHEPP), which is connected by its port to the first battery port, which is connected by the second port to the first KZAB port, which is connected with its second and fourth ports, respectively, with the first ППВУ port and the first RIE port, which is connected by the second port to the first KZRIE port, which is connected by the second port to the third KZAB port and the first PN port, which is connected to the photomultiplier port by the second port. At the same time, it is possible to charge / recharge the battery node from an external source of electricity such as a network (220 V) adapter, connected to the second port of the control panel.

Функциональная схема системы приведена на фиг. 1. Система (фиг. 1) состоит из порта подключения внешних устройств (ППВУ) 2, аккумуляторной батареи (АКБ) 4, контроллера заряда аккумуляторной батареи (КЗАБ) 5, преобразователя напряжения (ПН) 6, резервного источника электроэнергии (РИЭ) 7, выполненного в виде литий-ионного аккумулятора, контроллера заряда резервного источника электроэнергии (КЗРИЭ) 8, альтернативного источника питания, выполненного в виде фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 9 и шины электропитания портативного прибора (ШЭПП) 1, которая своим портом соединена с первым портом АКБ 4, которая вторым портом соединена с первым портом КЗАБ 5, который своими вторым и четвертым портами соединен, соответственно, с первым портом ППВУ 2 и с первым портом РИЭ 7, который вторым портом соединен с первым портом КЗРИЭ 8, который вторым портом соединен с третьим портом КЗАБ 5 и первым портом ПН 6, который вторым портом соединен с портом ФЭП 9.Functional diagram of the system is shown in FIG. 1. The system (Fig. 1) consists of a port for connecting external devices (ППВУ) 2, a rechargeable battery (AKB) 4, a battery charge controller (KZAB) 5, a voltage converter (PN) 6, a backup power source (RIE) 7, made in the form of a lithium-ion battery, a backup power source charge controller (KZRIE) 8, an alternative power source made in the form of a photoelectric converter (PEC) 9 and a portable device’s power bus (SHEPP) 1, which is connected to the first port by its port KB 4, which is connected by a second port to the first port of KZAB 5, which is connected with its second and fourth ports, respectively, to the first port of the HLPE 2 and to the first port of RIE 7, which is connected by the second port to the first port of KZRE 8, which is connected to the second port the third port KZAB 5 and the first port PN 6, which is connected to the port of the photomultiplier tube 9 by the second port.

Система работает следующим образом. При наличии доступа к стационарной электросети (220 В) зарядка/подзарядка узлов АКБ 4 и РИЭ 7 может осуществляться типовым образом с использованием сетевого адаптера 3, подключаемого ко второму порту ППВУ 2. Процесс зарядки/подзарядки АКБ 4/РИЭ от сетевого источника электроэнергии выполняется по типовому алгоритму, реализуемому узлом КЗАБ 5. При отсутствии или затруднении доступа к сети 220 В восстановление работоспособности АКБ 4 может быть выполнено с использованием РИЭ 7 или альтернативного источника питания, выполненного в виде ФЭП 9. Зарядка/подзарядка РИЭ 7 осуществляется с помощью узлов ФЭП 9, ПН 6 и КЗРИЭ 8. При достаточном уровне освещенности (например, в солнечный день) напряжение на выходе ФЭП 9 составляет около 3,7 В, которое с помощью ПН 6 увеличивается до 5,5-6 В при токе до 600 мА. Наличие РИЭ 7 позволяет осуществить подзарядку АКБ 4 в темное время суток, когда узел ФЭП 9 теряет свою работоспособность (например, в условиях недостаточной освещенности/ночью)The system operates as follows. If you have access to a stationary power supply network (220 V), charging / recharging the nodes of battery 4 and RIE 7 can be carried out in a typical way using a network adapter 3 connected to the second port of the control panel 2. The process of charging / recharging the battery 4 / RIE from a network power source is performed a typical algorithm implemented by the KZAB node 5. If there is no or difficulty access to the 220 V network, the battery 4 can be restored to operability using RIE 7 or an alternative power source made in the form of photomultiplier 9. Charge a / recharging RIE 7 is carried out using the solar cells 9, PN 6 and KZRE 8. At a sufficient level of illumination (for example, on a sunny day), the voltage at the output of the solar cells 9 is about 3.7 V, which with the help of PN 6 increases to 5, 5-6 V at current up to 600 mA. The presence of RIE 7 allows you to recharge the battery 4 in the dark, when the solar cell node 9 loses its functionality (for example, in low light / night)

Данная система частично устраняет недостатки предыдущего устройства, поскольку обеспечивает возможность поддержания МПЭУ в рабочем состоянии в условиях, когда доступ к СИЭЭ ограничен или отсутствует. Это достигается за счет использования альтернативного источника ЭЭ (узел ФЭП 9), обеспечивающего выработку ЭЭ из солнечного света, накопление этой ЭЭ в узле РИЭ 7 и осуществление подзарядки АКБ 4, обеспечивающей электропитание МПЭУ.This system partially eliminates the disadvantages of the previous device, because it provides the ability to maintain MPEU in working condition in conditions when access to FEE is limited or absent. This is achieved through the use of an alternative source of EE (photomultiplier node 9), which ensures the generation of EE from sunlight, the accumulation of this EE in the RIE node 7, and recharging the battery 4, which provides power to the MPEU.

Данная система имеет недостатки, аналогичные предыдущему техническому решению. Низкая эффективность данной системы, с точки зрения решения поставленной задачи, обусловлена тем, что работа узла ФЭП 9 возможна только при размещении его в условиях достаточной освещенности, а в иных условиях (например, ночью) накопление ЭЭ в узле РИЭ 7 не обеспечивается, что не позволяет осуществлять подзарядку от него АКБ 4 более одного раза. Возможность использования ЭЭ иных альтернативных источников тока в данном устройстве для поддержания системы электропитания МПЭУ в рабочем состоянии не обеспечивается.This system has disadvantages similar to the previous technical solution. The low efficiency of this system, from the point of view of solving the formulated problem, is due to the fact that the operation of the photomultiplier unit 9 is possible only when it is placed in conditions of sufficient illumination, and in other conditions (for example, at night) the accumulation of electric energy in the RIE unit 7 is not ensured, which is not allows you to recharge the battery 4 from it more than once. The possibility of using EE of other alternative current sources in this device to maintain the MPEU power supply system in working condition is not provided.

По мнению авторов, решение поставленной задачи может быть основано на использовании технологий аккумуляции энергии (ТАЭ) [Л4], извлекаемой из внешней среды. По мнению экспертов [Л5], использование ТАЭ позволяет отказаться от применения батарей в качестве традиционного элемента питания. Применение систем аккумуляции энергии наиболее эффективно в приложениях, где используются технические устройства и системы с длительным сроком службы/эксплуатации и затруднительным доступом для их обслуживания. Отмечается, что современные микроконтроллеры с ультранизким энергопотреблением достигли такого уровня интеграции и эффективности работы, что для многих приложений более не требуются обычные виды батарей. Например, к таким приложениям относятся довольно сложные сети датчиков, которые могут передавать данные с помощью беспроводной связи. Собирая весьма малое количество энергии из окружающей среды, эти системы способны работать почти бесконечно без использования батарей. Такая технология не только улучшает свойства приложений из-за исключения их зависимости от времени работы батарей, но также способствует появлению совершенно нового класса приложений, которые ранее были невозможны из-за конечного срока службы источников питания и их значительных размеров. Отмечается, что системы, предназначенные для сбора энергии, состоят из двух основных частей: устройств, которые преобразуют энергию из окружающей среды и средств хранения энергии для дальнейшего использования приложением. При этом, наиболее распространенными источниками энергии являются свет, тепло, радиочастота и вибрация. Каждый вид энергии имеет свои преимущества и недостатки, а конкретная технология сбора энергии зависит от приложения. Очевидно, что прибор, оснащенный солнечной панелью, бесполезен, если он находится в темном месте весь день. Назначение системы аккумуляции энергии заключается в сборе доступной энергии, которая, в противном случае, была бы потеряна. Поскольку в большинстве случаев энергия поступает в виде низкого напряжения в течение длительного периода времени, ее следует вначале сохранить и сделать доступной для приложения по необходимости. В то время как система накапливает энергию, МК, сенсоры и система связи могут работать в дежурном режиме, который позволяет минимизировать утечки энергии. Компонент, используемый для хранения энергии, должен работать как буфер для остальной части приложения. Емкость и технические параметры буфера зависят от приложения. Если оно затрачивает длительное время для доступа к источнику энергии, требуется довольно мощный буфер, но если приложение постоянно находится около источника энергии и редко переходит в активный режим (приложения с малым рабочим циклом), достаточно небольшого буфера. Для наиболее широко используемых приложений идеальный энергетический буфер должен обладать следующими свойствами: весьма незначительные утечки (саморазряд), неограниченная емкость, малый объем, отсутствие необходимости преобразования энергии, эффективность приема и передачи энергии. В идеальном случае существующий источник питания заменяется системой аккумуляции энергии для питания изделия. Однако в реальности это возможно только в том случае, когда устройство сбора энергии всегда обеспечивает выполнение тех требований приложения по потребляемой мощности, что и при использовании обычного источника питания. На практике, системы накопления энергии ориентированы на работу при сверхнизком потреблении мощности и должны учитывать широкие колебания входной энергии, включая вероятность того, что ее источник становится недоступным на некоторый период времени.According to the authors, the solution to this problem can be based on the use of energy storage technologies (TAE) [L4], extracted from the external environment. According to experts [L5], the use of TAE makes it possible to abandon the use of batteries as a traditional battery. The use of energy storage systems is most effective in applications where technical devices and systems with a long service / operation life and difficult access for their maintenance are used. It is noted that modern micro-controllers with ultra-low power consumption have reached such a level of integration and operational efficiency that for many applications conventional types of batteries are no longer required. For example, such applications include fairly sophisticated sensor networks that can transmit data wirelessly. Collecting a very small amount of energy from the environment, these systems are able to work almost indefinitely without the use of batteries. This technology not only improves the properties of applications due to the exclusion of their dependence on battery life, but also contributes to the emergence of a completely new class of applications that were previously impossible due to the finite life of the power sources and their significant size. It is noted that systems designed to collect energy consist of two main parts: devices that convert energy from the environment and energy storage facilities for further use by the application. Moreover, the most common sources of energy are light, heat, radio frequency and vibration. Each type of energy has its advantages and disadvantages, and the specific technology for collecting energy depends on the application. Obviously, a device equipped with a solar panel is useless if it is in a dark place all day. The purpose of the energy storage system is to collect available energy that would otherwise be lost. Since in most cases the energy comes in the form of a low voltage for a long period of time, it should first be stored and made available for the application as necessary. While the system stores energy, MCs, sensors, and the communication system can operate in standby mode, which minimizes energy leakage. The component used to store energy should act as a buffer for the rest of the application. The capacity and technical parameters of the buffer depend on the application. If it takes a long time to access the energy source, a fairly powerful buffer is required, but if the application is constantly near the energy source and rarely goes into active mode (applications with a small duty cycle), a small buffer is enough. For the most widely used applications, an ideal energy buffer should have the following properties: very small leaks (self-discharge), unlimited capacity, small volume, no need for energy conversion, the efficiency of energy reception and transmission. Ideally, the existing power source is replaced with an energy storage system to power the product. However, in reality, this is only possible if the energy harvesting device always ensures that the application requirements for power consumption are met, as with a conventional power source. In practice, energy storage systems are oriented towards ultra-low power consumption and must take into account wide fluctuations in the input energy, including the probability that its source becomes unavailable for a certain period of time.

При реализации предложенной авторами идеи, связанной с решением поставленной задачи, в качестве накопителя ЭЭ предпочтительно использовать тонкопленочные батареи (ТПБ), известные из [Л6], которые отличаются высокой миниатюрностью (толщина ТПБ составляет всего 0.17 мм, что примерно равно толщине почтовой марки) возможностью большого количества циклов перезарядки, составляющей до 100000 циклов, в то время когда большая часть ныне существующих батарей выдерживают от 300 до 1000 циклов перезарядки. Тонкопленочные батареи от компании IPS называются Thinergy (for Thin Energy - тонкая энергия), они используют литий-ионную технологию, которая сейчас наиболее популярна в потребительской электронике, включая сотовые телефоны, наручные часы и даже электромобили. Кроме большого количества циклов перезарядки эти батареи отличаются возможностью зарядки постоянным напряжением без применения токоограничивающих цепей, могу быть заряжены очень быстро (около 15 минут) и не имеют известного «эффекта памяти». Также, заряжать эти батареи можно с помощью любого источника энергии, включая солнечные батареи, кинетические зарядные устройства, пьезоэлектрики и даже с помощью электромагнитных волн.When implementing the idea proposed by the authors related to the solution of the problem, it is preferable to use thin-film batteries (TPB) known from [L6] as an EE storage device, which are distinguished by their high miniature size (TPB thickness is only 0.17 mm, which is approximately equal to the thickness of a postage stamp) a large number of recharge cycles, up to 100,000 cycles, while most of the existing batteries withstand from 300 to 1000 recharge cycles. IPS thin-film batteries are called Thinergy (for Thin Energy - thin energy), they use lithium-ion technology, which is now the most popular in consumer electronics, including cell phones, watches and even electric cars. In addition to a large number of recharge cycles, these batteries differ in the ability to charge with a constant voltage without the use of current-limiting circuits, I can be charged very quickly (about 15 minutes) and do not have a known "memory effect". Also, these batteries can be charged using any energy source, including solar panels, kinetic chargers, piezoelectrics, and even using electromagnetic waves.

Как известно из [Л7], технология Thinergy сочетает особенности обычных перезаряжаемых батарей и суперконденсаторов. Зарядка до 90% емкости длится всего 8 минут, а число циклов полного разряда-заряда может достигать до 100 тыс. Самой главной особенностью аккумуляторов Thinergy является способность сохранять заряд в течение весьма продолжительного времени - до нескольких лет. Процесс зарядки микро-аккумуляторов предельно упрощен. В нем нет встроенного контроллера, и батарею можно заряжать током от десятков наноампер и выше. Судя по таким характеристикам, Thinergy идеально подходят для работы в различных устройствах, использующих маломощные источники энергии: вибрации, колебания, солнечную энергию и т.п. Высокий уровень миниатюрности позволяют использовать батареи типа Thinergy в смарт-картах, RFID-метках и даже имплантах, поскольку срок службы таких батарей может составлять десятилетия.As is known from [L7], Thinergy technology combines the features of conventional rechargeable batteries and supercapacitors. Charging up to 90% of the capacity lasts only 8 minutes, and the number of cycles of a full discharge-charge can reach up to 100 thousand. The most important feature of Thinergy batteries is the ability to maintain charge for a very long time - up to several years. The process of charging micro-batteries is extremely simplified. It has no built-in controller, and the battery can be charged with current from dozens of nanoamps and above. Judging by these characteristics, Thinergy is ideal for working in various devices using low-power sources of energy: vibration, vibration, solar energy, etc. Thinergy batteries can be used in smart cards, RFID tags, and even implants because of their high miniature size, since they can last for decades.

По мнению авторов, система сбора и аккумуляции ЭЭ внешней среды может базироваться на использовании специализированных микросхем, обеспечивающих управление процессами сбора, накопления и расходования энергии, получаемой от различных микромощных альтернативных источников ЭЭ - сборщиков энергии внешней среды. Для этих целей может быть использована известная из техники [Л8] специализированная микросхема типа bq25504 производства компанияи Texas Instruments, предназначенная для устройств сбора энергии, отличающаяся сверхнизким током покоя (около 300 нА), возможностью «холодного запуска» при экстремально низком входном напряжении (около 300 мВ) и наличием встроенного исключительно эффективного повышающего конвертора напряжения, адаптированного для работы с микро- и милливаттными источниками энергии, генерируемой фотогальваническими, термоэлектрическими, электромагнитнымиAccording to the authors, the system for collecting and accumulating EE of the external environment can be based on the use of specialized microcircuits that provide control over the processes of collecting, accumulating, and consuming energy received from various micropower alternative sources of EE - collectors of environmental energy. For these purposes, a specialized chip type bq25504 manufactured by Texas Instruments, which is known from the technology [L8], can be used for energy collection devices, characterized by an ultra-low quiescent current (about 300 nA), the possibility of “cold start” at an extremely low input voltage (about 300 mV) and the presence of a built-in extremely effective step-up voltage converter, adapted to work with micro- and milliwatt sources of energy generated by photovoltaic, thermoelectric, lektromagnitnymi и вибрационнымиand vibrating

преобразователями с возможностью обеспечивать накопление извлеченной энергии в элементах различных типов, включая Li-ion аккумуляторы, ионисторы/суперконденсаторы. Микросхема bq25504 также включает в себя схему, защищающую накопитель энергии от повышенного и пониженного напряжения и обеспечивающую запуск системы при глубоком разряде батареи. Например, при извлечении энергии из питающей портативное устройство солнечной батареи в условиях комнатного освещения данная микросхема позволит увеличить получаемую мощность на 30…70%, по сравнению с линейным стабилизатором. Столь высокая эффективность позволяет уменьшить размеры и количество используемых солнечных панелей. Ключевыми особенностями и характеристиками данной микросхемы являются: малый ток покоя, низкое напряжение «холодного запуска», что позволяет работать микросхеме от одной ячейки солнечной батареи при низком уровне освещенности, от термогенератора при малой разности температур, и от других низковольтных устройств, высокий КПД, превышающий 80%, что максимизирует количество энергии, извлекаемой из преобразователя, использование системы слежения за точкой максимальной мощности, что оптимизирует количество энергии, извлекаемой из альтернативных источников ЭЭ (например, солнечных панелей при переменной освещенности, или из термоэлектрических генераторов, работающих в условиях изменяющейся температуры), доступность осуществления программируемых пользователем настроек, что позволяет использовать микросхему преобразователя с разнообразными источниками и накопителями энергии (например, такими, как аккумуляторы различных типов и ионисторы/ суперконденсаторы).converters with the ability to provide the accumulation of extracted energy in elements of various types, including Li-ion batteries, ionistors / supercapacitors. The bq25504 chip also includes a circuit that protects the energy storage device from overvoltage and undervoltage and ensures that the system starts when the battery is deeply discharged. For example, when extracting energy from a solar battery supplying a portable device in room lighting conditions, this microcircuit will increase the received power by 30 ... 70%, compared with a linear stabilizer. Such high efficiency can reduce the size and number of solar panels used. The key features and characteristics of this microcircuit are: low quiescent current, low “cold start” voltage, which allows the microcircuit to operate from a single cell of the solar battery at low light levels, from a heat generator at a small temperature difference, and from other low-voltage devices, high efficiency exceeding 80%, which maximizes the amount of energy extracted from the converter, the use of a maximum power point tracking system, which optimizes the amount of energy extracted from the alternative EE sources (for example, solar panels with variable illumination, or from thermoelectric generators operating under varying temperatures), the availability of user-programmable settings, which allows the use of a converter microchip with various sources and energy storage devices (for example, such as batteries of various types and ionistors / supercapacitors).

Целью полезной модели является повышение длительности автономной работы известного устройства при его эксплуатации в условиях, когда доступ к стационарным источникам электрической энергии затруднен/ ограничен или отсутствует.The purpose of the utility model is to increase the battery life of the known device during its operation in conditions when access to stationary sources of electrical energy is difficult / limited or absent.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известное устройство, состоящее из порта подключения внешних устройств (ППВУ), аккумуляторной батареи (АКБ), преобразователя напряжения (ПН), резервного источника электроэнергии (РИЭ), контроллера заряда резервного источника электроэнергии (КЗРИЭ), фотоэлектрического модуля (ФЭМ) и шины электропитания портативного прибора (ШЭПП), которая своим портом соединена с первым портом АКБ, которая вторым портом соединена с первым портом КЗАБ, который своими вторым и четвертым портами соединен, соответственно, с первым портом ППВУ и с первым портом РИЭ, который вторым портом соединен с первым портом КЗРИЭ, кроме того, узел ФЭП своим портом соединен со вторым портом ПН, и выполненное с возможностью зарядки/ подзарядки узла АКБ от внешнего источника электроэнергии типа сетевого (220 В) адаптера, подключаемого ко второму порту ППВУ, дополнительно в его состав введены менеджер сбора электроэнергии (МСЭЭ), сборщик радиочастотной энергии (СРЧЭ), сборщик вибрационной энергии (СВЭ) и термоэлектрический генератор (ТЭГ), который своим портом соединен с первым портом МСЭЭ, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с портом СРЧЭ, с портом СВЭ, с первым портом ГШ и со вторым портом КЗРИЭ, при этом, узел МСЭЭ выполнен с возможностью сбора электрической энергии внешней среды (ЭЭВС), поступающей от узлов ТЭГ, СРЧЭ, СВЭ и ФЭП, с использованием системы слежения за точкой максимальной мощности и аккумуляции ЭЭВС в РИЭ, кроме того, узел РИЭ выполнен по технологии перезаряжаемых батарей типа Thinergy и обеспечивает зарядку в течении времени, исчисляемого минутами, и количество циклов полного разряда-заряда, исчисляемых сотнями тысяч.This goal is achieved due to the fact that in the known device, consisting of a port for connecting external devices (ППВУ), a battery (battery), a voltage converter (PN), a backup source of electricity (RIE), a charge controller of a backup source of electricity (KZRIE), photovoltaic module (FEM) and the portable power supply bus (SHEPP), which is connected by its port to the first port of the battery, which is connected to the first port of KZAB, which is connected by its second and fourth ports, respectively Naturally, with the first port of the HVDC and with the first port of the REE, which is connected to the first port of the CZRE by the second port, in addition, the photomultiplier node is connected by its port to the second port of the PN, and made with the possibility of charging / recharging the battery node from an external source of electric energy such as network ( 220 V) of the adapter connected to the second PPVU port; additionally, it includes an electric power collection manager (ITEM), a radio frequency energy collector (RFE), a vibration energy collector (SVE) and a thermoelectric generator (TEG), which connects with its port n with the first port of the ITEE, which is connected with its second to fifth ports, respectively, to the SECP port, to the SVE port, to the first main power supply port and to the second KZREE port, while the ITU node is configured to collect electrical energy from the environment ) coming from the TEG, SRE, SVE and FEP nodes, using the tracking system for the point of maximum power and the accumulation of the EMEC in RIE, in addition, the RIE node is made using the technology of rechargeable Thinergy batteries and provides charging for a time calculated in minutes, and quantities the full-charge discharge cycles, hundreds of thousands.

Функциональная схема устройства поддержания аккумуляторной батареи в рабочем состоянии (далее - устройство) представлена на фиг. 2.The functional diagram of the device for maintaining the battery in working condition (hereinafter referred to as the device) is shown in FIG. 2.

Устройство (фиг. 2) состоит из шины электропитания портативного прибора (ШЭПП) 1, порта подключения внешних устройств (ППВУ) 2, аккумуляторной батареи (АКБ) 4, контроллера заряда аккумуляторной батареи (КЗАБ) 5, преобразователя напряжения (ПН) 6, резервного источника электроэнергии (РИЭ) 7, контроллера заряда резервного источника электроэнергии (КЗРИЭ) 8, термоэлектрического генератора (ТЭГ) 10, менеджера сбора электроэнергии (МСЭЭ) 11, сборщика радиочастотной энергии (СРЧЭ) 12, сборщика вибрационной энергии (СВЭ) 13 и фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 9, который своим портом соединен со вторым портом ПН 6, который первым портом соединен с четвертым портом МСЭЭ 11, который своими третьим, вторым, первым и пятыми портами соединен, соответственно, с портом СВЭ 13, с портом СРЧЭ 12, с портом ТЭГ 10 и со вторым портом КЗРИЭ 8, который первым портом соединен со вторым портом РИЭ 7, который первым портом соединен с четверым портом КЗАБ, который своими вторым и первым портами соединен, соответственно, с первым портом ППВУ 2 и со вторым портом АКБ 4, которая первым портом соединена с портом ШЭПП 1. При этом, узел МСЭЭ 11 выполнен с возможностью сбора электрической энергии внешней среды (ЭЭВС), поступающей от узлов ТЭГ 10, СРЧЭ 12, СВЭ 13 и ФЭП 9, с использованием системы слежения за точкой максимальной мощности и аккумуляции ЭЭВС в РИЭ 7, кроме того, узел РИЭ 7 выполнен по технологии перезаряжаемых батарей типа Thinergy и обеспечивает зарядку в течении времени, исчисляемого минутами, и количество циклов полного разряда-заряда, исчисляемых сотнями тысяч.The device (Fig. 2) consists of a power cable for a portable device (SHEPP) 1, a port for connecting external devices (PPVU) 2, a rechargeable battery (AKB) 4, a battery charge controller (KZAB) 5, a voltage converter (PN) 6, a backup an electric power source (RIE) 7, a backup power source charge controller (CLEP) 8, a thermoelectric generator (TEG) 10, an electric energy collection manager (ITEM) 11, a radio frequency energy collector (RFE) 12, a vibration energy collector (LEA) 13 and a photoelectric converter I (FEP) 9, which is connected by its port to the second port of PN 6, which is connected by the first port to the fourth port of ITU 11, which, with its third, second, first and fifth ports, is connected, respectively, to the SVE port 13, to the SRE port 12, with the TEG port 10 and with the second port of KZRIE 8, which is connected by the first port to the second port of RIE 7, which is connected by the first port to the fourth port of KZAB, which is connected with its second and first ports to the first port of the ППВУ 2 and the second port of the battery 4, which is connected to the SHEPP 1 port by the first port. ohm, the ITUEE 11 node is configured to collect electrical energy of the external environment (EEMS) coming from the TEG 10, SREK 12, SVE 13 and FEP 9 nodes, using the tracking system for the point of maximum power and the accumulation of the EEDS in RIE 7, in addition, RIE 7 unit is made using the technology of rechargeable batteries of the Thinergy type and provides charging during the time calculated in minutes and the number of cycles of a full discharge-charge, estimated in hundreds of thousands.

Устройство (фиг. 2) функционирует аналогично прототипу в части, касающейся использования узлов ШЭПП 1, АКБ 4, ППВУ 2, КЗАБ 5, РИЭ 7, КЗРИЭ 8, ФЭП 9 и ПН 6. В данном устройстве обеспечивается возможность восстановления энергоресурса АКБ 4 и РИЭ 7 как с использованием электроэнергии от стационарных источников, например электросети 220 В, так и альтернативных источников ЭЭ. При наличии доступа к СИЭЭ типа электросети 220 В зарядка/ подзарядка АКБ 4/ РИЭ 7 осуществляется типовым способом (как в системе-прототипе), который предусматривает подачу напряжения от сетевого (220 В) адаптера на порт 3 узла ППВУ 2. Далее, зарядка/ подзарядки АКБ 4 и РИЭ 7 может выполняться с помощью узла КЗАБ 5 по типовым алгоритмам. При отсутствии СИЭЭ работоспособность АКБ 4 может быть восстановлена с использованием ЭЭ, накопленной в узле РИЭ 7, энергоресурс которого может пополняться за счет альтернативных источников ЭЭ, роль которых выполняют узлы ТЭГ 10, СРЧЭ 12, СВЭ 13 и ФЭП 9. Процессом сбора ЭЭ из внешней среды и накоплением ее в РИЭ 7 управляет МСЭЭ 11 совместно с узлом КЗРИЭ 8. Накопленная/ запасенная в РИЭ 7 электроэнергия может быть использована по мере необходимости (например, при отсутствии СИЭЭ) для восполнения потерь энергоресурса АКБ 4, потребляемого ШЭПП 1.The device (Fig. 2) functions similarly to the prototype in terms of the use of SHEPP 1, battery 4, PPVU 2, KZAB 5, RIE 7, KZRIE 8, FEP 9 and PN 6 units. This device provides the possibility of restoring the energy resource of battery 4 and RIE 7 both using electric power from stationary sources, for example, 220 V electric network, and alternative sources of energy efficiency. If you have access to the FIEE type 220 V power supply, charging / recharging of the battery 4 / RIE 7 is carried out in a standard way (as in the prototype system), which provides for the supply of voltage from the network (220 V) adapter to port 3 of the PPVU node 2. Next, charging / recharging the battery 4 and RIE 7 can be performed using the KZAB 5 node according to standard algorithms. In the absence of FEEE, the battery 4 can be restored using the energy stored in the RIE 7 node, the energy resource of which can be replenished by alternative sources of energy efficiency, the role of which is played by the TEG 10, SRChE 12, SVE 13 and FEP 9 nodes. environment and its accumulation in RIE 7 is managed by ITU 11 together with the KZRIE 8 node. The electricity accumulated / stored in RIE 7 can be used as necessary (for example, in the absence of FIEE) to compensate for the energy loss of battery 4 consumed by SHEPP 1.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является повышение надежности системы электропитания МПЭУ, с точки зрения сохранения его работоспособности при отсутствии доступа к СИЭЭ, за счет использования электрической энергии, которая извлекается из внешней среды с помощью альтернативных источников ЭЭ (узлы ТЭГ 10, СРЧЭ 12, СВЭ 13 и ФЭП 9). При этом, ЭЭ альтернативных источников аккумулируется в резервном источнике электроэнергии (узел РИЭ 7) и используется для восполнения затрат энергоресурса АКБ 4, которая обеспечивает электропитание ШЭПП 1 (МПЭУ).The technical result achieved by using the proposed technical solution is to increase the reliability of the MPEU power supply system, from the point of view of maintaining its operability in the absence of access to FEE, due to the use of electric energy that is extracted from the environment using alternative EE sources (TEG 10, СРЭЭ 12, СВЭ 13 and ФЭП 9). At the same time, the energy efficiency of alternative sources is accumulated in the reserve source of electricity (RIE 7 node) and is used to reimburse the energy costs of battery 4, which provides power for SHEPP 1 (MPEU).

В предлагаемом устройстве поддержания аккумуляторной батареи в рабочем состоянии обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.In the proposed device for maintaining the battery in working condition provides the following combination of distinctive features and properties.

В состав известного устройства дополнительно введены менеджер сбора электроэнергии (МСЭЭ), сборщик радиочастотной энергии (СРЧЭ), сборщик вибрационной энергии (СВЭ) и термоэлектрический генератор (ТЭГ), который своим портом соединен с первым портом МСЭЭ, который своими со второго по пятый портами соединен, соответственно, с портом СРЧЭ, с портом СВЭ, с первым портом ПН и со вторым портом КЗРИЭ.The composition of the known device is additionally introduced an electricity collection manager (ITEM), a radio frequency energy collector (RFE), a vibration energy collector (SVE) and a thermoelectric generator (TEG), which is connected by its port to the first port of the ITU, which is connected with its second to fifth ports , respectively, with the MHRE port, with the MEA port, with the first PN port and with the second KZREE port.

Узел МСЭЭ 11 выполнен с возможностью сбора электрической энергии внешней среды (ЭЭВС), поступающей от узлов ТЭГ 10, СРЧЭ 12, СВЭ 13 и ФЭП 9, с использованием системы слежения за точкой максимальной мощности и аккумуляции ЭЭВС в РИЭ 7.The MSEE 11 node is configured to collect the electric energy of the external environment (EME) from the TEG 10, SREK 12, SVE 13, and FEP 9 nodes using a tracking system for the point of maximum power and the accumulation of EME in RIE 7.

Узел РИЭ 7 выполнен по технологии перезаряжаемых батарей типа Thinergy и обеспечивает зарядку в течении времени, исчисляемого минутами, и количество циклов полного разряда-заряда, исчисляемых сотнями тысяч.The RIE 7 unit is made using the technology of rechargeable batteries of the Thinergy type and provides charging during the time calculated in minutes and the number of cycles of a complete discharge-charge in the hundreds of thousands.

Сочетание отличительных признаков и свойств, предлагаемом устройстве поддержания аккумуляторной батареи в рабочем состоянии, из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по повышению длительности автономной работы известного устройства при его эксплуатации в условиях, когда доступ к стационарным источникам электрической энергии затруднен/ ограничен или отсутствует, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.The combination of distinctive features and properties of the proposed device for maintaining the battery in working condition is not known from the technology, therefore it meets the criterion of novelty. At the same time, to achieve the maximum effect of increasing the battery life of the known device during its operation in conditions when access to stationary sources of electric energy is difficult / limited or absent, it is necessary to use the whole set of distinctive features and properties mentioned above.

Обобщенный алгоритм функционирования предлагаемого устройства поддержания аккумуляторной батареи в рабочем состоянии может быть представлен в следующем виде.A generalized algorithm for the functioning of the proposed device to maintain the battery in working condition can be presented in the following form.

- Начало;- Start;

- Шаг - 1. Проверка: напряжение питания от внешнего источника энергии на узел ППВУ 2 подано? - Если да, то переход к шагу 2, если нет, переход к шагу 4;- Step - 1. Verification: is the voltage supplied from the external energy source to the PPVU 2 unit? - If yes, then go to step 2; if not, go to step 4;

- Шаг - 2. Запуск в узле КЗАБ 5 процедуры подзарядки/ зарядки АКБ 4 и РИЭ 7, переход к шагу 3;- Step - 2. Launch in the KZAB node 5 the recharging / charging procedure for battery 4 and RIE 7, go to step 3;

- Шаг - 3. Проверка: зарядка АКБ 4 и РИЭ 7 завершена? Если нет, то возврат к шагу 1, если да, то переход к шагу 4;- Step - 3. Check: is charging of battery 4 and RIE 7 completed? If not, then return to step 1; if so, go to step 4;

- Шаг - 4. Мониторинг альтернативных источников тока, сбор энергии внешней среды (ЭВС) посредством узлов ТЭГ 10, СРЧЭ 12, СВЭ 13, ФЭП 9 и ПН 6, подача ЭВС на узел КЗРИЭ 8 для накопления ЭЭ в узле РИЭ 7, переход к шагу 5;- Step - 4. Monitoring of alternative current sources, collection of environmental energy (EMF) through TEG 10, SREK 12, SVE 13, FEP 9 and PN 6 nodes, supply of EMU to KZRIE 8 for accumulating EE in RIE 7, transition to step 5;

- Шаг - 5. Проверка: узел АКБ 4 работоспособен? - Если да, то возврат к шагу 1, если нет, то переход к шагу 6;- Step - 5. Check: is the battery pack 4 functional? - If yes, then return to step 1, if not, then go to step 6;

- Шаг - 6. Проверка: напряжение питания от внешнего источника энергии на узел ППВУ 2 подано? - Если да, то переход к шагу 2, если нет, переход к шагу 7;- Step - 6. Check: is the voltage supplied from the external energy source to the PPVU 2 unit? - If yes, then go to step 2; if not, go to step 7;

- Шаг - 7. Запуск процедуры подзарядки АКБ 4 от узла РИЭ 7 с использованием узла КЗРИЭ 8, переход к шагу 8;- Step - 7. Launching the procedure of recharging the battery 4 from the RIE 7 node using the KZRIE 8 node, proceeding to step 8;

- Шаг - 8. Проверка: подзарядка АКБ 4 завершена? - Если да, то переход к шагу 1, если нет, то переход к шагу 9;- Step - 8. Check: is charging of battery 4 complete? - If yes, then go to step 1, if not, then go to step 9;

- Шаг-9. Проверка: энергоресурс РИЭ 7 исчерпан? - Если да, то переход к шагу 10, если нет, то переход к шагу 1;- Step 9. Check: energy resource RIE 7 exhausted? - If so, go to step 10; if not, go to step 1;

- Шаг-10. Переход в режим сбора энергии внешней среды (ЭВС) посредством узлов ТЭГ 10, СРЧЭ 12, СВЭ 13, ФЭП 9 и ПН 6, подача ЭВС на узел КЗРИЭ 8 для накопления ЭЭ в узле РИЭ 7, переход к шагу 9;- Step 10. The transition to the mode of collecting environmental energy (EMU) through the nodes of TEG 10, SRE 12, SVE 13, FEP 9 and PN 6, the supply of EMU to the node KZREE 8 for accumulating energy in the node RIE 7, go to step 9;

- Конец.- The end.

Узлы ШЭП 1, ППВУ 2, АКБ 4, КЗАБ 5, ПН 6, РИЭ 7, КЗРИЭ 8 и ФЭП 9 могут быть аналогичными соответствующим признакам прототипа и не требуют значительной доработки при реализации предлагаемого технического решения.Nodes SHEP 1, ППВУ 2, АКБ 4, КЗАВ 5, ПН 6, РИЭ 7, КЗРИЭ 8 and ФЭП 9 can be similar to the corresponding features of the prototype and do not require significant improvement in the implementation of the proposed technical solution.

В качества узла ТЭГ 10 может быть использован миниатюрный термоэлектрический генератор, известный из [Л9] от корейского института KAIST. Это изделие отличается высоким уровнем эффективности, выполнено в виде миниатюрной, гибкой конструкции, что позволяет разместить ее на коже человека и использовать его тепло для подпитки аккумуляторов. При площади около 10 кв.см, весе менее 13 грамм и при комнатной температуре его мощности хватает, чтобы вырабатывать электроэнергию мощностью до 40 мВт. Как альтернативный вариант, узел ТЭГ 10 может быть реализован на основе миниатюрного тонкопленочного термоэлектрического генератора (TEG™) [Л10] от компании Nextreme. Это изделие обеспечивает выработку энергии плотностью более 3 Вт/см². Тонкопленочный термоэлектрический генератор компании Nextreme вырабатывает более 100 мВт энергии при разнице температур 70K и более 300 мВт при разнице температур в 120K. Модули размером всего 3,5×3,5 мм позволяют получить на выходе мощность плотностью порядка 1-3 Вт/см².As a TEG 10 unit, a miniature thermoelectric generator, known from [L9] from the Korean KAIST Institute, can be used. This product is characterized by a high level of efficiency, made in the form of a miniature, flexible design, which allows you to place it on human skin and use its heat to recharge the batteries. With an area of about 10 sq. Cm, weighing less than 13 grams and at room temperature, its capacity is enough to generate electricity with a capacity of up to 40 mW. As an alternative, the TEG 10 assembly can be implemented on the basis of a miniature thin-film thermoelectric generator (TEG ™) [L10] from Nextreme. This product provides energy production with a density of more than 3 W / cm ² . Nextreme's thin-film thermoelectric generator generates more than 100 mW of energy at a temperature difference of 70K and more than 300 mW at a temperature difference of 120K. Modules with a size of only 3.5 × 3.5 mm allow you to get power output with a density of the order of 1-3 W / cm ² .

В качестве узла ФЭП 9 могут быть использованы известные из техники [Л11] фотоэлектрические солнечные модули (ФЭСМ), которые широко используются в качестве самостоятельных/автономных источников электроэнергии (САИЭ) для питания аппаратуры малой мощности (радиостанций, GPS-навигаторов, КПК и др.). Эти изделия/модули изготовлены из монокристаллического кремния, защищены антибликовым покрытием, имеют КПД преобразователей не менее 13%, обеспечивают выходное напряжение 4.6-3.0 В при мощности не менее 2 Вт, имеют большой срок службы (не мене 12 лет) и широкий диапазон рабочих температур (-50°C…+70), поэтому могут быть успешно использованы в качестве источника электрической энергии для осуществления зарядки/подзарядки узла АКБ МПЭУ в условиях, когда доступ к СИЭЭ ограничен или не возможен. Альтернативным вариантом реализации узла ФЭП 15 является использование известных из техники [Л12] аморфных фотоэлектрических модулей (АФЭМ), которые также широко используются в качестве автономных источников электрической энергии. АФЭМ относятся к новому поколению фотоэлектрических модулей типа «a-Si/µc-Si Double», которые изготавливаются с применением тонких пленок аморфного кремния a-Si и микропрозрачной кремниевой пленки µc-Si. При этом слой аморфного кремния преобразует в электрическую энергию видимую часть спектра солнца, а микропрозрачная пленка преобразует энергию солнца невидимого инфракрасного спектра. Такая тандемная технология кремниевых пленок позволяет повышать эффективность работы модулей приблизительно на 50% по сравнению с традиционной однопленочной технологией. АФЭМ отличаются высокой эффективностью, с точки зрения работы (преобразования солнечной энергии в электричество) даже в плохую погоду, при недостаточной освещенности, при рассеянном свете и в жарком климате.As a photomultiplier node 9, photovoltaic solar modules (FESM) known from the technology [L11] can be used, which are widely used as independent / autonomous sources of electricity (SAEI) to power low-power equipment (radio stations, GPS navigators, PDAs, etc.). ) These products / modules are made of monocrystalline silicon, protected by anti-reflective coating, have a converter efficiency of at least 13%, provide an output voltage of 4.6-3.0 V at a power of at least 2 W, have a long service life (at least 12 years) and a wide range of operating temperatures (-50 ° C ... + 70), therefore, they can be successfully used as a source of electric energy for charging / recharging the MPEU battery assembly in conditions when access to the FEE is limited or not possible. An alternative embodiment of the FEP 15 assembly is the use of amorphous photovoltaic modules (AFEM) known from the technique [L12], which are also widely used as autonomous sources of electrical energy. AFEMs belong to the new generation of “a-Si / µc-Si Double” photovoltaic modules, which are manufactured using thin films of amorphous a-Si silicon and a microcrystalline silicon film µc-Si. In this case, the layer of amorphous silicon converts the visible part of the spectrum of the sun into electrical energy, and the microparticle film converts the energy of the sun to the invisible infrared spectrum. This tandem technology of silicon films can increase the efficiency of the modules by about 50% compared with traditional single-film technology. AFEM are highly efficient in terms of operation (converting solar energy to electricity) even in bad weather, in poor light, in diffused light and in hot climates.

Узел СВЭ 12 может быть реализован на основе изделий типа пьезо-MEMS сборщика вибрационной энергии [Л13]. Альтернативным решением по реализации узла СВЭ 12 является использование универсального виброгенератора электроэнергии (УВГЭ), известного из [Л14]. УВГЭ представляет собой особую пленку из нанотрубок, которая помещается на тонкую подложку и устанавливается на пластину цирконата титаната свинца (PZT), являющегося пьезоэлектрическим материалом. Колебания подложки вызывают давление на PZT, в результате чего вырабатываются импульсы электрического тока. Конструкция УВГЭ достаточно миниатюрна (длиной около 20 мм) и может работать на энергии громких звуков, вибрации асфальта от проезжающего транспорта, порывов ветра и т.д.Node SVE 12 can be implemented on the basis of products such as piezo-MEMS vibration energy collector [L13]. An alternative solution for the implementation of the SVE 12 node is the use of a universal electric power vibro-generator (UVGE), known from [L14]. UVGE is a special film of nanotubes that is placed on a thin substrate and mounted on a plate of lead titanate zirconate (PZT), which is a piezoelectric material. Fluctuations in the substrate cause pressure on the PZT, resulting in the generation of electric current pulses. The UVGE design is quite miniature (about 20 mm long) and can operate on the energy of loud sounds, asphalt vibrations from passing vehicles, gusts of wind, etc.

Узел СРЧЭ 13 может быть реализован на основе изделий типа Powercast Р1110 Powerharvester receiver [Л15], обеспечивающих возможность преобразования энергии радиочастотных излучений в постоянный ток. Эти изделия выполнены в виде миниатюрных микросхем и отличаются высокой эффективностью преобразования радиочастотных излучений диапазона 850-950 МГц, так при уровне входного сигнала 20 дБм обеспечивают получение выходного напряжения 4.2 В при токе 50 мА, чего достаточно для нормальной зарядки аккумуляторной батареи мобильного телефона.Node RFE 13 can be implemented on the basis of products of the type Powercast P1110 Powerharvester receiver [L15], providing the ability to convert the energy of radio frequency radiation into direct current. These products are made in the form of miniature microcircuits and are characterized by high efficiency of converting radio frequency emissions in the range of 850-950 MHz, so that at an input signal level of 20 dBm they provide an output voltage of 4.2 V at a current of 50 mA, which is sufficient for normal charging of a mobile phone’s battery.

Узел МСЭЭ 11 может быть реализован на основе микросхем типа SPV1050 [Л16] производства компании STMicroelectronics. Эта микросхема позиционируется как высокоэффективный, микропотребляющий сборщик энергии окружающей среды (СЭОС) и отличается миниатюрностью, сверхнизким уровнем энергопотребления, наличием встроенных регуляторов напряжения на 1.8 и 3.3 В и поддержкой технологии слежения за точкой максимальной мощности (МРРТ) для оптимизации сбора энергии. Схема заряда СЭОС поддерживает широкий диапазон типов батарей, включая Li-Ion, Li-Pol, LiCoO, NiMH и NiCd, а также ионисторы и перезаряжаемые батареи типа Thinergy. Кроме того, внутренний понижающе-повышающий преобразователь позволяет SPV1050 подключаться напрямую к любым термоэлектрическим генераторам (ТЭГ) или солнечным элементам, сохраняя работоспособность в широком диапазоне входных напряжений от 0.18 до 8 В. Средний КПД в 90% позволяет быстро заряжать аккумуляторы даже при низких уровнях входной мощности, в то время как высокая точность фиксации рабочей точки вблизи МРТТ увеличивает отбор энергии от ТЭГ и/или солнечных элементов.The ITU-11 node can be implemented on the basis of SPV1050 [L16] type microcircuits manufactured by STMicroelectronics. This microcircuit is positioned as a highly efficient, micro-energy-efficient environmental energy collector (SEOS) and features miniaturization, ultra-low energy consumption, the presence of integrated voltage regulators at 1.8 and 3.3 V and support for maximum power point tracking (MRP) technology to optimize energy collection. The SEOS charge circuit supports a wide range of battery types, including Li-Ion, Li-Pol, LiCoO, NiMH, and NiCd, as well as Thinergy ionistors and rechargeable batteries. In addition, the internal step-up converter allows the SPV1050 to connect directly to any thermoelectric generators (TEG) or solar cells, while maintaining operability in a wide input voltage range from 0.18 to 8 V. An average efficiency of 90% allows you to quickly charge batteries even at low input levels power, while the high accuracy of fixation of the operating point near the MRTT increases the selection of energy from TEG and / or solar cells.

Для реализации узлов предлагаемого устройства с необходимыми признаками и свойствами, также могут быть использованы решения и программные процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л17-Л22] и авторских технических решений [Л23-Л28].To implement the nodes of the proposed device with the necessary features and properties, solutions and software procedures known from the author's computer programs [L17-L22] and author's technical solutions [L23-L28] can also be used.

На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель устройства поддержания аккумуляторной батареи в рабочем состоянии, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет успешно решить поставленную задачу, связанную с повышением эффективности системы электропитания МПЭУ, с точки зрения повышения длительности его автономной работы в условиях, когда стационарные источники электрической энергии отсутствуют или доступ к ним ограничен. При этом, решение поставленной задачи, достигается на основе использования электроэнергии, извлекаемой из внешней среды с помощью альтернативных источников ЭЭ и аккумулируемой в резервном источнике электроэнергии (узел РИЭ 7).Based on the data presented, we can conclude that the proposed utility model of the device to maintain the battery in working condition, through the use of the above distinctive features and properties and the implementation of the achieved technical result, allows us to successfully solve the problem associated with improving the efficiency of the power supply system MPEU, from the point view of increasing the duration of its autonomous operation in conditions when stationary sources of electric energy are absent or access to them An'ichi. At the same time, the solution of this problem is achieved based on the use of electricity extracted from the external environment using alternative sources of energy efficiency and accumulated in a backup source of electricity (RIE 7 node).

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 предлагаемого устройства поддержания аккумуляторной батареи в рабочем состоянии изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов.The main nodes of the proposed device for maintaining the battery in working condition are made, experimentally tested and can be used to create serial samples.

Производимые устройства могут быть использованы для поддержания в рабочем состоянии аккумуляторных батарей, обеспечивающих электропитание различных технических устройств и систем (ТУС), преимущественно, мобильных/ портативных устройств/ приборов, к которым предъявляются повышенные требования по длительности автономной работы, особенно, при эксплуатации ТУС в условиях, когда стационарные источники электрической энергии отсутствуют или доступ к ним ограничен.The manufactured devices can be used to maintain batteries in working condition, providing power to various technical devices and systems (TUS), mainly mobile / portable devices / devices, which are subject to increased requirements for the duration of battery life, especially when operating the TUS in when stationary sources of electric energy are absent or access to them is limited.

Предлагаемое техническое решение будет востребовано широким кругом пользователей различных технических устройств и систем, функционирующих автономно с электропитанием от встроенных АКБ, особенно, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и эффективности применения в сложных условиях эксплуатации, в том числе, когда доступ к стационарным источникам электроэнергии отсутствует или затруднен. Использование данного технического решения обеспечивает существенное повышение эффективности применения, как потребительской радиоэлектронной аппаратуры, так и техники специального назначения, особенно, при ее эксплуатации в сложных условиях, когда доступ к стационарным источникам электроэнергии затруднен или отсутствует.The proposed technical solution will be in demand by a wide range of users of various technical devices and systems that operate autonomously with power from built-in batteries, especially those that are subject to increased requirements for reliability and efficiency of use in difficult operating conditions, including when there is no access to stationary power sources or difficult. The use of this technical solution provides a significant increase in the efficiency of application of both consumer electronic equipment and special-purpose equipment, especially when it is used in difficult conditions, when access to stationary sources of electricity is difficult or absent.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИUSED SOURCES

1. Устройство защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок Патент №124983, дата регистрации 20.02.2013 г. 1. Device for protecting the battery from peak current loads Patent No. 124983, registration date 02/20/2013

2. Устройство дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры, Патент на полезную модель №124443, дата регистрации 20.01.2013 г2. Differential control device for autonomous power supply of portable electronic equipment, Utility Model Patent No. 124443, Registration Date 01/20/2013

3. Нетрадиционная зарядка для мобильного телефона, http://neo-http://energy.ru/publ/netradiciormaja_zarjadka_dlja_mobilnogo_telefona/1-1-0-13. Unconventional charging for a mobile phone, http: // neo-http: //energy.ru/publ/netradiciormaja_zarjadka_dlja_mobilnogo_telefona/1-1-0-1

4. Adrian Valenzuela. Batteryless energy harvesting for embedded designs, http:////www.greensupplyline.com.4. Adrian Valenzuela. Batteryless energy harvesting for embedded designs, http:////www.greensupplyline.com.

5. Аккумуляция энергии без использования батарей во встраиваемых системах, http://www.russianelectronics.ru/developer-r/review/micro/5. Energy storage without the use of batteries in embedded systems, http://www.russianelectronics.ru/developer-r/review/micro/

6. Тонкопленочные батареи компании IPS, http://itw66.ru/6. Thin-film batteries of the IPS company, http://itw66.ru/

7. Микро-аккумуляторы Thinergy, moshnie_v_mire_mikro_akkumulyatori_thinergy7. Thinergy micro batteries, moshnie_v_mire_mikro_akkumulyatori_thinergy

8. Микросхема от Texas Instruments для устройств сбора энергии от микромощных источников, http://www.rlocman.ru/news/new.html?di=l1117128. A chip from Texas Instruments for devices for collecting energy from micropower sources, http://www.rlocman.ru/news/new.html?di=l111712

9. Термоэлектрический генератор для зарядки гаджетов, http://pcnews.ru/news/termoelektriceskij_generator_gadzetov-532093.html9. Thermoelectric generator for charging gadgets, http://pcnews.ru/news/termoelektriceskij_generator_gadzetov-532093.html

10. Термоэлектрический генератор TEG™ с тонкопленочной наноструктурой, http://www.elinform.ru/news_84.htm10. TEG ™ thermoelectric generator with thin-film nanostructure, http://www.elinform.ru/news_84.htm

11. Фотоэлектрические модули, http://dom5solntsa.myinsales.ru/collection/fotoeliektrichieskiie-moduli11. Photovoltaic modules, http://dom5solntsa.myinsales.ru/collection/fotoeliektrichieskiie-moduli

12. Аморфные фотоэлектрические модули Double (a-Si/μο-Si), http://www.306.ru/solnbat.htm12. Amorphous photovoltaic modules Double (a-Si / μο-Si), http://www.306.ru/solnbat.htm

13. Пьезо-MEMS сборщики виброэнергии, http://forum.radiomaster.com.ua/13. Piezo-MEMS vibroenergy collectors, http://forum.radiomaster.com.ua/

14. Универсальный14. Universal виброгенератор электроэнергии, http://zaryad.com/2012/01/10/universalnyiy-vibrogenerator-elektroenergii/electric vibration generator, http://zaryad.com/2012/01/10/universalnyiy-vibrogenerator-elektroenergii/

15. Product Datasheet P1110-915 MHz RF Powerharvester™ Receiver, http://ru.mouser.eom/ds/2/329/Pl1110-datasheet-694.pdf15. Product Datasheet P1110-915 MHz RF Powerharvester ™ Receiver, http://en.mouser.eom/ds/2/329/Pl1110-datasheet-694.pdf

16. Микросхема для сбора энергии окружающей среды от STMicroelectronics, http://randomstar.org/news/7120-novaya-mikroshema-dlya-sbora-energii-okruzhayuschey-sredy-ot-stmicroelectronics-rasshiryaet-vozmozhnosti-ustroystv-s-bezbatareynym-pitaniem.html16. Chip for collecting environmental energy from STMicroelectronics, http://randomstar.org/news/7120-novaya-mikroshema-dlya-sbora-energii-okruzhayuschey-sredy-ot-stmicroelectronics-rasshiryaet-vozmozhnosti-ustroystv-s-bezbatyn -pitaniem.html

17. Менеджер преобразователя напряжения, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации №2008614983 от 16.10.2008 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ17. Manager of the voltage converter, computer program, State Registration Certificate No. 20088614983 of 10.16.2008, copyright holder - FSUE "18 Central Research Institute" of the Russian Federation Ministry of Defense

18. Менеджер сенсора, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации №2009610444 от 20.11.2008 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ18. Sensor manager, computer program, State Registration Certificate No. 20099610444 of November 20, 2008, copyright holder - FSUE "18 Central Research Institute" of the Russian Federation Ministry of Defense

19. Драйвер светоиндикаторного устройства, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации №2011610487 от 13.11.2010 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ19. A driver of a light-indicating device, a computer program, State registration certificate No. 20111610487 of November 13, 2010, and the copyright holder is Federal State Unitary Enterprise “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation

20. Программа автоматизированной обработки данных, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации №2009613019 от 10.06.2009 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ20. Automated data processing program, computer program, State Registration Certificate No. 20099613019 dated 06/10/2009, copyright holder - FSUE “18 Central Research Institute” of the RF Ministry of Defense

21.21. Программа приема и обработки аналоговых сигналов, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации №2011610486 от 11.01.2011 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФProgram for the reception and processing of analog signals, a computer program, State registration certificate No. 20111610486 dated January 11, 2011, copyright holder - FSUE “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation

22. Менеджер преобразователя напряжения, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации №2008614983 от 16.10.2008 г., правообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ22. Manager of the voltage converter, computer program, State Registration Certificate No. 20088614983 of 10.16.2008, copyright holder - FSUE "18 Central Research Institute" of the Russian Federation Ministry of Defense

23. Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности», Патент на полезную модель №98641 от 20.10.2010 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ23. The device for charging nickel-cadmium batteries and monitoring their performance ", Utility Model Patent No. 98641 of 10/20/2010, patent holder - FSUE" 18 Central Research Institute "of the Russian Federation Ministry of Defense

24. Устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности, Патент на полезную модель №114226 от 10.03 2012 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ24. Battery maintenance device and its operability control, Utility Model Patent No. 114226 dated March 10, 2012, patent holder - Federal State Unitary Enterprise “18 Central Research Institute” of the Ministry of Defense of the Russian Federation

25. Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок, Патент на ПМ №114227 от 10.02. 2012 г., п/о - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ25. Device for charging the battery and protecting it from overloads, Patent for PM No. 114227 dated 10.02. 2012, n / a - FSUE "18 Central Research Institute" of the RF Ministry of Defense

26. Устройство заряда элемента аккумулятора с ограничением и сигнализацией его токовых перегрузок, Патент на ПМ №114228 от 10.03.2012 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ26. Device for charging a battery cell with limitation and signaling of its current overloads, Patent for PM No. 114228 of 03/10/2012, patent holder - FSUE "18 Central Research Institute" of the Russian Federation Ministry of Defense

27.27. Устройство контроля электрических параметров и управления режимом заряда литиевой аккумуляторной батареи, Патент на ПМ №127520 от 27.04. 2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ»Device for monitoring electrical parameters and controlling the mode of charge of a lithium battery, Patent PM PM No. 127520 of 04/27. 2013, patent holder - FSUE “18 Central Research Institute” 28.28. Устройство дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока, Патент на ПМ №130143 от 10.07. 2013 г., патентообладатель - ФГУП «18 ЦНИИ»A device for remote monitoring of the battery health of chemical current sources, Patent ПМ №130143 dated 10.07. 2013, patent holder - FSUE “18 Central Research Institute”

Claims

A device for maintaining the battery in working condition, consisting of a port for connecting external devices (ППВУ), a battery (battery), a voltage converter (PN), a backup source of electricity (RIE), a charge controller for a backup source of electricity (KZRIE), a photovoltaic module (FEM ) and the portable device’s power bus (SHEPP), which is connected by its port to the first battery port, which is connected by the second port to the first KZAB port, which is connected by its second and fourth ports, respectively Of course, with the first PPVU port and with the first RIE port, which is connected to the first KZRIE port by the second port, in addition, the photomultiplier node is connected by its port to the second PN port, and made with the possibility of charging / recharging the battery node from an external electric power source such as a network adapter characterized in that it includes an additional manager for collecting electric energy (ITEM), a collector of radio frequency energy (RFE), a collector of vibrational energy (SVE) and a thermoelectric generator (TEG), which is connected by its port to the first port of the ITU, which is connected with its second through fifth ports, respectively, to the SECP port, to the SVE port, to the first PN port and to the second KZREE port, while the MSEE node is configured to collect electric energy of the external environment (EME) from the TEG nodes, SRE, SVE and FEP, using the tracking system for the point of maximum power and the accumulation of EME in RIE, which is made according to the technology of rechargeable batteries such as Thinergy and provides charging for a time calculated in minutes, and the number of cycles of a full discharge-charge, calculated slyaemyh hundreds of thousands.