RU163394U1 - DEVICE FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF BATTERY BATTERY IN ALL CHARGE-DISCHARGE MODES WITH UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY OF DC CONSUMERS - Google Patents

DEVICE FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF BATTERY BATTERY IN ALL CHARGE-DISCHARGE MODES WITH UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY OF DC CONSUMERS Download PDF

Info

Publication number
RU163394U1
RU163394U1 RU2015155143/07U RU2015155143U RU163394U1 RU 163394 U1 RU163394 U1 RU 163394U1 RU 2015155143/07 U RU2015155143/07 U RU 2015155143/07U RU 2015155143 U RU2015155143 U RU 2015155143U RU 163394 U1 RU163394 U1 RU 163394U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
voltage
charge
current
consumers
Prior art date
Application number
RU2015155143/07U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Викторович Леонтьев
Владимир Андреевич Орлов
Владимир Константинович Канагин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (ОАО "НИПОМ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (ОАО "НИПОМ") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (ОАО "НИПОМ")
Priority to RU2015155143/07U priority Critical patent/RU163394U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU163394U1 publication Critical patent/RU163394U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Устройство для автоматического обслуживания аккумуляторной батареи во всех режимах заряда-разряда с функцией бесперебойного питания потребителей постоянного тока, включающее транзисторный гальванически связанный повышающий стабилизатор напряжения постоянного тока, микропроцессорную плату управления с драйвером и плату индикации, отличающееся тем, что дополнительно содержит параллельно установленный транзисторный гальванически связанный понижающий стабилизатор и последовательно установленный транзисторный двунаправленный DC/DC преобразователь.A device for automatic battery maintenance in all charge-discharge modes with uninterruptible power supply for DC consumers, including a transistor galvanically coupled step-up DC voltage stabilizer, a microprocessor control board with a driver and an indication board, characterized in that it further comprises a galvanically coupled transistor connected in parallel step-down stabilizer and series-mounted transistor bidirectional DC / D C converter.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, к системам постоянного (в том числе оперативного) тока подстанций и электростанций, а именно к способам организации стабилизированного питания постоянным током и системам для его осуществления.The utility model relates to electrical engineering, to systems of direct (including operational) current of substations and power plants, and in particular to methods of organizing a stabilized DC power supply and systems for its implementation.

Одной из характерных особенностей систем постоянного тока (далее - СПТ) является наличие напряжения на шинах аккумуляторной батареи (далее - АБ), значительно превышающего величину номинального напряжения системы при проведении ускоренного и уравнительного зарядов АБ, а для ряда потребителей критичным уровнем напряжения является и напряжения поддерживающего заряда АБ. Обеспечение номинальной величины напряжения на нагрузке достигается при этом подключением последовательно с нагрузкой балластного сопротивления. Решение проблемы таким способом обладает рядом существенных недостатков и снижает КПД системы.One of the characteristic features of DC systems (hereinafter - SPT) is the presence of voltage on the tires of the battery (hereinafter - AB), significantly exceeding the nominal voltage of the system during accelerated and equalizing charges of AB, and for a number of consumers, the voltage supporting battery charge. Ensuring the nominal value of the voltage at the load is achieved by connecting in series with the load of the ballast resistance. Solving the problem in this way has a number of significant drawbacks and reduces the efficiency of the system.

Для ряда потребителей постоянного тока в аварийном режиме критичным является уровень напряжения, особенно при толчковых токах. Толчковые токи масляных выключателей и электродвигателей маслонасосов приводят к кратковременному снижению напряжения на аккумуляторной батарее. Для гарантированного срабатывания чувствительной к пониженному напряжению и провалам напряжения аппаратуры необходимо стабилизировать напряжение на шинах щита постоянного тока (далее - ЩПТ) равным 220/110/27 В±10% вплоть до минимального напряжения разряда АБ.For a number of DC consumers in emergency mode, the voltage level is critical, especially with jerk currents. Jolted currents of oil switches and electric motors of oil pumps lead to a short-term decrease in voltage on the battery. For guaranteed operation of equipment sensitive to undervoltage and voltage dips, it is necessary to stabilize the voltage on the DC busbars (hereinafter - SHPT) equal to 220/110/27 V ± 10% up to the minimum discharge voltage of the battery.

Известные технические решения.Known technical solutions.

1. Решение проблемы высокого напряжения на шинах АБ в режимах поддерживающего и ускоренных зарядов путем гашения напряжения подключением балластного сопротивления последовательно с нагрузкой.1. Solving the problem of high voltage on AB buses in the modes of supporting and accelerated charges by damping the voltage by connecting the ballast in series with the load.

Недостатки данного подхода:The disadvantages of this approach:

- используемые с этой целью гасящие диоды приходится устанавливать на радиаторе, обдуваемом вентиляторами для отвода выделяющегося тепла;- quenching diodes used for this purpose have to be installed on a radiator blown by fans to remove heat generated;

- поддержание постоянства напряжения на нагрузке при изменении уровня напряжения заряда АБ или тока потребления (сопротивления) нагрузки требует соответствующего изменения числа диодов в цепи и, следовательно, использования дополнительной управляемой по напряжению коммутационной аппаратуры;- maintaining a constant voltage across the load when changing the voltage level of the battery charge or current consumption (resistance) of the load requires a corresponding change in the number of diodes in the circuit and, therefore, the use of additional voltage-controlled switching equipment;

- получающаяся громоздкая конструкция гасящего блока требует значительного пространства для своего размещения в шкафу ЩПТ, увеличивая его габаритные размеры;- the resulting bulky design of the extinguishing unit requires a significant amount of space for its placement in the switchboard cabinet, increasing its overall dimensions;

- возникают непроизводительные потери электроэнергии;- unproductive losses of electricity occur;

- появляется необходимость в дополнительных временных и трудовых ресурсах на монтаж ЩПТ, усложняется его обслуживание.- there is a need for additional time and labor for the installation of switchboards, its maintenance is complicated.

2. Решение проблемы провала напряжения на АБ в аварийном режиме при толчковых нагрузках.2. The solution to the problem of voltage drop on the battery in emergency mode with jerk loads.

2.1 Применение элементного коммутатора хвостовых элементов АБ. Известные технические решения:2.1 The use of elemental switch tail elements AB. Known technical solutions:

http://www.rza.org.ua/elteh/read/208--Elementnie-kommutatori--pereklyuchateli-_208.html;http://www.rza.org.ua/elteh/read/208--Elementnie-kommutatori--pereklyuchateli-_208.html;

http://leg.со.ua/knigi/oborudovanie/obsluzhivanie-istochnikov-operativnogo-toka-4.html.http://leg.co.ua/knigi/oborudovanie/obsluzhivanie-istochnikov-operativnogo-toka-4.html.

Системы с применением элементного коммутатора включают зарядный двигатель-генератор и подзарядное выпрямительное устройство. Элементный коммутатор обеспечивает постоянство напряжения на шинах постоянного тока при заряде и разряде аккумуляторов. Он состоит из изолирующей плиты с расположенными на ней контактными пластинами, к которым подсоединены отводы от соединительных полос аккумуляторов. По пластинам и соответствующим шинам скользят разрядная и зарядная щетки. Они приводятся в движение вручную или от небольшого электродвигателя, управляемого дистанционно или с помощью устройства регулирования напряжения (АРН). Изменение числа подключенных к шинам постоянного тока аккумуляторов (регулирование напряжения) происходит без разрыва цепи тока и закорачивания аккумуляторов благодаря особой конструкции коммутаторов. В нормальном режиме работы при наличии подзарядного устройства разрядная щетка коммутатора устанавливается на заданном элементе, чем обеспечивается на шинах необходимое напряжение. Концевые аккумуляторы не подзаряжаются. Они используются только в случае исчезновения напряжения на шинах подстанции и отключения подзарядного устройства.Systems using an elemental switch include a charging motor generator and a charging rectifier. Elemental switch provides constant voltage on the DC bus when charging and discharging batteries. It consists of an insulating plate with contact plates located on it, to which taps from the battery connecting strips are connected. On the plates and the corresponding tires, the discharge and charging brushes slide. They are driven manually or from a small electric motor controlled remotely or using a voltage regulation device (AVR). The change in the number of batteries connected to the DC bus (voltage regulation) occurs without breaking the current circuit and shorting the batteries due to the special design of the switches. In normal operation, with a rechargeable device, the switch bit brush is installed on a given element, which ensures the necessary voltage on the buses. Trailer batteries are not rechargeable. They are used only in case of disappearance of voltage on the substation tires and disconnection of the charging device.

Для формирования пластин и глубоких перезарядов предусматривают передвижной двигатель-генератор, который при необходимости доставляют на подстанцию.For the formation of plates and deep recharges, a mobile engine-generator is provided, which, if necessary, is delivered to the substation.

Недостаток известных технических решений заключается в различных условиях заряда и разряда основной и дополнительной части АБ, вследствие чего возможны глубокие разряды и заряды отдельных элементов АБ, снижающие срок службы АБ.A disadvantage of the known technical solutions lies in the various conditions of charge and discharge of the main and additional parts of the battery, as a result of which deep discharges and charges of individual elements of the battery are possible, which reduce the life of the battery.

2.2 Применение двухканального зарядно-подзарядного устройства или отдельного блока для подзаряда аккумуляторной батареи с хвостовыми элементами.2.2 The use of a two-channel charging and recharging device or a separate unit for recharging a battery with tail elements.

Известные технические решения:Known technical solutions:

- Блок подзаряда БП-60-10 (завод Конвертор г. Москва http://www.convertor-power.ru/bp-60-10.html);- Charging unit BP-60-10 (factory Converter Moscow, http://www.convertor-power.ru/bp-60-10.html);

- ЗВУ (компания Системы Постоянного Тока г. Новосибирск http://www.systemct.ru/product/product_id/2/);- ZVU (Constant Current System Company, Novosibirsk http://www.systemct.ru/product/product_id/2/);

- УПКА (компания Техэлектро СТ Смоленский район, д. Нагать. http://www.techct.ru/product/ypka.html);- UPKA (Tekhelektro ST company Smolensky district, Nagat village. Http://www.techct.ru/product/ypka.html);

- ВЗП-ТПП (компания НИЛОМ г. Дзержинск. http://www.nipom.ru/produktsiya/2013-07-31-07-17-03/15-produktsiya/281-sistemy-garantirovannogo-pitaniya-postoyannogo-toka-3).- VZP-CCI (NILOM company, Dzerzhinsk. Http://www.nipom.ru/produktsiya/2013-07-31-07-17-03/15-produktsiya/281-sistemy-garantirovannogo-pitaniya-postoyannogo-toka -3).

Схемы с подобными устройствами применяются в системах с большими толчковыми нагрузками. При этом основное зарядно-подзарядное устройство заряжает основную секцию АБ, а дополнительное устройство заряжает хвостовую часть АБ. При таком подходе основная и хвостовая части АБ находятся в одинаковых условиях. Однако сама система постоянного тока сильно увеличивается в габаритах из-за необходимости использования нескольких групп шин постоянного тока, дополнительной коммутационной аппаратуры, дополнительного зарядного устройства, что негативно сказывается на надежности и стоимости таких решений.Circuits with similar devices are used in systems with large jerk loads. In this case, the main charging and recharging device charges the main section of the battery, and the additional device charges the tail of the battery. With this approach, the main and tail parts of the AB are in the same conditions. However, the DC system itself is greatly increasing in size due to the need to use several groups of DC buses, additional switching equipment, an additional charger, which negatively affects the reliability and cost of such solutions.

2.3 Применение транзисторного, гальванически связанного повышающего стабилизатора напряжения постоянного тока (наиболее близкий аналог):2.3 The use of transistor, galvanically coupled step-up DC voltage stabilizer (the closest analogue):

- УТСП-М (завод Конвертор г. Москва http://www.convertor-power.ru/utsp.html);- UTSP-M (factory Converter Moscow, http://www.convertor-power.ru/utsp.html);

- ЩПТ-С (производственная компания ЭлектроКонцепт г. Новосибирск http://vtzp.ru/products/shpts);- SCHPT-S (ElectroConcept manufacturing company, Novosibirsk http://vtzp.ru/products/shpts);

- УСПН (компания Системы Постоянного Тока г. Новосибирск http://www.systemct.ru/product/product_id/11/).- USPN (Constant Current System Company, Novosibirsk http://www.systemct.ru/product/product_id/11/).

В приведенных технических решениях в нормальном режиме выпрямительное устройство преобразует переменное напряжение в постоянное и подзаряжает аккумуляторную батарею.In the given technical solutions in normal mode, the rectifier device converts the alternating voltage to direct and recharges the battery.

В аварийном режиме в системе питания, когда пропадает сеть переменного тока, или выпрямительное устройство не обеспечивает требуемого уровня выходного напряжения, преобразователи УТСП-М, ЩПТ-С, УСПН переходят на питание от АБ. Напряжение на элементах батареи в процессе разряда может уменьшаться до порогового значения напряжения разряда. Стабилизаторы за счет повышения напряжения поддерживают необходимый уровень напряжение на нагрузке.In emergency mode, in the power system, when the AC mains disappears, or the rectifier device does not provide the required output voltage level, the UTSP-M, ShchPT-S, USPN converters switch to power from the battery. The voltage on the battery cells during the discharge process may decrease to a threshold value of the discharge voltage. By increasing the voltage, the stabilizers maintain the required level of voltage at the load.

Обеспечения допустимого уровня напряжения в режиме заряда АБ от зарядного устройства, решение с применением стабилизаторов повышающего типа, производится путем уменьшения количества элементов АБ (102 банки АБ и 227,5 В против 108 банок АБ и 240,8 В в классической схеме для СПТ 220 В). Обеспечение заданного времени аварийного режима при таком подходе требует увеличения емкости АБ, что приводит к повышению стоимости системы в целом.Providing an acceptable voltage level in the battery charge mode from the charger, the solution using boost stabilizers is made by reducing the number of battery cells (102 battery banks and 227.5 V versus 108 battery banks and 240.8 V in the classic circuit for 220 V CT ) Providing a given emergency mode time with this approach requires an increase in the battery capacity, which leads to an increase in the cost of the system as a whole.

В известных технических решениях ток короткого замыкания на выходе устройств не должен превышать номинала 15*Iн в течение 5 секунд. Это означает, что для обеспечения селективности и защиты самого устройства в системе необходимо применять быстродействующие предохранители, которые являются однократными устройствами срабатывания, что удорожает обслуживание системы и предъявляет высокие требования к расчету селективности.In known technical solutions, the short circuit current at the output of the devices should not exceed the nominal value of 15 * In for 5 seconds. This means that in order to ensure selectivity and protect the device itself in the system, it is necessary to use high-speed fuses, which are single-shot devices, which makes the system more expensive and places high demands on the selectivity calculation.

Общими недостатками известных технических решений являются:Common disadvantages of the known technical solutions are:

- невысокая надежность;- low reliability;

- сложность и громоздкость системы;- the complexity and bulkiness of the system;

- сложность в обслуживании;- difficulty in maintenance;

- низкое КПД;- low efficiency;

- отсутствие токоограничения.- lack of current limitation.

Перед авторами ставилась задача разработать новое схемотехническое решение для организации надежного электропитания потребителей постоянного тока, способное решать комплекс мер по обеспечению стабильного напряжения на шинах постоянного тока во всех режимах работы различных типов АБ.The authors were tasked with developing a new circuitry solution for organizing reliable power supply to DC consumers, capable of solving a set of measures to ensure stable voltage on DC buses in all operating modes of various types of batteries.

Указанная задача решается устройством для автоматического обслуживания аккумуляторной батареи во всех режимах заряда-разряда с функцией бесперебойного питания потребителей постоянного тока, включающим транзисторный, гальванически связанный повышающий стабилизатор напряжения постоянного тока, микропроцессорную плату управления с драйвером и плату индикации, отличающееся тем, что дополнительно содержит параллельно установленный транзисторный гальванически связанный понижающий стабилизатор и последовательно установленный транзисторный двунаправленный DC/DC преобразователь.This problem is solved by a device for automatic battery maintenance in all charge-discharge modes with uninterruptible power supply for DC consumers, including a transistor, galvanically coupled step-up DC voltage stabilizer, a microprocessor control board with a driver and an indication board, characterized in that it additionally contains in parallel mounted transistor galvanically coupled step-down stabilizer and series-mounted trans Source bidirectional DC / DC converter.

Заявляемая полезная модель (далее - Устройство, заявленное Устройство) поясняется чертежами.The inventive utility model (hereinafter - the Device, the claimed Device) is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена структурная схема заявленного Устройства; на фигг. 2, 3 показаны соответственно традиционная схема СПТ и схема СПТ с предлагаемым Устройством. Заявленное Устройство состоит из:In FIG. 1 is a structural diagram of the claimed Device; in FIG. 2, 3 respectively show the traditional scheme of the SPT and the scheme of the SPT with the proposed device. The claimed device consists of:

- IGBT-транзисторные модули VT1 (понижающий стабилизатор (понижающий DC/DC преобразователь)), VT2 (повышающий стабилизатор (повышающий DC/DC преобразователь)), VT3 (двунаправленный DC/DC преобразователь);- IGBT-transistor modules VT1 (step-down stabilizer (step-down DC / DC converter)), VT2 (step-up stabilizer (step-up DC / DC converter)), VT3 (bidirectional DC / DC converter);

- дроссели L1, L2, L3;- chokes L1, L2, L3;

- конденсаторы C1, С2, С3;- capacitors C1, C2, C3;

- разрядный резистор R1;- bit resistor R1;

- плата управления с драйвером А1;- control board with driver A1;

- плата индикации А2.- display board A2.

IGBT-транзисторы располагаются на радиаторе. Способ охлаждения - принудительный. Для повышения надежности работы целесообразно установить два вентилятора, включающиеся в режимах перегрузки.IGBTs are located on the heatsink. The cooling method is forced. To increase the reliability of operation, it is advisable to install two fans that turn on in overload conditions.

Описание работы заявленного устройства.Description of the operation of the claimed device.

1) Работа Устройства в прямом направлении.1) Operation of the Device in the forward direction.

Входное напряжение с выпрямителя находится в допустимых пределах, а ток нагрузки не превышает тока ограничения.The input voltage from the rectifier is within acceptable limits, and the load current does not exceed the current limit.

Заявленное Устройство находится в режиме заряда АБ. При этом работают транзисторные модули VT2 и VT3. На выходе стабилизируется напряжение равное установленному оператором, исходя из типа АБ, согласно формуле Uпод.эл.*n, где:The claimed device is in battery charge mode. At the same time, transistor modules VT2 and VT3 work. The output stabilizes the voltage equal to that set by the operator, based on the type of battery , according to the formula U sub.el. * n, where:

Uпод.эл. - напряжение подзаряда на элементе,U sub. - charge voltage on the element,

n - количество элементов АБ.n is the number of AB elements.

2) Работа заявленного Устройства в обратном направлении.2) The operation of the claimed Device in the opposite direction.

При величине входного напряжения ниже установленного значения Устройство переходит в режим разряда АБ. При этом работают транзисторы VT3 и VT1. Стабилизация напряжения на шинах производится до заданного уровня минимального напряжения на АБ, согласно формуле Umin.эл.*n, где Umin.эл. - минимальное напряжения разряда АБ.When the input voltage is lower than the set value, the device switches to the discharge mode of the battery. In this case, transistors VT3 and VT1 work. Stabilization of voltage on the tires is carried out to a predetermined level of the minimum voltage on the battery , according to the formula U min.el. * n, where U min.el. - minimum discharge voltage AB.

Наличие в схеме Устройства транзисторного модуля VT3, у которого верхний ключ -понижающий, а нижний ключ - повышающий, обусловлено необходимостью конвертирования напряжения с аккумуляторной батареи на шины гарантированного питания без потери времени. Полученный благодаря такой схеме двунаправленный DC/DC преобразователь позволяет по определенной уставке моментально переключаться из режима заряда АБ на режим разряда АБ на шины гарантированного питания со стабилизацией напряжения на заданном уровне.The presence of the VT3 transistor module in the Device circuit, in which the upper key is a step-down and the lower key is a step-up, due to the need to convert the voltage from the battery to the bus power supply without loss of time. The bidirectional DC / DC converter obtained due to this scheme allows, according to a specific setting, to instantly switch from the battery charge mode to the battery discharge mode to the guaranteed power buses with voltage stabilization at a given level.

3) Состояние защиты.3) Protection status.

Заявленное Устройство находится в данном состоянии при токе нагрузки, достигшем значения установленного тока ограничения или при снижении входного напряжения ниже установленного минимального значения.The claimed device is in this state when the load current reaches the value of the set current limit or when the input voltage drops below the set minimum value.

При достижении током нагрузки значения, равного току ограничения, Устройство обеспечивает стабильность тока на выходе на уровне тока ограничения. При этом величина выходного напряжения не нормируется. Устройство находится в таком режиме, ожидая снижения тока, после чего восстанавливает нормальный режим работы.When the load current reaches a value equal to the limiting current, the Device provides stability of the current at the output at the level of the limiting current. In this case, the value of the output voltage is not standardized. The device is in this mode, waiting for a decrease in current, after which it restores normal operation.

Примечание - В СПТ при этом должны сработать защиты в отходящих линиях, находящихся в условиях перегрузки или КЗ.Note - In the SPT, the protection in the outgoing lines located in the conditions of overload or short circuit should work in this case.

Заявленное Устройство предпочтительно должно иметь функцию «байпас» - обеспечение питания нагрузки, минуя стабилизаторы. Подключение нагрузки через «байпас» происходит только при срабатывании защит Устройства или отключении его выключателя автоматического Q1. Устройство может иметь схему построение силовой части N+1 для увеличения надежности.The claimed device should preferably have a bypass function - providing power to the load, bypassing the stabilizers. Connecting the load via the bypass occurs only when the device protections are activated or its automatic switch Q1 is turned off. The device may have a circuit building the power part N + 1 to increase reliability.

Описание схемы на фиг. 1 относится к заявленному Устройству на 100А, дальнейшее увеличение мощности стабилизатора происходит путем параллельного соединения силовых стоамперных блоков.The circuit description in FIG. 1 relates to the claimed Device at 100A, a further increase in the power of the stabilizer occurs by parallel connection of power stamper units.

Основные технические характеристики представлены в таблице 1.The main technical characteristics are presented in table 1.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Разработанное Устройство обеспечивает:The developed device provides:

1. автоматическое выполнение в соответствии с программой управляющего контроллера следующих режимов работы для заряда АБ:1. automatic execution in accordance with the program of the control controller of the following operating modes for the battery charge:

- поддерживающий заряд АБ стабилизированным напряжением и заряд разряженной после аварийного включения батареи методом U;- the supporting battery charge with stabilized voltage and the charge of the battery discharged after emergency switching on by the U method;

- ускоренный заряд разряженной после аварийного включения батареи методами IU, IUI;- accelerated charge of the battery discharged after emergency power-up by IU, IUI methods;

- уравнительный заряд элементов (банок) батареи;- equalizing charge of the elements (cans) of the battery;

- заряд глубоко разряженной батареи;- charge of a deeply discharged battery;

2. разряд АБ на нагрузку в рабочем режиме до установленного предела.2. Discharge of the battery to the load in the operating mode to the specified limit.

3. коррекцию величины напряжения поддерживающего заряда в зависимости от температуры АБ;3. correction of the voltage value of the supporting charge depending on the temperature of the battery;

4. управление вытяжной вентиляцией помещения аккумуляторной батареи в зависимости от напряжения АБ;4. control of exhaust ventilation of the battery room, depending on the voltage of the battery;

5. тренировку АБ путем разряда и заряда стабильным током на нагрузку по заранее сконфигурированной программе;5. AB training by discharging and charging a stable current to the load according to a pre-configured program;

6. контроль состояния АБ по величине разрядного тока, напряжению половины АБ, температуре и емкости АБ, рассчитываемой в автоматическом режиме при циклах разряда-заряда;6. control of the state of the battery by the value of the discharge current, the voltage of half the battery, temperature and capacity of the battery, calculated in automatic mode during discharge-charge cycles;

7. стабилизацию заданного уровня напряжения на нагрузке в аварийном режиме путем повышения или понижения напряжения с АБ;7. stabilization of a given voltage level at the load in emergency mode by increasing or decreasing the voltage from the battery;

8. защиту АБ от глубокого разряда;8. AB protection against deep discharge;

9. ограничение выходного тока в случае КЗ на нагрузке;9. limitation of the output current in the case of a short circuit on the load;

10. светодиодную индикацию о готовности к работе, работе в режиме подзаряда АБ, стабилизации напряжения на нагрузке, а также о наличии предупреждений и неисправностей, с детализацией всех параметров и указаний на центральном дисплее;10. LED indication of readiness for work, work in the battery charge mode, voltage stabilization at the load, as well as the presence of warnings and malfunctions, with details of all parameters and indications on the central display;

11. ведение журнала событий с занесением в него всех необходимых параметров режимов заряда, разряда, а также аварий и предупреждений;11. maintaining an event log with entering in it all the necessary parameters of the modes of charge, discharge, as well as accidents and warnings;

12. автоматическое включение байпаса при аварии с выдачей дискретного и цифрового сигнала;12. automatic bypass activation in case of an accident with the issuance of a discrete and digital signal;

13. срабатывание защит при:13. protection triggering when:

- коротком замыкании на стороне нагрузки (ограничение тока КЗ на заданном уровне);- short circuit on the load side (short-circuit current limitation at a given level);

- коротком замыкании на стороне АБ;- short circuit on the side of the battery;

- перенапряжении на стороне нагрузки в режиме разряда АБ;- overvoltage on the load side in the battery discharge mode;

- внутренней неисправности.- internal malfunction.

Объяснение актуальности выбранного решения.An explanation of the relevance of the selected solution.

Основными компонентами при построении СПТ являются:The main components in building the SPT are:

- аккумуляторная батарея (АБ);- rechargeable battery (AB);

- распределительный щит с устройствами защиты (ЩПТ);- switchboard with protection devices (ЩПТ);

- выпрямитель (один или несколько) для питания потребителей и заряда-подзаряда АБ (ВЗП).- a rectifier (one or several) to power consumers and charge-charge AB (CDW).

К дополнительным компонентам, некоторые из которых в последнее время претендуют на роль основных, следует отнести системы измерения сопротивления изоляции и устройства стабилизации напряжения.Additional components, some of which have recently claimed the role of the main ones, include insulation measuring systems and voltage stabilization devices.

Рассмотрим упрощенные структурные схемы, включающие одну секцию ЩПТ, одну АБ и один ВЗП. Типовая схема - фиг. 2. Предлагаемая схема - фиг. 3.Consider simplified structural diagrams, including one section of the control panel, one battery and one CDW. A typical circuit is FIG. 2. The proposed scheme is FIG. 3.

Рассмотрим различные варианты построения СПТ на основе приведенных структурных схем.Consider the various options for building a SPT based on the given structural diagrams.

Для начала определим, какие защитные устройства возможно применить в ЩПТ при условии соблюдения селективного надежного отключения при перегрузках и возникновении короткого замыкания (КЗ) в системе.To begin with, we determine which protective devices can be used in switchboards if the selective reliable shutdown is observed during overloads and short circuits in the system.

Наиболее привлекательным и дешевым вариантом было бы применение в качестве защиты фидеров автоматических выключателей вместо предохранителей, отлично зарекомендовавшим себя при перегрузках, но в случае КЗ существует ряд ограничений. Ввиду ограниченной величины разрывного тока (не более 10 кА), применение автоматических выключателей возможно при емкости АБ, не превышающей 1500 Ач (ток КЗ ≈ 10 кА), если, конечно, не имеется устройства ограничения тока. Применение автоматических выключателей со стандартными характеристиками в качестве вводных и секционных защитных устройств при больших токах КЗ также не может обеспечить селективности, но уже по той причине, что время срабатывания становится меньше, чем время отключения. Поэтому, например, два автоматических выключателя с номиналами 16А и 100А при токе выше 2000А отключатся одновременно (время отключения (разрыва дуги) автоматического выключателя на 16А больше, чем время срабатывания защиты у выключателя на 100А при данном токе). Применение в данных цепях автоматических выключателей возможно только при использовании электронных систем защиты с независимыми расцепителями, желательно объединенными в единую систему с установленными приоритетами отключения, либо при использовании устройств ограничения, препятствующих возникновению тока выше значения отсечки у вводного или секционного выключателя.The most attractive and cheap option would be to use circuit breakers as feeders instead of fuses, which proved to be excellent for overloads, but in the case of short circuit there are a number of limitations. Due to the limited breaking current (not more than 10 kA), the use of circuit breakers is possible with a battery capacity not exceeding 1500 Ah (short-circuit current ≈ 10 kA), unless, of course, there is a current limiting device. The use of circuit breakers with standard characteristics as input and sectional protective devices at high short-circuit currents also cannot provide selectivity, but for the reason that the response time becomes less than the trip time. Therefore, for example, two circuit breakers with ratings of 16A and 100A with a current higher than 2000A will trip simultaneously (the trip time (arc break) of the circuit breaker is 16A longer than the protection operation time of the circuit breaker by 100A at a given current). The use of circuit breakers in these circuits is possible only when using electronic protection systems with independent trip units, preferably combined into a single system with set trip priorities, or when using limiting devices that prevent the occurrence of current above the cut-off value at the input or section switch.

Из вышесказанного видно, что оптимальным решением при проектировании системы защиты в ЩПТ является ограничение тока в источнике, т.е. стабилизатор напряжения с возможностью токоограничения (в типовой схеме - фиг. 2).It can be seen from the foregoing that the optimal solution when designing a protection system in switchboards is limiting the current in the source, i.e. voltage stabilizer with the possibility of current limitation (in a typical circuit - Fig. 2).

В функцию выпрямителей по типовой схеме (фиг. 2) построения СПТ входит заряд и подзаряд АБ. Если в режиме подзаряда достаточно точности поддержания напряжения 1%, то при заряде разряженной АБ с параллельной работой на нагрузку ввиду низкого динамического сопротивления АБ для поддержания тока заряда в 1% точность поддержания напряжения должна составлять 0.05%! Для обеспечения возможности заряда с указанной степенью точности заряд проводят либо отдельным выпрямителем без нагрузки, либо выпрямителем, имеющим отдельный канал измерения тока АБ.The function of the rectifiers according to the standard scheme (Fig. 2) for constructing an SPT includes a charge and a recharge of batteries. If in the charging mode the accuracy of maintaining the voltage of 1% is sufficient, then when charging a discharged battery with parallel operation on the load, due to the low dynamic resistance of the battery to maintain a charge current of 1%, the accuracy of voltage maintenance should be 0.05%! To ensure the possibility of a charge with a specified degree of accuracy, the charge is carried out either by a separate rectifier without load, or by a rectifier having a separate AB current measurement channel.

Следует отметить, что выпрямитель, обладающий такими показателями точности поддержания напряжения и тока, алгоритмами заряда аккумуляторов весьма дорог, особенно если учесть, что на нагрузке такая точность не нужна, а ток подзаряда значительно меньше тока нагрузки.It should be noted that a rectifier with such accuracy indicators of voltage and current maintenance, battery charge algorithms are very expensive, especially when you consider that such accuracy is not needed on the load, and the recharge current is much less than the load current.

Предлагаемая схема (фиг. 3) характеризуется тем, что подключение выпрямителя происходит непосредственно к нагрузке, а АБ - через специальное Устройство. Заявленное Устройство представляет собой усовершенствованное устройство стабилизации напряжения - УСН реверсивного типа, позволяющее производить стабилизацию напряжения (как повышение, так и понижение) в любом направлении. При разряде АБ работа заявленного Устройства ничем не отличается от работы УСН, и структура системы сохраняется, как и в типовой схеме: АБ - УСН - ЩПТ. В режиме нормальной работы заявленное Устройство обеспечивает необходимые процессы обслуживания АБ: подзаряд, заряд, разряд (в типовой схеме для разряда АБ используется отдельное устройство). Выпрямитель работает на нагрузку и может быть выполнен по более простой схеме, не имеющей алгоритмов обслуживания АБ, высокой точности поддержания напряжения. При больших мощностях это существенно сказывается на стоимости выпрямителя. В режиме подзаряда АБ ток АБ мал, и потери в Устройстве незначительны. Ток нагрузки минует заявленное Устройство и не вызывает потерь, поэтому Устройство в нормальном режиме может работать с естественным охлаждением при любых токах нагрузки и емкостях АБ. Принудительное охлаждение требуется только в некоторых режимах разряда или ускоренного заряда повышенными токами. Применение предлагаемой перспективной схемы на больших мощностях нагрузки приводит к значительному снижению потерь, увеличению КПД системы, снижению ее стоимости без какого-либо снижения надежности. Так как при работе с заявленным Устройством батарея не находится в буферном режиме, то существует возможность применения АБ разных типов: кислотных, щелочных, литий-ионных и других с характерными для них режимами заряда - разряда. Особенно это относится к современным типам литий-ионных батарей с количеством циклов заряда-разряда до 3000, в отличие от 250-400 циклов у герметизированных кислотных батарей. Так как литий-ионные батареи не предназначены для работы в буферном режиме, применение их в типовой схеме включения приводит их к быстрому выходу из строя из-за перезаряда постоянно протекающим током подзаряда, или из-за постоянного нахождения в состоянии 60-70% заряда время работы от АБ значительно меньше, чем у АБ другого типа.The proposed circuit (Fig. 3) is characterized in that the rectifier is connected directly to the load, and AB through a special device. The claimed device is an improved device for voltage stabilization - USN reversible type, allowing voltage stabilization (both increase and decrease) in any direction. When discharging the battery, the operation of the claimed Device is no different from the operation of the USN, and the structure of the system is preserved, as in the standard scheme: AB - USN - ЩПТ. In normal operation, the claimed device provides the necessary processes for servicing the battery: recharge, charge, discharge (in a typical circuit, a separate device is used to discharge the battery). The rectifier operates on a load and can be performed according to a simpler scheme that does not have AB maintenance algorithms and high voltage maintenance accuracy. At high capacities, this significantly affects the cost of the rectifier. In the battery charging mode, the battery current is small, and the losses in the device are negligible. The load current bypasses the declared device and does not cause losses, so the device in normal mode can work with natural cooling at any load current and battery capacity. Forced cooling is required only in some modes of discharge or accelerated charge high currents. The application of the proposed promising scheme at high load capacities leads to a significant reduction in losses, an increase in the efficiency of the system, and a decrease in its cost without any decrease in reliability. Since the battery is not in the buffer mode when working with the claimed Device, it is possible to use different types of batteries: acidic, alkaline, lithium-ion and others with their characteristic charge and discharge modes. This is especially true for modern types of lithium-ion batteries with up to 3000 charge-discharge cycles, in contrast to 250-400 cycles for sealed acid batteries. Since lithium-ion batteries are not designed to operate in a buffer mode, their use in a typical switching circuit leads to their rapid failure due to overcharging by a constantly flowing charging current, or due to the constant presence of 60-70% charge time work from the battery is much less than that of a different type of battery.

Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что решение с применением Заявленного Устройства является перспективным для обеспечения организации надежного электропитания потребителей постоянного тока.Based on the foregoing, it can be argued that a solution using the claimed Device is promising for ensuring the organization of reliable power supply to DC consumers.

Claims (1)

Устройство для автоматического обслуживания аккумуляторной батареи во всех режимах заряда-разряда с функцией бесперебойного питания потребителей постоянного тока, включающее транзисторный гальванически связанный повышающий стабилизатор напряжения постоянного тока, микропроцессорную плату управления с драйвером и плату индикации, отличающееся тем, что дополнительно содержит параллельно установленный транзисторный гальванически связанный понижающий стабилизатор и последовательно установленный транзисторный двунаправленный DC/DC преобразователь.
Figure 00000001
A device for automatic battery maintenance in all charge-discharge modes with uninterruptible power supply for DC consumers, including a transistor galvanically coupled step-up DC voltage stabilizer, a microprocessor control board with a driver and an indication board, characterized in that it further comprises a galvanically coupled transistor connected in parallel step-down stabilizer and series-mounted transistor bidirectional DC / D C converter.
Figure 00000001
RU2015155143/07U 2015-12-22 2015-12-22 DEVICE FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF BATTERY BATTERY IN ALL CHARGE-DISCHARGE MODES WITH UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY OF DC CONSUMERS RU163394U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155143/07U RU163394U1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 DEVICE FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF BATTERY BATTERY IN ALL CHARGE-DISCHARGE MODES WITH UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY OF DC CONSUMERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155143/07U RU163394U1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 DEVICE FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF BATTERY BATTERY IN ALL CHARGE-DISCHARGE MODES WITH UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY OF DC CONSUMERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU163394U1 true RU163394U1 (en) 2016-07-20

Family

ID=56412042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155143/07U RU163394U1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 DEVICE FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF BATTERY BATTERY IN ALL CHARGE-DISCHARGE MODES WITH UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY OF DC CONSUMERS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU163394U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018044199A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-08 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Device for storing electrical energy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018044199A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-08 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Device for storing electrical energy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105186588B (en) Arc flash protection battery energy storage system, conversion system and protection method
JP6470003B2 (en) Uninterruptible power supply and uninterruptible power supply system
US10243192B2 (en) Modular battery case for prismatic cells and portable off-grid power storage and delivery system
US9559516B2 (en) Arc prevention in DC power systems
JP7366237B2 (en) Current interrupting device and method using a disconnector
CN109066829A (en) A kind of battery group open-circuit fault recombination discharge system and battery
US20150307177A1 (en) Boat with electric drive
CN103715757A (en) Back-up type redundant low-voltage power distribution system used for nuclear power station
CN201523210U (en) Spontaneous power supply protecting device based on dynamic power supply path management technology
RU163394U1 (en) DEVICE FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF BATTERY BATTERY IN ALL CHARGE-DISCHARGE MODES WITH UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY OF DC CONSUMERS
CN219164234U (en) Direct current power supply system with fixed output voltage
KR101785662B1 (en) Apparatus for protecting a battery
RU161785U1 (en) DC VOLTAGE STABILIZER
JP2008043190A (en) Switch
CN114825417A (en) Control circuit and control method of direct current power transmission system and direct current power transmission system
JP2014055902A (en) Dc power supply facility for nuclear power plant
US20210194270A1 (en) Storage Battery Unit, Storage Battery Device and Hybrid-Typed Power Supply System
JPWO2004082098A1 (en) DC power supply system and switch
CN203368136U (en) AC/DC power supply non-delay switching system
KR20160069114A (en) Marine propulsion network and method for controling marine propulsion network
CN212304864U (en) Super capacitor direct current output device
CN1983709A (en) Parallel secondary-battery overcurrent and discharge protector
CN220985333U (en) Power supply system for transformer substation
CN211930316U (en) DC cabinet of wind-solar hybrid power generation system
CN113809766B (en) Multi-bus energy storage system and control method thereof