RU168024U1

RU168024U1 - Intelligent Autonomous Power Supply

Info

Publication number: RU168024U1
Application number: RU2016102805U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Ильич Дёмко; Борис Александрович Петров; Сергей Анатольевич Радомский
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-01-17

Abstract

РефератЗаявленное техническое решение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания, использующим в качестве первичных источников энергии солнечные батареи, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторы.Интеллектуальный автономный источник питания содержит солнечную батарею, блок заряда аккумулятора, аккумулятор, стабилизирующий преобразователь и информационно-управляющий блок. Данные блоки соединены друг с другом соответствующим образом.Технический результат состоит в удобстве использования за счет возможности управления работой источника питания и наличии его параметров – температуры, токов, напряжений, а также остаточного ресурса работы, которые измеряются (вычисляются) и могут передаваться потребителю периодически или по запросу.1 фиг.The claimed technical solution relates to electrical engineering, namely to stand-alone power supply systems that use solar batteries as primary energy sources, and batteries as energy storage devices. An intelligent stand-alone power source contains a solar battery, a battery charge unit, a battery, a stabilizing converter and information control unit. These blocks are connected to each other accordingly. The technical result consists in ease of use due to the ability to control the operation of the power source and the presence of its parameters - temperature, currents, voltages, as well as the residual life of the work, which are measured (calculated) and can be transmitted to the consumer periodically or upon request. 1 FIG.

Description

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯINTELLIGENT AUTONOMOUS POWER SUPPLY

Заявленное техническое решение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания, использующим в качестве первичных источников энергии солнечные батареи, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторы. The claimed technical solution relates to electrical engineering, namely to autonomous power supply systems using solar batteries as primary energy sources, and batteries as energy storage devices.

Известно устройство на солнечных батареях, которое включает в себя аккумуляторную батарею, солнечную батарею и DC-восприимчивое (DC, Direct Current, постоянный ток) АС устройство (AC, Alternating Current, переменный ток), такое как компактная флуоресцентная лампа. Энергия от солнечной батареи через первый DC/DC преобразователь обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи, а через второй DC/DC преобразователь, обеспечивает питание постоянного тока на DC восприимчивое АС устройство [Патент РФ № 2503120, кл. H02М, опубл. 27.12.2013 г.].A solar-powered device is known which includes a battery, a solar battery, and a DC-susceptible (DC, Direct Current, DC) AC device (AC, Alternating Current, alternating current), such as a compact fluorescent lamp. The energy from the solar battery through the first DC / DC converter provides charging of the battery, and through the second DC / DC converter, provides DC power to a DC sensitive AC device [RF Patent No. 2503120, cl. H02M, publ. December 27, 2013].

Недостатками этого устройства является уменьшение выходного напряжения при разряде аккумуляторных батарей и отсутствие информации о возможном ресурсе работы источника.The disadvantages of this device is the reduction of the output voltage when the batteries are discharged and the lack of information about the possible life of the source.

Известна автономная система электропитания космических аппаратов, использующих в качестве первичных источников энергии солнечные батареи, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи. Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата состоит в том, что управляют стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного и выходного напряжения системы электропитания. При этом с помощью измерительных шунтов контролируют ток нагрузки и токи заряда/разряда аккумуляторных батарей. Кроме того, контролируют выходное напряжение системы электропитания с помощью пороговых датчиков и отключают нагрузку при достижении пороговых значений выходного напряжения. Дополнительно контролируют динамику переходных процессов изменения выходного напряжения и тока нагрузки во времени с помощью быстродействующих запоминающих устройств, которые запускают по достижении пороговых значений выходного напряжения. Повторное включение нагрузки проводят после анализа результатов запомненной динамики переходных процессов [Патент РФ № 2567930, кл. H02J, B64G, опубл. 10.11.2015 г.]. A well-known autonomous power supply system for spacecraft using solar cells as primary energy sources, and storage batteries as energy storage devices. The method of supplying the load with direct current in the autonomous power supply system of the spacecraft consists in controlling the voltage stabilizer, charging and discharge devices, depending on the input and output voltage of the power supply system. In this case, with the help of measuring shunts, the load current and the charge / discharge currents of the batteries are monitored. In addition, the output voltage of the power supply system is monitored using threshold sensors and the load is switched off when the threshold values of the output voltage are reached. In addition, the dynamics of transients is monitored for changes in the output voltage and load current over time using high-speed memory devices that start when threshold values for the output voltage are reached. Re-inclusion of the load is carried out after analyzing the results of the stored dynamics of transients [RF Patent No. 2567930, cl. H02J, B64G, publ. November 10, 2015].

Недостатками этого устройства является изменение выходного напряжения при разряде аккумуляторных батарей и отсутствие информации о возможном ресурсе его работы. The disadvantages of this device is the change in the output voltage when the batteries are discharged and the lack of information about the possible resource of its operation.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании такого интеллектуального автономного источника питания (АИП), который передает потребителю информацию о текущих параметрах электропитания и остаточном ресурсе работы.The task to which the claimed technical solution is directed is to create such an intelligent autonomous power source (AIP), which transmits to the consumer information about the current power parameters and the remaining operating life.

Поставленная задача достигается за счет того, что интеллектуальный автономный источник питания содержит солнечную батарею, аккумулятор с блоком заряда аккумулятора, стабилизирующий преобразователь и информационно-управляющий блок, соединенные соответствующим образом между собой. The task is achieved due to the fact that the intelligent stand-alone power source contains a solar battery, a battery with a battery charge unit, a stabilizing converter and an information-control unit, interconnected accordingly.

Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг. 1, где представлена структурная схема реализации интеллектуального автономного источника питания.The essence of the claimed technical solution is illustrated in FIG. 1, which shows a block diagram of the implementation of intelligent autonomous power source.

Интеллектуальный автономный источник питания состоит из солнечной батареи 1, блока заряда аккумулятора 2, аккумулятора 3, стабилизирующего преобразователя 4 и информационно-управляющего блока 5.An intelligent autonomous power source consists of a solar battery 1, a battery charge unit 2, a battery 3, a stabilizing converter 4, and an information-control unit 5.

Заявляемое техническое решение поясняется во взаимодействии между отдельными элементами в процессе работы. The claimed technical solution is illustrated in the interaction between the individual elements in the process.

Солнечная батарея 1 реализована в виде плоской или цилиндрической поверхности, на которой размещены солнечные элементы, объединенные в единый электрический узел. Солнечные элементы могут быть гибкими или жесткими. Солнечная батарея 1 присоединена к блоку заряда аккумулятора 2, присоединенного к аккумулятору 3, который в свою очередь присоединен ко входу стабилизирующего преобразователя 4. Кроме этого солнечная батарея 1, аккумулятор 3 и стабилизирующий преобразователь 4 присоединены ко входам информационно-управляющего блока 5. Выходное напряжение интеллектуального автономного источника питания снимается с выхода стабилизирующего преобразователя 4. Выход информационно-управляющего блока 5 соединен с управляющим входом стабилизирующего преобразователя 4. Дополнительные вход/выход информационно-управляющего блока 5 предназначены для передачи информации о текущих параметрах питания и прогнозируемом ресурсе работы.The solar battery 1 is implemented in the form of a flat or cylindrical surface on which solar cells are placed, combined into a single electrical unit. Solar cells can be flexible or rigid. The solar battery 1 is connected to the charge unit of the battery 2 connected to the battery 3, which in turn is connected to the input of the stabilizing converter 4. In addition, the solar battery 1, battery 3 and the stabilizing converter 4 are connected to the inputs of the information-control unit 5. The output voltage of the smart an autonomous power source is removed from the output of the stabilizing converter 4. The output of the information-control unit 5 is connected to the control input of the stabilizing converter Vatel 4. Additional input / output information control unit 5 designed to convey information about the current settings and projected power resource operation.

Рассмотрим работу интеллектуального автономного источника питания.Consider the work of an intelligent autonomous power source.

Выходное напряжение интеллектуального автономного источника питания (питание нагрузки) формируется стабилизирующим преобразователем 4, который производит изменение величины (в сторону уменьшения или увеличения, в зависимости от необходимости) и стабилизацию выходного напряжения при изменении тока в цепи нагрузки и входного напряжения, получаемого от аккумулятора 3.The output voltage of an intelligent autonomous power source (load power) is generated by a stabilizing converter 4, which produces a change in magnitude (downward or upward, depending on need) and stabilization of the output voltage when the current in the load circuit and the input voltage received from the battery 3 change.

Аккумулятор 3 заряжается через блок зарядки 2 от солнечной батареи 1.The battery 3 is charged through the charging unit 2 from the solar battery 1.

Информационно-управляющий блок 5 с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП) измеряет температуру, напряжения и токи в цепях солнечной батареи 1, аккумулятора 3 и стабилизирующего преобразователя 4. Информационно-управляющий блок 5 формирует управляющий сигнал для выключения стабилизирующего преобразователя 4 в случае недопустимого разряда аккумулятора или по внешней команде. Информационно-управляющий блок 5 формирует выходные сигналы обмена по цифровой шине обмена данными (температуру, напряжения, токи, прогноз оставшегося ресурса работы при условии, что параметры энергопотребления соответствуют текущим). The information and control unit 5 using analog-to-digital converters (ADC) measures the temperature, voltages and currents in the circuits of the solar battery 1, battery 3 and the stabilizing converter 4. The information and control unit 5 generates a control signal to turn off the stabilizing converter 4 in case of an unacceptable discharge battery or by external command. The information-control unit 5 generates the output signals of the exchange via the digital data exchange bus (temperature, voltages, currents, forecast of the remaining work resource, provided that the energy consumption parameters correspond to the current ones).

Блок заряда аккумулятора 2 формирует необходимые для заряда аккумулятора конкретного используемого типа выходное напряжение и ток, обеспечивая максимальное использование солнечной энергии (режим работы в точке максимальной мощности) солнечной батареи 1, и обеспечивая максимальное число циклов заряд/разряд аккумулятора.The battery charge unit 2 generates the output voltage and current necessary to charge the battery of the particular type used, ensuring maximum use of solar energy (operating mode at the maximum power point) of the solar battery 1, and providing the maximum number of charge / discharge cycles of the battery.

Возможность реализации заявляемых технических решений может быть обоснована указанием на типы конкретных элементов.The possibility of implementing the claimed technical solutions can be justified by indicating the types of specific elements.

Солнечная батарея 1 может состоять из кремниевых солнечных элементов. Например, кремниевый солнечные элементы 52х19 мм артикул 79 (рабочее напряжение 0,5 В, максимальный рабочий ток 0,28 А, ток короткого замыкания 0,32 А, максимальная мощность 0,14 Вт) [http://mobilesolar.ru/products/8966789].The solar battery 1 may consist of silicon solar cells. For example, silicon solar cells 52x19 mm article 79 (operating voltage 0.5 V, maximum operating current 0.28 A, short circuit current 0.32 A, maximum power 0.14 W) [ http://mobilesolar.ru/products / 8966789 ].

Блок заряда аккумулятора 2 представляет собой схему, обеспечивающую заряд аккумулятора от солнечной батареи в соответствии с техническими условиями на эксплуатацию последнего. Блок заряда 2 может быть BQ25505RGRT. Напряжение зарядки батареи - 5.5 В, тип батареи - LiFePO4, Li-Ion, Li-Pol, максимальный ток зарядки - 100 мА, входное напряжение - 4 В, максимальная рабочая температура - +85 °C, минимальная рабочая температура -40 °C [http://www.chipdip.ru/product/bq25505rgrt-1].The battery charge unit 2 is a circuit providing a battery charge from the solar battery in accordance with the specifications for the operation of the latter. Charge unit 2 may be BQ25505RGRT. The battery charging voltage is 5.5 V, the battery type is LiFePO4, Li-Ion, Li-Pol, the maximum charging current is 100 mA, the input voltage is 4 V, the maximum working temperature is +85 ° C, the minimum working temperature is -40 ° C [ http://www.chipdip.ru/product/bq25505rgrt-1].

В качестве аккумулятора 3 может быть использоваться любой аккумулятор, обеспечивающей работу в температурном диапазоне работы интеллектуального автономного источника питания и имеющий необходимые напряжение и емкость. Например, аккумулятор LiFePO4 ANR26650M1-B (размер Ø26x65 мм, вес 76 г, номинальная емкость 2,5 А·ч, номинальное напряжение 3,3 В, внутреннее сопротивление 6 мОм, количество жизненных циклов >1000) [http://lr6.ru/akkumuljatory/promyshlennye-akkumuljatory/akkumuljator-li-fe/3211].As the battery 3, any battery capable of operating in the temperature range of an intelligent autonomous power source and having the necessary voltage and capacity can be used. For example, a LiFePO4 ANR26650M1-B battery (size Ø26x65 mm, weight 76 g, nominal capacity 2.5 Ah, nominal voltage 3.3 V, internal resistance 6 mOhm, number of life cycles> 1000) [ http: // lr6. com / akkumuljatory / promyshlennye-akkumuljatory / akkumuljator-li-fe / 3211 ].

В качестве стабилизирующего преобразователя 4 может использоваться преобразователь, обеспечивающий требуемые выходное напряжение и ток. Например, управляемый импульсный стабилизирующий преобразователь напряжения LTC3525-3,3 (входное напряжение 0,85-3,3 В, максимальный выходной ток 0,45 А, кпд 85-95% при выходном токе 1-10 мА) [http://datasheet.elcodis.com/pdf/63/93/639300/ltc3525esc6-3pbf.pdf].As a stabilizing converter 4, a converter can be used that provides the required output voltage and current. For example, a controlled pulse stabilizing voltage converter LTC3525-3.3 (input voltage 0.85-3.3 V, maximum output current 0.45 A, efficiency 85-95% with output current 1-10 mA) [ http: // datasheet.elcodis.com/pdf/63/93/639300/ltc3525esc6-3pbf.pdf ].

В качестве информационно-управляющего блока 5 может использоваться любой универсальный энергоэкономичный микропроцессор, содержащий АЦП и порт ввода/вывода (UART, I2C и подобные), например, MSP430x11x2 [http://www.ti.com/lit/ds/slas361d/slas361d.pdf], или MSP432P401R [http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp432p401r.pdf].As the information and control unit 5, any universal energy-efficient microprocessor containing an ADC and an input / output port (UART, I2C, and the like), for example, MSP430x11x2 [ http: // www.ti.com/lit/ds/slas361d/slas361d, can be used .pdf], or MSP432P401R [ http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp432p401r.pdf ].

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является удобство использования за счет возможности управления работой источника питания и наличии его параметров – температуры, токов, напряжений, а также остаточного ресурса работы, которые измеряются (вычисляются) и могут передаваться потребителю периодически или по запросу. The technical result provided by the given set of features is ease of use due to the ability to control the operation of the power source and the presence of its parameters - temperature, currents, voltages, as well as the remaining service life, which are measured (calculated) and can be transmitted to the consumer periodically or upon request.

Claims

An intelligent autonomous power source, characterized in that it includes a cylindrical solar battery of at least two solar cells, to which a battery charge unit is connected, to which a battery is connected, and the outputs of the cylindrical solar battery and battery are connected to the inputs of the information-control unit having in addition, external input / output, and the input of a stabilizing converter, the output of which is connected to one of the inputs of the information-control unit, the output of which, in The next step is connected to the control input of the stabilizing converter.