RU2479091C1 - Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof - Google Patents
Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479091C1 RU2479091C1 RU2011153713/07A RU2011153713A RU2479091C1 RU 2479091 C1 RU2479091 C1 RU 2479091C1 RU 2011153713/07 A RU2011153713/07 A RU 2011153713/07A RU 2011153713 A RU2011153713 A RU 2011153713A RU 2479091 C1 RU2479091 C1 RU 2479091C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- battery
- solar battery
- additional
- current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к областям электротехники и энергетики и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания, в которых солнечные батареи используются в качестве первичного источника энергии.The invention relates to the fields of electrical engineering and energy and can be used in the creation and operation of autonomous power systems in which solar panels are used as the primary source of energy.
Солнечные батареи используются в автономных системах электропитания, и во всех случаях использования солнечной батареи в качестве первичного источника энергии, кроме расположения ее на космическом аппарате, не попадающем в тень от Земли, мощность, генерируемая солнечной батареей, изменяется во времени. Поэтому для непрерывного снабжения потребителей электрической энергией ее приходится накапливать, например, в электрохимических аккумуляторах.Solar batteries are used in autonomous power supply systems, and in all cases of using the solar battery as the primary source of energy, except for its location on a spacecraft that does not fall into the shadow of the Earth, the power generated by the solar battery varies over time. Therefore, for the continuous supply of electrical energy to consumers, it has to be accumulated, for example, in electrochemical batteries.
Для заряда аккумулятора необходимо, чтобы его электродвижущая сила (ЭДС) была меньше, чем напряжение источника энергии. Солнечная батарея (СБ) является источником энергии ограниченной мощности, напряжение которого изменяется при изменении температуры СБ, интенсивности и угла падения светового потока, величины электрического тока, протекающего через СБ. Поэтому для заряда аккумулятора приходится либо выбирать СБ, у которой напряжение при действии неблагоприятных факторов будет больше, чем ЭДС полностью заряженного аккумулятора, либо преобразовывать электрическую мощность, генерируемую СБ, увеличивая напряжение и уменьшая силу тока, генерируемого СБ.To charge the battery, it is necessary that its electromotive force (EMF) is less than the voltage of the energy source. The solar battery (SB) is an energy source of limited power, the voltage of which changes with a change in the temperature of the SB, the intensity and angle of incidence of the light flux, the magnitude of the electric current flowing through the SB. Therefore, to charge the battery, you have to either choose a SB, in which the voltage under the action of adverse factors will be greater than the EMF of a fully charged battery, or convert the electric power generated by the SB, increasing the voltage and decreasing the current generated by the SB.
Наиболее близкими к заявляемым способу и устройству являются способ и устройство для питания нагрузки от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи, по патенту РФ 2287885, МПК H02J 7/34. Устройство содержит дополнительный источник напряжения, выполненный в виде преобразователя постоянного тока, соединенного входными выводами параллельно с солнечной батареей, а выходными выводами - последовательно с солнечной батареей и аккумулятором, и блок управления. Согласно способу часть мощности, генерируемой солнечной батареей, отбирают путем преобразования части электрического тока, протекающего через солнечную батарею, для питания дополнительного источника напряжения в цепи солнечной батареи и включают его при снижении напряжения солнечной батареи. С помощью этого способа удается при действии неблагоприятных факторов, например при деградации СБ в процессе ее эксплуатации, поддерживать напряжение на выходе последовательной цепи, состоящей из СБ и дополнительного источника напряжения, близким к максимальному значению входного напряжения нагрузки. Однако, как следует из описания способа, при зарядке аккумулятора для согласования напряжения на выходе последовательной цепи, состоящей из СБ и дополнительного источника напряжения, и напряжения заряда аккумулятора используют зарядный преобразователь. Для формирования дополнительного источника напряжения также используют преобразователь тока, генерируемого СБ.Closest to the claimed method and device are a method and a device for supplying a load from a limited power source, for example a solar battery, according to the patent of the Russian Federation 2287885, IPC H02J 7/34. The device contains an additional voltage source, made in the form of a DC converter connected by input terminals in parallel with the solar battery, and output terminals in series with the solar battery and battery, and a control unit. According to the method, part of the power generated by the solar battery is selected by converting part of the electric current flowing through the solar battery to power an additional voltage source in the solar battery circuit and turn it on when the voltage of the solar battery is reduced. Using this method, it is possible, under the action of adverse factors, for example, during the degradation of the SB during its operation, to maintain the voltage at the output of the serial circuit, which consists of the SB and an additional voltage source, close to the maximum value of the input load voltage. However, as follows from the description of the method, when charging the battery to match the voltage at the output of the serial circuit, consisting of SB and an additional voltage source, and the voltage of the battery charge, a charging converter is used. To form an additional voltage source, a current converter generated by the SB is also used.
Недостатком способа и устройства является снижение эффективности использования СБ из-за потерь при преобразовании ее мощности в мощность электрического тока, расходуемого на заряд аккумулятора. В известных способе и устройстве коэффициент преобразования мощности СБ в полезную мощность, расходуемую на заряд аккумулятора, не может быть большим, чем коэффициент полезного действия (КПД) преобразователей постоянного тока. При напряжении на выходе СБ большем входного напряжения нагрузки всю мощность СБ преобразуют с некоторым значением КПД преобразователя. При выходном напряжении СБ меньшем, чем входное напряжение нагрузки, кроме того, часть мощности СБ подвергают преобразованию с помощью двух последовательно включенных преобразователей. В этом случае общий коэффициент преобразования мощности СБ в полезную мощность, расходуемую в нагрузке, будет меньше, чем КПД одного преобразователя.The disadvantage of this method and device is the decrease in the efficiency of using the SB due to losses when converting its power to the power of the electric current spent on battery power. In the known method and device, the coefficient of conversion of the power of the SB into the useful power spent on the battery charge cannot be greater than the coefficient of efficiency (COP) of the DC / DC converters. When the voltage at the output of the SB is greater than the input load voltage, the entire power of the SB is converted with a certain value of the converter efficiency. When the output voltage of the SB is less than the input voltage of the load, in addition, part of the power of the SB is subjected to conversion using two series-connected converters. In this case, the overall coefficient of conversion of the power of the SB to the useful power spent in the load will be less than the efficiency of one converter.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение потерь мощности при преобразовании электрического тока, генерируемого солнечной батареей, в электрический ток, заряжающий аккумулятор.The problem to which the invention is directed is to reduce power losses when converting the electric current generated by the solar battery into an electric current charging the battery.
Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, будет повышение коэффициента преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в полезную мощность, расходуемую на заряд аккумулятора.The technical result obtained by using the invention is to increase the conversion factor of the power generated by the solar battery into usable power spent on battery power.
Поставленная задача решается тем, что дополнительно отбирают часть мощности, генерируемой солнечной батареей, путем преобразования части электрического тока, протекающего через аккумулятор, формируют дополнительный источник тока, параллельный солнечной батарее, при этом дополнительный источник напряжения включают при снижении напряжения солнечной батареи до значения, меньшего заданного напряжения заряда аккумулятора, а при напряжении солнечной батареи, превышающем напряжение заряда аккумулятора, выключают дополнительный источник напряжения и включают дополнительный источник тока, параллельный солнечной батарее. После включения дополнительного источника напряжения регулируют отбор мощности, генерируемой солнечной батареей, для питания дополнительного источника напряжения до совпадения суммы его напряжения и напряжения солнечной батареи с заданным напряжением заряда аккумулятора. После включения дополнительного источника тока регулируют отбор мощности, генерируемой солнечной батареей, для питания дополнительного источника тока и уменьшают напряжение на аккумуляторе до совпадения с заданным напряжением заряда аккумулятора, а аккумулятор заряжают суммой электрических токов, генерируемых дополнительным источником тока и солнечной батареей.The problem is solved by the fact that additionally take part of the power generated by the solar battery by converting part of the electric current flowing through the battery, form an additional current source parallel to the solar battery, while the additional voltage source is turned on when the voltage of the solar battery is reduced to a value less than a predetermined battery charge voltage, and when the solar battery voltage exceeds the battery charge voltage, turn off additional sources voltage, and include an additional current source, parallel solar battery. After switching on the additional voltage source, the selection of the power generated by the solar battery is regulated to power the additional voltage source until the sum of its voltage and the voltage of the solar battery coincides with the specified battery charge voltage. After switching on the additional current source, the selection of the power generated by the solar battery is regulated to power the additional current source and the voltage on the battery is reduced to match the preset battery voltage, and the battery is charged by the sum of the electric currents generated by the additional current source and the solar battery.
Для решения поставленной задачи устройство для осуществления способа заряда аккумулятора от солнечной батареи содержит дополнительный источник тока, выполненный в виде преобразователя постоянного тока, соединенного входными выводами последовательно с аккумулятором и солнечной батареей, а выходными выводами - параллельно с солнечной батареей, и блок управления. При этом преобразователь постоянного тока дополнительного источника напряжения содержит управляемый ключ, неуправляемый ключ и последовательно соединенные управляемый инвертор напряжения, трансформатор и выпрямитель, входные выводы инвертора напряжения являются входными выводами преобразователя тока, к одному из которых последовательно подключен управляемый ключ, выходные выводы выпрямителя являются выходными выводами преобразователя постоянного тока, к которым параллельно подключен неуправляемый ключ. Преобразователь постоянного тока дополнительного источника тока содержит управляемый ключ и последовательно соединенные управляемый инвертор тока, трансформатор и выпрямитель, выходные выводы которого являются выходными выводами преобразователя постоянного тока. Входные выводы управляемого инвертора тока, к которым параллельно подключен управляемый ключ, являются входными выводами преобразователя постоянного тока. Блок управления выполнен с возможностью измерения напряжения солнечной батареи, включения и выключения дополнительных источников напряжения и тока, а также с возможностью управления ключами в преобразователях постоянного тока с помощью широтно-импульсных модуляторов.To solve this problem, the device for implementing the method of charging the battery from the solar battery contains an additional current source, made in the form of a DC converter connected in input terminals in series with the battery and the solar battery, and output terminals in parallel with the solar battery, and a control unit. In this case, the DC-DC converter of the additional voltage source contains a controlled key, an uncontrolled switch and a series-connected controlled voltage inverter, a transformer and a rectifier, the input terminals of the voltage inverter are the input terminals of the current converter, one of which is connected in series with the controlled key, the output terminals of the rectifier are output terminals a DC-DC converter to which an unmanaged key is connected in parallel. The DC Converter of the additional current source contains a controlled key and a series-connected controlled current inverter, a transformer and a rectifier, the output terminals of which are the output terminals of the DC Converter. The input terminals of a controlled current inverter, to which a controlled key is connected in parallel, are the input terminals of a DC / DC converter. The control unit is configured to measure the voltage of the solar battery, turn on and off additional voltage and current sources, as well as to control keys in DC / DC converters using pulse-width modulators.
Совокупность признаков способа и устройства обеспечивает достижение технического результата, выражающегося в повышении коэффициента преобразования мощности, генерируемой СБ, в полезную мощность, расходуемую на заряд аккумулятора. При любом отношении значений напряжений СБ и заряда аккумулятора часть мощности, генерируемой СБ, передают непосредственно на заряд аккумулятора без неизбежных потерь, возникающих при преобразовании постоянного тока. Для согласования напряжения СБ и напряжения заряда аккумулятора преобразуют только часть мощности, генерируемой СБ. Неизбежные потери мощности, возникающие при преобразовании электрической мощности с увеличением или уменьшением напряжения или силы тока, при использовании совокупностей признаков способа и устройства будут меньше, чем при преобразовании не части, а всей мощности, генерируемой солнечной батареей. Поэтому коэффициент преобразования мощности, генерируемой СБ, в полезную мощность заряда аккумулятора при использовании указанной совокупности признаков будет больше, чем КПД преобразователей электрической мощности, увеличивающих или уменьшающих напряжение и силу тока.The totality of the features of the method and device ensures the achievement of a technical result, expressed in increasing the coefficient of conversion of power generated by the SB into usable power spent on battery power. For any ratio of the voltage values of the SB and the battery charge, part of the power generated by the SB is transferred directly to the battery charge without the inevitable losses arising from the conversion of direct current. To reconcile the SB voltage and the battery charge voltage, only part of the power generated by the SB is converted. The inevitable power losses that occur when converting electric power with an increase or decrease in voltage or current strength when using sets of features of the method and device will be less than when converting not part, but all the power generated by the solar battery. Therefore, the coefficient of conversion of the power generated by the SB into the useful power of the battery charge when using this set of features will be greater than the efficiency of electric power converters that increase or decrease voltage and current.
Группа изобретений поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства для заряда аккумулятора от солнечной батареи. Позициями на чертеже обозначены: 1 - солнечная батарея; 2 - аккумулятор; 3 - дополнительный источник напряжения; 4 - дополнительный источник тока; 5 - блок управления; 6, 7 - входные выводы дополнительного источника напряжения 3; 8, 9 - выходные выводы дополнительного источника напряжения 3; 10, 11 - входные выводы дополнительного источника тока 4; 12, 13 - выходные выводы дополнительного источника тока 4; 14 - управляемый ключ дополнительного источника напряжения 3; 15 - неуправляемый ключ дополнительного источника напряжения 3; 16 - управляемый инвертор напряжения дополнительного источника напряжения 3; 17 - трансформатор дополнительного источника напряжения 3; 18 - выпрямитель дополнительного источника напряжения 3; 19 - управляемый ключ дополнительного источника тока 4; 20 - управляемый инвертор тока; 21 - трансформатор дополнительного источника тока 4; 22 - выпрямитель дополнительного источника тока 4.The group of inventions is illustrated by the drawing, which shows a structural diagram of a device for charging a battery from a solar battery. The positions in the drawing indicate: 1 - solar battery; 2 - battery; 3 - an additional voltage source; 4 - an additional current source; 5 - control unit; 6, 7 - input terminals of an additional voltage source 3; 8, 9 - output conclusions of an additional voltage source 3; 10, 11 - input terminals of an additional current source 4; 12, 13 - output terminals of an additional current source 4; 14 - controlled key of an additional voltage source 3; 15 - uncontrolled key of an additional voltage source 3; 16 - controlled voltage inverter of the additional voltage source 3; 17 - transformer of an additional voltage source 3; 18 - rectifier additional voltage source 3; 19 is a controlled key of an additional current source 4; 20 - controlled current inverter; 21 - transformer of an additional current source 4; 22 - rectifier of an additional current source 4.
Устройство для заряда аккумулятора 2 от солнечной батареи 1 содержит дополнительный источник 3 напряжения, дополнительный источник 4 тока и блок 5 управления.A device for charging the battery 2 from the solar battery 1 contains an additional voltage source 3, an additional current source 4 and a control unit 5.
Дополнительный источник 3 напряжения выполнен в виде преобразователя постоянного тока, соединенного входными выводами 6, 7 параллельно с солнечной батареей, а выходными выводами 8, 9 - последовательно с солнечной батареей и аккумулятором.An additional voltage source 3 is made in the form of a DC converter connected by input terminals 6, 7 in parallel with the solar battery, and output terminals 8, 9 in series with the solar battery and battery.
Дополнительный источник 4 тока выполнен в виде преобразователя постоянного тока, соединенного входными выводами 10, 11 последовательно с аккумулятором и солнечной батареей, а выходными выводами 12, 13 - параллельно с солнечной батареей.An additional current source 4 is made in the form of a direct current converter connected by input terminals 10, 11 in series with the battery and the solar battery, and output terminals 12, 13 in parallel with the solar battery.
Дополнительный источник 3 напряжения, выполненный в виде преобразователя постоянного тока, содержит управляемый ключ 14, неуправляемый ключ 15 и последовательно соединенные управляемый инвертор 16 напряжения, трансформатор 17 и выпрямитель 18, входные выводы инвертора напряжения являются входными выводами 6, 7 преобразователя тока, к одному из которых последовательно подключен управляемый ключ 14, выходные выводы выпрямителя являются выходными выводами 8, 9 преобразователя постоянного тока, к которым параллельно подключен неуправляемый ключ 15.The additional voltage source 3, made in the form of a DC-DC converter, contains a controlled key 14, an uncontrolled key 15 and a series-connected controlled voltage inverter 16, a transformer 17 and a rectifier 18, the input terminals of the voltage inverter are the input terminals 6, 7 of the current converter, to one of of which the controlled key 14 is connected in series, the output terminals of the rectifier are the output terminals 8, 9 of the DC / DC converter, to which the uncontrolled key is connected in parallel fifteen.
Дополнительный источник 4 тока, выполненный в виде преобразователя постоянного тока, содержит управляемый ключ 19 и последовательно соединенные управляемый инвертор 20 тока, трансформатор 21 и выпрямитель 22, выходные выводы которого являются выходными выводами 13, 14 преобразователя постоянного тока, входные выводы управляемого инвертора тока 21, к которым параллельно подключен управляемый ключ 19, являются входными выводами 10, 11 преобразователя постоянного тока.The additional current source 4, made in the form of a DC-DC converter, contains a controlled key 19 and serially connected controlled current inverter 20, a transformer 21 and a rectifier 22, the output terminals of which are the output terminals 13, 14 of the DC-DC converter, the input terminals of the controlled current inverter 21, to which the controlled key 19 is connected in parallel, are the input terminals 10, 11 of the DC / DC converter.
Блок 5 управления соединен с солнечной батареей 1, аккумулятором 2, дополнительным источником 3 напряжения, дополнительным источником 4 тока и может содержать широтно-импульсные модуляторы, измерители напряжений солнечной батареи 1 и аккумулятора 2, выполненные, например, в виде аналого-цифровых преобразователей, соединенных с микропроцессорами, управляющими широтно-импульсными модуляторами по заданной программе.The control unit 5 is connected to the solar battery 1, the battery 2, an additional voltage source 3, an additional current source 4 and may contain pulse-width modulators, voltage meters of the solar battery 1 and battery 2, made, for example, in the form of analog-to-digital converters connected with microprocessors controlling pulse-width modulators according to a given program.
Управляемые инверторы 16, 20 предназначены для преобразования постоянного тока в импульсный ток и могут содержать ключи, управляемые широтно-импульсными модуляторами (ШИМ), содержащимися в блоке 5 управления, и входные емкостные или индуктивные фильтры, сглаживающие пульсации напряжения постоянного тока. При этом входной фильтр инвертора 20 тока может быть выполнен преимущественно индуктивным, а входной фильтр инвертора 16 напряжения может быть выполнен преимущественно емкостным. Трансформаторы 17, 21 предназначены для изменения амплитуды импульсов тока, и трансформатор 17 выполнен преимущественно понижающим амплитуду импульсов тока, а трансформатор 21 - повышающим. Выпрямители 18, 22 предназначены для преобразования импульсного тока в постоянный ток и могут содержать неуправляемые ключи и емкостные или индуктивные фильтры, сглаживающие пульсации напряжения. Управляемые ключи 14, 19 и ключи в инверторах 16, 20 могут быть выполнены на основе тиристоров, биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Неуправляемый ключ 15 и ключи в выпрямителях 18, 22 могут быть выполнены преимущественно на основе диодов.Managed inverters 16, 20 are designed to convert direct current to pulsed current and may contain keys controlled by pulse-width modulators (PWM) contained in the control unit 5, and input capacitive or inductive filters that smooth out DC voltage ripples. In this case, the input filter of the current inverter 20 can be predominantly inductive, and the input filter of the voltage inverter 16 can be predominantly capacitive. Transformers 17, 21 are designed to change the amplitude of the current pulses, and the transformer 17 is made mainly lowering the amplitude of the current pulses, and the transformer 21 is increasing. Rectifiers 18, 22 are designed to convert pulsed current into direct current and may contain uncontrolled switches and capacitive or inductive filters that smooth voltage ripples. The controlled keys 14, 19 and the keys in the inverters 16, 20 can be made on the basis of thyristors, bipolar transistors or field effect transistors. Uncontrolled key 15 and the keys in the rectifiers 18, 22 can be made mainly on the basis of diodes.
Дополнительные источники напряжения 3 и тока 4, выполненные в виде преобразователей постоянного тока, а также содержащиеся в них элементы и узлы могут быть выполнены в соответствии с известными решениями, представленными, например, в следующих источниках: Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М., Энергоатомиздат, 1992, 296 с., Монин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергоатомиздат, 1986, 376 с.Additional voltage sources 3 and current 4, made in the form of DC / DC converters, as well as the elements and units contained in them, can be made in accordance with known solutions, presented, for example, in the following sources: Rozanov Yu.K. The basics of power electronics. M., Energoatomizdat, 1992, 296 p., Monin B.C. Stabilized transistor converters. M., Energoatomizdat, 1986, 376 p.
Для решения поставленной задачи при осуществлении способа с помощью устройства достаточно наличие указанных в нем элементов и связей между ними, а выбор схем преобразователей и расчеты всех содержащихся в них элементов и узлов могут быть выполнены специалистами на основе существующего уровня техники применительно к конкретным параметрам солнечной батареи 1 и аккумулятора 2.To solve the problem when implementing the method using the device, it is sufficient to have the elements indicated in it and the connections between them, and the choice of converter circuits and the calculations of all the elements and nodes contained in them can be performed by specialists on the basis of the existing prior art as applied to specific parameters of the solar battery 1 and battery 2.
С помощью устройства, схема которого показана на чертеже, способ осуществляют следующим образом.Using the device, a diagram of which is shown in the drawing, the method is as follows.
Измеряют напряжение на выходе солнечной батареи 1 и сравнивают его в блоке 5 управления с заданным значением напряжения заряда аккумулятора 2, затем с помощью блока 5 управления включают или выключают дополнительные источники 3, 4 напряжения и тока. При совпадении указанных напряжений выключают оба источника 3, 4 посредством размыкания ключа 14 и замыкания ключа 19. Аккумулятор 2 заряжают от солнечной батареи 1 через замкнутый неуправляемый ключ 15 и замкнутый управляемый ключ 19 практически без потерь мощности, связанных с преобразованием тока, генерируемого солнечной батареей 1, в ток, заряжающий аккумулятор 2, так как в этом случае не происходят периодические замыкания и размыкания ключей, при которых возникают основные потери мощности в преобразователях тока.The voltage at the output of the solar battery 1 is measured and compared in the control unit 5 with a predetermined value of the charge voltage of the battery 2, then using the control unit 5, additional sources 3, 4 of voltage and current are turned on or off. When these voltages coincide, both sources 3, 4 are turned off by opening the key 14 and closing the key 19. The battery 2 is charged from the solar battery 1 through a closed uncontrolled key 15 and a closed controlled key 19 with almost no power loss associated with the conversion of the current generated by the solar battery 1 , into the current charging the battery 2, since in this case there are no periodic short circuits and opening of the keys, during which the main power losses occur in the current converters.
Однако такое совпадение напряжений может быть только случайным и редким из-за того, что напряжения солнечной батареи 1 и заряда аккумулятора 2 изменяются во времени. Если напряжение солнечной батареи 1 будет меньше заданного значения напряжения заряда аккумулятора 2, то включают дополнительный источник 3 напряжения посредством замыкания управляемого ключа 14, а дополнительный источник 4 тока выключают посредством замыкания управляемого ключа 19, который шунтирует входные выводы 10, 11 преобразователя тока. При этом инвертор 16 напряжения будет отбирать мощность, генерируемую солнечной батареей 1, преобразуя часть тока, генерируемого этой батареей и протекающего через входные выводы 6, 7, инвертором 16 в импульсный ток. Амплитуду импульсов тока уменьшают с помощью трансформатора 17 и преобразуют импульсный ток в постоянный ток с помощью выпрямителя 18. В результате этих преобразований тока на выходных выводах 8, 9 появляется напряжение, которое размыкает неуправляемый ключ 15 и суммируется с напряжением солнечной батареи 1.However, such a coincidence of voltages can only be accidental and rare due to the fact that the voltages of the solar battery 1 and the charge of the battery 2 vary in time. If the voltage of the solar battery 1 is less than the set value of the voltage of the charge of the battery 2, then turn on the additional voltage source 3 by closing the controlled key 14, and the additional current source 4 is turned off by closing the controlled key 19, which shunts the input terminals 10, 11 of the current transducer. In this case, the voltage inverter 16 will select the power generated by the solar battery 1, converting part of the current generated by this battery and flowing through the input terminals 6, 7, the inverter 16 into a pulse current. The amplitude of the current pulses is reduced using a transformer 17 and the pulse current is converted to direct current using a rectifier 18. As a result of these current conversions, a voltage appears on the output terminals 8, 9, which opens the uncontrolled switch 15 and is summed with the voltage of the solar battery 1.
Регулируют отбор мощности, генерируемой солнечной батареей 1, для питания дополнительного источника 3 напряжения до совпадения суммы напряжения солнечной батареи 1 и напряжения на выходных выводах 9, 8 источника 3 напряжения с заданным напряжением заряда аккумулятора 2 посредством изменения длительности интервалов времени нахождения в замкнутом и разомкнутом состоянии управляемых ключей в инверторе 16 с помощью широтно-импульсного модулятора, содержащегося в блоке 5 управления. Аккумулятор 2 заряжают частью тока, генерируемого солнечной батареей 1 и протекающего через выходные выводы 8, 9 источника 3 напряжения, при напряжении на аккумулятор 2, равном заданному напряжению заряда аккумулятор 2. При этом точность совпадения суммы напряжения солнечной батареи 1 и напряжения на выходных выводах 9, 8 источника 3 напряжения с заданным напряжением заряда аккумулятора 2 будет определяться точностью измерения напряжений солнечной батареи 1 и аккумулятора 2, эффективностью подавления пульсаций напряжения выходным фильтром выпрямителя 18, шумами и другими неблагоприятными явлениями, возникающими при работе любого электронного аппарата.The selection of the power generated by the solar battery 1 is regulated to power the additional voltage source 3 until the sum of the voltage of the solar battery 1 and the voltage at the output terminals 9, 8 of the voltage source 3 coincides with a given voltage of the battery 2 by changing the duration of the time intervals in the closed and open state controlled keys in the inverter 16 using a pulse-width modulator contained in the control unit 5. The battery 2 is charged with a part of the current generated by the solar battery 1 and flowing through the output terminals 8, 9 of the voltage source 3, when the voltage on the battery 2 is equal to the predetermined charge voltage of the battery 2. Moreover, the accuracy of the coincidence of the sum of the voltage of the solar battery 1 and the voltage at the output terminals 9 , 8 of voltage source 3 with a given charge voltage of battery 2 will be determined by the accuracy of measuring the voltages of the solar battery 1 and battery 2, the efficiency of suppressing voltage ripples by the output filter in rectifiers 18, noise and other adverse events that occur during operation of any electronic device.
Однако для поддержания напряжения на аккумуляторе 2 равным заданному значению преобразуют только часть мощности, генерируемой солнечной батареей 1 и отбираемой в дополнительный источник 3 напряжения. При таком преобразовании возникают неизбежные потери мощности, определяемые коэффициентом полезного действия (КПД) преобразователя тока источника 3 напряжения, но эти потери будут меньше, чем потери при преобразовании не части, а всей мощности, генерируемой солнечной батареей 1. Поэтому коэффициент преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в полезную мощность, расходуемую на заряд аккумулятора, будет больше, чем КПД преобразователя тока. В результате достигается заявленный технический результат от использования способа с помощью устройства для его осуществления.However, to maintain the voltage on the battery 2 equal to a predetermined value, only part of the power generated by the solar battery 1 and taken to an additional voltage source 3 is converted. With such a conversion, unavoidable power losses occur, determined by the efficiency of the current transducer of the voltage source 3, but these losses will be less than the losses when converting not all but the total power generated by the solar battery 1. Therefore, the power conversion coefficient generated by the solar the battery, in the useful power spent on the battery charge, will be more than the efficiency of the current converter. The result is the claimed technical result from the use of the method using the device for its implementation.
При напряжении солнечной батареи 1, превышающем заданное напряжение заряда аккумулятора 2, выключают дополнительный источник 3 напряжения посредством размыкания управляемого ключа 14 и включают дополнительный источник 4 тока посредством размыкания управляемого ключа 19. При этом прекращают отбор мощности, генерируемой солнечной батареей 1, в источник 3 напряжения, и из-за этого перепад напряжения на его выходных выводах 9, 8 уменьшается до нуля, а неуправляемый ключ 15 переходит в замкнутое состояние.When the voltage of the solar battery 1 exceeds a predetermined voltage of the battery charge 2, turn off the additional voltage source 3 by opening the controlled key 14 and turn on the additional current source 4 by opening the controlled key 19. In this case, the power generated by the solar battery 1 is stopped in the voltage source 3 , and because of this, the voltage drop at its output terminals 9, 8 decreases to zero, and the unmanaged key 15 goes into a closed state.
Ток, генерируемый солнечной батареей 1, протекает через последовательно соединенные замкнутый ключ 15, аккумулятор 2 и входные выводы 10, 11 дополнительного источника 4 тока. При этом отбирают часть мощности, генерируемой солнечной батареей 1, посредством преобразования постоянного тока, протекающего через аккумулятор 2 и входные выводы 10, 11 источника 4 тока, в импульсный ток в инверторе 21 тока. При этом из-за отбора мощности в инвертор 20 на входных выводах 10, 11 возникает перепад напряжения, а напряжение на аккумуляторе 2 уменьшается на величину этого перепада напряжения.The current generated by the solar battery 1 flows through a series-connected closed key 15, the battery 2 and the input terminals 10, 11 of the additional current source 4. In this case, part of the power generated by the solar battery 1 is selected by converting the direct current flowing through the battery 2 and the input terminals 10, 11 of the current source 4 into a pulse current in the current inverter 21. In this case, due to the selection of power to the inverter 20 at the input terminals 10, 11, a voltage drop occurs, and the voltage on the battery 2 decreases by the value of this voltage drop.
Затем повышают амплитуду импульсов тока с помощью трансформатора 21, преобразуют импульсный ток в постоянный с помощью выпрямителя 22 и суммируют этот ток, протекающий через выходные выводы 12, 13, с током, генерируемым солнечной батареей 1. Регулируют отбор мощности для питания дополнительного источника 4 тока посредством изменения длительности интервалов времени нахождения в замкнутом и разомкнутом состоянии ключей в инверторе 20, управляемых широтно-импульсным модулятором, содержащимся в блоке 5 управления, и уменьшают напряжение на аккумуляторе до совпадения с заданным напряжением заряда аккумулятора. При этом аккумулятор 2 заряжают суммой электрических токов, генерируемых дополнительным источником 4 тока и солнечной батареей 1.Then, the amplitude of the current pulses is increased using a transformer 21, the pulse current is converted to direct current using a rectifier 22, and this current flowing through the output terminals 12, 13 is summed with the current generated by the solar battery 1. The power is taken to supply an additional current source 4 by changing the duration of the time intervals in the closed and open state of the keys in the inverter 20, controlled by a pulse-width modulator contained in the control unit 5, and reduce the voltage on ulyatore into coincidence with a predetermined battery voltage. In this case, the battery 2 is charged by the sum of the electric currents generated by the additional current source 4 and the solar battery 1.
Однако для поддержания напряжения на аккумуляторе 2 равным заданному значению преобразуют только часть мощности, генерируемой солнечной батареей 1 и отбираемой в дополнительный источник 4 тока. При таком преобразовании возникают неизбежные потери мощности, определяемые коэффициентом полезного действия (КПД) преобразователя тока дополнительного источника 4 тока, но эти потери будут меньше, чем потери при преобразовании не части, а всей мощности, генерируемой солнечной батареей 1. Поэтому коэффициент преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в полезную мощность, расходуемую на заряд аккумулятора, будет больше, чем КПД преобразователя тока. В результате достигается заявленный технический результат от использования способа с помощью устройства для его осуществления.However, to maintain the voltage on the battery 2 equal to a predetermined value, only part of the power generated by the solar battery 1 and taken to an additional current source 4 is converted. With such a conversion, unavoidable power losses occur, determined by the efficiency of the current converter of the additional current source 4, but these losses will be less than the losses during the conversion not of the part, but of the total power generated by the solar battery 1. Therefore, the power conversion coefficient of the power generated solar battery, in the useful power spent on battery power, will be greater than the efficiency of the current converter. The result is the claimed technical result from the use of the method using the device for its implementation.
Таким образом, при любом отношении напряжения солнечной батареи и напряжения заряда аккумулятора достаточно преобразовывать не всю, а только часть мощности, генерируемой солнечной батареей. Это позволяет уменьшить потери при преобразовании постоянного тока в постоянный ток с уменьшенным или увеличенным напряжением и достигнуть технического результата, характеризующегося увеличением коэффициента преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в мощность, расходуемую на заряд аккумулятора.Thus, for any ratio of the voltage of the solar battery and the voltage of the battery charge, it is sufficient to convert not all, but only part of the power generated by the solar battery. This allows you to reduce losses when converting direct current to direct current with a reduced or increased voltage and to achieve a technical result, characterized by an increase in the coefficient of conversion of power generated by the solar battery into power spent on battery charge.
Например, при отношении напряжения солнечной батареи к напряжению заряда аккумулятора, изменяющемся в пределах от 0,5 до 2, и КПД преобразователей постоянного тока, равном 0,9, коэффициент преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в мощность, расходуемую на заряд аккумулятора, будет изменяться в пределах от 0,95 до 0,98. При снижении значения КПД преобразователей тока технический результат будет увеличиваться, например при КПД преобразователя, равном 0,8, коэффициент преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в мощность, расходуемую на заряд аккумулятора, при использовании изобретения будет равен 0,89-0,93.For example, when the ratio of the voltage of the solar battery to the voltage of the battery charge, varying from 0.5 to 2, and the efficiency of the DC / DC converters is 0.9, the coefficient of conversion of the power generated by the solar battery to the power spent on battery charge will be vary from 0.95 to 0.98. With a decrease in the efficiency of current converters, the technical result will increase, for example, with a converter efficiency of 0.8, the conversion factor of the power generated by the solar battery to the power consumed by the battery charge when using the invention will be 0.89-0.93.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011153713/07A RU2479091C1 (en) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011153713/07A RU2479091C1 (en) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2479091C1 true RU2479091C1 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=49152423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011153713/07A RU2479091C1 (en) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2479091C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548154C2 (en) * | 2013-06-10 | 2015-04-20 | Владимир Борисович Лавров | Mobile solar power station |
| RU2548155C2 (en) * | 2013-06-10 | 2015-04-20 | Владимир Борисович Лавров | Portable solar power station |
| RU2550360C1 (en) * | 2013-12-03 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Method of load supply from solar battery |
| RU2811080C1 (en) * | 2023-02-16 | 2024-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР" | Power supply device based on photovoltaic panels |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2195754C2 (en) * | 1999-09-01 | 2002-12-27 | Игорь Константинович Чернилевский | Device and method for solar-battery electrical energy take-off |
| RU2287885C1 (en) * | 2005-03-21 | 2006-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Method for feeding dc load |
| EP2175543A1 (en) * | 2007-07-27 | 2010-04-14 | Panasonic Corporation | Independent power supply system |
| RU95191U1 (en) * | 2010-02-24 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM WITH A SECTIONAL SOLAR BATTERY |
-
2011
- 2011-12-28 RU RU2011153713/07A patent/RU2479091C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2195754C2 (en) * | 1999-09-01 | 2002-12-27 | Игорь Константинович Чернилевский | Device and method for solar-battery electrical energy take-off |
| RU2287885C1 (en) * | 2005-03-21 | 2006-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Method for feeding dc load |
| EP2175543A1 (en) * | 2007-07-27 | 2010-04-14 | Panasonic Corporation | Independent power supply system |
| RU95191U1 (en) * | 2010-02-24 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM WITH A SECTIONAL SOLAR BATTERY |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548154C2 (en) * | 2013-06-10 | 2015-04-20 | Владимир Борисович Лавров | Mobile solar power station |
| RU2548155C2 (en) * | 2013-06-10 | 2015-04-20 | Владимир Борисович Лавров | Portable solar power station |
| RU2550360C1 (en) * | 2013-12-03 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Method of load supply from solar battery |
| RU2811080C1 (en) * | 2023-02-16 | 2024-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "СОЛНЕЧНЫЙ МИР" | Power supply device based on photovoltaic panels |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10033190B2 (en) | Inverter with at least two DC inputs, photovoltaic system comprising such an inverter and method for controlling an inverter | |
| KR20150079450A (en) | Power storage and supply system | |
| CN103384075A (en) | Low-ripple-wave lithium battery charging and discharging achieving method | |
| RU2479091C1 (en) | Method of accumulator charging from solar battery and device for implementation thereof | |
| Chaurasiya et al. | A 50kW bidirectional fast EV charger with G2V & V2G/V2V capability and wide voltage range | |
| KR100844401B1 (en) | Uninterrupted power supply apparatus with a solar generating apparatus | |
| CN103633722A (en) | Rapid overshoot-free switching control circuit for maximum charging and discharging current and rapid switching control method for maximum charging and discharging current | |
| Yang et al. | High-efficiency soft-switching PWM DC-DC converter for electric vehicle battery chargers | |
| Chen et al. | A new nonisolated three-port DC-DC converter with high step-up/down ratio | |
| CN104092438A (en) | Photovoltaic energy storage system | |
| CN107342603A (en) | Battery control circuit for the electricity generation system using rechargeable energy | |
| Karami et al. | Analysis of an irradiance adaptative PV based battery floating charger | |
| RU2676678C1 (en) | Energy conversion equipment for dc power supply systems | |
| CN217282265U (en) | Lithium battery pack equalizing charging circuit | |
| RU2505899C1 (en) | Integrated apparatus for melting ice and compensation of reactive power | |
| KR101220910B1 (en) | Zero voltage discharge circuit having active switching elements of parallel type | |
| RU158535U1 (en) | CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT | |
| Khadse et al. | Design of battery storage system for microgrid | |
| RU120291U1 (en) | BACK-UP POWER SUPPLY SYSTEM WITH BOOSTER CIRCUIT | |
| RU2453030C1 (en) | Transformerless power supply | |
| Jiang et al. | Balanced supercapacitor energy storage module based on multifunctional ISOS converter | |
| RU158492U1 (en) | CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE | |
| RU2325752C1 (en) | Alternating current voltage regulator | |
| RU2206166C2 (en) | Storage battery charging device | |
| RU217285U1 (en) | HYBRID ELECTRICITY STORAGE FOR DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131229 |