RU2615985C1 - Autonomous intelligent power source - Google Patents

Autonomous intelligent power source Download PDF

Info

Publication number
RU2615985C1
RU2615985C1 RU2016106024A RU2016106024A RU2615985C1 RU 2615985 C1 RU2615985 C1 RU 2615985C1 RU 2016106024 A RU2016106024 A RU 2016106024A RU 2016106024 A RU2016106024 A RU 2016106024A RU 2615985 C1 RU2615985 C1 RU 2615985C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
control
unit
capacitor
measurement
Prior art date
Application number
RU2016106024A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Ильич Дёмко
Борис Александрович Петров
Сергей Анатольевич Радомский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Беспроводные и измерительные технологии"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Беспроводные и измерительные технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Беспроводные и измерительные технологии"
Priority to RU2016106024A priority Critical patent/RU2615985C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615985C1 publication Critical patent/RU2615985C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H02J7/042—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

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

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: autonomous intelligent power source comprises of at least one battery, a cylindrical solar battery of at least two solar cells, which is attached to the battery and capacitor blocks. The blocks are connected to the storage cell and a buffer capacitor respectively. The outputs of the battery, cylindrical solar battery, storage cell and buffer capacitor are connected to the inputs of the measurement, control and communication unit and switch inputs. The switch output is coupled with the input of the converter/regulator which output is connected to one of the inputs of the measurement, control and communication unit. The unit outputs are connected to the control input of the switch and the control inputs of the battery and capacitor blocks.
EFFECT: increased portability and reliability.
5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания, использующим в качестве первичных источников энергии солнечные батареи, а в качестве накопителей энергии – конденсаторы и аккумуляторные батареи. The invention relates to electrical engineering, namely to autonomous power supply systems using solar batteries as primary energy sources, and capacitors and storage 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 [1].A solar-powered device is known that includes a battery, a solar panel, and a DC susceptible (DC - Direct Current) AC device (AC - 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 direct current to a DC sensitive AC device [1].

Недостатками этого устройства является недостаточная надежность при низких отрицательных температурах, когда значительно снижается эффективность заряда аккумуляторной батареи.The disadvantages of this device is the lack of reliability at low negative temperatures, when the battery charge efficiency is significantly reduced.

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 [2]. 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 [2].

Недостатками этой системы электропитания являются возможные перерывы в электроснабжении при недостаточной величине светового потока.The disadvantages of this power supply system are possible interruptions in power supply with insufficient luminous flux.

Известен способ автоматической ориентации солнечных батарей и устройство для его осуществления. Производится автоматическая ориентация солнечных батарей, содержащая систему автоматического регулирования, состоящую из солнечной батареи и датчика, преобразующего с помощью внешней обратной связи энергию источника излучения, являющуюся функцией угла поворота солнечной батареи, в напряжение, которое подается на вход исполнительных электродвигателей, изменяющих скорость в сторону увеличения светового потока, при этом исполнительными электродвигателями изначально задается постоянная угловая скорость горизонтального и вертикального слежения солнечной батареи относительно солнца с последующей корректировкой напряжением, представляющим собой разность ЭДС датчика, которое по внешней обратной связи передается на обмотки исполнительных двигателей [3].A known method for the automatic orientation of solar cells and a device for its implementation. An automatic orientation of the solar cells is carried out, comprising an automatic control system consisting of a solar battery and a sensor that converts the energy of the radiation source using external feedback, which is a function of the angle of rotation of the solar battery, to the voltage that is fed to the input of the executive motors, which change the speed up luminous flux, while the Executive electric motors initially set a constant angular velocity of horizontal and vertical tracking the solar battery relative to the sun, followed by voltage correction, which is the difference in the emf of the sensor, which is transmitted via external feedback to the windings of the executive motors [3].

Недостатками этого способа автоматической ориентации солнечных батарей и устройства являются снижение эффективности использования солнечной энергии, поскольку часть этой энергии используется для поворота солнечной батареи, увеличение массогабаритных показателей, поскольку кроме солнечной батареи необходима еще поворотная платформа и силовые электрические двигатели, ухудшение работы при низких температурах, когда возрастают потери из-за повышения трения в механических узлах системы.The disadvantages of this method of automatic orientation of solar panels and the device are the decrease in the efficiency of solar energy, since part of this energy is used to rotate the solar battery, increase the overall dimensions, because in addition to the solar battery, a rotary platform and power electric motors are also necessary, deterioration of operation at low temperatures when losses increase due to increased friction in the mechanical components of the system.

Наиболее близким техническим решением является устройство и способ отбора электрической энергии от солнечной батареи, в которых электрическую энергию, полученную от солнечной батареи, предварительно накапливают с помощью электрического конденсатора емкостью 0,01-100 Ф с внутренним сопротивлением менее 0,15 Ом, заряженного до напряжения максимальной мощности солнечной батареи. Предварительно накопленная энергия подается на сопротивление нагрузки или аккумулятор с помощью преобразователя постоянного напряжения с широтно-импульсной стабилизацией порциями 1 - 105 Дж [4].The closest technical solution is a device and a method for collecting electric energy from a solar battery, in which electric energy received from a solar battery is pre-stored using an electric capacitor with a capacity of 0.01-100 F with an internal resistance of less than 0.15 Ohms, charged to voltage maximum power of the solar battery. Pre-accumulated energy is supplied to the load resistance or the battery using a DC voltage converter with pulse-width stabilization in batches of 1 - 10 5 J [4].

Недостатками этого устройства и способа отбора электрической энергии от солнечной батареи являются ограничения, связанные с тем, что накопление заряда в электрическом конденсаторе должно производиться до напряжения максимальной мощности солнечной батареи, при меньших напряжениях на конденсаторе эффективность использования солнечной энергии резко снижается.The disadvantages of this device and the method of collecting electric energy from the solar battery are the limitations associated with the fact that the accumulation of charge in the electric capacitor must be carried out to the maximum voltage of the solar battery, at lower voltages on the capacitor, the efficiency of use of solar energy decreases sharply.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы автономного источника питания за счет обеспечения бесперебойного электропитания в широком температурном диапазоне, при длительных интервалах недостаточности солнечной энергии, использования солнечных батарей, не требующих механических поворотных устройств и выдачи потребителю информации о параметрах электропитания и остаточном ресурсе работы.The objective of the invention is to increase the reliability of an autonomous power source by ensuring uninterrupted power supply in a wide temperature range, with long intervals of insufficient solar energy, the use of solar panels that do not require mechanical rotary devices and providing the consumer with information about the power parameters and the remaining operating life.

Указанная задача решается тем, что автономный интеллектуальный источник питания содержит цилиндрическую солнечную батарею хотя бы из двух солнечных элементов, аккумулятор с блоком заряда аккумулятора, буферный конденсатор с блоком заряда конденсатора, батарею, коммутатор, преобразователь/стабилизатор и блок измерения, управления и связи, соединенные соответствующим образом между собой. This problem is solved in that the autonomous intelligent power source contains a cylindrical solar battery of at least two solar cells, a battery with a battery charge unit, a buffer capacitor with a capacitor charge unit, a battery, a switch, a converter / stabilizer, and a measurement, control and communication unit connected appropriately among themselves.

Техническими результатами, обеспечиваемыми приведенной совокупностью признаков, являются:Technical results provided by the given set of features are:

- компактность (отсутствие поворотных устройств солнечной батареи), - compactness (lack of rotary devices of the solar battery),

- высокая функциональность (питание может осуществляться (с понижением приоритета использования) от цилиндрической солнечной батареи, буферного конденсатора, аккумулятора или батареи), - high functionality (power can be supplied (with a lower priority of use) from a cylindrical solar battery, buffer capacitor, battery or battery),

- высокая надежность организации электроснабжения (при полном использовании ресурса аккумулятора и недостаточности солнечной энергии питание производится от буферного конденсатора и невозобновляемого источника энергии - батареи), - high reliability of the organization of power supply (with full use of the battery resource and insufficient solar energy, power is supplied from the buffer capacitor and non-renewable energy source - batteries),

- широкий рабочий диапазон температур (при низких отрицательных температурах, когда эффективность аккумулятора и батарей падает, питание осуществляется от цилиндрической солнечной батареи и/или буферного конденсатора), - a wide operating temperature range (at low negative temperatures, when the efficiency of the battery and batteries decreases, the power is supplied from a cylindrical solar battery and / or buffer capacitor),

- удобство использования (температура, параметры электропитания, токи, напряжения, а также остаточный ресурс работы источника измеряются (вычисляются) и могут передаваться потребителю периодически или по запросу). - ease of use (temperature, power parameters, currents, voltages, as well as the residual life of the source are measured (calculated) and can be transmitted to the consumer periodically or upon request).

Кроме того, согласно заявляемому изобретению между батареей и коммутатором может быть включен блок дозированного разряда батареи. In addition, according to the claimed invention between the battery and the switch may be included in the unit dosed discharge of the battery.

Кроме того, согласно заявляемому изобретению к блоку измерения, управления и связи может быть присоединен радиомодем. In addition, according to the claimed invention, a radio modem can be connected to the measurement, control and communication unit.

Кроме того, согласно заявляемому изобретению между цилиндрической солнечной батареей и блоками заряда может быть включен блок бесконтактной передачи энергии. In addition, according to the claimed invention, between the cylindrical solar battery and the charge units, a contactless energy transfer unit can be included.

Кроме того, согласно заявляемому изобретению к выходу преобразователя/стабилизатора может быть подключен блок защиты и отключения с хотя бы одним выходом. In addition, according to the claimed invention, a protection and shutdown unit with at least one output can be connected to the output of the converter / stabilizer.

Сущность заявляемого изобретения поясняется фиг. 1 – 5, где представлены схемы реализации автономного интеллектуального источника питания.The essence of the claimed invention is illustrated in FIG. 1 - 5, where the implementation schemes of an autonomous intelligent power source are presented.

Автономный интеллектуальный источник питания (фиг. 1) состоит из цилиндрической солнечной батареи 1 из хотя бы двух солнечных элементов, блока заряда аккумулятора 2, блока заряда конденсатора 3, аккумулятора 4, хотя бы одной батареи 5, буферного конденсатора 6, преобразователя/стабилизатора 7, коммутатора 8 и блока измерения, управления и связи 9.Autonomous intelligent power source (Fig. 1) consists of a cylindrical solar battery 1 of at least two solar cells, a battery charge unit 2, a capacitor charge unit 3, a battery 4, at least one battery 5, a buffer capacitor 6, a converter / stabilizer 7, switch 8 and measurement, control and communication unit 9.

Заявляемое изобретение поясняется во взаимодействии между отдельными элементами в процессе работы. The invention is illustrated in the interaction between the individual elements in the process.

Цилиндрическая солнечная батарея 1 реализована в виде цилиндра, на поверхности которого размещены солнечные элементы (хотя бы два солнечных элемента), объединенные в единый электрический узел. Солнечные элементы могут быть гибкими с тем, чтобы огибать поверхность цилиндра, или плоскими (узкими вертикальными), формирующими горизонтальное сечение солнечной батареи в виде многоугольника. Расположение солнечных элементов на цилиндрической поверхности позволяет извлекать солнечную энергию при любых (в горизонтальном сечении) направлениях прихода солнечных лучей. The cylindrical solar battery 1 is implemented in the form of a cylinder, on the surface of which solar cells (at least two solar cells) are placed, combined into a single electrical unit. Solar cells can be flexible in order to bend around the surface of the cylinder, or flat (narrow vertical), forming a horizontal section of the solar battery in the form of a polygon. The location of solar cells on a cylindrical surface allows you to extract solar energy for any (in horizontal section) directions of arrival of sunlight.

Цилиндрическая солнечная батарея 1 присоединена к блоку заряда аккумулятора 2 и блоку заряда конденсатора 3. Блок заряда аккумулятора 2 присоединен к аккумулятору 4. Блок заряда конденсатора 3 присоединен к буферному конденсатору 6. Цилиндрическая солнечная батарея 1, аккумулятор 4, батарея 5 и буферный конденсатор 6 в свою очередь присоединены ко входам коммутатора 8, выход которого присоединен ко входу преобразователя/стабилизатора 7. Кроме этого цилиндрическая солнечная батарея 1, аккумулятор 4, батарея 5, буферный конденсатор 6 и преобразователь/стабилизатор 7 присоединены ко входам блока измерения, управления и связи 9, выходы которого в свою очередь присоединены к управляющим входам блока заряда аккумулятора 2, блока заряда конденсатора 3, и коммутатора 8.The cylindrical solar battery 1 is connected to the charge unit of the battery 2 and the charge unit of the capacitor 3. The charge unit of the battery 2 is connected to the battery 4. The charge unit of the capacitor 3 is connected to the buffer capacitor 6. The cylindrical solar battery 1, battery 4, battery 5 and buffer capacitor 6 in in turn, connected to the inputs of the switch 8, the output of which is connected to the input of the converter / stabilizer 7. In addition, the cylindrical solar battery 1, battery 4, battery 5, buffer capacitor 6 and Tel / regulator 7 are connected to the inputs of the measurement unit 9, control and communication, which outputs are in turn connected to the control inputs of the battery unit 2 to charge the capacitor unit 3 and the switch 8.

Рассмотрим работу автономного интеллектуального источника питания (фиг. 1).Consider the work of an autonomous intelligent power source (Fig. 1).

Выходное напряжение автономного интеллектуального источника питания (питание нагрузки) формируется преобразователем/стабилизатором 7, который производит стабилизацию выходного напряжения при изменении тока в цепи нагрузки и входного напряжения, получаемого через коммутатор 8 от одного из первичных источников, перечисленных в порядке приоритетности использования: цилиндрической солнечной батареи 1, буферного конденсатора 6, аккумулятора 4 или батареи 5.The output voltage of an autonomous intelligent power source (load power) is generated by the converter / stabilizer 7, which stabilizes the output voltage when the current in the load circuit and the input voltage received through the switch 8 from one of the primary sources listed in order of priority use: a cylindrical solar battery 1, buffer capacitor 6, battery 4 or battery 5.

По умолчанию питание преобразователя/стабилизатора 7 производится через коммутатор 8 от цилиндрической солнечной батареи 1, от которой также через блок зарядки 2 осуществляется заряд аккумулятора 4. Кроме этого энергия цилиндрической солнечной батареи 1 накапливается через блок заряда 3 в буферном конденсаторе 6 (в случаях, когда аккумулятор уже заряжен и цилиндрическая солнечная батарея обеспечивает энергию, превышающую потребности энергопотребления нагрузки, или, когда температура окружающей среды низкая и эффективность заряда аккумулятора резко уменьшается).By default, the power of the converter / stabilizer 7 is made through the switch 8 from the cylindrical solar battery 1, from which the battery 4 is also charged through the charging unit 2. In addition, the energy of the cylindrical solar battery 1 is accumulated through the charge unit 3 in the buffer capacitor 6 (in cases where the battery is already charged and the cylindrical solar battery provides energy that exceeds the energy requirements of the load, or when the ambient temperature is low and the battery charge efficiency the radiator decreases sharply).

При отсутствии достаточного солнечного потока питание преобразователя/стабилизатора 7 производится через коммутатор 8 от буферного конденсатора 6, а при его разряде до минимальной величины, определяемой минимальным входным напряжением преобразователя/стабилизатора 7 (допустим 0,85 В), от аккумулятора 4, если заряд аккумулятора достаточен. При возобновлении подачи энергии от цилиндрической солнечной батареи происходит переключение питания от неё.In the absence of sufficient solar flux, the converter / stabilizer 7 is powered through the switch 8 from the buffer capacitor 6, and when it is discharged, to the minimum value determined by the minimum input voltage of the converter / stabilizer 7 (for example, 0.85 V), from the battery 4, if the battery is charged sufficient. When resuming the supply of energy from a cylindrical solar battery, the power is switched from it.

Если буферный конденсатор 6 и аккумулятор 4 разряжены и при отсутствии достаточного солнечного потока происходит питание преобразователя/стабилизатора 7 через коммутатор 8 от батареи 5 (если батарей несколько, то они подключаются поочередно, после полного использования энергии предыдущей батареи). Одновременно блоком измерения, управления и связи 9 контролируется напряжение цилиндрической солнечной батареи 1, буферного конденсатора 6 и аккумулятора 4, чтобы при первой возможности вернуться к ним.If the buffer capacitor 6 and the battery 4 are discharged and, in the absence of sufficient solar flux, the converter / stabilizer 7 is powered through the switch 8 from the battery 5 (if there are several batteries, they are connected alternately after the full use of the energy of the previous battery). At the same time, the measurement, control, and communication unit 9 monitors the voltage of the cylindrical solar battery 1, the buffer capacitor 6, and the battery 4 so as to return to them as soon as possible.

Порядок использования первичных источников определяется блоком измерения, управления и связи 9, который с помощью аналого-цифровых преобразователей измеряет напряжения цилиндрической солнечной батареи 1, буферного конденсатора 6, аккумулятора 4 и батареи 5. Выходной сигнал блока измерения, управления и связи 9 подается на коммутатор 8, управляя подключением одного из его входов к выходу, соединенному со входом преобразователя/стабилизатора 7. Кроме этого блок измерения, управления и связи 9 формирует выходные сигналы обмена по цифровой шине обмена данными (температуру, напряжение каждого из первичных источников, время работы от каждого из первичных источников, вид работающего в данный момент времени первичного источника энергии, прогноз оставшегося ресурса работы при условии, что параметры энергопотребления соответствуют текущим). The order of use of primary sources is determined by a measurement, control and communication unit 9, which, using analog-to-digital converters, measures the voltages of a cylindrical solar battery 1, a buffer capacitor 6, a battery 4 and a battery 5. The output signal of the measurement, control and communication unit 9 is supplied to the switch 8 , controlling the connection of one of its inputs to the output connected to the input of the converter / stabilizer 7. In addition, the measurement, control and communication unit 9 generates output signals of exchange via digital buses e data exchange (temperature, voltage of each of the primary sources, operating time from each of the primary sources, type of primary source of energy currently working at a given time, forecast of the remaining service life, provided that the energy consumption parameters correspond to the current ones).

Управляемый от блока измерения, управления и связи 9 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) цилиндрической солнечной батареи 1 и обеспечивая максимальное число циклов заряд/разряд аккумулятора.Controlled by the measuring, control and communication unit 9, the battery charging unit 2 generates the output voltage and current necessary for charging the specific type of battery used, ensuring maximum use of solar energy (operating mode at the maximum power point) of the cylindrical solar battery 1 and providing the maximum number of charge / cycles battery discharge.

Управляемый от блока измерения, управления и связи 9 блок заряда конденсатора 3 формирует выходной ток для заряда буферного конденсатора (выполняя функцию трансформации тока), обеспечивая при этом режим работы в точке максимальной мощности цилиндрической солнечной батареи 1. При этом блок заряда конденсатора 3 должен контролировать, чтобы напряжение на буферном конденсаторе 6 не превысило допустимого для используемого конденсатора значения (для большинства суперконденсаторов составляет 2,7 В), иначе существенно уменьшается число циклов заряд/разряд буферного конденсатора, которое при правильной эксплуатации может доходить до 500000 циклов. Блок заряда конденсатора 3 должен также уменьшать максимальное зарядное напряжение при повышении температуры окружающей среды, что продлевает срок службы буферного конденсатора.The capacitor charge unit 3, controlled from the measuring, control and communication unit 9, generates an output current for the buffer capacitor charge (performing the function of current transformation), while ensuring the operation mode at the maximum power point of the cylindrical solar battery 1. In this case, the capacitor charge unit 3 must control so that the voltage at the buffer capacitor 6 does not exceed the value acceptable for the capacitor used (for most supercapacitors it is 2.7 V), otherwise the number of cycles is significantly reduced aryad / discharge of the buffer capacitor, which for proper operation may be up to 500,000 cycles. The charge unit of the capacitor 3 should also reduce the maximum charging voltage with increasing ambient temperature, which extends the life of the buffer capacitor.

С учетом того, что число циклов заряд/разряд суперконденсатора может составлять 500000 циклов, его применение в автономном интеллектуальном источнике питания позволяет значительно расширить время работы аккумулятора 4, которое для большинства типов ограничивается 500-1000 циклами заряд/разряд.Considering that the number of charge / discharge cycles of a supercapacitor can be 500,000 cycles, its use in an autonomous intelligent power source can significantly extend the operating time of battery 4, which for most types is limited to 500-1000 charge / discharge cycles.

Если нагрузка автономного интеллектуального источника питания имеет импульсный характер (допустим измерительное устройство с радиомодемом с небольшим средним током с максимумами во время передачи данных радиомодемом), то электрическая емкость батареи используется неэффективно (при этом батарея может отдать не более 30 – 50 % своей емкости) и для увеличения эффективности использования энергии батареи между батареей 5 и коммутатором 8 может быть включен блок дозированного разряда 10 (фиг. 2), который за счет использования промежуточного конденсатора обеспечивает величину тока потребления от батареи 5 в пределах значений, обеспечивающих близкое к номинальному 100% значению использованию емкости батареи [5]. If the load of an autonomous intelligent power source is pulsed (for example, a measuring device with a radio modem with a small average current with peaks during data transfer by the radio modem), then the electric capacity of the battery is used inefficiently (while the battery can give up no more than 30 - 50% of its capacity) and in order to increase the energy efficiency of the battery between the battery 5 and the switch 8, a metering discharge unit 10 can be switched on (Fig. 2), which due to the use of an intermediate circuit ensatora provides the amount of current consumption from the battery 5 within the values that provide close to the nominal value of 100% use of the battery capacity [5].

Если автономный интеллектуальный источник питания используется для питания устройства, состояние которого необходимо контролировать, не имея возможности подвести к нему проводную линию связи, то к блоку измерения, управления и связи 9 присоединяется (фиг. 3) радиомодем 11, посредством которого с помощью радиоволн на удаленный пункт сбора информации может быть передана как информация о параметрах питания, так и любые другие данные.If an autonomous intelligent power source is used to power a device whose state must be monitored without being able to connect a wired communication line to it, then a radio modem 11 is connected to the measurement, control and communication unit 9 (Fig. 3), by means of which radio waves can be transmitted to the remote Information collection point can be transmitted as information about the power parameters, and any other data.

Если автономный интеллектуальный источник питания используется для питания устройства, к которому предъявляются требования искробезопасности, то между цилиндрической солнечной батареей 1 и блоками заряда подключается (фиг. 4) блок беспроводной передачи энергии 12, исключающий гальваническую связь схемы, расположенной внутри корпуса автономного интеллектуального источника питания с внешними элементами (цилиндрической солнечной батареей 1), на которой может образоваться высокий потенциал вследствие электризации или удара молнией [6].If an autonomous intelligent power source is used to power an intrinsically safe device, then a wireless power transmission unit 12 is connected between the cylindrical solar battery 1 and the charge units (Fig. 4), which excludes galvanic coupling of the circuit located inside the autonomous intelligent power supply housing with external elements (cylindrical solar battery 1), on which a high potential may form due to electrification or lightning strike [6].

Если автономный интеллектуальный источник питания используется для питания устройства, к которому предъявляются требования искробезопасности (ограничение выходного тока), и кроме того должен иметь возможность управляемого отключения электропитания, то к выходу преобразователя/стабилизатора 7 подключается многоканальный блок защиты и отключения 13 (фиг. 5). Выходные напряжения блока защиты и отключения 13 могут быть отключены (в любой комбинации) по команде блока измерения, управления и связи 9 или при превышении тока в нагрузочных цепях установленных максимальных значений.If an autonomous intelligent power source is used to power a device that is subject to intrinsic safety requirements (limiting the output current), and in addition it must be able to control a power outage, then a multi-channel protection and shutdown unit 13 is connected to the output of the converter / stabilizer 7 (Fig. 5) . The output voltages of the protection and shutdown unit 13 can be disconnected (in any combination) at the command of the measurement, control and communication unit 9 or when the current in the load circuits exceeds the set maximum values.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Цилиндрическая солнечная батарея 1 может состоять из кремниевых солнечных элементов, например кремниевые 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) [7].A cylindrical 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) [7].

Аккумулятор 4 должен обеспечивать работу в температурном диапазоне работы автономного интеллектуального источника питания и иметь 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 циклов заряда >1000) [8].Battery 4 must provide operation in the temperature range of an autonomous intelligent power source and have the necessary voltage and capacity, 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, the number of charge cycles> 1000) [8].

Блоки заряда 2 и 3 должны обеспечивать заряд аккумулятора 4 и буферного конденсатора 6 в соответствии с техническими условиями на эксплуатацию последних. Блоки заряда должны представлять собой схему, обеспечивающую заряд от солнечной батареи аккумулятора (конденсатора) в соответствии с техническими условиями на эксплуатацию последних. Блоком заряда аккумулятора может быть BQ25505RGRT (напряжение заряда батареи - 5.5 В, тип батарей - LiFePO4, Li-Ion, Li-Pol, максимальный ток заряда - 100 мА, входное напряжение - 4 В, максимальная рабочая температура - +85°C, минимальная рабочая температура -40°C) [9].Charge units 2 and 3 must ensure the charge of the battery 4 and the buffer capacitor 6 in accordance with the technical conditions for the operation of the latter. The charge units must be a circuit that provides charge from the solar battery of the battery (capacitor) in accordance with the technical conditions for the operation of the latter. The battery charge unit can be BQ25505RGRT (battery charge voltage is 5.5 V, battery type is LiFePO4, Li-Ion, Li-Pol, maximum charge current is 100 mA, input voltage is 4 V, maximum operating temperature is + 85 ° C, minimum operating temperature -40 ° C) [9].

Батарея 5 должна обеспечивать необходимые значения рабочего напряжения, тока и электрической емкости, например литий-тионил хлоридный Li-SOCl2 элемент ER34615M-FT (предназначен для долговременной работы с небольшим потреблением тока, хранение до 10 лет, саморазряд <1% в год, номинальное напряжение 3,6 В, номинальная ёмкость 19 А·ч, стандартный разрядный ток 2 мА, максимальный продолжительный ток разряда 230 мА, максимальный импульсный ток разряда 500 мА, размер Ø34x60,5 мм, вес 118 г) [10].Battery 5 must provide the necessary values of operating voltage, current and electric capacity, for example lithium-thionyl chloride Li-SOCl2 cell ER34615M-FT (designed for long-term operation with low current consumption, storage up to 10 years, self-discharge <1% per year, rated voltage 3.6 V, nominal capacity 19 Ah, standard discharge current 2 mA, maximum continuous discharge current 230 mA, maximum pulse discharge current 500 mA, size Ø34x60.5 mm, weight 118 g) [10].

Буферный конденсатор 6 (суперконденсатор, ионистор), например, ESHSR-0360C0-002R7A (номинальное напряжение 2,7 В, номинальная емкость 360 Ф) [11].Buffer capacitor 6 (supercapacitor, ionistor), for example, ESHSR-0360C0-002R7A (nominal voltage 2.7 V, nominal capacity 360 F) [11].

В качестве преобразователя/стабилизатора 7 может использоваться любой импульсный стабилизирующий преобразователь напряжения с высоким кпд, например повышающий преобразователь 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) [12].As the converter / stabilizer 7, any high-efficiency switching voltage stabilizing converter can be used, for example, an LTC3525-3.3 boost converter (input voltage 0.85-3.3 V, maximum output current 0.45 A, efficiency 85-95% with an output current of 1-10 mA) [12].

В качестве коммутатора 8 могут быть использованы коммутаторы на основе электрических схем, либо отдельных ключевых транзисторов, например Si1967DH (сопротивление открытого ключа 0,45-0,5 Ом) [13].As switch 8, switches based on electrical circuits or individual key transistors, for example, Si1967DH (public key resistance 0.45-0.5 Ohm) can be used [13].

В качестве блока измерения, управления и связи 9 может использоваться энергоэкономичный микропроцессор, например микропроцессор серии MSP430x11x2 [14], или MSP432P401R [15].As the unit of measurement, control and communication 9, an energy-efficient microprocessor can be used, for example, a microprocessor of the MSP430x11x2 series [14], or MSP432P401R [15].

Блок дозированного разряда 10 батареи может иметь в качестве основы схему [5], где в качестве управляемого элемента используется управляемый DC/DC-преобразователь TPS62740 [16].The dosed discharge unit 10 of the battery may have a circuit [5] as a basis, where a controlled TPS62740 DC / DC converter [16] is used as a controlled element.

Радиомодем 11 может использоваться любой, обеспечивающий работу в нелицензируемых диапазонах частот, например TE-CC430F51-433 (питающее напряжение 1,8-3,6 В, выходная мощность 12 дБм, диапазон рабочих частот 433 МГц) [17].Radio modem 11 can be used by anyone providing operation in unlicensed frequency ranges, for example, TE-CC430F51-433 (supply voltage 1.8-3.6 V, output power 12 dBm, operating frequency range 433 MHz) [17].

Блок беспроводной передачи энергии 12 может быть PW-WL-5 (входное напряжение 12 В, выходное напряжение 5 В, выходной ток до 0,6 А) [18].The wireless power transmission unit 12 may be PW-WL-5 (input voltage 12 V, output voltage 5 V, output current up to 0.6 A) [18].

Блок защиты и отключения 13 может быть реализован на основе измерителя тока CS70 [19], компаратора [20] и управляемого ключа Si1967DH [21].The protection and shutdown unit 13 can be implemented based on a CS70 current meter [19], a comparator [20], and a Si1967DH key [21].

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ № 2503120, кл. H02М, опубл. 27.12.2013 г. 1. RF patent No. 2503120, cl. H02M, publ. 12/27/2013

2. Патент РФ № 2567930, кл. H02J, B64G, опубл. 10.11.2015 г.2. RF patent No. 2567930, cl. H02J, B64G, publ. November 10, 2015

3. Патент RU 2516511, кл. G05B, опубл. 20.05.2014 г.3. Patent RU 2516511, cl. G05B, publ. 05/20/2014

4. Патент РФ № 2195754, кл. H02J, опубл. 27.12.2002 г. 4. RF patent No. 2195754, cl. H02J publ. 12/27/2002

5. Пушкарев О. Как достичь максимального времени работы беспроводного узла с автономным питанием. Новости электроники, №2 (136), 2015 г. http://www.compel.ru/lib/ne/2015/2/. 5. Pushkarev O. How to achieve maximum operating time of a wireless node with autonomous power. Electronics News, No. 2 (136), 2015. http://www.compel.ru/lib/ne/2015/2/.

6. PW-WL-5. Комплект для беспроводного зарядного устройства 5 Вольт. http://lib.chipdip.ru/ 954/DOC000954443.pdf.6. PW-WL-5. 5 Volt Wireless Charger Kit. http://lib.chipdip.ru/ 954 / DOC000954443.pdf .

7. http://mobilesolar.ru/products/8966789.7.http: //mobilesolar.ru/products/8966789.

8. http://lr6.ru/akkumuljatory/promyshlennye-akkumuljatory/akkumuljator-li-fe/3211.8.http: //lr6.ru/akkumuljatory/promyshlennye-akkumuljatory/akkumuljator-li-fe/3211.

9. http://www.chipdip.ru/product/bq25505rgrt-1.9.Http: //www.chipdip.ru/product/bq25505rgrt-1.

10. http://www.expertcen.ru/offer/offer_67137.html.10. http://www.expertcen.ru/offer/offer_67137.html.

11. http://favorit-ec.ru/DOCS/pdfs/nesscap/4.pdf.11.Http: //favorit-ec.ru/DOCS/pdfs/nesscap/4.pdf.

12. http://datasheet.elcodis.com/pdf/63/93/639300/ltc3525esc6-3pbf.pdf.12. http://datasheet.elcodis.com/pdf/63/93/639300/ltc3525esc6-3pbf.pdf.

13. http://www.vishay.com/docs/68784/SI1967DH.pdf. 13. http://www.vishay.com/docs/68784/SI1967DH.pdf.

14. http://www.ti.com/lit/ds/slas361d/slas361d.pdf.14. http://www.ti.com/lit/ds/slas361d/slas361d.pdf.

15. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp432p401r.pdf.15. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp432p401r.pdf.

16. http://z.compel.ru/item-pdf/f465f19931feb183b40b6cab0dd8d908/ps/ti~tps62740.pdf.16.http: //z.compel.ru/item-pdf/f465f19931feb183b40b6cab0dd8d908/ps/ti~tps62740.pdf.

17. http://188.124.224.67/modules/te-cc430f51-433/rukovodstvo_te-cc430f51-433.pdf.17. http://188.124.224.67/modules/te-cc430f51-433/rukovodstvo_te-cc430f51-433.pdf.

18. http://lib.chipdip.ru/954/DOC000954443.pdf.18. http://lib.chipdip.ru/954/DOC000954443.pdf.

19. http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/DM00109906.pdf.19. http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/DM00109906.pdf.

20. http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/ CD00258546.pdf.20. http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/ CD00258546.pdf .

21. http://www.vishay.com/docs/68784/SI1967DH.pdf.21. http://www.vishay.com/docs/68784/SI1967DH.pdf.

Claims (5)

1. Автономный интеллектуальный источник питания, характеризующийся тем, что он включает хотя бы одну батарею, цилиндрическую солнечную батарею из хотя бы двух солнечных элементов, к которой присоединены блоки заряда аккумулятора и конденсатора, к которым в свою очередь присоединены аккумулятор и буферный конденсатор соответственно, причем выходы батареи, цилиндрической солнечной батареи, аккумулятора и буферного конденсатора соединены со входами блока измерения, управления и связи и входами коммутатора, выход которого соединен со входом преобразователя/стабилизатора, выход которого соединен со одним из входов блока измерения, управления и связи, выходы которого соединены с управляющим входом коммутатора и управляющими входами блоков заряда аккумулятора и конденсатора.1. Autonomous intelligent power source, characterized in that it includes at least one battery, a cylindrical solar battery of at least two solar cells, to which the battery and capacitor charge units are connected, to which, in turn, the battery and the buffer capacitor are connected, respectively, the outputs of the battery, the cylindrical solar battery, the battery and the buffer capacitor are connected to the inputs of the measurement, control and communication unit and the inputs of the switch, the output of which is connected to the input ohm converter / regulator whose output is connected to one input of the measurement unit, control and communication, which outputs are connected to the control input of the switch and the control inputs of the battery blocks and the capacitor. 2. Автономный интеллектуальный источник питания по п. 1, отличающийся тем, что между батареей и коммутатором включен блок дозированного разряда.2. Autonomous intelligent power source according to claim 1, characterized in that a dosed discharge unit is included between the battery and the switch. 3. Автономный интеллектуальный источник питания по п. 1, отличающийся тем, что к блоку измерения, управления и связи присоединен радиомодем.3. Autonomous intelligent power source according to claim 1, characterized in that a radio modem is connected to the measurement, control and communication unit. 4. Автономный интеллектуальный источник питания по п. 1, отличающийся тем, что между цилиндрической солнечной батареей и блоками заряда включен блок беспроводной передачи энергии.4. Autonomous intelligent power source according to claim 1, characterized in that between the cylindrical solar battery and the charge units, a wireless power transmission unit is included. 5. Автономный интеллектуальный источник питания по п. 1, отличающийся тем, что к выходу преобразователя/стабилизатора подключен один вход многоканального блока защиты и отключения, другой вход которого соединен с одним из выходов блока измерения, управления и связи, а выходы многоканального блока защиты и отключения в свою очередь соединены со входами блока измерения, управления и связи. 5. The autonomous intelligent power supply according to claim 1, characterized in that one input of the multi-channel protection and shutdown unit is connected to the output of the converter / stabilizer, the other input of which is connected to one of the outputs of the measurement, control and communication unit, and the outputs of the multi-channel protection unit and shutdowns are in turn connected to the inputs of the measurement, control and communication unit.
RU2016106024A 2016-02-24 2016-02-24 Autonomous intelligent power source RU2615985C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106024A RU2615985C1 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Autonomous intelligent power source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106024A RU2615985C1 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Autonomous intelligent power source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615985C1 true RU2615985C1 (en) 2017-04-12

Family

ID=58642369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106024A RU2615985C1 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Autonomous intelligent power source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615985C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU180774U1 (en) * 2017-05-26 2018-06-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) EMERGENCY POWER SUPPLY OF MOBILE RADIO ELECTRONIC DEVICES FOR FIELD OF OPERATION
RU217001U1 (en) * 2022-08-09 2023-03-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Battery board
WO2023172160A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-14 Аркадий Анатольевич СТЕПАНОВ Independent electrical power supply with backup battery

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5027051A (en) * 1990-02-20 1991-06-25 Donald Lafferty Photovoltaic source switching regulator with maximum power transfer efficiency without voltage change
RU2195754C2 (en) * 1999-09-01 2002-12-27 Игорь Константинович Чернилевский Device and method for solar-battery electrical energy take-off
RU2503120C2 (en) * 2007-07-27 2013-12-27 Американ Пауэр Конвершн Корпорейшн Device on solar batteries
RU143104U1 (en) * 2013-11-29 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) SOLAR ENERGY CONVERTER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5027051A (en) * 1990-02-20 1991-06-25 Donald Lafferty Photovoltaic source switching regulator with maximum power transfer efficiency without voltage change
RU2195754C2 (en) * 1999-09-01 2002-12-27 Игорь Константинович Чернилевский Device and method for solar-battery electrical energy take-off
RU2503120C2 (en) * 2007-07-27 2013-12-27 Американ Пауэр Конвершн Корпорейшн Device on solar batteries
RU143104U1 (en) * 2013-11-29 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) SOLAR ENERGY CONVERTER

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU180774U1 (en) * 2017-05-26 2018-06-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) EMERGENCY POWER SUPPLY OF MOBILE RADIO ELECTRONIC DEVICES FOR FIELD OF OPERATION
WO2023172160A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-14 Аркадий Анатольевич СТЕПАНОВ Independent electrical power supply with backup battery
RU217001U1 (en) * 2022-08-09 2023-03-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Battery board
RU2811545C1 (en) * 2023-01-22 2024-01-15 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства обороны Российской Федерации System for determining time parameters of individual technical phases of overcoming obstacle course elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106816884B (en) Energy storage system
EP2793352B1 (en) Power supply system and power conditioner for charging and discharging
US9257860B2 (en) Battery pack, cell balancing method of the same, and energy storage system including the battery pack
CN106415972B (en) Power supply device and power supply method
US9071056B2 (en) Apparatus and method for managing battery cell, and energy storage system
US8806240B2 (en) Battery management system, method of controlling the same, and energy storage system including the battery management system
KR101369633B1 (en) Energy storage system and method of controlling the same
KR101698771B1 (en) temperature controlling system of battery and controlling method thereof
KR101678536B1 (en) temperature controlling system of battery and energy storage system using the same and controlling method thereof
US9263776B2 (en) Battery system and energy storage system including the same
EP2325970A2 (en) Energy management system and grid-connected energy storage system including the energy management system
EP2566007A2 (en) Cell balancing device and method
US20120047386A1 (en) Control apparatus and control method
KR102415123B1 (en) Battery Pack and Energy Storage System Including Thereof
KR20140097628A (en) temperature controlling system of battery and controlling method thereof
KR101256077B1 (en) Power control system and controlling method thereof
US10454286B2 (en) Conversion circuit device for uninterruptible power supply (UPS) systems
KR101473324B1 (en) Apparatus for managing battery, method for balancing battery cells, and energy storage system
US10742064B2 (en) Solar battery system for low temperature operation
US10181814B2 (en) Solar battery system for low temperature operation
US20150048779A1 (en) Battery system, method of controlling battery system and energy storage system including the same
KR101718009B1 (en) Light emitting apparatus using super capacitor and rechargeable battery
KR20160066301A (en) Battery Module and Driving Method Thereof
RU2615985C1 (en) Autonomous intelligent power source
JP3530519B2 (en) Voltage equalizing device for power storage device and power storage system provided with the device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190225