RU2738379C1 - Автономный источник питания на основе литиевых элементов - Google Patents
Автономный источник питания на основе литиевых элементов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738379C1 RU2738379C1 RU2020117705A RU2020117705A RU2738379C1 RU 2738379 C1 RU2738379 C1 RU 2738379C1 RU 2020117705 A RU2020117705 A RU 2020117705A RU 2020117705 A RU2020117705 A RU 2020117705A RU 2738379 C1 RU2738379 C1 RU 2738379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- converter
- power supply
- batteries
- autonomous
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автономного питания электроприемников электрической энергией от батарей на основе литиевых химических источников тока (ЛХИТ). Технический результат заключается в повышении емкости и коэффициента полезного использования электроэнергии автономного источника, а также в создании режима эксплуатации автономного источника питания, позволяющего снизить тепловыделения от преобразователей напряжения, что обеспечивает повышение продолжительности питания потребителей от автономного источника. Устройство содержит параллельно соединенные через разделительные диоды батареи ЛХИТ, которые, в свою очередь, подключаются к шинам электроприемников через две коммутируемые схемой управления параллельные ветви. Кроме того, вторая ветвь содержит преобразователь напряжения типа конвертор, выполняющий функцию стабилизации напряжения. Схема управления непрерывно измеряет напряжение на батарее ЛХИТ, определяет интервалы времени включения преобразователя для стабилизации напряжения на шинах электроприемников или его отключение при соответствии напряжения на батарее ЛХИТ допустимому диапазону отклонения напряжения. Обе ветви содержат разделительные диоды, что обеспечивает их бесперебойное переключение на работу через преобразователь и обратно. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автономного питания электроприемников электрической энергией от батарей на основе литиевых химических источников тока (ЛХИТ).
Литиевые гальванические элементы имеют хорошие энергетические характеристики, определяемые их высоким рабочим напряжением, малым саморазрядом, способностью отдавать гарантированную электрическую емкость при номинальных разрядных токах после длительного режима хранения.
Известно, что для выполнения требований электроприемников по уровням напряжения, обеспечения безопасности эксплуатации и повышения ресурсных характеристик таких ЛХИТ объединяются в батареи, содержащие герметизированный контейнер с крышкой, набор электрически соединенных ЛХИТ, размещенных в контейнере, и электрические разъемы для подключения нагрузки и средств контроля и управления [1].
Батареи ЛХИТ можно применять для непосредственного питания шин электроприемников только при невысоких требованиях к качеству электроэнергии, так как разрядная характеристика ЛХИТ [2] имеет три типовых участка (фиг. 2) с выходным напряжением изменяющимся в широком диапазоне. Первый этап разряда батареи ЛХИТ (0-t1) -кратковременный, отличающийся резким снижением выходного напряжения; второй этап (t1-t2) - длительный, характеризуемый незначительным изменением напряжения при разряде номинальными токами; третий, заключительный этап разряда (t2-t3) - кратковременный режим с значительным снижением напряжения при разряде.
Нестабильность выходной характеристики батареи ЛХИТ определяет необходимость применения преобразования постоянного тока в постоянный со стабилизаций напряжения в заданном диапазоне, которое может быть выполнено с помощью конвертора напряжения постоянного тока DC/DC [3].
Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство экономичного автономного источника питания [4], содержащего источник питания, инвертор, тиристоры, диод, силовой повышающий трансформатор, выпрямитель, конденсатор и систему управления. Рассматриваемое устройство обеспечивает экономичный режим потребления электроэнергии от источника постоянного тока за счет его повторно-кратковременного режима работы.
Недостатком этого устройства, принятого нами за прототип, является то, что, с одной стороны, для обеспечения автономного питания электроприемников применяется источник постоянного тока, имеющий ограниченную емкость, а с другой, используются постоянно работающие преобразователи (инвертор, трансформатор и выпрямитель), включенные последовательно, что усложняет конструкцию, снижает КПД преобразования, коэффициент полезного использования энергии автономного источника, и, как следствие, снижает продолжительность питания потребителей от автономного источника (АИЛ).
Целью изобретения является повышение коэффициента полезного использования дорогостоящей электроэнергии автономного источника, а также создание режима эксплуатации автономного источника питания, позволяющего снизить тепловыделения от преобразователей напряжения, что обеспечит повышение продолжительности питания потребителей от автономного источника.
Указанная цель достигается тем, что в автономный источник включаются параллельно соединенные через разделительные диоды батареи ЛХИТ, которые, в свою очередь, подключаются к шинам электроприемников через две, коммутируемые схемой управления, параллельные ветви. Обе ветви содержат разделительные диоды, что обеспечивает их бесперебойное переключение на работу через преобразователь и обратно. Кроме того, вторая ветвь содержит преобразователь напряжения типа конвертор выполняющий функцию стабилизации напряжения. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что схема управления непрерывно измеряет напряжение на батареи ЛХИТ, определяет интервалы времени, когда необходимо включение преобразователя для стабилизации напряжения на шинах электроприемников или его отключение при соответствии напряжения на батареи ЛХИТ допустимому диапазону отклонения напряжения.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства.
Оно содержит:
1.1, 1.2, 1.3 - батарея литиевых химических источников тока;
2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 - разделительный диод;
3.1, 3.2 - нормально разомкнутый контакт силового контактора;
4 - преобразователь постоянного тока в постоянный с стабилизацией выходного напряжения (конвертер);
5 - схема управления;
6 - шины электроприемников постоянного напряжения.
Устройство работает следующим образом.
Батареи литиевых химических источников тока 1.1…1.3 через разделительные диоды 2.1…2.3 соединяются параллельно, что увеличивает мощность и емкость автономного источника тока. Наличие разделительных диодов 2.1…2.3 исключает влияние батарей друг на друга при их разряде. При необходимости включения АИЛ на шины электроприемников 6 первым по команде схемы управления 5 замыкается контакт 3.1, напряжение от батарей ЛХИТ поступает через преобразователь 4 и разделительный диод 2.5 на шины электроприемников 6. Поскольку на первом этапе (участок I) напряжение на батареи ЛХИТ больше допустимого значения для электроприемников (фиг. 3), то преобразователь осуществляет стабилизацию напряжения на уровне требований электроприемников. В процессе разряда батарей ЛХИТ напряжение на них снижается, достигая значения 
(фиг. 3), при котором электроприемники могут питаться от ЛХИТ напрямую без преобразователя 4 (участок II). Для отключения преобразователя 4 по сигналу схемы управления 5 замыкается контакт 3.2 и напряжение от батареи ЛХИТ поступает на разделительный диод 2.4. Поскольку напряжение на его выходе больше, чем на выходе разделительного диода 2.5, то последний запирается, создавая условия для бесперебойного отключения преобразователя 4 по команде схемы управления 5. После отключения преобразователя 4 напряжение на его выходе снижается и диод 2.5 запирается напряжением, проходящим через диод 2.4. Если в процессе разряда напряжение на батарее ЛХИТ снизится ниже допустимого значения 
(фиг. 3), то по команде схемы управления 5 замыкается контакт 3.1, включая преобразователь 4 (участок III). Напряжение преобразователя 4 поступает на разделительный диод 2.5. Поскольку напряжение на выходе диода 2.5 при работающем преобразователе будет выше, чем на диоде 2.4, то последний запирается и питание от батарей на шины электроприемников поступает через преобразователь 4.
Таким образом, отключение преобразователя на стабильном участке разряда батарей ЛХИТ (участок II), когда напряжение питания электроприемников находится в допустимых пределах, позволяет исключить из последовательной цепи элемент с низким коэффициентом полезного действия, что, во-первых, увеличит коэффициент полезного использования энергии АИЛ и, следовательно, увеличивает продолжительность питания электроприемников от комплекта ЛХИТ, а во-вторых уменьшает тепловыделения в сооружения, где установлен АИЛ.
Заявителям не известен путь решения поставленной задачи с приведенной совокупностью существенных признаков, что говорит об "изобретательском уровне" технического решения.
Авторами испытан автономный источник питания на основе литиевых элементов, состоящий из 96 батарей ЛХИТ, четырех параллельно включенных преобразователей постоянного тока в постоянный, суммарной мощностью 6,0 кВт, с величиной выходного напряжения (31±1)В, включающий параллельную преобразователям цепь с управляемым выключателем, который обеспечил бесперебойное питание ответственных электроприемников напряжением (31±1)В на всем временном интервале разряда батарей ЛХИТ.
Приведенные данные и сведения подтверждают возможность промышленного осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Патент РФ №2373614 С2, кл. Н01М 6/16, опубл. 10.04.2009.
2. Варыпаев В.Н. и д.р. Химические источника тока. - М.: Высш.шк., 1990. - 240 с.
3. Справочник по силовой электронике / Ю.К. Розанов, П.А. Воронин, С.Е. Рывкин, Е.Е. Чаплыгин; под ред. Ю.К. Розанова. - М.: Издательский дом МЭИ, 2014. 472 с.
4. Патент РФ №2417508 С1, кл. Н02М 3/315, опубл. 27.04.2011.
Claims (3)
1. Автономный источник питания на основе литиевых элементов, содержащий батареи литиевых химических источников тока (ЛХИТ), которые подключаются к шинам электроприемников через две коммутируемые схемой управления параллельные ветви, в одной из которых включен преобразователь напряжения, выполняющий функцию стабилизации напряжения типа конвертор, отличающийся тем, что схема управления непрерывно измеряет напряжение на батарее ЛХИТ, определяет интервалы времени включения преобразователя для стабилизации напряжения на шинах электроприемников или его отключение при соответствии напряжения на батарее ЛХИТ допустимому диапазону отклонения напряжения.
2. Автономный источник питания по п. 1, отличающийся тем, что каждая из параллельных ветвей, соединяющих батареи литиевых химических источников тока с шинами электроприемников, содержит разделительные диоды, что обеспечивает бесперебойное питание электроприемников при включении и отключении преобразователя.
3. Автономный источник питания по п. 1, отличающийся тем, что включает несколько батарей литиевых химических источников тока, которые соединяются параллельно через разделительные диоды, что увеличивает мощность и емкость автономного источника тока, а также повышает коэффициент полезного использования дорогостоящей электроэнергии автономного источника питания, а разделительные диоды исключают влияние батарей друг на друга при их разряде.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117705A RU2738379C1 (ru) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Автономный источник питания на основе литиевых элементов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117705A RU2738379C1 (ru) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Автономный источник питания на основе литиевых элементов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2738379C1 true RU2738379C1 (ru) | 2020-12-11 |
Family
ID=73835045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020117705A RU2738379C1 (ru) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Автономный источник питания на основе литиевых элементов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2738379C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7307360B2 (en) * | 2004-01-30 | 2007-12-11 | Arizona Board Of Regents | Uninterruptible power supplies |
| RU2417508C1 (ru) * | 2010-03-15 | 2011-04-27 | Аркадий Анатольевич Степанов | Экономичный автономный источник питания |
| RU2698638C1 (ru) * | 2018-10-15 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе космического аппарата негерметичного исполнения с радиационным охлаждением |
| US10404095B2 (en) * | 2014-06-25 | 2019-09-03 | Fdk Corporation | Uninterruptible power supply unit |
-
2020
- 2020-05-18 RU RU2020117705A patent/RU2738379C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7307360B2 (en) * | 2004-01-30 | 2007-12-11 | Arizona Board Of Regents | Uninterruptible power supplies |
| RU2417508C1 (ru) * | 2010-03-15 | 2011-04-27 | Аркадий Анатольевич Степанов | Экономичный автономный источник питания |
| US10404095B2 (en) * | 2014-06-25 | 2019-09-03 | Fdk Corporation | Uninterruptible power supply unit |
| RU2698638C1 (ru) * | 2018-10-15 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в составе космического аппарата негерметичного исполнения с радиационным охлаждением |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6930897B2 (en) | Fuel cell inverter | |
| US7456519B2 (en) | Power conversion system | |
| KR101094002B1 (ko) | 전원 변환 장치 | |
| US11462933B2 (en) | Power storage module and power supply system | |
| KR101251064B1 (ko) | 고승압비 다중입력 양방향 ｄｃ－ｄｃ 컨버터 | |
| KR101678536B1 (ko) | 배터리 온도 제어 시스템과 이를 구비한 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법 | |
| JP2013146171A (ja) | 電力供給システムおよび充放電用パワーコンディショナ | |
| RU2436217C2 (ru) | Устройство и способ для подачи энергии к критичной нагрузке | |
| US20230352934A1 (en) | Power grid | |
| WO2020248651A1 (zh) | 一种离网裂相器和逆变器系统 | |
| US11601006B2 (en) | Control of DC voltage distribution system | |
| KR20110133808A (ko) | 에너지 저장 시스템 | |
| KR20110136167A (ko) | 에너지 저장 시스템의 인버터 | |
| CN110061559B (zh) | 离线式不间断电源及其控制方法 | |
| RU2540966C1 (ru) | Статический преобразователь | |
| RU2738379C1 (ru) | Автономный источник питания на основе литиевых элементов | |
| CN113315220A (zh) | 一种不间断直流供电装置及控制方法 | |
| US20230318435A1 (en) | Power Grid | |
| Subhana et al. | Emergency backup power to a rural hospital in disaster condition | |
| JP2008035573A (ja) | 電気二重層コンデンサを用いた蓄電装置 | |
| CN110061560B (zh) | 离线式不间断电源及其控制方法 | |
| RU2796382C1 (ru) | Статический преобразователь | |
| RU2780724C1 (ru) | Статический преобразователь | |
| RU2794276C1 (ru) | Система бесперебойного питания | |
| Abdelmoaty et al. | A single-step, single-inductor energy-harvestingbased power supply platform with a regulated battery charger for mobile applications |