Устройство для питания нагрузки

О П ИС А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ." с лб:, :й. Я фф ,;.я, ;Г-;И,."-, "- цз, уф.я й 3 ф Союз Советскнх Социалистических Республик(51)М, Кл,2 с присоединением заявки Нов Н 02 3 7/34 Государсттвеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ 1Изобретение относится к электротехнике, в частности к автономным устройствам электропитания нагрузки, в которых генератор работает совместно с буферной аккумуляторной батареей (АБ), и может быть использовано на различных автоматических установках, как подвижных, так и неподвижных.Йэвестны устройства электропитания, состоящие из генератора и буферной АБ, в которых контроль эа процессом заряда и разряда осуществляется с помощью реверсивного счетчика ампер-часов (или счетчика коли чества электричества) 11В таких устройствах по показаниям счетчйка ампер-часов (САЧ), находящегося в эарядно-разрядной цепи АБ, принимается решение о не обходимости управления колйчеством энергии, поступающей в АБ бт генератора. Ф В САЧ обычно вводят устройства, позволяющие учесть,что амперчасовая отдача АБ менее 100.В результате при одинаковом токе САЧ воспринимает при заряде меньшее количество электричества, чем при 30 разряде. Разница выбирается, исходя из КПД АБ по емкости.Вследствие того, что характеристики АБ изменяются под влияением различных факторов (циклирование, температура, давление и др,), в некоторые САЧ, для приведения в соответствие его показаниД и реального сос- тояния заряженности АБ, вводят коррекцию, например по числу зарядноразрядных циклов 2 ЦЗ).Одяако,Учет в , САЧ всего комплекса условий, влияющих на изменение емкости характеристик АБ, является до настоящего времени практически не решенной задачей.Кроме того, известно устройство, в котором периодически осуществляется контрольный заряд буферной бата-реи по .датчику максимального напряжения при условии установки счетчика ампер-часов в положение, соответствующее номинальной емкости 4Из известных устройств питания нагрузки ближе. всех к предлагаемому по технической сущности является устройство автоматического управления зарядом герметичных аккумуляторных батарейсостоящее иэ генера-, тора (солнечной батареи), буферной-. - ь"3аккумуляторной батареи, в цепь которой включены датчики зарядного и разрядного тока, соединенные с реверсивным счетчиком ампер-часов (ртутным кулонометром), выход указанногосчетчика соединен с регулятором за"ряда шунтового типа, Счетчик амперчасов контролирует и интегрируетток в процессе заряда и разряда АБ.Если в результате интегрирования;тока САЧ достигает некоторого фиксированного состояния счета, принятого 10за уровень условного полного зарядаАЪ и соответствующего моменту,когда воспринятое счетчиком восполненное количество электричества равноснятому в предшествующем разряде, 15.то происходит выдача команды на регу-лятор для уменьшения зарядного токаАБ до заданной величины.В этом устройстве отсутствуетсвязь между показаниями САЧ и . 20реальным уровнем заряженности АБ,таккак не учитывается изменениехарактеристик АБ (например, КПД поемкости) под влияением различныхусловий.Поэтому сообщение по САЧв процессе заряда батареи количестваэлектричества, равного снятому поСАЧ в предшествующем разряде, вобщем случае не приводит к ее полному заряду.Вследствие этого в процессемногократного циклиронания будетпроисходить уменьшение располагаемой емкости АБ, и,следовательно,возможность эффективно ее использовать будет снижаться. Таким образом, 85управление зарядом АБ без учета реального уровня ее заряженности приведет к тому, что нагрузка не будетобеспечена питанием.Целью изобретения является повышение эффективности использОвания АБпри ее многократном циклировании.Указанная цель достигается тем,что в устройство введен корректор,коэффициента передачи датчика токаи датчик окончания заряда, причемвыход корректора соединен со нходоюдатчика зарядного или разрядноготока, а выход. датчика окончаниязаряда батареи соединен со входомкорректора и со входом сброса счетчика ампер-часов в фиксированноесостояние счета.Ца чертеже изображена функциональная схема устройства для питаниянагрузки,55 Устройство состоит из генератора 1, подключенного через регулятор 2 заряда к аккумуляторной батарее 3 датчика 4 разрядного и датчика 5 зарядного токов аккумуляторной батареи, выходы которых соединены со счетными входами реверсивного счетчика 6 ампер-часов, а выход счетчика соединен с регулятором 2; дат чика 7 окончания заряда, выход ко торого соединен со входом сброса счетчика в фиксированное состояние счета и со входом корректора 8 коэфФициента передачи одного из датчиков тока. В качестве примера показано соединение корректора с датчиком 5 зарядного тока.Работает устройство следующим образом.Генератор 1 осуществляет питание нагрузки постоянным током, при этом как мощность, вырабатываемая, генератором, так и мощность, потребляемая нагрузкой, изменяются циклически каким-либо образом во времени. При превышении потребляемой мощности. над вырабатываемой нагрузка использует энергию, накопленную в батарее 3, в результате чего последняя разряжается. Датчик 4 преобразует величину разрядного тока во входной сигнал счетчика б который производит счет разрядной емкости.При превышении вырабатываемой мощностй над потребляемой происходит заряд батареи 3. Датчик 5 преобразует величину зарядного тока во входной сигнал счетчика,б, причем коэффициент передачи тока этого датчика имеет два значения; замедляющее и ускоряющее.Замедляющее значение коэффициента передачи датчика 5 таково, что регистрируемое счетчиком б на зарядном цикле количества электричества меньше, чем реально воспринимаемое батареей 3. Ускоряющее. значение такового, что регистрируемое счетчиком б .на зарядном цикле количество электричества больше, чем реально воспринимаемое батареей 3, фКогда зарегистрированное счетчиком б восполненное количество элентричества станет равно снятому в предществующем разряде (достигнуто некоторое фиксированное состояние счета, принятое за уровень условного полного .заряда батареи 3), счетчик 6 выдает команду на регулятор 2 заряда для уменьшения зарядного тока батареи 3 до заданной величины (например, не вызывающей дальнейший ,заряд батареи, но обеспечивающей удержание ее в заряженном состоянии). После начала разряда батареи выдача команды со счетчика б на регулятор 2 прекращается.Если коэффициент передачи датчика 5 имеет замедляющее значение, то, при заряде батареи будет происходить задержка момента достижения н счетчике б фиксиронанного состояния счета. Этим обеспечивается сообщение батарее некоторого дополнительного количества электричества, с учетом которого реально воспринятое количество электричества превысит снятое в предшествующем разряде, Таким образом, с каждым разрядно-зарядным циклом будетпроисходить увеличение суммарного количества электричества в батарее (увеличение располагаемой емкости)На одном из разрядно-зарядных циклов в таком режиме произойдет срабатывание датчика 7, свидетельствующее о моменте полного зарядабатареи.Сигнал срабатывания датчика 7 поступает импульсно на вход сброса счетчика б в фиксированное состояние счета и одновременно на корректор 8.По этому сигналу счетчик 6 выдает команду на регулятор 2 для уменьшения заданного тока, а корректор 8 осуществляет изменение коэффициента передачи датчика 5 с замедляющего на ускоряющее значение.Если коэффициент передачи датчика 5 имеет 1 ускоряющее" значение, то при заряде батареи (в случае отсутствия команды со счетчика на регулятор) будет ускоряться момент достижения в счетчике б фиксированного состояния счета,так что батарея воспримет на заряде меньше количества электричества, чем снято в предшествующем разряде. Таким образом, в этом случае с каждым разрядноэарядным циклом будет про;сходить уменьшение суммарного количества электричества в батарее (уменьшение располагаемой емкости).При некотором уменьшении располагаемой емкости выдача сигнала датчиком 7 прекращается, корректор 8 изменяет коэффициент передачи датчика 5 с 1 ускоряющего на замедляющее значение.Соответствующцм выбором продолжительности выдачи сигнала датчиком 7 достигается незначительное уменьше- ние располагаемой емкости при работе датчика 5 с ускоряющим значейием коэффциента передачи.Далее описанный процесс повторяется.Периодическое автоматическое при- ведение в соответствие показаний САЧ и реального уровня заряда АБ полностью исключает необратимое снижение располагаемой емкости АБ при ее многократном циклировании из-за изменения характеристик (например, .изменения КПД АБ по емкости) . 661683Повышение эффективности использования АБ за счет поддержания распо лагаемой емкости на более высоком уровне позволяет использовать при тех же характеристиках нагрузки батарею с меньшей номинальной емкостью (следовательно, и меньшего веса), или обеспечить питание той же нагрузки в течение более блительного времени,Расчет емкостных характеристик АБ типа НКГК для шести месяцев циклирования, проведенный с использованием Математической модели, показал, что предложенное устройство при изменении среднего КПД АБ по емкости на 5 обеспечивает к концу гарантированного срока службы АБ среднюю величину располагаемой емкости на 25-30 выше, чем в устройстве, не учитывающем изменение КПД АБ. 20формула изобретенияУстройство для питания нагрузки,содержащее генератор, например солйечную батарею и буферную аккумуляторнуюбатарею, в цепь которой включены 25 датчики зарядного и разрядного тока,выходы которых соединены со счетными входами реверсивного счетчикаампер-часов, выход которого соединенсо входом регулятора заряда, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с цельюповышения эффективности использования аккумуляторной батареи при еемногократномциклировании, в неговведен корректор"коэффициента пере дачи датчика тока идатчик окончания заряда, причем выходкорректорасоединен со входом датчика зарядногойли разрядного тока, а выход датчика окончания заряда батареи подклю. чен ко входу корректора и ко входусброса счетчика ампер-часов,в фиксированное состояние счета.Источники информации, принятыево внимание при эскпертизе1.Патент. США 9374,0636,кл.320.-2, 45 1971.2.Патент ФРГ 91513700,кл.21 с, 51,1967.3. Авторское свидетельство СССР9426269, кл. Н 02 У 7/34, 1973, 50 4. Авторское свидетельство СССРР 472421, кл. Н 02 1 7/34, 1973.5. Патент США 93421067,кл .320-14,1969.661683 503/59Тирак 856 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, йооква, Ж, РаУаскаЯ наб., д.4/5ак лиал ППП фПатент г.уагород, ул, Проектнаяг Составитель И,Найдйна актор Н.Акмедова техред О.Лндрейко КоРРектоР С.Патруш