Устройство для питания нагрузки

,1 40 19 уН 01 М 1 О/4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К ьство ССС 1979. тво СССР 1981,тво СССР 1980,тво СССР 1981, Ог ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) УстРойство для питАния8 АГРУЗКИ содержащее источник постоянного тока, буферную аккумуляторную батарею с выводами элементов,соединенными с коммутатором, выходкоторого связан с шинами для подключения восстанавливаемого элемента,соединенными через контактор с до-.полнительным источником постоянного тока и разрядным сопротивлением,блок поэлементного контроля напряжения, входом связанный с коммутатором, а выходом - с блоком управления, и датчик напряжения, входом подключенный к шинам восстанавливаемого элемента, а выходом соединенный с блоком сравнения о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения условии циклирования буферной батареи путем повышения точности выравнивания уровня заряженности ее элементов оно снабжено датчиком то" ка аккумуляторной батареи, датчиком тока, включенным в шины восстанавливаемого элемента, сумматором напряжения и элементом моделированиянапряжения рассогласования, входами связанным с блоком поэлементного контроля напряжения и датчиками тока, батареи и восстанавливаемого элемента, а выходом через сумматор напряже" ния, соединенный с блоком поэлементного контроля напряжения, подключенный к блоку сравнения.1 005зобретение относится к электротехнике и может быть использованов системе электроснабжения автономного объекта, включающей аккумулятор"ную батарею (АБ)длительно работающую в циклическом режиме,Известно устройство для питаниянагрузки, содержащее источники постоянного тока (ИПТ) буферные АБ ссигнальными датчиками, шины с датчи Оками тока, коммутатор шин измерительный коммутатор, подключенный кдатчикам тока и шинам, блок программ,выходом соединенный с измеритель-ным коммутатором и блоком управления. режимом работы, блок синхронизации, выходом связанный с бло"ком программ и блоком контроля,счетчик тактовых импульсов, входомподключенный к блоку, синхронизации,и блок сравнения. Блок контроля выполнен в виде аналого-цифрового пре образователя и сцетчика нормированного количества электричества, соединенных с выходом измерительногокоммутатора. Блок сравнения выполненв виде схемы сравнения кодов, входами связанной с блоком программ ианалого-цифровым преобразователем,а выходами чеоез счетчики импульсови схемы совпадения, подключенныек выходу счетчика тактовых импульсов,соединенной с блоком управления режимом работы, Другие входы блокауправления связаны с выходами сигнальных датчиков АБ, счетчиком нормированного количества электричества, а выходы подключены к управляющим входам коммутатора шин, счетчику нормированного количества электричества и блоку программ 1 1.40Устройство позволяет производитьконтроль напряжений, соответствующих тому или иному режиму работывключенных в него элементов, в томчисле и АБго заранее введеннойпрограмме с целью обеспечения заданного уровня напряжения потребителейподдержания энергобаланса и исключения вывода из строя составных элементов. Однако в известном устройстве 50не предусматривается восстановлениеэксплуатационных характеристик АБ впроцессе многократного циклированияпутем глубокого разряда и последующего Нормального заряда ее элементов 55и вследствие этого не обеспечивается поэлементный контроль уровнязаряженности включенных в АБ аккуму 19 2ляторов, цто ограничивает возможность использования устройства всоставе системы электроснабженияавтономного объекта, находящегосяв длительной эксплуатации,Известно устройство для питаниянагрузки, содержащее ИПТ, буфернуюАБ, регулятор зарядного тока, датчикнаправления тока АБ, коммутатор, дополнительный аккумулятор, блок поэлементного контроля, блок определения разности уровней заряженностиэлементов, пороговый элемент, элемент сравнения управляемый ключ,блок формирования адреса и задатчиксигнала рассогласования. Блок определения разности уровней заряженности элементов входом связан с блокомпоэлементного контроля, а выходами подключен к пороговому элементу, соединенному с управляющим входом ключа, и к элементу сравнения,вторым входом связанному с задатчиком сигнала рассогласования, а выходом подключенному к сбрасывающемувходу коммутатора. Блок формирования адреса входами соединен с датчи"ком направления тока АБ и блоком поэлементного контроля, а выходом через контакты управляемого ключа связан с устанавливающим входом коммутатора, силовые шины которого подключены к дополнительному аккумулятору Г 23Устройство обеспечивает достоверный контроль уровня заряженностиэлементов АБ по отношению к заданному фиксированному значению и замену отстающего элемента на качественный. Однако оно не решает зада.чу выравнивания уровня заряженностикачественного элемента по текущемууровню заряженности АБ с целью еговключения в состав батареи в минимально короткий срок.Известно устройство для питаниянагрузки, содержащее ИПТ, буфернуюАБ с выводами от элементов коммутатор, накопитель электрической энергии, блок контроля уровня заряженности элементов и блок управления 3В известном устройстве производится выравнивание уровней заряженности элементов, включенных в цеаьбуферной АБ как при заряде, так ипри разряде путем их выборочногоподключения к накопителю электрической энергии, В данном устройстве задача контроля и выравнивания уров1040 549 На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлага.емого устройства.50Устройство для питания нагрузкисодержит буферную АБ 1 с выводамиот элементов, коммутатор 2, ИПТ 3 и4, разрядное сопротивление 5, блок6 поэлементного контроля напряжения(БПКН), датчик 7 напряжения, блок 55 88 сравнения, датчик 9 тока восстанавливаемого элемента, датчик 10тока батареи, сумматор 11 напряжения, элемент 12 моделирования напрязней заряженности элементов, работающих в различных режимах, не решается,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является 5устройство для питания нагрузки,содержащее ИПТ, буферную АБ с выводами элементов, соединенными с коммутатором, выход которого связан с шинами для подключения восстанавливаемого элемента, которые через контактор соединены с дополнительным ИПТи разрядным сопротивлением, блок поэлементного контроля напряжения, входом связанный с коммутатором, датчик напряжения, входом подключенныйк шинам восстанавливаемого элемента,а выходом соединенный с блоком сравнения, вторым входом связанным с блоком поэлементного контроля напряжения, и блок управления4 .Устройство обеспечивает улучшениеэксплуатационных характеристик буферной АБ при непрерывном ее использовании путем замены отстающегоэлемента дополнительным элементом,проведения глубокого разряда отстающего элемента, выдержки его в течение расчетного времени, последующе"го заряда до уровня максимально заряженного элемента буферной АБ и30включения восстановленного элементав состав батареи взамен очередногоотстающего элемента.Выравнивание уровня заряженностивосстанавливаемого элемента по максимально заряженному (контрольному)элементу буферной АБ в известномустройстве производится путем контроля и сравнения величин их напряжении. Поскольку режим работы буферч40ной РБ задается графиком энергопотреб.ления нагрузки, контрольный элементв момент сравнения может находитьсякак в режиме заряда, так и в режимеразряда, а его ток может отличать" .45ся по величине от тока заряда восстанавливаемого элемента, что обусловливает различие напряжений сравниваемых элементов, В известном устроистве не учитывается зависимостьнапряжений сравниваемых элементовот указанных параметров, что приводит к более частому выключению ошибочно принимаемых за отстающие элементов.из АБ, т,е, многократному глубокомуциклированию элементов, увеличивающему их износ, Кроме того, возрастающий разброс уровней заряженности элементов при ограниченной глубине циклирования буферной АБ ухудшает условия их работы в составе батареи, что может послужить причиной преждевременного вывода ее из строя, Таким образом, недостатком известного устройства является низкая точность выравнивания уровня заряженности элементов, ухудшающая условия циклирования буферной АБ.Цель изобретения - улучшение ус" ловий циклирования буферной бата реи путем повышения точности выравнивания уровня заряженности ее элементов.Поставленная цель достигается тем, что устройство для питания нагрузки, содержащее источник посто" янного тока, буферную АБ с вывода" ми элементов, соединенными с коммутатором, выход которого связан с шинами для подключения восстанавливаемого элемента, соединенными через контактор с дополнительным источником постоянного тока и разрядным сопротивлением, блок поэлементного контроля напряжения, входом связанный с коммутатором, а выходомс блоком управления, и датчик напряжения, входом подключенный к шинам восстанавливаемого элемента, а выходом соединенный с блоком сравнения, снабжено датчиком тока АБ, датчиком тока, включенным в шины восстанавливаемого элемента, сумматором напряжения и элементом моделирования напряжения рассогласования, входами связанным с блоком поэлементного контроля напряжения и датчиками тока батареи и восстанавливаемого элемента, а выходом через сумматор напряжения, соединенный с блоком поэлементного контроля напряжения, подключенный к блоку сравнения.549 6 1040 45 5жения рассогласования (ЭМНР), контактор 13 и блок 14 управления,АБ 1 состоит из й элементов,один из которых является дополнительным. Коммутатор 2 обеспечивает последовательное соединение йэле-.мента АБ 1 для питания нагрузки 15,при этом любой элемент цепи батареи может быть исключен для восстановлЕния эксплуатационных характеристик и заменен дополнительным элемен"том. Через измерительные контактыкоммутатора 2 производится контрольнапряжения элементов батареи БПКН 6в последовательности, задаваемой 15блоком 14 управления. К йэлементуАБ 1 через датчик 10 тока подключено,параллельное соединение ИПТ 3 инагрузки 15, Контактор 13 служитдля поочередного подключения восстанавливаемого элемента к разрядному, сопротивлению 5 и ИПТ 4, Контрольтока восстанавливаемого элемента осуществляется через датчик 9 тока, аконтроль его.напряжения " датчиком 257 напряжения. БПКН 6 входом соединен с измерительными контактами коммутатора 2, ЭМНР 12 входами связанс датчиками 9 и 1 О и БПКН 6, а выходом подключен к первому входу суммато.З 0ра 11, второй вход которого соединенс БПКН. 6. Блок 8 сравнения входа"ми связан сдатчиком 7 напряженияи сумматором 11, а выходом подключенк блоку 14 управления. Блок 14 управ- З 5ления по сигналам БПКН 6, датчи-ка 7 напряжения и блока 8 сравнения вырабатывает команды, покоторым производятся переключе ния коммутатором 2 и контактором13, ЭМНР 12 предназначен для выработки напряжения.рассогласова.- ния между напряжениями восстанав"ливаемого элемента и контрольногоэлемента АБ 1, обусловленного различием режимов их работы. Сумматор11 напряжения служит для алгебраического сложения напряжения контрольного элемента АБ 1 и напряжения рас, согласования.Устройство работает следующим образом.ИПТ 3 и йэлемент буфернойАБ 1 обеспечивают питание нагрузки15. При этом АБ 1 работает в режимециклирования с заданной глубинойразряда. По мере ухудшения эксплуатационных характеристик элементовАБ 1 их .напряжение уменьшается, что фиксируется БПКН 6, Элемент с минимальным напряжением по команде сблока 14 управления выключается изцепи АБ 1 и подключается к шинамвосстанавливаемого элемента, далеесоединяется контактором 13 с разрядным сопротивлением 5 для осуществления глубокого разряда. Вместо негов цепь АБ . включается дополнительный элемент для обеспечения питаниянагрузки 15 заданным напряжением.По окончании глубокого разряда восстанавливаемого элемента по команде блока 14 управления контактор,13 подключает его шины к ИПТ 4 ипроизводится нормальный заряд восстанавливаемого элемента, При заряде элемента контролируется величина зарядного тока, его напряжение, атакже значение тока АБ 1 и напряжение контрольного элемента батареи, по которому выравнивается уровень заряженности восстанавливаемого элемента. Названные параметры с датчиков 9 и 10 тока и БПКН 6поступают на входы ЭМНР 12, которыйвырабатывает величину напряжениярассогласования ВО между напряжением контрольного элемента АБ 1 Ои напряжением восстанавливаемогоэлемента Ов , обусловленную различием,режимов работы"минус" - разряду)Эвэ - величина зарядноготока восстанавливаемого элемента,В сумматоре 11 производится алгебраическое сложение напряженияЭМНР 12 и напряжения. БПКН 6 Ок,==О +йО. Блок 8 сравнения при равействе напряжений О э и О Вэ вырабатывает сигнал, поступающий в блок14 управления. Блок 14 вырабатывает команду, по которой прекращаетсязаряд восстанавливаемого элемента(контактор 13 отключает от шин воестанавливаемого элемента ИПТ 4),а также производится переключение коммутатором 2 - восстановленный элемент включается в цепь буфернойАБ 1, а очередной отстающий элемент10 Ц 059 35 Составитель И,НайдинаРедактор С.Юско Техред И,Метелева Корректор О.Тигор Заказ 6940/55 Тираж 703 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений иоткрытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 1/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,подключается к шинам восстанавливаемого элемента. Далее устройство работает аналогично.В основу ЭМНР могут быть положены аналитическая зависимость напряжения элементов АБ от тока или снятые эксперимЕнтальным путем вольтамперные характеристики (ВАХ), ус" редненные по большому числу опытов.Поскольку для конкретной электрохи-,10 мической системы фактический уровень заряженности элементов однозначно определяется величиной внутреннего омического сопротивления, а остальные параметры, в том,числе и напря жение, являются зависимыми от внешних условий, например, сопротивления нагрузки, напряжения зарядного источника, температуры и т.д. то при искусственнбм выравнивании ус ловий, в которых находятся элементы, достижима сравнимость уровней заряженности восстанавливаемого и контрольного элемента осуществляется по напряжению, соответствующе" 25 му равным режимам работы элементов.ЭМНР 12 может быть выполнен в виде подмагничиваемого трансформаторного регулятора с делителем выходного напряжения. В этом случае, токи датчиков 9 и 10 .обтекают встречно намотанные обмотки управления подмаг" ничиваемого регулятора, а напряжение с БПКН 6 подводится к одному из плеч делителя выходного напряжения, второе плечо которого рбразовано диагональю постоянного тока выпрямительного моста, подключенного диагональю переменного тока к рабочей обмотке подмагничиваемого трансфор матора. При укаэанной реализации ЭМНР точность выравнивания уровней заряженности восстанавливаемого и контрольного элементов по напряжению определяется точностью измере=45 ния токов и напряжений и точностью моделирования напряжения рассогласованияСовременные средства измерения токов и напряжений имеют достаточно высокую для практических целей точность. Точность моделирования напряжения рассогласования зависит от стабильности питающего рабочую обмотку подмагничиваемого транс. форматора напряжений и точности подбора .сердечника с кривой намагничивания, соответствующей нелинейности ВАХ элементов АБ. Повышение точности последнего параметра может быть достигнуто путем тщательного подбора материала и конфигурации сердечника или введением дополнительной обмотки коррекции, Соответствие между нелинейностью кривой намагничивания серденчика и ВАХ конкретной электрохимической системы элемейтов устанавливается в процессе проектирования и отладки устройства. Практически погрешность, вносимая за счет некорректности моделирования напряжения рассогласования, может быть сведена к минимуму, удовлетворяющему требованиям заказчика, и не превышать 54 во всем диапазоне рабочих токов буферной АБ. Контроль уровней заряженности сравниваемых элементов по напряжению с укаэанной точностью гарантирует минимальный разброс характеристик элементов в процессе циклирования буферной АБ на ограниченную глубину, что улучшает условия циклирования батареи.Положительный эффект от использования предлагаемого устройства заключается в улучшении условий циклирования буферной АБ путем повышения точности выравнивания уровня заряженности ее элементов и достигается благодаря обеспечению возможности выравнивания уровня заряженности восстанавливаемого и контрольного элементов по напряжению независимо от режима их работы.Предлагаемое устройство можно эффективно использовать в составе систем .электроснабжения автономных объектов, имеющих длительный срок эксплуатации,