| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2293417
ПРИСТРІЙ ДЛЯ ХАРЧУВАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ
Ім'я винахідника: Дзенькевич Аркадій Володимирович (RU); Сизов Михайло Васильович (RU); Розмова Сергій Миколайович (RU); Литвиненко Сергій Віталійович (RU)
Ім'я патентовласника: Разумов Сергій Миколайович (RU)
Адреса для листування: 117465, Москва, вул. Ген. Тюленєва, 29-3-147, Л.Г.Менуховой
Дата початку дії патенту: 2002.03.26
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до режимів експлуатації конденсаторних і акумуляторних батарей в автономних системах електропостачання постійного струму стаціонарних та рухомих об'єктів. Технічним результатом є підвищення надійності, зниження масогабаритних показників і поліпшення ккд пристрою за рахунок спрощення схем перетворювача і блоку контролю. Технічний результат в пропонованому винаході досягають створенням пристрою для живлення навантаження, в яке відповідно до винаходу введені контрольна обмотка, яка через додатковий випрямний діод підключена до блоку контролю, який, в свою чергу, з'єднаний з дільником, підключеним до батареї, а ланцюга харчування блоку контролю підключені до частини батареї, які забезпечують необхідний рівень харчування блоку контролю, причому в пристрої в якості перетворювача використовують обратноходового перетворювач з багатообмотувальних дроселем, первинна обмотка якого підключена до ключового елементу, а вихідні обмотки через випрямлячі до вирівнює осередкам.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до режимів експлуатації конденсаторних і акумуляторних батарей в автономних системах електропостачання постійного струму стаціонарних та рухомих об'єктів.
Проблема забезпечення тривалого терміну служби батарей, що складаються з послідовно з'єднаних конденсаторів з подвійним електричним шаром, є досить актуальною. Невеликі відмінності в характеристиках окремих конденсаторів (по ємності, струмів витоку і т.д.) призводять в процесі експлуатації батареї до значного розкиду напруг окремих конденсаторів. При цьому знижується рівень віддається енергії батареї в навантаження, відбувається перезарядка і глибокий розряд окремих конденсаторів, який може привести до переполюсовке їх. Все це призводить у результаті до виходу з ладу як окремих конденсаторів, так і батареї цілому.
Для усунення впливу цих причин необхідно пристрій, який забезпечує диференціальну компенсацію струмів витоку конденсаторів, вирівнює напруги між усіма конденсаторами і здійснює контроль їх справності.
Одним з рішень зазначеної проблеми є вирівнювання (нівелювання) напружень між окремими конденсаторами за допомогою шунтування конденсаторів зовнішніми резисторами, мають однакові опору, величина яких менше опору ізоляції (витоку) конденсаторів.
Однак дане технічне рішення енергетично неефективно, тому що призводить до непродуктивних втрат енергії.
Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення є пристрій для живлення навантаження, що містить джерело напруги для підзарядки батареї, блок контролю і батарею, що складається з хімічних джерел струму, з'єднаних між собою послідовно, і паралельно до них підключений через розв'язують діоди перетворювач, який має керований ключовий елемент, вирівнюють осередків, кожна з осередків містить одну вихідну обмотку перетворювача і випрямляч, підключені до відповідного хімічному джерела струму в батареї (а.с. СРСР №1029327, кл. Н 02 J 7/34, 1983 г.).
В комплект входить блок контролю вимірює напруги на кожному з елементів і на батареї в цілому, виділяє максимальну з напруг на хімічних джерел струму і формує керуючий сигнал для ключового елемента перетворювача.
Недоліками цього пристрою є:
- Низький ККД,
- Невисока надійність роботи,
- Погіршені масогабаритні показники внаслідок використання складного блоку контролю, алгоритм роботи якого вимагає застосування АЦП і мікроконтролера для вимірювання тиску на кожному елементі і на батареї в цілому, запам'ятовування цих значень і виконання математичних перетворень.
Завданнями, що досягаються пропонованим винаходом, є підвищення надійності, зниження масогабаритних показників і поліпшення ккд пристрою за рахунок спрощення схем перетворювача і блоку контролю.
Технічний результат в пропонованому винахід досягають створенням пристрою для живлення навантаження, що містить джерело напруги для підзарядки батареї, блок контролю з ланцюгом його харчування, батарею, що складається з хімічних джерел струму, з'єднаних між собою послідовно, і підключений паралельно до них через розв'язуючи діоди перетворювач, який має керований ключовий елемент, що вирівнюють осередки, причому кожна з осередків містить одну вихідну обмотку перетворювача і випрямляч, підключені до відповідного хімічному джерела струму в батареї, в який, згідно з винаходом введені контрольна обмотка, яка через додатковий випрямний діод підключена до блоку контролю, який, в свою чергу, з'єднаний з дільником, підключеним до батареї, а ланцюга харчування блоку контролю підключені до частини батареї, які забезпечують необхідний рівень харчування блоку контролю, причому в пристрої в якості перетворювача використовують обратноходового перетворювач з багатообмотувальних дроселем, первинна обмотка якого підключена до ключового елементу, а вихідні обмотки через випрямлячі до вирівнює осередкам.
Винахід і характеризується тим, що в нього додатково введені конденсатори, які підключені паралельно виходів кожної вирівнює осередки, і світлодіод з оптронів блок контролю.
Проведені патентні дослідження показали, що не відомі технічні рішення з вказаною сукупністю суттєвих ознак, в аналогічних конструкціях пристроїв для живлення навантаження, тобто пропоноване рішення відповідає критерію «новизна».
При аналізі відомих аналогів і прототипу не виявлено пропозицію з сукупністю суттєвих ознак, викладених у формулі винаходу, з чого випливає, що для фахівців займаються пристроями для живлення навантаження, воно явно не випливає з рівня техніки і, отже, відповідає критерію винаходу «винахідницький рівень ».
Вважаємо, що відомостей, викладених в матеріалах заявки, досить для практичного здійснення винаходу.
Сутність запропонованого винаходу пояснюється нижченаведеним описом конструкції пристрою для живлення навантаження кресленням, на якому представлена принципова схема пропонованого пристрою для живлення навантаження.
Пристрій для живлення навантаження містить первинне джерело напруги 1 для підзарядки батареї 2, що складається з хімічних джерел струму, наприклад, конденсаторів з подвійним електричним шаром 3, з'єднаних між собою послідовно, і паралельно до них підключений через розв'язують діоди 4 і 5, обратноходового перетворювач 6 з багатообмотувальних дроселем 7, вихідні обмотки 8 якого через випрямлячі 9 і конденсатори фільтрів 10 підключені до відповідних конденсаторів 3 в батареї.
При цьому обмотка позитивного зворотного зв'язку 11 підключена до схеми управління силовим транзистором 12 обратноходового перетворювача 4, контрольна обмотка 13 через діод 14 підключена до блоку контролю 15, на який сигнал надходить з дільника 16, який підключений до батареї 2, позитивна ланцюг харчування 17 блоку контролю 15 підключена до частини батареї 2, світлодіод 18 і оптрон 19 блоку контролю 15 і конденсатори 20.
Пристрій працює наступним чином
При відсутності джерела напруги 1, харчування обратноходового перетворювача 6 здійснюється від батареї 2.
Як відомо, обратноходового перетворювач має два цикли роботи: на першому циклі силовий транзистор 12 перетворювача відкритий, на первинну обмотку дроселя 7 подається напруга батареї 2 (сумарна напруга всіх конденсаторів 3), під дією якого відбувається лінійне зростання струму в первинній обмотці дроселя 7, в осерді і повітряномузазорі дроселя запасається електромагнітна енергія.
Ця енергія тимчасово береться з усіх конденсаторів 3, при цьому частка відбирається енергії для кожного конденсатора прямо пропорційна напрузі на ньому.
Напруга на обмотках дроселя в цей час визначається напругою батареї і коефіцієнтами трансформації між обмотками дроселя 7.
У цей час вихідні обмотки 8 і контрольна обмотка 13 відключені, тому що до діодів 9 і 14 докладено зворотна напруга, а напруга на обмотці позитивного зворотного зв'язку 11 підтримує силовий транзистор 12 у відкритому стані.
Час перебування транзистора 12 в відкритому стані визначається елементами перетворювача 6.
На другому циклі, коли силовий транзистор 12 перетворювача 6 закривають, відбувається зміна полярності напруг на всіх обмотках дроселя 7, вихідні обмотки 8 дроселя, які мають однакове число витків, стають джерелами струму і електромагнітна енергія, запасена в дроселі, повертається в конденсатори 3 батареї 2 .
Якщо напруги на всіх конденсаторах 3 однакові, то і струми вихідних обмоток 8 теж однакові. Відбувається повернення енергії рівномірно в усі конденсатори 3.
Якщо відсутня рівність напруг на конденсаторах 3, то струм буде протікати тільки в вихідний обмотці, яка підключена через діод до конденсатору з найменшим напругою. Напруги на вихідних обмотках в цей час вже будуть визначатися не напругою батареї, а напругою на конденсаторі, який більше всіх розряджений, відбудеться обмеження напруг на всіх вихідних обмотках дроселя через рівності числа витків в них.
Відбувається повернення енергії тільки в конденсатор з найменшим напругою. Напруга на цьому конденсаторі і, отже, на всіх вихідних обмотках дроселя збільшується, настає черга повернення енергії вже в інші конденсатори, які раніше мали напруга трохи вище.
Так відбувається передача енергії від конденсаторів з великою напругою до конденсаторів з меншою напругою, напруги на конденсаторах вирівнюються.
Напруга, яке знімають з контрольною обмотки 13 діодом 14, пропорційно напрузі на конденсаторі, який більше всіх розряджений. Ця напруга надходить на блок контролю 15, де порівнюється із середнім напругою батареї, яке надходить і на блок контролю 15 з дільника 16.
Якщо напруга, що знімається з контрольною обмотки 13, менше гранично допустимого значення для конденсаторів 3, то відбувається спрацьовування компаратора (не показаний) і блок контролю 15 видає сигнали про несправності одного з конденсаторів батареї 2, візуальний за допомогою світлодіода 20 і телеметричний - Оптрон 19.
Для зменшення струму споживання від батареї, що складається з великої кількості конденсаторів, харчування блоку контролю 15 підключено до частини батареї 2.
При наявності джерела напруги 1 пристрій працює таким чином.
Якщо напруга батареї менше напруги джерела 1, то харчування первинної обмотки обратноходового перетворювача 6 здійснюють від джерела напруги 1.
На першому циклі роботи перетворювача 6 електромагнітна енергія, яка запасається в осерді і повітряномузазорі дроселя, береться з джерела 1.
На другому циклі запасена електромагнітна енергія дроселя 7 передається в конденсатори 3 батареї 2, відбувається вирівнювання напружень на конденсаторах і подальше підвищення цих напруг до номінального рівня.
Як тільки напруга батареї досягне або стане більше напруги джерела 1, відкриється діод 5 і харчування первинної обмотки обратноходового перетворювача 6 буде здійснюватися від конденсаторів батареї, а джерело 1 відключиться. У сталому режимі струм споживання від джерела 1 визначається потужністю струмів витоків всіх конденсаторів 3 і втратами в блоці контролю 15, делителе 16 і перетворювачі 6.
Контроль справності конденсаторів 3 можна здійснювати і шляхом вимірювання струму споживання від джерела напруги 1, коли конденсатори зарядиться до номінальної напруги.
Процес вирівнювання напружень на конденсаторах можливий, якщо потужність перетворювача 6 перевищує потужність струмів витоків всіх конденсаторів 3 батареї 2. Потужність перетворювача визначається індуктивністю первинної обмотки дроселя, співвідношенням між первинною обмоткою дроселя вторинними обмотками, частотою перетворення і напругою батареї.
У сталому режимі, коли через вихідні обмотки 8 і діоди 9 протікають тільки струми витоків конденсаторів 3, точність вирівнювання напружень на конденсаторах визначається тільки розкидом падінь напруг на діодах 9. Для діодів Шотткі ця величина не перевищує ± 20 мВ.
Для зменшення індуктивності розсіювання та збільшення зв'язку між обмотками дросель виготовляється шляхом паралельної намотування (одним джгутом) всіх обмоток на сердечник дроселя. Кількість витків первинної обмотки зазвичай в 3 ... 5 разів більше числа витків вихідний обмотки.
Пропонована конструкція дозволяє спільне використання двох і більше пристроїв для вирівнювання напружень в батареї, в якій кількість конденсаторів перевищує кількість вирівнюють осередків в одному пристрої, але менше, ніж в двох і більше. Для збереження ефекту вирівнювання необхідно, щоб один або більше конденсаторів батареї були спільними для двох сусідніх пристроїв вирівнювання.
Пропоноване технічне рішення дозволяє усунути зазначені недоліки відомих пристроїв, а саме:
- Спростити схеми перетворювача і блоку контролю;
- Зменшити собівартість пристрою;
- Підвищити ККД та надійність роботи;
- Поліпшити масогабаритні показники;
- Зняти обмеження на кількість конденсаторів в батареї.
В даний час натурні і лабораторні випробування пристроїв підтвердили викладені вище міркування і гідності пропонованих технічних рішень в порівнянні з відомими рішеннями.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Пристрій для живлення навантаження, що містить джерело напруги для підзарядки батареї, блок контролю з ланцюгом його харчування, батарею, що складається з хімічних джерел струму, з'єднаних між собою послідовно, і підключений паралельно до них через розв'язуючи діоди перетворювач, який має керований ключовий елемент, що вирівнюють осередки, причому кожна з осередків містить одну вихідну обмотку перетворювача і випрямляч, підключені до відповідного хімічному джерела струму в батареї, що відрізняється тим, що в нього введені контрольна обмотка, яка через додатковий випрямний діод підключена до блоку контролю, який, в свою чергу, з'єднаний з дільником, підключеним до батареї, а ланцюга харчування блоку контролю підключені до частини батареї, які забезпечують необхідний рівень харчування блоку контролю, причому в пристрої в якості перетворювача використовують обратноходового перетворювач з багатообмотувальних дроселем, первинна обмотка якого підключена до ключового елементу, а вихідні обмотки через випрямлячі до вирівнює осередкам.
2. Пристрій для живлення навантаження по п.1, що відрізняється тим, що в нього додатково введені конденсатори, які підключені паралельно виходів кожної вирівнює осередки, і світлодіод з оптронів блок контролю.
Версія для друку
Дата публікації 15.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.