Автономная система электроснабжения с секционированной солнечной батареей

Предлагаемая полезная модель относится к автономным системам электроснабжения и может быть использована для электроснабжения бортовых потребителей автономных объектов. Схема предлагаемой системы приведена на рис.1. Она содержит солнечную батарею, состоящую из m секций (1₁1_m), подключенные к ним анодами диоды 2 ₁₁2_1m, n аккумуляторных батарей (АБ) 3₁3_n с подключенными к ним индивидуальными m зарядными устройствами (ЗУ) 4₁₁4_mn и индивидуальными разрядными устройствами (РУ) 5₁5_n, схему управления (СУ) 7, внутренний источник питания (ИП) 6, подключенный через диоды 2₂₁2_2n ко всем АБ. РУ и ЗУ представляют собой транзисторные ключи переменного тока. За счет применения секционированной СБ с ключами переменного тока в качестве каналов ЗУ, регулирование тока заряда/разряда каждой АБ и стабилизация выходного напряжения осуществляются переключением секций СБ без использования импульсных преобразователей, что позволяет повысить КПД и надежность системы, снизить массу аппаратуры регулирования и уменьшить уровень создаваемых радиопомех.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) автономных объектов с использованием в качестве первичного источника энергии солнечной батареи (СБ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей (АБ).

Известна структура автономной СЭС с общими силовыми шинами [1].

В такой системе напряжение на СБ и выходной шине определяется напряжением АБ. Ток заряда или разряда АБ не регулируется системой управления (СУ).

Ограничение диапазона изменения напряжения АБ с целью повышения стабильности выходного напряжения ухудшает энергетические характеристики АБ, увеличивает частоту циклирования и уменьшает ее ресурс.

По технической сущности наиболее близкой к предлагаемой системе является СЭС с секционированной СБ [2].

При отсутствии мощности СБ или ее нехватке для питания нагрузки напряжение на выходе СЭС стабилизируется разрядными устройствами (РУ). Питание нагрузки осуществляется за счет разряда АБ. Когда мощности, генерируемой секциями СБ достаточно для питания нагрузки, выходное напряжение стабилизируется последовательным стабилизатором напряжения, состоящим из каналов по числу секций СБ. При выключенных зарядных устройствах (ЗУ) мощность, отбираемая от секций СБ, определяется текущим балансом мощности в системе (мощность, выделяемая на нагрузке равна мощности подключенных секций СБ). Напряжение на общей шине стабилизируется при включении ЗУ до уровня, при котором СБ генерирует максимальную мощность.

Такая система имеет следующие недостатки:

- импульсные преобразователи в энергетическом канале "СБ - Выход" имеют повышенные потери и массогабаритные показатели, а также являются источниками радиопомех;

- отказ канала ЗУ приводит к исключению из алгоритма работы СЭС подключенной к нему АБ.

Целью полезной модели является уменьшение потерь, массогабаритных показателей и уровня радиопомех, повышение надежности СЭС.

Поставленная цель достигается заменой импульсных преобразователей в основном энергетическом канале транзисторными ключами и введением для каждой АБ дополнительных каналов ЗУ, количество которых равно числу секций СБ.

Структурная схема предлагаемой СЭС приведена на фиг.1. На ней изображены: солнечная батарея, состоящая из m-секций (1₁1_m) с подключенными к ним анодами диодов 2 ₁₁2_1m; n аккумуляторных батарей 3₁3_n с подключенными к ним индивидуальными зарядными 4₁₁4_mn и разрядными 5₁5_n устройствами; схема управления 7, на входы которой поступает информация с аккумуляторных батарей о токах заряда, разряда, напряжении, температуре и давления, информация с секций СБ о температуре и токе, информация о выходном напряжении системы; внешние управляющие сигналы; внутренний источник питания 6, вход которого через развязывающие диоды 2₂₁2_2n подключен ко всем АБ.

СЭС функционирует следующим образом.

Напряжение на выходе СЭС определяется напряжением подключенной к нему АБ, а также падением напряжения на открытом РУ. Диапазон стабилизируемого выходного напряжения системы определяется значением напряжения АБ. СУ контролирует параметры АБ: напряжение, ток, температура и давление.

В исходном состоянии АБ заряжены, РУ включены. Питание нагрузки осуществляется от СБ. При отклонении тока АБ от заданного значения с помощью каналов ЗУ происходит подключение или отключение секций СБ до тех пор, пока ток АБ не войдет в заданный диапазон.

При снижении напряжения АБ до нижнего заданного значения и при условии, что температура и давление АБ не превышают заданного значения, генерируемый ток СБ поступает на выход СЭС, а избыток тока идет на заряд АБ. При отклонении тока АБ от заданного значения происходит подключение или отключение секций СБ до тех пор, пока ток АБ не войдет в заданный диапазон.

Каждое РУ может отключить свою АБ от выхода системы, например, для ее защиты от переразряда.

Заданные значения температуры, напряжения, давления и токов заряда/разряда АБ записываются в память СУ и могут изменяться внешними управляющими командами в зависимости от изменения условий эксплуатации, алгоритма работы и т.д.

Литература:

1. Еременко В.Г., Токарев А.Б., Веденеев Г.М. Выбор структуры автономной системы электроснабжения с полупроводниковым источником энергии // Электротехника. 1981. 9. С.38-40.

2. Шиняков Ю.А. Аппаратура регулирования и контроля высоковольтных СЭС автоматических космических аппаратов // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т.309. 8. С.156-159.

Автономная система электроснабжения, содержащая солнечную батарею, состоящую из m секций с подключенными к ним анодами диодов, n аккумуляторных батарей с индивидуальными зарядными и разрядными устройствами, к каждой аккумуляторной батарее подключен силовой выход своего зарядного устройства и силовой вход своего разрядного устройства, а силовые выходы последних соединены с выходом системы, отличающаяся тем, что для каждой аккумуляторной батареи дополнительно вводятся (m-1) зарядных устройств, подключенных к ней выходами, катод диода каждой секции солнечной батареи подключается ко входу одного зарядного устройства каждой аккумуляторной батареи, причем катоды диодов не связаны между собой, все зарядные и разрядные устройства представляют собой транзисторные ключи, управление зарядными и разрядными устройствами осуществляется от схемы управления, на входы которой поступает информация с аккумуляторных батарей о токах заряда, разряда, напряжении, температуре и давлении, информация с солнечных батарей о температуре и токе, выходное напряжение системы и внешние управляющие сигналы, питание схемы управления осуществляется от выхода источника питания, вход которого через развязывающие диоды подключен к n аккумуляторным батареям.