20.07.2013
216.012.583e

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к комбинированным источникам электропитания и, в частности, может быть использовано в качестве бортового источника питания космического аппарата, выполненного на базе двух накопителей энергии - ионисторе и аккумуляторе. Содержит клеммы для подсоединения к внешнему зарядному устройству (например к солнечной батарее), к которым параллельно подключены через диоды развязки, реле тока заряда аккумулятора и нормально открытые контакты реле напряжения - аккумулятор (аккумуляторная батарея) и ионистор (блок ионисторов). Источник электропитания содержит также стабилизированные преобразователи напряжения для питания различных нагрузок, управляемые ключи, установленные на входе этих преобразователей напряжения. Реле напряжения аккумулятора имеет дополнительный перекидной контакт, который введен в цепь питания стабилизированных преобразователей напряжения. Преимущества: высокая надежность схемы электропитания за счет использования, кроме ионистора, резервного источника энергии в виде аккумулятора, а также простота исполнения схемы управления; при этом обеспечивается высокая энергоэффективность блока ионистор-аккумулятор за счет более полного использования запасенной энергии в широком диапазоне температур. 1 ил.
Основные результаты: Стабилизированный комбинированный источник электропитания, содержащий клеммы для подключения внешнего зарядного устройства, ионистор с управляемым элементом на входе, устройство стабилизации напряжения на нагрузке, отличающийся тем, что дополнительно содержит резервный накопитель энергии - аккумулятор, реле напряжения аккумулятора и реле тока заряда аккумулятора, контакты которых введены соответственно в цепь заряда аккумулятора и ионистора, а также стабилизированные преобразователи напряжения в качестве устройств стабилизации напряжения на нагрузке, каждый из которых имеет на входе управляемый электронный ключ, при этом реле напряжения аккумулятора содержит дополнительный перекидной контакт, который введен в общую цепь питания всех стабилизированных преобразователей напряжения.
Реферат Свернуть Развернуть

Назначение

Изобретение относится к комбинированным источникам электропитания и, в частности, может быть использовано в качестве бортового источника питания космического аппарата.

Уровень техники

Термин «ионистор» (аналог - суперконденсатор) относится к молекулярным накопителям энергии и зарегистрирован в ОСТ 11074.008. «Конденсаторы постоянной емкости. Классификация и система условных обозначений». Главное достоинство ионисторов это - на несколько порядков большая емкость, чем у любых других классов конденсаторов. Ионисторы по удельной энергии и удельной мощности занимают промежуточное положение между химическими источниками тока (аккумуляторами) и электролитическими конденсаторами, но в отличие от аккумуляторов сохраняют работоспособность в широком температурном диапазоне от - 50 до +85°С при числе циклов «заряд-разряд» до 106, их емкость составляет тысячи фарад, напряжение от 2,3 до 28 В. В отличие от аккумуляторов ионисторы не нуждаются в каком-либо обслуживании в течение всего срока эксплуатации.

Уникальным свойством ионистора является очень длительное время сохранения заряда из-за нелинейной зависимости тока саморазряда от напряжения. Так, после снижении напряжения на ионисторе до ~70% от номинального срок хранения заряда резко увеличивается от нескольких суток до нескольких лет в следствие снижения тока саморазряда (данные Каталога «Электрохимические конденсаторы», ОАО «Энергия», 2011 г., например, по блоку ионисторов типа 20ЭК501-29, а также www.lib.grz.ru/node/6624)

Известны бортовые источники электропитания космических аппаратов, в которых в основном используются литий-ионные аккумуляторы, однако они требуют специальных режимов заряда и работоспособны в ограниченном диапазоне температур.

Сравнительные характеристики ионисторов и аккумуляторов распространенных типов приведены ниже в таблице:

Тип накопителя Аккумуляторы Ионисторы
Показатели Кислотные Щелочные Литий-ионные Промышленные
Уд.энергия, Втч/кг 20…40 15…80 80…220 2…10
Уд.мощность, Вт/кг 100…300 500…1300 800…3000 1200…1500
Число циклов 100…400 300…2000 300…500 1000000
Диапазон рабочих температур, °С -20…+40 -50…+85

Основными недостатками аккумуляторных источников электропитания являются ограниченная возможность их нормального функционирования при отрицательных температурах, необходимость применения сложной схемы термостабилизации, ограничение глубины разряда, малое количество циклов заряда-разряда. Кроме того, их утилизация сопряжена с риском нанесения экологического вреда окружающей среде.

Известны источники электропитания, содержащие аккумуляторные батареи (АБ) и конденсаторные накопители, например, заявка РФ 2004138836.

Недостатками данного источника электропитания являются:

- низкая энергоэффективность использования накопителя, который представляет собой обычный конденсатор, предварительно заряжаемый через адаптер от сети переменного тока и при необходимости подключаемый к нагрузке через блок управления с коммутатором;

- отсутствие стабилизации напряжения на нагрузке;

- невозможность функционирования в режимах отрицательных температур.

Из числа известных аналогов изобретения ближайшим прототипом может служить источник электропитания с ионистором (Беттен Дж. «Накачка и сброс - больше энергии…», журнал «Электронные компоненты», 2009 г., №6, стр.25-27). Источник содержит зарядное устройство с микропроцессорной системой регулирования входного тока от внешнего источника, блок ионисторов с управляемым ключом на входе и отдельную цепь стабилизации напряжения в нагрузке.

Недостатком данного аналога-прототипа является отсутствие резервного источника энергии, что определяет низкую энергоэффективность и недостаточную надежность источника питания, а также сложность исполнения схемы управления.

Целью изобретения является:

- повышение надежности и энергоэффективности источника электропитания.

Раскрытие изобретения

Указанная цель достигается за счет использования в источнике электропитания кроме аккумулятора дополнительного накопителя энергии в виде ионистора, обеспечивая таким резервированием высокую надежность и более полное использование запасенной энергии в широком диапазоне температур.

Стабилизированный комбинированный источник электропитания на базе двух накопителей энергии - ионисторе и аккумуляторе - содержит: клеммы для подсоединения к внешнему зарядному устройству, к которым параллельно подключены через диоды развязки, реле напряжения и реле тока заряда с нормально открытыми контактами (н.о.к.) - аккумулятор (аккумуляторная батарея) и ионистор (блок ионисторов). Источник электропитания также содержит стабилизированные преобразователи напряжения для питания нагрузки, управляемые ключи, установленные на входе этих преобразователей напряжения, и дополнительный перекидной контакт реле напряжения аккумулятора, который введен в цепь питания стабилизированных преобразователей напряжения.

При достаточном напряжении заряда аккумулятора и нормальных температурных условиях питание нагрузки осуществляется за счет энергии аккумулятора через стабилизированные преобразователи напряжения с управляемыми ключами на входе, обеспечивающими требуемые уровни стабилизированного напряжения на нагрузке: U1, U2. При этом, если напряжение заряда аккумулятора снижается ниже заданного допустимого уровня, то его реле напряжения отключает аккумулятор от нагрузки и переводит подачу энергии в нагрузку от заряженного ионистора. При этом сохраняются цепи подзаряда аккумулятора и ионистора от внешнего источника.

Таким образом, свойство ионистора сохранять заряд в течение длительного времени позволяет ему выполнять роль резервного источника электропитания и при необходимости, в случае глубокого разряда аккумулятора, обеспечить передачу запасенной энергии в нагрузку. Благодаря наличию двух источников энергии обеспечивается высокая энергоэффективность и надежность работы источника питания. Простота схемы управления также работает на этот результат.

Графическая иллюстрация

На чертеже представлена функциональная блок-схема стабилизированного комбинированного источника питания, где цифрами обозначены следующие элементы:

1 - аккумулятор (аккумуляторная батарея)

2 - ионистор (блок ионисторов)

3 - клеммы для подключения внешнего источника питания

4 - первый диод развязки

5 - второй диод развязки

6 - обмотка реле тока заряда аккумулятора

7 - контакты реле тока заряда аккумулятора

8 - обмотка реле напряжения аккумулятора

9, 10 -контакты реле напряжения аккумулятора

11 - перекидной контакт реле напряжения аккумулятора

12 - первый управляемый электронный ключ

13 - второй управляемый электронный ключ

14 - первый стабилизированный преобразователь напряжения

15 - второй стабилизированный преобразователь напряжения

Осуществление изобретения

Один из вариантов источника электропитания может быть выполнен следующим образом.

Аккумулятор (аккумуляторная батарея) 1, например, литий-ионный типа 4ЛИА-2 и блок ионисторов 2, например, типа РСКО650Э027 соединены параллельно и подключены к клеммам 3 для соединения с зарядным устройством от внешнего источника питания (например, от солнечной батареи) через диоды развязки 4,5, например, типа КД203М. При этом в цепь заряда аккумулятора включена обмотка реле тока заряда 6, например типа РСТ14-1, а через его нормально открытый контакт 7 подключена обмотка реле напряжения аккумулятора 8., например, типа РЭВ-820 (полные схемы подключения реле 6 и 8 на фигуре не показаны). Нормально открытые контакты указанных реле 7, 9, 10 включены в цепь заряда соответственно аккумулятора 1 и ионистора 2. Дополнительный перекидной контакт 11 реле напряжения аккумулятора введен в общую цепь питания стабилизированных преобразователей напряжения 12,13, например, типа MTC15028S28 (28 В) и MTC07528S05 (5 В), во входной цепи которых установлены управляемые ключи 14,15, например, транзисторы КТ710А. Стабилизированные преобразователи напряжения 12,13 допускают изменение входного напряжения в широком диапазоне от 10 до 40 В для питания нагрузок напряжением U1=28В и от 4.5 до 36 В для питания нагрузок напряжением U2=5 В.

Работа описанного источника питания осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии при подключении внешнего зарядного устройства 3 происходит заряд аккумулятора через обмотку реле тока заряда 6 по цепи: плюсовая клемма 3 - первый диод развязки 4 - обмотка реле тока заряда 6 - аккумуляторная батарея 1 - минусовая клемма 3. Большой начальный ток заряда аккумулятора 1 приводит к срабатыванию реле тока 6 и замыканию его контакт 7. При этом срабатывает реле напряжения аккумулятора 8, замыкает свой контакт 9 и обмотка реле напряжения 8 подключается на зажимы аккумулятора 1 для контроля его напряжения заряда. Кроме того, реле напряжения аккумулятора 8 замыкает свой контакт 10 в цепи заряда ионистора 2, а также переводит свой перекидной контакт 11 на подключение цепи нагрузки к аккумулятору 1. Диод развязки 5 препятствует передаче энергии от ионистора 2 в аккумулятор 1. По мере уменьшения тока аккумулятора 1 в процессе заряда происходит срабатывание реле тока заряда 6 и размыкание его контакта 7. Контроль допустимого снижения уровня напряжения на аккумуляторе 1 осуществляется с помощью реле напряжения 8.

При уменьшении напряжения заряда аккумулятора 1 ниже заданного допустимого уровня (уход в «тень» солнечной батареи, большое потребление нагрузкой, низкая температура) происходит срабатывание реле напряжения 8 и его перекидной контакт 11 переводит цепь питания нагрузки на заряженный ионистор 2.

При восстановлении условий функционирования аккумулятора 1 он вводится в схему подзаряда и может пополнять энергию от внешнего источника 3 по аналогии с исходным состоянием.

Передача энергии в нагрузку происходит путем замыкания управляемых электронных ключей 12, 13 на входе стабилизированных преобразователей напряжения 14, 15. Управление ключами 12, 13 осуществляется по заданной циклограмме нагрузок.

Таким образом, предлагаемый источник электропитания обеспечивает автоматический перевод питания нагрузки от аккумулятора на ионистор и наоборот, в случае восстановления заряда аккумулятора питание нагрузки вновь автоматически осуществляется от аккумулятора.

Длительность питания нагрузки в таком аварийном режиме, например, током до 2А может составлять несколько десятков минут, что является существенным показателем качества схемы бесперебойного питания космического аппарата.

Как пример, предлагаемый стабилизированный комбинированный источник электропитания может быть выполнен на основе:

- литий-ионной аккумуляторной батареи 29,2В в составе двух элементов типа 4ЛИА-2, 14,6В, 2400 мАч, соединенных последовательно;

- блока ионисторов 27В, 65Ф в составе десяти элементов РСК0650Э027, 650Ф, 2,7В, соединенных последовательно;

- преобразователей напряжения DC/DC типа MTC15028S28 и MTC7528S05. Общий вес опытного образца мощностью 250 Вт не превышает 3 кг.

Стабилизированный комбинированный источник электропитания, содержащий клеммы для подключения внешнего зарядного устройства, ионистор с управляемым элементом на входе, устройство стабилизации напряжения на нагрузке, отличающийся тем, что дополнительно содержит резервный накопитель энергии - аккумулятор, реле напряжения аккумулятора и реле тока заряда аккумулятора, контакты которых введены соответственно в цепь заряда аккумулятора и ионистора, а также стабилизированные преобразователи напряжения в качестве устройств стабилизации напряжения на нагрузке, каждый из которых имеет на входе управляемый электронный ключ, при этом реле напряжения аккумулятора содержит дополнительный перекидной контакт, который введен в общую цепь питания всех стабилизированных преобразователей напряжения.
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 23.
27.05.2013
№216.012.4511

Способ сжижения природного или нефтяного газа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к технологии сжижения природных или других нефтехимических газов. Способ сжижения природного или нефтяного газа включает предварительную осушку от влаги, очистку от механической пыли, охлаждение исходного потока, сепарацию охлажденной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483258
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.4a34

Стабилизированный электромашинный источник электропитания

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания стабилизированных электромашинных источников электропитания на базе синхронных генераторов. Технический результат заключается в конкретном исполнении устройства изодромной (гибкой) отрицательной обратной связи (ИООС),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484576
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5a61

Способ заполнения резервных хранилищ сжиженным природным газом

Изобретение относится к низкотемпературному заполнению и хранению сжиженного природного газа (СПГ) в хранилищах. Способ заполнения резервных хранилищ СПГ состоит в заполнении СПГ резервного подземного хранилища и наземного расходного хранилища, расположенных на небольшом расстоянии от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488758
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.10.2013
№216.012.76c8

Способ осушки и очистки природного газа с последующим сжижением и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к криогенной технике и технологии, а именно к способам и устройствам осушки, очистки и сжижения природного газа, отбираемого из магистрального газопровода, и других низкомолекулярных газов, получаемых на нефтехимическом производстве газоразделения, а также при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496068
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.12.2013
№216.012.89cd

Способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к низкотемпературному сжижению газа, например природного газа. При реализации способа вихревую трубу размещают вертикально в трехсекционной емкости-сепараторе, разделенной горизонтальными перегородками. В средней секции горячий конец вихревой трубы охлаждают холодным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500959
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.02.2014
№216.012.a310

Способ сепарации и сжижения попутного нефтяного газа с его изотермическим хранением

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Способ заключается в том, что попутный нефтяной газ после охлаждения в рекуперативном теплообменнике сепарируют в многоступенчатом центробежном сепараторе от нефтебензиновых жидких фракций, водного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507459
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.03.2014
№216.012.aa24

Способ получения из попутного газа бензинов и сжиженного газа

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Попутный газ, после отделения от него конденсата (нефтяных и бензиновых фракций), представляющий легкие фракции газа, охлаждают в теплообменнике, подвергают сепарации в центробежном сепараторе, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509271
Дата охранного документа: 10.03.2014
27.05.2014
№216.012.c834

Способ автоматической компенсации ошибок бесплатформенной системы ориентации в системе управления ориентацией космических аппаратов, и устройство, реализующее этот способ

Группа изобретений относится к бесплатформенным системам ориентации (БСО) космических аппаратов (КА) с гироинерциальными и астронавигационными элементами. Предлагаемый способ состоит в компенсации ошибок БСО, вызванных систематическими погрешностями датчиков угловой скорости (ДУС). Он основан...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517018
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.07.2014
№216.012.e4ce

Способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала

Изобретение относится к производству конструкционно-теплоизоляционных материалов. Способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала состоит в том, что силикат-глыбу измельчают до удельной поверхности 2500 см/г, смешивают ее с модификатором, упрочняющей добавкой в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524364
Дата охранного документа: 27.07.2014
20.09.2014
№216.012.f4a3

Способ сжижения высоконапорного природного или низконапорного попутного нефтяного газов

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки природного или попутного нефтяного газов в сжиженный газ, представляющий собой пропан-бутановую фракцию. Исходный поток охлаждают, сепарируют и выделяют легкую часть низкомолекулярного углеводородного сырья с последующим его сжижением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528460
Дата охранного документа: 20.09.2014
Показаны записи 1-10 из 22.
27.05.2013
№216.012.4511

Способ сжижения природного или нефтяного газа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к технологии сжижения природных или других нефтехимических газов. Способ сжижения природного или нефтяного газа включает предварительную осушку от влаги, очистку от механической пыли, охлаждение исходного потока, сепарацию охлажденной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483258
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.4a34

Стабилизированный электромашинный источник электропитания

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания стабилизированных электромашинных источников электропитания на базе синхронных генераторов. Технический результат заключается в конкретном исполнении устройства изодромной (гибкой) отрицательной обратной связи (ИООС),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484576
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5a61

Способ заполнения резервных хранилищ сжиженным природным газом

Изобретение относится к низкотемпературному заполнению и хранению сжиженного природного газа (СПГ) в хранилищах. Способ заполнения резервных хранилищ СПГ состоит в заполнении СПГ резервного подземного хранилища и наземного расходного хранилища, расположенных на небольшом расстоянии от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488758
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.10.2013
№216.012.76c8

Способ осушки и очистки природного газа с последующим сжижением и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к криогенной технике и технологии, а именно к способам и устройствам осушки, очистки и сжижения природного газа, отбираемого из магистрального газопровода, и других низкомолекулярных газов, получаемых на нефтехимическом производстве газоразделения, а также при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496068
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.12.2013
№216.012.89cd

Способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к низкотемпературному сжижению газа, например природного газа. При реализации способа вихревую трубу размещают вертикально в трехсекционной емкости-сепараторе, разделенной горизонтальными перегородками. В средней секции горячий конец вихревой трубы охлаждают холодным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500959
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.03.2014
№216.012.aa24

Способ получения из попутного газа бензинов и сжиженного газа

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Попутный газ, после отделения от него конденсата (нефтяных и бензиновых фракций), представляющий легкие фракции газа, охлаждают в теплообменнике, подвергают сепарации в центробежном сепараторе, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509271
Дата охранного документа: 10.03.2014
27.05.2014
№216.012.c834

Способ автоматической компенсации ошибок бесплатформенной системы ориентации в системе управления ориентацией космических аппаратов, и устройство, реализующее этот способ

Группа изобретений относится к бесплатформенным системам ориентации (БСО) космических аппаратов (КА) с гироинерциальными и астронавигационными элементами. Предлагаемый способ состоит в компенсации ошибок БСО, вызванных систематическими погрешностями датчиков угловой скорости (ДУС). Он основан...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517018
Дата охранного документа: 27.05.2014
20.09.2014
№216.012.f50e

Система жидкостного охлаждения электронного устройства

Изобретение предназначено для охлаждения электронных устройств бортовой аппаратуры космических аппаратов (КА). Технический результат - повышение эффективности охлаждения устройств, содержащих радиоэлектронные компоненты и силовые модули с различными тепловыделениями, в том числе предназначенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528567
Дата охранного документа: 20.09.2014
27.12.2014
№216.013.14c5

Хранилище сжиженного природного газа

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано в качестве стационарных хранилищ для сжиженного природного газа. Достигаемый технический результат - снижение стоимости и времени строительно-монтажных работ при создании заглубленных хранилищ, а также увеличение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536741
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.03.2015
№216.013.30d6

Устройство для управления цифровым частотно-регулируемым электроприводом

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в цифровых автоматизированных электроприводах переменного тока. Технический результат - оптимизация по быстродействию разгона электропривода без «опрокидывания» асинхронного двигателя и торможения электропривода без...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543970
Дата охранного документа: 10.03.2015

Похожие РИД в системе