PL182729B1

PL182729B1 - Sposób zasilania elektrycznego odbiornika energią elektryczną i układ zasilania elektrycznego odbiornika energią elektryczną

Info

Publication number: PL182729B1
Application number: PL96324640A
Authority: PL
Inventors: Robbert J. Oliemuller; Albertus Butter; Michael J. G. Bartels
Original assignee: Bartoli Nv
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 2002-02-28
Also published as: AU6631996A; WO1997005685A1; ATE232658T1; PL324640A1; DK0842558T3; DE69626206T2; SK283961B6; SK13798A3; DE69626206D1; PT842558E; ES2188771T3; EP0842558A1; CN1192298A; CZ18298A3; CZ294874B6; CA2227597A1; JPH11510679A; EP0842558B1; CA2227597C; CN1078398C

Abstract

1. Sposób zasilania elektrycznego odbiornika energia ele- ktryczna, przy uzyciu zestawu ladowanych i rozladowywanych zródel pradu stalego, w którym po zaladowaniu wszystkich zródel zestawu pradu stalego laczy sie pierwsze zródlo z zestawu z odbior- nikiem doprowadzajac do niego energie elektryczna, przy czym pierwsze zródlo zestawu zródel pradu stalego jednoczesnie cze- sciowo rozladowuje sie, a nastepnie po okreslonym czasie, przery- wa sie polaczenie pomiedzy pierwszym zródlem zestawu zródel pradu stalego i odbiornikiem, po czym laczy sie kolejne zródlo ze- stawu do odbiornika i doprowadza sie energie elektryczna do od- biornika, a jednoczesnie kolejne zródlo zestawu zródel pradu stalego czesciowo rozladowuje sie, znamienny tym, ze jedno zródlo (2 , 32) z zestawu zródel pradu stalego polaczone z odbiorni- kiem (6, 38) laczy sie równiez za posrednictwem przetwornika stalo pradowego DC/DC (8, 40, 40a, 40b, 40c) z jednym, pozo- stalym, kolejnym zródlem (4, 34, 36) z zestawu zródel pradu stalego i laduje sie to kolejne, pozostale zródlo (4, 34, 36) z zestawu zródel, po czym dla kazdego zródla (2 , 4 , 32, 34 , 36) z zestawu zró- del powtarza sie czynnosc ladowania i rozladowania. 6 Uklad zasilania odbiornika energia elektryczna, zawierajacy co najmniej dwa ladowane i rozladowywane zródla pradu stalego, polaczone przewodami z co najmniej jednym odbiornikiem, prze- twornikiem stalo pradowym DC/DC i zespolem sterujacym, zna- mienny tym, ze zawiera przelaczniki rozladowania (1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 2-3) polaczone ze zródlem pradu stalego (2 , 4 , 3 2 , 34 , 36) i od- biornikiem (6, 38) oraz przelaczniki ladowania (1-3, 1-4, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, 2-8, 2-9, 2-10, 2-11, 2-12, 2-13, 2-14, 2-15, 2-16, 2,-17, 2-18) polaczone ze zródlem pradu stalego (2, 4, 32, 34, 36) i przetwornikiem stalo pradowym DC/DC (8, 40, 40a, 40b, 40c) oraz elementy sterujace (13, 39) polaczone z przetwornikiem stalo pradowym DC/DC (8, 40, 40a, 40b, 40c) i przelacznikami rozladowania (1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 2-3) i ladowania (1-3,1-4,2-4,2-5,2- 6,2-7,2-8,2-9,2-10,2-11,2-12, 2-13,2-14,2-15,2-16,2-17,2-18). Fig. 2a PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zasilania elektrycznego odbiornika energią elektryczną i układ zasilania elektrycznego odbiornika energią elektryczną.

Tego typu sposób i układ są stosowane zwłaszcza w komputerach, przenośnym sprzęcie telekomunikacyjnym, zegarkach ręcznych i zegarach, aparaturze medycznej w postaci implantów i innych, urządzeniach przemysłowych i sprzęcie gospodarstwa domowego, jak na przykład odbiornikach radiowych i telewizyjnych, sprzęcie audiovideo, pralkach, suszarkach, lodówkach, robotach kuchennych, a także przykładowo dwu - lub wielokołowych pojazdach elektrycznych, itd.

Znane są sposoby ładowania i rozładowywania źródeł prądu stałego w przypadkach, gdzie odbiornik musi pracować niezależnie od komunalnej sieci elektrycznej prądu przemiennego (na przykład do zasilania przenośnych urządzeń i narzędzi, pojazdów elektrycznych, układów zasilania awaryjnego). Sposób ten polega na dostarczaniu energii elektrycznej do odbiornika elektrycznego z naprzemiennie ładowanego i rozładowywanego źródła prądu stałego. Odbiornik elektryczny jest w niektórych przypadkach zasilany bezpośrednio prądem stałym, lecz możliwe jest zasilanie pośrednie po przetworzeniu prądu stałego na jednofazowy lub wielofazowy prąd przemienny.

Przed użyciem źródło lub źródła prądu stałego są ładowane z sieci komunalnej, z innych generatorów, baterii słonecznych, silników wiatrowych itp. Energia jest zatem pobierana ze źródła lub źródeł prądu stałego aż do ich całkowitego lub częściowego wyczerpania, po czym pobór ze źródła lub źródeł prądu stałego musi być przerwany w celu wykonania doładowania. W tym celu doprowadza się energię do układu z zewnątrz.

Niedogodnością w przypadku konwencjonalnego zastosowania ładowanych i rozładowywanych źródeł prądu stałego, jak na przykład ogniwa NiCd, baterie na bazie Li itp., jest ograniczona ilość energii, jaką te źródła mogą dostarczyć od stanu pełnego naładowania w danym okresie czasu zanim utracą zdolność wykorzystania i będą musiały być ładowane. Trwałość użytkowa tych źródeł - czas w którym mogą dostarczać energię prądu stałego - jest zatem ograniczona. Ponadto ładowanie takiego źródła energii jest czasochłonne i generalnie wymaga pewnych manipulacji, na przykład podłączenie źródła poprzez układ ładujący do innego zewnętrznego źródła energii, jak na przykład komunalna sieć elektryczna. Jest to procedura ustawicznie powtarzalna. Dłuższe trwałości użytkowe urządzeń zasilanych ze źródła prądu stałego są zatem możliwe jedynie poprzez podłączenie kilku źródeł prądu stałego równolegle, lub też poprzez natychmiastową wymianę całkowicie lub częściowo rozładowanych źródeł prądu stałego na inne w pełni naładowane źródło prądu stałego. Jest to również procedura ustawicznie powtarzalna i prowadzi do wzrostu objętości, masy oraz kosztu przy takim wykorzystaniu energii elektrycznej, natomiast wzrost objętości i masy jest szczególnie niekorzystny zwłaszcza w przypadku urządzeń przenośnych i pojazdów elektrycznych. Znany jest układ awaryjnego zasilania zawierający co najmniej jedno źródło prądu stałego połączone za pomocąprzewodów z co najmniej jednym odbiornikiem oraz zespołem sterującym.

Sposób zasilania elektrycznego odbiornika energią elektryczną, według wynalazku, przy użyciu zestawu ładowanych i rozładowywanych źródeł prądu stałego, w którym po załadowaniu wszystkich źródeł zestawu prądu stałego łączy się pierwsze źródło z zestawu z odbiornikiem doprowadzając do niego energię elektryczną, przy czym pierwsze źródło zestawu źródeł prądu stałego jednocześnie częściowo rozładowuje się, a następnie po określonym czasie, przerywa się połączenie pomiędzy pierwszym źródłem zestawu źródeł prądu stałego i odbiornikiem, po czym łączy się kolejne źródło zestawu do odbiornika i doprowadza się energię elektryczną do odbiornika, a jednocześnie kolejne źródło zestawu źródeł prądu stałego częściowo rozładowuje, charakteryzuje się tym, że jedno źródło z zestawu źródeł prądu stałego połączone z odbiornikiem łączy

182 729 się również za pośrednictwem przetwornika stało prądowego DC/DC z jednym, pozostałym, kolejnym źródłem z zestawu źródeł prądu stałego i ładuje się to kolejne, pozostałe źródło z zestawu źródeł, po czym dla każdego źródła z zestawu źródeł powtarza się czynność ładowania i rozładowania.

Korzystne jest gdy przerywa się dopływ prądu pomiędzy źródłem prądu stałego i odbiornikiem po włączeniu następnego źródła prądu stałego do odbiornika, a zwłaszcza gdy dla każdego źródła prądu stałego prowadzi się cykl rozładowania i ładowania w określonym czasie, przy czym suma czasu rozładowania i ładowania w cyklu jest mniejsza niż całkowity czas trwania całego cyklu rozładowania-ładowania. Korzystne jest gdy dla każdego źródła prądu stałego ładowanie prowadzi się w czasie dłuższym niż czas rozładowania. Korzystne jest gdy dla m źródeł prądu stałego i n sekund czasu trwania cyklu rozładowania-ładowania każde źródło prądu stałego łączy się z odbiornikiem przez czas co najmniej m/n sekund.

Układ zasilania odbiornika energią elektryczną, według wynalazku, zawierający co najmniej dwa ładowane i rozładowywane źródła prądu stałego, połączone przewodami z co najmniej jednym odbiornikiem, przetwornikiem stało prądowym DC/DC i zespołem sterującym, charakteryzuje się tym, że zawiera przełączniki rozładowania połączone ze źródłem prądu stałego i odbiornikiem oraz przełączniki ładowania połączone ze źródłem prądu stałego i przetwornikiem DC/DC stało prądowym oraz elementy sterujące połączone z przetwornikiem stało prądowym DC/DC i przełącznikami rozładowania i ładowania. Korzystne jest gdy źródłem prądu stałego jest akumulator, zwłaszcza akumulator NiCd. Korzystne jest gdy źródło prądu stałego jest kondensatorem, przy czym układ zawiera maksimum m-1 kondensatorów. Przetwornik stało prądowy DC/DC zawiera silnik elektryczny i generator połączony z tym silnikiem. Korzystnie przetwornik stało prądowy DC/DC ma pośredni stopień napięcia przemiennego.

Zaletą wynalazku jest znaczne przedłużenie trwałości użytkowej układu ładowanych i rozładowywanych źródeł prądu stałego, bez konieczności zwiększenia objętości, masy i kosztu współmiernie dla tego układu. W rezultacie nie występują żadne ograniczenia w zakresie uniezależnienia źródeł prądu stałego od innych źródeł energii, jak na przykład komunalnej sieci elektrycznej, innych generatorów, baterii słonecznych, silników wiatrowych itp.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 a przedstawia układ zasilania odbiornika elektrycznego, fig. 1 b - schematycznie kolejność włączania przełączników pokazanych na fig. 1 a, fig. 2a - układ zasilania odbiornika elektrycznego, zasilanego za pomocą trzech źródeł prądu stałego, fig. 2b - schematycznie kolejność włączania przełączników pokazanych na fig. 2a, fig. 2c - kolejność włączania przełączników pokazanych na fig. 2a, ukazaną w odmienny sposób niż na fig. 2b, fig. 2d - inny przykład układu zasilania odbiornika elektrycznego, fig. 3 - wykres rozładowania i ładowania źródła prądu stałego.

Jak to przedstawiono na fig. la układ zasilania odbiornika elektrycznego ma pierwsze źródło prądu stałego 2, drugie źródło prądu stałego 4, odbiornik elektryczny 6 i przetwornik stało prądowy DC/DC 8. Dla uproszczenia, połączenia elektryczne pomiędzy wymienionymi powyżej elementami sąprzedstawione na fig. 1 a i następnych figurach, za pomocą pojedynczych linii ciągłych. W rzeczywistości, każdy element składowy posiada oczywiście zacisk dodatni i ujemny. Zatem, schemat na fig. 1 a jest interpretowany jako zawierający tylko połączenia elektryczne pomiędzy dodatnimi zaciskami elementów składowych, natomiast zaciski ujemne (nie pokazane) są połączone ze sobą.

Według fig. 1 a pierwsze źródło prądu stałego 2 jest połączone z odbiornikiem 6 za pomocą przełącznika 1 -1 rozładowania. Drugie źródło prądu stałego 4 jest połączone z odbiornikiem 6 za pomocą przełącznika 1 -2 ładowania. Źródło prądu stałego 2 jestpołączone, równolegle z pizełącznikiem 1-1, do przełączników 1-3 i 1-5, które sąpołączone odpowiednio do wejścia lOiwyjścia 12 przetwornika stało prądowego DC/DC 8. Drugie źródło prądu stałego 4 jest łączone równolegle z przełącznikiem 1-2 rozładowania do przełączników 1-4 i 1-6 ładowania, które są połączone do wejścia 10 i wyjścia 12 przetwornika stało prądowego DC/DC 8.

Zamknięte lub otwarte położenie przełączników 1-1 rozładowania do 1 -6 włącznie jest sterowane za pomocą elementu sterującego 13 (nie zilustrowanego szczegółowo), symbolicznie

182 729 przedstawionego na fig. Ib. Pierścieniowe pasmo otoczone okręgami 14 i 15 przedstawia stany operacyjne źródła prądu stałego 2; pierścieniowe pasmo otoczone okręgami 15 i 16 przedstawia stany operacyjne źródła prądu stałego 4. Stany operacyjne są określone przez ten segment pierścieniowych pasm, który w danym momencie czasu t jest przecięty przerywaną linią czasu 18 równomiernie obracającą się wokół środka współosiowych okręgów 14-16. Jest oczywistym, że występuje cykliczna zmiana stanów źródeł prądu stałego 2 i 4. Ukośne zakreskowanie segmentu pasma oznacza tu rozładowywanie danego źródła prądu stałego, to znaczy źródło dostarcza energię, natomiast poziomo zakreskowany segment pasma oznacza, że dane źródło prądu stałego jest rozładowywane, to znaczy pobiera energię. Segment nie zakreskowany w paśmie wskazuje, że dane źródło prądu pozostaje w spoczynku, to znaczy ani nie jest rozładowywane ani też ładowane. Ten sposób zakreskowania, lub brak zakreskowania będzie również występował na następnych rysunkach.

Na długości czasu segmentu 20 przełącznik 1-1 rozładowania jest zamknięty, w wyniku czego odbiornik 6 jest zasilany ze źródła prądu stałego 2. Na długości czasu segmentu 22 zamknięty jest przełącznik 1-2 rozładowania w wyniku czego odbiornik 6 jest zasilany z drugiego źródła prądu stałego 4. Według fig. Ib zamknięcie przełącznika 1 -2 rozładowania ładowania poprzedza otwarcie przełącznika 1-1 rozładowania oraz że zamknięcie przełącznika 1-1 rozładowania poprzedza otwarcie przełącznika 1-2, w wyniku czego zapewnione jest ciągłe zasilanie odbiornika 6 energią. Nie jest to jednakże konieczne dla wszystkich rodzajów odbiornika 6; jeśli na przykład odbiornik 6 jest elementem grzewczym i jeśli stała czasowa ogrzewania jest (wyraźnie) większa od czasu cyklu rozładowania źródeł prądu stałego, czas rozładowania źródeł prądu stałego może być skrócony, w wyniku czego segmenty 20 i 22 nie będą się nakładać. Na tej długości czasu przełącznik 1 -3 i 1 -6 segmentu 24 są zamknięte, w wyniku czego drugie źródło prądu stałego 4 jest ładowane przez przetwornik stało prądowy DC/DC 8 z pierwszego źródła prądu stałego 2.1 przeciwnie, na długości czasu gdy przełączniki 1 -4 i 1 -5 segmentu 26 są zamknięte, drugie źródło prądu stałego 4 ładuje pierwsze źródło prądu stałego 2 poprzez przetwornik stało prądowy DC/DC 8. Na długości czasu segmentu 28 i 30 pierwsze i drugie źródło prądu stałego 2 i 4 pozostają w spoczynku; nie dostarczają one energii, a także nie otrzymują energii.

Według fig. Ib źródła prądu stałego 2 i 4 przechodzą poprzez cykle zawierające na zmianę rozładowanie, ładowanie, stan spoczynkowy, rozładowanie, ładowanie, stan spoczynkowy, rozładowanie; itd. Podczas części czasu, w którym pierwsze źródło prądu stałego 2 zasila odbiornik 6, pierwsze źródło prądu stałego 2 podobnie ładuje drugie źródło prądu stałego 4 poprzez przetwornik stało prądowy DC/DC 8.1 odwrotnie, drugie źródło prądu stałego 4 ładuje pierwsze źródło prądu stałego 2 poprzez przetwornik stało prądowy DC/DC 8, podczas części czasu, w którym drugie źródło prądu stałego 4 zasila odbiornik 6. Zależnie od rodzaju źródła prądu stałego nie występuje jednak konieczność okresu spoczynkowego podczas cyklu, po rozładowaniu i ładowaniu źródła prądu stałego.

Czas cyklu obejmujący rozładowanie, ładowanie i ewentualnie stan spoczynkowy może być dostosowany do rodzaju źródła prądu stałego i charakteru obciążenia.

Segmenty 24 i 26 przedstawiają że na długości czasu odpowiadające przełącznikom 1-3 i 1 -6 ładowania, przełączniki 1 -4 i 1 -5 rozładowania odpowiednio są zamknięte. Nie musi to oznaczać, że przetwornik stało prądowy DC/DC ładuje źródło prądu stałego 4 lub 2, które jest podłączone do przetwornika stało prądowego DC/DC, na całej długości czasu segmentu 24 i 26; jest to zależne od wymogów ładowania i od danego źródła prądu stałego. Długość czasu segmentu 24 i 26 jest w każdym przypadku tak dobrana, żeby nastąpiło pełne ładowanie. Zgodnie z tą zasadą przełączniki 1 -3 i 1 -6 ładowania są również zamknięte na długości czasu segmentu 30 pod warunkiem, że w czasie połączonej długości czasu segmentów 24 i 30 nastąpi pełne naładowanie źródła prądu stałego 4. Podobne uzasadnienie dotyczy segmentów 26 i 28 źródła prądu stałego 2. A zatem nie występuje dalsza konieczność kontrolowania zasilania odbiornika 6 za pomocą oddzielnych przełączników 1-1 i 1-2 rozładowania a odbiornik 6a jest również połączony równolegle z przetwornikiem stało prądowym DC/DC 8.

182 729

Przetwornik stało prądowy DC/DC zawiera kombinację silnika i generatora napędzanego silnik elektryczny. Ponadto przetwornik stało prądowy DC/DC korzystnie ma pośredni stopień napięcia przemiennego dla zasilania przemiennym prądem (częściowo). Korzystnie ma on także budowę statycznąi jest zaopatrzony w elementy sterujące, w wyniku czego źródło prądu stałego, do którego podłączony jest przetwornik stało prądowy DC/DC 8 otrzymuje dokładną wielkość potrzebnego ładunku.

Na figurze 2a przedstawiono układ zawierający trzy źródła prądu stałego 32, 34,36, które zasilają odbiornik elektryczny 38 i gdzie każde źródło prądu stałego 32, 34 lub 36 równocześnie ładuje jedno lub dwa inne źródła prądu stałego poprzez przetwornik stało prądowy DC/DC 40. Odbiornik 38 jest podłączony pod kontrolą elementu sterującego 39 za pomocą równoległych przełączników 2-1, 2-2 i 2-3 do odpowiedniego źródła prądu stałego 32, 34 i 36, podczas gdy ładowanie źródeł prądu stałego 32, 34 i 36 odbywa się poprzez układ zawierający przełączniki 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, 2-8 i 2-9 ładowania.

Pomiędzy okręgami 41 i 42 na fig. 2b przedstawiono pasmo odniesione do stanów roboczych źródła prądu stałego 32, pomiędzy okręgami 42 i 43 - pasmo dotyczące stanów roboczych źródła prądu stałego 34, a pomiędzy okręgami 43 i 44 pasmo, które dotyczy stanów roboczych źródła prądu stałego 36. Schemat według fig. 2b należy interpretować w taki sam sposób, jak schemat według fig. 1 b. Na długości czasu określonej przez segment 46 przełącznik 2-1 rozładowaniajest zamknięty, w wyniku czego źródło prądu stałego 32 zasila odbiornik 38. Na długości czasu segmentu 48 zasilanie odbiornika 38 odbywa się poprzez źródło prądu stałego 34, a przełącznik 2-2 rozładowania jest zamknięty. Zasilanie odbiornika 38 jest przejmowane przez źródło prądu stałego 36 na długości czasu segmentu 50, a przełącznik 2-3 jest zamknięty. Segmenty 46,48 i 50 wzajemnie się nakładają, w wyniku czego zapewnione jest nieprzerwane zasilanie odbiornika 38. Po rozładowaniu źródło prądu stałego 32 na długości czasu segmentu 46 następuje ładowanie źródło prądu stałego 32 na długości czasu segmentu 52, w którym to okresie przełącznik 2-7 jest zamknięty. Według fig. 2b część ładowania odbywa się ze źródła prądu stałego 34 poprzez zamknięty przełącznik 2-5, a następująca po niej część odbywa się ze źródła prądu stałego 36 poprzez zamknięty przełącznik 2-6. W podobny sposób ładowanie źródła prądu stałego 34 na odcinku czasu wymaganym dla tego celu zgodnie z segmentem 54 jest dostarczane ze źródła prądu stałego 36 poprzez zamknięty przełącznik 2-6 i w następującej po nim części długości czasu jest dostarczane ze źródła prądu stałego 32 poprzez zamknięty przełącznik 2-4. Ładowanie źródła prądu stałego 36 następuje na długości czasu segmentu 56, w którym zamknięty jest przełącznik 2-9. Źródło prądu stałego 32 jest ładowane najpierw poprzez zamknięty przełącznik 2-4, i następnie ładuje źródło prądu stałego 34 przez zamknięty przełącznik 2-5. W celu zabezpieczenia źródeł prądu stałego 32,34 i 36 po każdym okresie rozładowania i ładowania może występować okres spoczynkowy, który jest zaznaczony przez segmenty 58,60 i 62.

Przełączniki 1-1 do 1-6 włącznie na fig. la, oraz przełączniki 2-1 do 2-9 włącznie na fig. 2a korzystnie są przełącznikami mechanicznymi, lub przełącznikami półprzewodnikowymi, jak na przykład tyrystorowymi lub tranzystorowymi, w zależności do częstotliwości i dokładności przełączania mocy. Elementy sterujące 13 na fig. 1 a i 39 na fig. 2a są dostosowane do typu sterowanego przełącznika. W przypadku przełączników mechanicznych stosuje się obrotową rolkę zaopatrzoną w krzywki uruchamiające przełączniki, a w przypadku przełączników elektronicznych stosuje się logiczny układ sterowania, jak na przykład programowalny sterownik (PLC) do kontrolowania przełączników.

Dla uniknięcia mylnej interpretacji fig. 2b w odniesieniu do fig. 2a kolejność i czas trwania przełączania przełączników 2-1 do 2-9 włącznie przedstawionych na fig. 2a pokazano w alternatywny sposób na fig. 2c. Na fig. 2c przedstawiono od góry do dołu cykle przełączania przełączników 2-1 do 2-9 włącznie. Górny poziom przedstawia stan włączony dla przełącznika, a dolny poziom przedstawia stan rozłączony dla przełącznika. Podążając w kierunku poziomym przedstawiono tu po dwa cykle o czasie trwania T. Moment rozpoczęcia t₀ oraz momenty t₀ + T i t₀+2T odpowiadają położeniu linii przerywanej 18 pokazanej na fig. 2b.

182 729

Układ według fig. 2d różni się głównie od układu pokazanego na fig. 2a jedynie zastosowaniem oddzielnych przetworników stało prądowych DC/DC 40a, 40b i 40c dla odnośnych źródeł prądu stałego 32,34 i 36 zamiast wspólnego przetwornika stało prądowego DCZDC 40 w układzie przedstawionym na fig. 2a. W wyniku zastosowania oddzielnych przetworników stało prądowych DC/DC 40a, 40b i 40c do ładowania źródeł prądu stałego 32, 34 i 36 należy zastosować dziewięć przełączników 2 -10 do 2-18. Źródło prądu stałego 32, na skutek zamknięcia przełączników 2-11 i 2-13 może ładować źródło prądu stałego 34 poprzez przetwornik stało prądowy DC/DC 40a, a poprzez zamknięcie przełączników 2-1112-16 może ładować źródło prądu stałego 36 poprzez przetwornik stało prądowy DC/DC 40a. Aby ładować źródło prądu stałego 32 ze źródła prądu stałego 34 za pomocą przetwornika stało prądowego DC/DC 40b należy zamknąć przełączniki 2-14 i 2-10, natomiast przy ładowaniu źródła prądu stałego 36 ze źródła prądu stałego 34 zamknięte są przełączniki 2-14 i 2-18. W celu ładowania źródła prądu stałego 32 ze źródła prądu stałego 36 poprzez przetwornik stało prądowy DC/DC 40 muszą być zamknięte przełączniki 2-17 i 2-12, a w celu ładowania źródła prądu stałego 34 ze źródła prądu stałego 36 zamknięte sąprzełączniki 2-17 i 2-15. Tak więc dla całego układu przedstawionego na fig. 2d jest uzyskane dokładnie takie samo działanie jak objaśniono powyżej w odniesieniu do fig. 2a i 2b.

Maksimum jedno ze źródeł prądu stałego 2 i 4 na fig. la i maksimum dwa ze źródeł prądu stałego 32,34 i 36 na fig. 2a lub 2d korzystnie zawierają kondensator, podczas gdy minimum jedno ze wspomnianych źródeł prądu stałego musi być akumulatorem. Fig. 3 przedstawia wykres rozładowania i ładowania 70 dla źródła prądu stałego nadającego się do ładowania i rozładowania, w postaci akumulatora. Na osi pionowej przedstawiono pojemność lub napięcie źródła prądu stałego, a na osi poziomej czas trwania (t) rozładowania. W przypadku ładowania należy odwrócić oś czasu. Wielkość ładunku każdego źródła prądu stałego jest określona przez moc pobieraną przez odbiornik i czas, w którym następuje rozładowanie. Podczas pracy układu według wynalazku wymagane jest zapewnienie, aby rozładowanie i ładowanie źródeł prądu stałego odbywało się w rejonie oznaczonym odnośnikiem 72, w zakresie pojemności powyżej 100%, w sąsiedztwie wartości szczytowej krzywej rozładowania i ładowania 70. Ustalono, że rejon ten nigdy nie jest pokazywany na wykresach rozładowania dla dostępnych w handlu źródeł prądu stałego, lecz faktycznie występuje i odgrywa ważną rolę w obecnym wynalazku.

W wynalazku tym, 100% wydajności jest określone jako nominalna wydajność do której dążą źródła prądu stałego. Elementy sterujące ładują i rozładowują akumulator w zakresie pojemności powyżej 100%.

Na podstawie podanych zasad według fig. la, lb, 2a, 2b i 2d możliwe jest również zbudowanie układów posiadających więcej niż trzy źródła prądu stałego.

Przeprowadzono eksperyment montując trzysta akumulatorów NiCd tworzących baterię akumulatorową24V 60Ah. Trzy tego rodzaju baterie akumulatorowe zostały połączone w sposób przedstawiony na fig. 2a, które pracowały zgodnie z fig. 2b z zastosowaniem odbiornika w postaci żarówek o mocy 143 W i cyklu rozładowania-ładowania rzędu kilku sekund. Po ponad tygodniowej pracy ciągłej nie wykryto obniżenia pojemności akumulatorów.

182 729

Fig. 2c

182 729

Fig. 2d

182 729

Fig. 3

182 729

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zasilania elektrycznego odbiornika energią elektryczną, przy użyciu zestawu ładowanych i rozładowywanych źródeł prądu stałego, w którym po załadowaniu wszystkich źródeł zestawu prądu stałego łączy się pierwsze źródło z zestawu z odbiornikiem doprowadzając do niego energię elektryczną, przy czym pierwsze źródło zestawu źródeł prądu stałego jednocześnie częściowo rozładowuje się, a następnie po określonym czasie, przerywa się połączenie pomiędzy pierwszym źródłem zestawu źródeł prądu stałego i odbiornikiem, po czym łączy się kolejne źródło zestawu do odbiornika i doprowadza się energię elektryczną do odbiornika, a jednocześnie kolejne źródło zestawu źródeł prądu stałego częściowo rozładowuje się, znamienny tym, że jedno źródło (2,32) z zestawu źródeł prądu stałego połączone z odbiornikiem (6, 38) łączy się również za pośrednictwem przetwornika stało prądowego DC/DC (8,40,40a, 40b, 40c) z jednym, pozostałym, kolejnym źródłem (4,34,36) z zestawu źródeł prądu stałego i ładuje się to kolejne, pozostałe źródło (4,34,36) z zestawu źródeł, po czym dla każdego źródła (2,4,32,34,36) z zestawu źródeł powtarza się czynność ładowania i rozładowania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przerywa się dopływ pomiędzy źródłem prądu stałego (2, 32) i odbiornikiem (6, 38) po włączeniu następnego źródła (4, 34, 36) prądu stałego do odbiornika (6,38).
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla każdego źródła (2,4,32,34,36) prądu stałego prowadzi się cykl rozładowania i ładowania w określonym czasie, przy czym suma czasu rozładowania i ładowania w cyklu jest mniejsza niż całkowity czas trwania całego cyklu rozładowania-ładowania.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla każdego źródła (2,4,32,34,36) prądu stałego ładowanie prowadzi się w czasie dłuższym niż czas rozładowania.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla m źródeł prądu stałego i n sekund czasu trwania cyklu rozładowania-ładowania każde źródło prądu stałego łączy się z odbiornikiem (6,38) przez czas co najmniej m/n sekund.
6. Układ zasilania odbiornika energią elektryczną, zawierający co najmniej dwa ładowane i rozładowywane źródła prądu stałego, połączone przewodami z co najmniej jednym odbiornikiem, przetwornikiem stało prądowym DC/DC i zespołem sterującym, znamienny tym, że zawiera przełączniki rozładowania (1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 2-3) połączone ze źródłem prądu stałego (2,4, 32,34,36) i odbiornikiem (6,38) oraz przełączniki ładowania (1-3,1-4, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, 2-8, 2-9, 2-10, 2-11, 2-12, 2-13, 2-14, 2-15, 2-16, 2,-17, 2-18) połączone ze źródłem prądu stałego (2, 4, 32, 34, 36) i przetwornikiem stało prądowym DC/DC (8,40,40a, 40b, 40c) oraz elementy sterujące (13,39) połączone z przetwornikiem stało prądowym DC/DC (8,40, 40a, 40b, 40c) i przełącznikami rozładowania (1-1,1-2, 2-1,2-2,2-3) i ładowania (1-3,1-4,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10,2-11,2-12,2-13,2-14, 2-15, 2-16, 2-17, 2-18).
7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że źródłem (2,4,32,34,36) prądu stałego jest akumulator.
8. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że źródłem (2,4,32,34,36) prądu stałego jest akumulator NiCd.
9. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że źródło (2,4,32,34,36) prądu stałego jest kondensatorem, przy czym układ zawiera maksimum m-1 kondensatorów.
10. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że przetwornik stało prądowy DC/DC (8,40, 40a, 40b, 40c) zawiera silnik elektryczny i generator połączony z tym silnikiem.

182 729
11. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że przetwornik stało prądowy DC/DC ma pośredni stopień napięcia przemiennego.

* * *