RU104397U1 - SOURCE OF POWER - Google Patents

Abstract

1. Источник питания, содержащий электрохимический источник тока (ЭХИТ), включающий, по меньшей мере, один элемент с анодом и катодом, разделенными электролитом, ключевой элемент с блоком управления, индуктивный накопитель энергии, контроллер для измерения тока, напряжения, а также первой, второй производных тока и напряжения по времени, накопительную емкость, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стабилизатор разрядной мощности, подключенный к накопительному конденсатору. !2. Источник питания, отличающийся тем, что в качестве индуктивного накопителя энергии взят дроссель. ! 3. Источник питания, отличающийся тем, что в качестве индуктивного накопителя энергии взят трансформатор. 1. A power source containing an electrochemical current source (ECT), comprising at least one element with an anode and a cathode separated by an electrolyte, a key element with a control unit, an inductive energy storage device, a controller for measuring current, voltage, and the first, the second derivative of the current and voltage in time, the storage capacity, characterized in that it further comprises a discharge power stabilizer connected to the storage capacitor. ! 2. A power source, characterized in that a choke is taken as an inductive energy storage. ! 3. A power source, characterized in that a transformer is taken as an inductive energy storage device.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к источникам питания с импульсным отбором мощности и может быть использована при производстве источников питания с повышенными удельными электрическими характеристиками.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to power supplies with pulse power take-off and can be used in the manufacture of power supplies with increased specific electrical characteristics.

Известен источник питания, содержащий электрохимический источник тока (аккумулятор), ключевой элемент с блоком управления и накопитель энергии. (А.С. СССР №560279, кл. Н01М 10/50, 1977).A known power source containing an electrochemical current source (battery), a key element with a control unit and an energy storage device. (A.S. USSR No. 560279, class N01M 10/50, 1977).

Недостатком указанного известного источника питания являются низкие удельные характеристики и ограниченное время работы, связанные с характеристиками используемого аккумулятора.The disadvantage of this known power source is the low specific characteristics and limited operating time associated with the characteristics of the used battery.

Известен источник питания, содержащий электрохимический источник тока, ключевой элемент с блоком управления и индуктивный накопитель энергии (Полезная модель №45842, кл. Н01М 12/06, 27.05.2005).A known power source containing an electrochemical current source, a key element with a control unit and inductive energy storage (Utility model No. 45842, class N01M 12/06, 05.27.2005).

Недостатком этого известного источника питания являются низкие удельные характеристики и ограниченное время работы, связанные с неоптимальным выбором параметров составляющих источника питания.The disadvantage of this known power source is its low specific characteristics and limited operating time associated with the non-optimal choice of parameters of the components of the power source.

Из известных источников питания наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является источник питания, содержащий электрохимический источник тока (ЭХИТ), включающий, по крайней мере, один элемент с анодом и катодом, разделенными электролитом, ключевой элемент, блок управления и индуктивный накопитель энергии, накопительный конденсатор (Патент РФ №.2302060 C1, HO1M 12/06).Of the known power sources, the closest in combination of essential features and the achieved technical result is a power source containing an electrochemical current source (ECT), including at least one element with an anode and cathode separated by an electrolyte, a key element, a control unit and an inductive storage energy storage capacitor (RF Patent No. 2302060 C1, HO1M 12/06).

Недостатком этого известного источника питания являются низкие удельные характеристики и ограниченное время работы, связанные с неоптимальным выбором параметров составляющих источника питания.The disadvantage of this known power source is its low specific characteristics and limited operating time associated with the non-optimal choice of parameters of the components of the power source.

Техническим результатом полезной модели является создание источника питания, обладающего повышенными разрядными удельными электрическими характеристиками.The technical result of the utility model is the creation of a power source with increased discharge specific electrical characteristics.

Указанный технический результат достигается тем, что источник питания содержит ЭХИТ, включающий, по меньшей мере, один элемент с анодом и катодом, разделенными электролитом, ключевой элемент с блоком управления и индуктивный накопитель энергии, контроллер для измерения тока, напряжения, а также первой, второй производных тока и напряжения по времени, накопительный конденсатор, при этом он дополнительно содержит стабилизатор разрядной мощности.The specified technical result is achieved in that the power source contains an ECC, including at least one element with an anode and cathode separated by an electrolyte, a key element with a control unit and an inductive energy storage, a controller for measuring current, voltage, and also the first, second derivatives of current and voltage over time, a storage capacitor, while it additionally contains a discharge power stabilizer.

Целесообразно, чтобы в качестве индуктивного накопителя энергии был взят дроссель или трансформатор.It is advisable that a choke or transformer be taken as an inductive energy storage.

Сущность полезной модели поясняется чертежами (Рис.1-3) и описанием работы источника.The essence of the utility model is illustrated by drawings (Fig. 1-3) and a description of the source.

На Рис.1 представлена функциональная схема источника питанияFigure 1 shows the functional diagram of the power source

На Рис.2-3 представлены сравнительные характеристики для двух режимов разрядаFigure 2-3 shows the comparative characteristics for two discharge modes.

Источник питания включает ЭХИТ 1 любого типа, например, литийионный или свинцовый аккумулятор, ключевой элемент с блоком управления 2, индуктивный накопитель 3, накопительный конденсатор 4, стабилизатор разрядной мощности 5, контроллер 6 для измерения тока, напряжения, а также первой, второй производных тока и напряжения по времени, сопротивление нагрузки 7.The power supply includes any type of EChIT 1, for example, a lithium-ion or lead battery, a key element with a control unit 2, an inductive storage 3, a storage capacitor 4, a discharge power stabilizer 5, a controller 6 for measuring current, voltage, and also the first and second derivatives of current and voltage over time, load resistance 7.

Источник тока работает следующим образом. При замыкании ключевого элемента 2 протекает ток от источника 1. Энергия, накапливаясь в дросселе 3, передается в нагрузку 7 через накопительный конденсатор 4 и стабилизатор разрядной мощности 5. Измеритель напряжения и тока разряда контролирует вторую производную напряжения по времени и первую производную тока по времени. При этом максимальная мощность с ЭХИТ снимается при достижении первой производной тока во времени, равной нулю. При dI/dτ=0 ЭХИТ отключается от нагрузки. За время включенного состояния ЭХИТ работает при минимальном внутреннем сопротивлении, равном активной составляющей полного сопротивления, т.е. при отсутствии поляризационной составляющей. Таким образом, при включенном состоянии ЭХИТ отдает максимально возможную энергию при своем минимальном внутреннем сопротивлении. При выключенном состоянии ток через ЭХИТ должен быть равен нулю, т.к. в противном случае постоянно-токовый фон приводит к появлению поляризационной составляющей внутреннего сопротивления ЭХИТ. Время выключенного состояния определяется временем восстановления напряжения ЭХИТ до конечного при условии равенства нулю второй производной напряжения по времени (d²U/dτ²=0). Таким образом, суть электронного устройства, включающего в себя ключевой элемент с блоком управления, индуктивный накопитель, накопительный конденсатор, стабилизатор разрядной мощности, контроллер для измерения тока, напряжения, первой, второй производных тока и напряжения по времени, заключается в том, чтобы отделить по времени отбор электрической энергии с ЭХИТ от собственно окислительно-восстановительной химической реакции, проходящей в ЭХИТ, являющейся источником электродвижущей силы последнего. Во время включенного состояния индуктивный накопитель электрической энергии со стабилизатором мощности обеспечивает непрерывный рост тока с ЭХИТ до момента равенства нулю первой производной тока по времени. В этом интервале времени электрохимическая реакция не идет. В отключенном состоянии происходит сама электрохимическая реакция при отсутствии тока.The current source operates as follows. When the key element 2 is closed, current flows from the source 1. The energy accumulating in the inductor 3 is transferred to the load 7 through the storage capacitor 4 and the discharge power regulator 5. The voltage and discharge current meter controls the second time derivative of the voltage and the first time derivative of the current. In this case, the maximum power with ECCP is removed when the first derivative of the current in time is equal to zero. When dI / dτ = 0, ECM is disconnected from the load. During the on state, the ECC operates at a minimum internal resistance equal to the active component of the impedance, i.e. in the absence of a polarizing component. Thus, when the state is switched on, ECM gives off the maximum possible energy with its minimum internal resistance. When the state is off, the current through the ECM should be equal to zero, because otherwise, the constant-current background leads to the appearance of a polarizing component of the internal resistance of the ECC. The off-state time is determined by the recovery time of the ECC voltage to the final one, provided that the second time derivative of the voltage is equal to zero (d ² U / dτ ² = 0). Thus, the essence of an electronic device, which includes a key element with a control unit, an inductive storage device, a storage capacitor, a discharge power stabilizer, a controller for measuring current, voltage, first, second derivatives of current and voltage with respect to time, is to separate by time, the selection of electric energy with ECB from the actual redox chemical reaction that takes place in ECB, which is the source of the electromotive force of the latter. During the on state, an inductive electric energy storage device with a power stabilizer provides a continuous increase in current with ECM until the first time derivative of the current is equal to zero. In this time interval, an electrochemical reaction does not occur. In the off state, the electrochemical reaction itself occurs in the absence of current.

Пример практической реализацииPractical example

Пример №1.Example No. 1.

Испытывалась литий-ионная батарея, состоящая из трех последовательно соединенных аккумуляторов SLPB 55205130 напряжением 12,6 В и емкостью 11 А·ч. Батарея заряжалась до 12,6 В (4,2 В на аккумулятор) и разряжалась до 8,1 В (2,7 на аккумулятор) в двух режимах.We tested a lithium-ion battery consisting of three series-connected SLPB 55205130 batteries with a voltage of 12.6 V and a capacity of 11 Ah. The battery was charged up to 12.6 V (4.2 V per battery) and discharged up to 8.1 V (2.7 per battery) in two modes.

Режим 1. Разряд производился на постоянном сопротивлении 1,2 Ом.Mode 1. The discharge was carried out at a constant resistance of 1.2 ohms.

Режим 2. К той же батарее подключалось электронное устройство, включающее в себя ключевой элемент с блоком управления, индуктивный накопитель, накопительный конденсатор, стабилизатор разрядной мощности, контроллер для измерения тока, напряжения, первой, второй производных тока и напряжения по времени, и на выходе электронного устройства подключалась нагрузка. Нагрузка подбиралась таким образом, чтобы на выходе электронного устройства мощность была равна начальной разрядной мощности в режиме №1 с постоянным сопротивлением 1,2 Ом. Мощность фиксировалась как на входе, так и на выходе электронного устройства. Частота отбора энергии варьировалась от 19 кГц до 0,25 кГц.Mode 2. An electronic device was connected to the same battery, which included a key element with a control unit, an inductive storage device, a storage capacitor, a discharge power stabilizer, a controller for measuring current, voltage, first, second derivatives of current and voltage with respect to time, and at the output electronic device connected load. The load was selected so that at the output of the electronic device the power was equal to the initial discharge power in mode No. 1 with a constant resistance of 1.2 Ohms. The power was recorded both at the input and at the output of the electronic device. The energy sampling frequency ranged from 19 kHz to 0.25 kHz.

На рис.2 показаны зависимости снимаемых мощностей от относительной емкости батареи для двух режимов работы ЭХИТ. Видно, что в режиме разряда на постоянном сопротивлении (кривая 1) начальная разрядная мощность, равная 125 Вт, монотонно убывает в зависимости от степени разряда аккумуляторной батареи до значения 64 Вт, соответствующего 95%-ной степени разряженности. Падение мощности составило почти 90%. В режиме №2 мощности, снимаемые как на выходе электронного устройства (кривая 2), так и на входе электронного устройства (кривая 3) не зависят от степени разряженности аккумуляторной батареи и составляют 125 Вт и 135 Вт, соответственно. Разница в 10 Вт, равная 135 Вт - 125 Вт теряется в самом электронном устройстве. Полное внутреннее сопротивление в режиме №1 составило 12 мОм, а в режиме №2-4,5 мОм, что равно активной составляющей полного внутреннего сопротивления батареи.Fig. 2 shows the dependences of the removed capacities on the relative battery capacity for the two operating modes of ECC. It can be seen that in the discharge mode at constant resistance (curve 1), the initial discharge power, equal to 125 W, decreases monotonically depending on the degree of discharge of the battery to a value of 64 W, which corresponds to a 95% degree of discharge. The power drop was almost 90%. In mode No. 2, the powers taken both at the output of the electronic device (curve 2) and at the input of the electronic device (curve 3) are independent of the degree of discharge of the battery and are 125 W and 135 W, respectively. A difference of 10 watts, equal to 135 watts - 125 watts is lost in the electronic device itself. The total internal resistance in mode No. 1 was 12 mOhm, and in mode No. 2-4.5 mOhm, which is equal to the active component of the total internal resistance of the battery.

Пример №2. Испытывалась стартерная свинцовая аккумуляторная батарея производства фирмы Varta 12 В 40 Ахч. Батарея разряжалась в двух режимах до конечного напряжения 10,2 В.Example No. 2. The lead starter battery manufactured by Varta 12 V 40 Ah was tested. The battery was discharged in two modes to a final voltage of 10.2 V.

Режим 1. Батарея разряжалась на постоянном сопротивлении 0,31 Ом до напряжения 10,2 В.Mode 1. The battery was discharged at a constant resistance of 0.31 ohms to a voltage of 10.2 V.

Режим 2. Батарея разряжалась с подключением электронного устройства, включающего в себя ключевой элемент с блоком управления, индуктивный накопитель, накопительный конденсатор, стабилизатор разрядной мощности, контроллер для измерения тока, напряжения, первой, второй производных тока и напряжения по времени. Нагрузка подбиралась таким образом, чтобы на выходе электронного устройства мощность была равна начальной разрядной мощности в режиме №2 с постоянным сопротивлением 0,31 Ом. Мощность фиксировалась как на входе, так и на выходе электронного устройства. Частота отбора энергии варьировалась от 19 кГц до 0,25 кГц.Mode 2. The battery was discharged by connecting an electronic device that included a key element with a control unit, an inductive storage device, a storage capacitor, a discharge power stabilizer, a controller for measuring current, voltage, first, second derivatives of current and voltage in time. The load was selected so that at the output of the electronic device the power was equal to the initial discharge power in mode No. 2 with a constant resistance of 0.31 ohms. The power was recorded both at the input and at the output of the electronic device. The energy sampling frequency ranged from 19 kHz to 0.25 kHz.

На рис.3 показаны зависимости снимаемых мощностей от относительной емкости батареи для двух режимов работы ЭХИТ. Видно, что для режима №1 (кривая 1) мощность с начального значения 502 Вт, соответствующая полностью заряженной батарее, к концу разряда, соответствующему 52% разрядной емкости, составляет 380 Вт, т.е. падение мощности составило 32%. В режиме с подключенным электронным устройством мощности, как снимаемые на выходе электронного устройства (кривая 2), так и на входе электронного устройства (кривая 3), не зависят от степени разряда батареи и остаются постоянными 502 Вт и 540 Вт, соответственно. Причем разрядная емкость в режиме №2 составляет 62%. Полное внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи в режиме №1 при разряде на постоянном сопротивлении 0,31 Ом менялось с начальных 16 мОм до конечных 22 мОм. В режиме №2 с подключенным электронным устройством - с начальных 2 мОм до конечного 7 мОм, что соответствует активной составляющей полного внутреннего сопротивления.Fig. 3 shows the dependences of the removed capacities on the relative battery capacity for two operating modes of ECC. It can be seen that for mode No. 1 (curve 1), the power from the initial value of 502 W, corresponding to a fully charged battery, at the end of the discharge, corresponding to 52% of the discharge capacity, is 380 W, i.e. power drop was 32%. In the mode with the electronic device connected, the powers taken at the output of the electronic device (curve 2) and at the input of the electronic device (curve 3) are independent of the degree of battery discharge and remain constant 502 W and 540 W, respectively. Moreover, the discharge capacity in mode No. 2 is 62%. The total internal resistance of the battery in mode No. 1, when discharged at a constant resistance of 0.31 Ohms, changed from the initial 16 mOhm to the final 22 mOhm. In mode No. 2 with an electronic device connected, from the initial 2 mOhm to the final 7 mOhm, which corresponds to the active component of the total internal resistance.

Приведенные выше описания конструкции, работы заявляемого устройства и примера практической реализации показывают, что данное устройство может быть реализовано на практике. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость».The above descriptions of the design, operation of the inventive device and an example of practical implementation show that this device can be implemented in practice. Therefore, the claimed utility model meets the criterion of "industrial applicability".

Claims (3)

1. Источник питания, содержащий электрохимический источник тока (ЭХИТ), включающий, по меньшей мере, один элемент с анодом и катодом, разделенными электролитом, ключевой элемент с блоком управления, индуктивный накопитель энергии, контроллер для измерения тока, напряжения, а также первой, второй производных тока и напряжения по времени, накопительную емкость, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стабилизатор разрядной мощности, подключенный к накопительному конденсатору.1. A power source containing an electrochemical current source (ECT), comprising at least one element with an anode and a cathode separated by an electrolyte, a key element with a control unit, an inductive energy storage device, a controller for measuring current, voltage, and the first, the second derivative of the current and voltage in time, the storage capacity, characterized in that it further comprises a discharge power stabilizer connected to the storage capacitor. 2. Источник питания, отличающийся тем, что в качестве индуктивного накопителя энергии взят дроссель.2. A power source, characterized in that a choke is taken as an inductive energy storage. 3. Источник питания, отличающийся тем, что в качестве индуктивного накопителя энергии взят трансформатор.

3. A power source, characterized in that a transformer is taken as an inductive energy storage device.