источник энергоснабжения мобильного объекта

Формула изобретения

Источник энергоснабжения мобильного объекта, содержащий аккумуляторную батарею, емкостный накопитель энергии, разрядный ключ, электродвигатель, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен четырьмя зарядными ключами, тремя разрядными ключами, тремя емкостными накопителями энергии, микроконтроллером, вход которого связан с емкостными накопителями энергии, а выход - с зарядными ключами и через разрядные ключи с электродвигателем, при этом входы емкостных накопителей энергии связаны с зарядными ключами через зарядное устройство, а выходы через разрядные ключи - с электродвигателем, положительный выход аккумуляторной батареи соединен через первый ключ с первым емкостным накопителем энергии, через второй ключ - со вторым емкостным накопителем энергии, через третий ключ - с третьим емкостным накопителем энергии, через четвертый ключ - с четвертым емкостным накопителем энергии, отрицательный выход аккумуляторной батареи соединен с отрицательными обкладками четырех емкостных накопителей энергии и отрицательным входом электродвигателя, причем процесс зарядки емкостных накопителей энергии происходит при разомкнутых разрядных ключах, коммутация же зарядных ключей происходит при достижении напряжениями емкостных накопителей энергии значений напряжения источника питания, а процесс разряда емкостных накопителей энергии на электродвигатель осуществляется при разомкнутых зарядных ключах, коммутация же зарядных и разрядных ключей происходит в момент достижения на емкостных накопителях энергии разрешенного остаточного напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к источникам энергоснабжения мобильных объектов, использующих в качестве исполнительного механизма электродвигатель, и может быть использовано в авиа-, автостроении и других отраслях.

Существует большое количество разнообразных источников энергоснабжения мобильных объектов, к которым можно отнести системы слежения в авиации, системы навигации, системы управления на беспилотных летающих объектах, исполнительным механизмом которых служит электродвигатель.

Прототипом изобретения служит источник энергоснабжения мобильного объекта (патент РФ RU 2085413 С1), который содержит аккумуляторную батарею, зарядное устройство, емкостной накопитель энергии, комбинацию зарядных и разрядных ключей, электродвигатель. Его недостатком является то, что емкостной накопитель энергии используется незначительное время, существенно меньше общего времени функционирования, и исключительно для преодоления пиковых нагрузок, а все остальное время питания исполнительного механизма (электродвигателя) осуществляется от аккумуляторной батареи, свойства которой зависят от окружающей температуры, поэтому для обеспечения хорошей динамики требуется аккумуляторная батарея большой емкости, что приводит к росту габаритно-массовых показателей самой системы.

Задача изобретения - улучшение динамических свойств и уменьшение габаритно-массовых показателей.

Сущность изобретения заключается в том, что источник энергоснабжения мобильного объекта, содержащий аккумуляторную батарею, зарядное устройство, комбинацию зарядных и разрядных ключей, емкостной накопитель энергии, электродвигатель дополнительно снабжен микроконтроллером, тремя емкостными накопителями энергии, входы которых связаны с зарядными ключами через зарядное устройство в виде дросселей, а выходы - через разрядные ключи с электродвигателем, при этом вход микроконтроллера связан с емкостными накопителями, а выход микроконтроллера связан с зарядными ключами и, через разрядные ключи, с электродвигателем.

На чертеже представлена схема источника энергоснабжения мобильного объекта. Источник энергоснабжения мобильного объекта содержит аккумуляторную батарею - химический источник тока (ХИТ) - 1, зарядное устройство в виде дросселей - 2, емкостные накопители энергии - 3, 4, 5 и 6, зарядные ключи - 7, 8, 9 и 10, разрядные ключи - 11, 12, 13 и 14, ключ 7 заряда емкостного накопителя энергии 3, ключ 8 заряда емкостного накопителя энергии 4, ключ 9 заряда емкостного накопителя энергии 5, ключ 10 заряда емкостного накопителя энергии 6, ключ 11 разряда емкостного накопителя энергии 3, ключ 12 разряда емкостного накопителя энергии 4, ключ 13 разряда емкостного накопителя энергии 5, ключ 14 разряда емкостного накопителя энергии 6, микроконтроллер - 15, входом которого являются величины, пропорциональные значениям рабочих напряжений с накопителей 3, 4, 5 и 6, а выходом - управляющие напряжения на ключи 7, 8, 9, 10, а также 11, 12, 13 и 14, исполнительный механизм (электродвигатель) 16. Положительный выход аккумуляторной батареи 1 соединен через ключ 7 с емкостным накопителем энергии 3, через ключ 8 с емкостным накопителем энергии 4, через ключ 9 с емкостным накопителем энергии 5, через ключ 10 с емкостным накопителем энергии 6. Емкостные накопители энергии 3, 4, 5 и 6 соединены через соответственно ключи 11, 12, 13, 14 с электродвигателем 16. Отрицательный выход аккумуляторной батареи 1 соединен с отрицательными обкладками емкостных накопителей энергии 3, 4, 5 и 6 и отрицательным входом электродвигателя 16.

Процесс зарядки происходит при разомкнутых ключах 11, 12, 13 и 14, коммутация же входных ключей 7, 8, 9, 10 происходит при достижении напряжения на емкостных накопителях энергии значений напряжения источника питания. В исходном состоянии все накопители заряжены.

В процессе заряда первоначально замыкается ключ 7 и идет заряд емкостного накопителя энергии 3, в момент достижения на нем напряжения источника питания 1 (ХИТ) происходит одновременное замыкание ключа 8 и размыкание ключа 7, после чего начинается заряд емкостного накопителя энергии 4, а в момент достижения на нем напряжения источника питания 1 (ХИТ) происходит одновременное замыкание ключа 9 и размыкание ключа 8, после чего начинается заряд емкостного накопителя энергии 5, а в момент достижения на нем напряжения источника питания 1 (ХИТ) происходит одновременное замыкание ключа 10 и размыкание ключа 9, после чего начинается заряд емкостного накопителя энергии 6, а в момент достижения на нем напряжения источника питания 1 (ХИТ) происходит размыкание ключа 10. На заключительном этапе зарядки все ключи разомкнуты и напряжение на емкостных накопителях энергии 3, 4, 5 и 6 равны напряжению на источнике питания 1 (ХИТ).

Процесс работы системы и процесс подзарядки емкостных накопителей энергии осуществляется следующим образом: в момент подключения электродвигателя 16, емкостной накопитель энергии 3, начинает разряжаться на электродвигатель 16, что достигается замыканием ключа 11, при разомкнутых всех остальных ключах. В момент достижения на емкостном накопителе энергии 3 разрешенного остаточного напряжения происходит коммутация входных и выходных ключей - ключ 12 размыкается, подключая на разрядку накопитель энергии 4, далее через некоторое время задержки (наперед заданное, равное времени переходного процесса в цепи электродвигателя 16) происходит размыкание ключа 11 и замыкание ключа 7, в результате чего начинается подзарядка емкостного накопителя тока 3.

В момент достижения на емкостном накопителе энергии 4 разрешенного остаточного напряжения происходит коммутация входных и выходных ключей - ключ 13 замыкается, подключая на разрядку емкостной накопитель энергии 5, далее через некоторое время задержки происходит размыкание ключа 12 и замыкание ключа 8, в результате чего начинается подзарядка емкостного накопителя энергии 4. В момент достижения на емкостном накопителе энергии 5 разрешенного остаточного напряжения происходит коммутация входных и выходных ключей - ключ 14 замыкается, подключая на разрядку емкостной накопитель энергии 6, далее через некоторое время задержки происходит размыкание ключа 13 и замыкание ключа 9 в результате чего начинается подзарядка емкостного накопителя энергии 5. В момент достижения на емкостном накопителе энергии 6 разрешенного остаточного напряжения происходит коммутация входных и выходных ключей - ключ 11 замыкается, подключая на разрядку емкостной накопитель энергии 3, далее через некоторое время задержки происходит размыкание ключа 14 и замыкание ключа 10, в результате чего начинается подзарядка емкостного накопителя энергии 6. Дальнейший разряд системы на электродвигатель 16 происходит по аналогичным циклам. В рассматриваемом режиме работы системы питания существует параллельный процесс, связанный с зарядкой емкостных накопителей энергии 3, 4, 5 и 6.

В момент времени, когда происходит подзарядка емкостного накопителя энергии 3 (замкнут ключ 7 и разомкнут ключ 11) и значение напряжения уравнивается со значением напряжения на источнике тока 1, или в момент замыкания разрядного ключа 11 (в момент начала разрядки емкостного накопителя энергии 3 на электродвигатель 16), осуществляется размыкание зарядного ключа 7. В момент времени, когда происходит подзарядка емкостного накопителя энергии 4 (замкнут ключ 8 и разомкнут ключ 12) и значение напряжения уравнивается со значением напряжения на источнике тока 1, или в момент замыкания разрядного ключа 12 (в момент начала разрядки емкостного накопителя энергии 4 на электродвигатель 16, осуществляется размыкание зарядного ключа 8. В момент времени, когда происходит подзарядка емкостного накопителя энергии 5 (замкнут ключ 9 и разомкнут ключ 13) и значение напряжения уравнивается со значением напряжения на источнике тока 1, или в момент замыкания разрядного ключа 13 (в момент разрядки емкостного накопителя энергии 5 на электродвигатель 16), осуществляется размыкание зарядного ключа 9. В момент времени, когда происходит подзарядка емкостного накопителя энергии 6 (замкнут ключ 10 и разомкнут ключ 14) и значение напряжения уравнивается со значением напряжения на источнике тока 1, или в момент замыкания разрядного ключа 14 (в момент начала разрядки емкостного накопителя энергии 6 на электродвигатель 16), осуществляется размыкание зарядного ключа 10.

В результате использования предложенной схемы не только повышаются динамические свойства системы за счет возможности в каждый момент времени получить большие значения силы тока, отдаваемой емкостным накопителем энергии, а также и осуществлять работу двигателя в течение длительного времени, но и уменьшаются габаритно-массовые показатели системы, поскольку используется аккумулятор только для зарядки накопителей, а работа двигателя осуществляется за счет накопителей энергии.