Регистрация формы и измерение пусковых разрядных характеристик аккумуляторно-ёмкостного накопителя электроэнергии с применением двухканального цифрового осциллографа

Одной из основных причин нестабильности напряжения в автономных системах энергообеспечения являются пусковые токи двигателей электроприводов, многократно превышающие их номинальное значение. Наиболее рациональным путем решения этой проблемы признано использование ёмкостных накопителей энергии. Целью данной работы являлась регистрация формы и измерение пусковых разрядных характеристик аккумуляторно-ёмкостного накопителя электроэнергии с применением двухканального цифрового осциллографа для сравнительного анализа параметров аккумуляторной и ёмкостной частей накопителя.

Разработан измерительный стенд, в котором аккумуляторная и ёмкостная части накопителя соединены параллельно и подключены к источнику электроэнергии. Аккумуляторная часть накопителя выполнена на базе многофункционального пускового устройства нового поколения АТОМ 10, имеющего в составе литий-ионную аккумуляторную батарею напряжением 15 В, ёмкостью 9,4 А·ч. Ёмкостная часть накопителя представляла собой пусковое устройство суперконденсаторного типа INSPECTOR Booster с электростатической ёмкостью 80 Ф при напряжении 15,5 В. Вкачестве источника энергии использовался понижающийAC/DC-преобразователь напряжением 12 В. В качестве нагрузки использовался электродвигатель привода воздушного автомобильного компрессора М-14001. Измерительная часть разработанного стенда состояла из двухканального цифрового осциллографа типа С846/1 и двух стандартных измерительных шунтов типа 75ШСМ 3-5-0,5 сопротивлением 15000 мкОм, последовательно подключенных к аккумуляторной и ёмкостной частям накопителя соответственно. Исследование формы и измерения величин пусковых разрядных токов аккумуляторной и ёмкостной частей накопителя проводились синхронно с использованием двухканального цифрового осциллографа с записью на электронный носитель в файловой системе FAT32. Полученная информация переносилась на персональный компьютер и анализировалась.

Результаты измерений показали, что 82,3 % компенсаций потерь энергии на пуск электродвигателя принимает на себя ёмкостная часть накопителя, что продлевает срок эксплуатации аккумуляторной батареи. Регулируя коэффициент развёртки осциллографа, можно детально исследовать форму переходного процесса и его продолжительность. Значения амплитуд пусковых токов рассчитывались пропорционально падению напряжения на шунтах и их сопротивлениям.

Разработанный метод регистрации формы и измерения пусковых характеристик может найти применения в различных технических приложениях: автономных интеллектуальных фотоэлектрических системах электроснабжения, устройствах бесперебойного электропитания, системах управления электроприводом и др.

1. Krasovski V.I., Yacko P.V. Energy storage as devices for improving the operation of the electric power system with renewable energy sources ed technical and applied sciences: Sakharov readings 2020: environmental problems of the XXI century. Belarusian State University, ISEI BSU, Minsk, 2020, рart 2, pp. 393–396 (in Russian). DOI: 10.46646/SAKH-2020-2-393-396

2. Shinyakov Yu.A. Extremal regulation of automatic space vehicle solar battery power. VESTNIK of the Samara State Aerospace University, 2007, no. 1(12), pp. 123–129 (in Russian). DOI: 10.18287/2541-7533-2007-0-1(12)-123-129

3. Kulikov Y.A. Electrical energy storage – effective tool of power systems operation control. Electric power industry young people’s view– 2018. Kazan State Power Engineering Institute, 2018, рart 1, pp. 38–43 (in Russian).

4. Kötz R., Sauter J.C., Ruch P., Dietrich P., Büchi F.N., Magne P.A., Varenne P. Voltage balancing: long-term experience with the 250 V supercapacitor module of the hybrid fuel cell vehicle HY-LIGHT. Journal Power Sources, 2007, no. 174, pp. 264–271. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.08.078

5. Weingarth D., Foelske-Schmitz A., Kötz R. Cycle versus voltage hold: which is the better stability test for electrochemical double layer capacitors? Journal Power Sources, 2013, no. 225, рр. 84–88. DOI: 10.1016/j.powsour.2012.10.019

6. Mars P. Coupling a supercapacitor with a small energy harvesting source. EDN Journal, June 2012.

7. Diab Y., Venet P., Gualous H., Rojat G. Self-discharge characterization and modeling of electrochemical capacitor used for power electronics applications. IEE Trans Power Electron, 2009, no. 24, pp. 511–517. DOI: 10.1109/TPEL.2008.2007116

8. Lazzari M., Soavi F., Mastragostino M. Dynamic pulse power and energy of ionic-liquid-based supercapacitor for HEV application. Journal of The Electrochemical Society, 2009, no. 156, pp. 661–666. DOI: 10.1149/1.3139046

9. Vasilevich V.P., Grickevich V.S., Kosmach V.V., Belyaev A.V., Zbyshinskaya M.E., Ermakov A.I. Supercapacitor as an energy storage of a photovoltaic converter. BSUIR Repository, 2016. ISSN: 2410-4655.

10. Thounthong P., Chunkag V., Sethakul P., Sikkabut S., Pierfederici S., Davat B. Energy management of fuel cell/solar cell/supercapacitor hybrid power source. Journal of Power Sources, 2011, vol. 196, no. 1, pp. 313– 324. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2010.01.051

11. Berdnikov R.N., Fortov V.E., Son E.E., Denʼshchikov K.K., ZHuk K.E., Novikov N.L., SHakaryan Yu.G. Hybrid electric power storage for ENES based on Li-ion batteries and supercapacitors Energy of Unified Grid. Scietnific and Technical Journal, 2013, no. 2(7), pp. 40–51 (in Russian).

12. Marenkov S.A. Hybrid accumulator of electricity for networks with distributed generation based on renewable sources of electrical energy. International Research Journal, 2017, vol. 2(56), part 3, рр. 120–123 (in Russian). DOI: 10.23670/IRJ.2017.56.007