Разработка, изготовление и испытания опытных образцов модулей интеллектуального управления сборками суперконденсаторов и аккумуляторов для систем реку-перации и гибридных батарей для повышения их энергоэффективности в приложениях распределенной энергетики

Целью работы была разработка, сборка и испытание прототипов модуля ин-теллектуального управления сборками суперконденсаторов и аккумуляторов для систем рекуперации и гибридных батарей для повышения их энергоэффективности в приложениях распределенной энергетики, анализ результатов испытаний и матема-тическое моделирование, доработка прототипов по результатам анализа и модели-рования до стадии опытных образцов. Было проведено изучение литературы и патентный поиск по аналогичным устройствам управления зарядом и разрядом гибридных накопителей, состоящих из суперконденсаторов и аккумуляторов. Было проведено компьютерное моделирова-ние и лабораторные проверки разрабатываемых решений. В ходе проведения работы были разработаны аппаратные решения и программные алгоритмы управления, поз-воляющие в зависимости от мгновенного режима работы модуля выбирать опти-мальное направление тока заряда, дифференцируя его между суперконденсаторами и аккумуляторами и тока разряда, интегрируя его с суперконденсаторов и аккуму-ляторов. Такой подход позволяет добиться двух важных результатов одновремен-но: с одной стороны, создаваемый модуль может принимать от рекуперативного привода и аналогичных устройств значительные импульсы энергии за короткое вре-мя, а так же отдавать в них пусковые импульсы значительной величины, на что не способны чисто аккумуляторные решения. С другой стороны, аккумуляторы, вхо-дящие в состав модуля, обеспечивают плавную разгрузку суперконденсаторов меж-ду тормозными импульсами и возобновление их заряда между импульсами разгона, позволяют длительное время хранить накопленную энергию, обеспечивают посто-янную готовность нагрузки к работе. При этом аккумуляторы защищены суперкон-денсаторами от пиковых токов, за счет чего ресурс АКБ расходуется в наиболее бе-режном режиме. На разработку был получен патент на полезную модель № 202303 «Модуль интеллектуального управления гибридными накопителями электроэнергии, состоя-щими из суперконденсаторов и аккумуляторов, для повышения их энергоэффектив-ности», дата регистрации в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 11.02.2021. Были изготовлены печатные платы, узлы и детали прототипов модуля интел-лектуального управления сборками суперконденсаторов и аккумуляторов для си-стем рекуперации и гибридных батарей с параметрами Li-Ion 13В±10%, 20 АЧ и LiFePO4 48В ±5, 100 АЧ — управляемый стабилизатор зарядного тока, схема ба-лансировки последовательно соединенных накопителей, управляемый стабилизатор выходного напряжения, силовой коммутационный ключ, общая система управления на микроконтроллере STM32F103C8, узел интерфейса CAN/RS 485. Был разработан программный код микроконтроллера для модуля интеллекту-ального управления сборками суперконденсаторов и аккумуляторов для систем ре-куперации и гибридных батарей для повышения их энергоэффективности в прило-жениях распределенной энергетики. Разработанный программный код был загружен в микроконтроллеры. Все разработанные и изготовленные в ходе работы узлы и детали были скон-фигурированы в два базовых варианта модуля, отличающихся номинальным напря-жением - 13В±10%, (единичный модуль) и 48/54В ±5 (сборка четырех последова-тельных единичных модулей). Были проведены лабораторные испытания узлов и собранных прототипов мо-дулей. Результаты испытаний на после их анализа и математического моделирова-ния были использованы для доработок аппаратной и программной компонент моду-лей. Были разработаны и изготовлены корпусные изделия для прототипов модулей интеллектуального управления сборками суперконденсаторов и аккумуляторов для систем рекуперации и гибридных батарей для повышения их энергоэффективности в приложениях распределенной энергетики. После проведения испытаний в конструк-цию и КД корпусных изделий были внесены изменения, с учетом которых были из-готовлены корпусные изделия для опытных образцов модулей. В этих корпусах бы-ли собраны и апробированы опытные образцы модулей интеллектуального управле-ния сборками суперконденсаторов и аккумуляторов для систем рекуперации и ги-бридных батарей для повышения их энергоэффективности в приложениях распреде-ленной энергетики в четырех вариантах исполнения согласно ТЗ на НИОКР. Выполненные работы полностью соответствуют требованиям Технического задания и Календарного плана.