Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи

Авторы патента:

H01M10/44 - способы зарядки или разрядки (схемы зарядки H02J 7/00)

Владельцы патента RU 2496189:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при наземной эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, например, в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ). Технический результат - повышение надежности и эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее наземной эксплуатации. Предлагается способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранения в подзаряженном состоянии. Поставленная задача решается тем, что перед постановкой аккумуляторной батареи на хранение после проведения ее подзаряда проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов для нивелирования разбаланса аккумуляторов по напряжению в конце периода хранения аккумуляторной батареи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способ их эксплуатации, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанные в книге Д.А.Хрусталев, Аккумуляторы, М., Изумруд, 2003 г., глава 4. В данной работе отмечается очень низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов и возможность управления процессами заряда-разряда только по текущим значениям напряжений аккумуляторов. При этом отмечается, что перезаряд и переразряд аккумуляторов категорически недопустим и в аккумуляторных батареях должны быть предусмотрены средства защиты. Однако, известная информация касается в основном наземного применения литий-ионных аккумуляторных батарей в мобильных телефонах и компьютерной технике и не решает вопросов надежной эксплуатации в течение длительного ресурса в составе ИСЗ.

Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способ их эксплуатации, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанные в книге А.А. Таганова, Ю.И. Бубнов, С.Б. Орлов, Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации, Санкт-Петербург, Химиздат, 2005 г., глава 5, 7.

В данной работе отмечается, что хранение литий-ионных аккумуляторных батарей проводится в подзаряженном на 30-50% состоянии с целью исключения опасного для них снижения напряжения на аккумуляторах ниже минимального уровня (их переразряда). В то же время отмечаются некоторые негативные факторы (например, рост внутреннего сопротивления при хранении больше при большей заряженности), которые делают предпочтительным хранение с меньшей величиной заряженности.

Наиболее близким техническим решением является способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов и периодической балансировки аккумуляторов по напряжению, хранении в подзаряженном состоянии («Батарея 23ЛИ-50, ЖЦПИ.563563.001 ТО», разработки и изготовления предприятия ОАО "Сатурн", г.Краснодар).

В известной литий-ионной аккумуляторной батарее 6ЛИ-25, согласно ЖЦПИ.563563.001 ТО, перед постановкой на хранение проводят заряд на 40% от номинальной емкости. При этом батарея может храниться в течение года без проведения дополнительных работ.

Этот способ принят за прототип заявляемому изобретению.

Недостатком известного способа реализованного известной аккумуляторной батареей является то, что он не оптимизирует состояние аккумуляторной батареи в режиме хранения, что снижает надежность и эффективность использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее эксплуатации.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности и эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее наземной эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что при проведении контроля напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировки аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранения в подзаряженном состоянии, перед постановкой аккумуляторной батареи на хранение после проведения ее подзаряда проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов для нивелирования разбаланса аккумуляторов по напряжению в конце периода хранения аккумуляторной батареи. При этом, предлагается рассчитывать величину разбалансировки напряжения для каждого аккумулятора относительно напряжения аккумулятора, имеющего наименьшее значение напряжения за предшествующий межбалансировочный период, и после проведения подзаряда аккумуляторной батареи проводить упреждающую разбалансировку ее аккумуляторов по напряжению прямо пропорционально рассчитанным значениям величины их разбалансировки. Кроме того, величину упреждающей разбалансировки для каждого аккумулятора предлагается рассчитывать по формуле:

ΔUyб_i=(ΔU_i/Тп/б)·Тхр,

где - ΔUyб_i - величина напряжения упреждающей разбалансировки i-того аккумулятора, В;

- ΔU_i - величина напряжения разбалансировки i-того аккумулятора в предшествующий межбалансировочный период, В;

- Тп/б - длительность предшествующего межбалансировочного периода, сутки;

- Тхр - длительность панируемого срока хранения, сутки.

Действительно, введение упреждающей разбалансировки позволяет снизить степень заряженности большинства аккумуляторов, что благотворно отразится на сохранении их технических характеристик в процессе хранения аккумуляторной батареи и повысит надежность эксплуатации аккумуляторной батареи. Кроме того, к концу периода хранения аккумуляторы будут выравнены по напряжению, что повышает эффективность последующей эксплуатации аккумуляторной батареи.

На фиг.1 представлена структурная схема рабочего места для автономной работы с аккумуляторными батареями в составе ИСЗ в наземных условиях.

Рабочее место содержит:

- Зарядно-разрядный комплекс 1 состоящий из устройств зарядно-разрядных 2, устройств контроля напряжения аккумуляторов 3 и устройства расширения интерфейса 4;

- ПЭВМ 5;

- ИСЗ 6 с установленными аккумуляторными батареями 7.

В процессе наземной эксплуатации аккумуляторная батарея 7 подвергается хранению в подзаряженном состоянии.

Для повышения надежности и эффективности последующего использования литий-ионной аккумуляторной батареи 7 после проведения ее подзаряда от устройств зарядно-разрядных 2, с контролем напряжения устройствами контроля напряжения аккумуляторов 3 проводят упреждающую разбалансировку ее аккумуляторов по напряжению прямо пропорционально рассчитанным значениям величины их разбалансировки.

При этом, так как рабочее место для автономной работы с аккумуляторными батареями 7 в составе ИСЗ 6 оснащено ПЭВМ 5, имеющей связь через «устройство расширения интерфейса» 4 с «Устройствами зарядно-разрядными» 2 и «Устройствами контроля напряжения аккумуляторов» 3, то задача расчета упреждающей разбалансировки для каждого аккумулятора по формуле: ΔUyб_i=ΔU_i/Тп/б·Тхр и последующего управления балансировочными резисторами, входящими в состав аккумуляторной батареи, решается простыми программными средствами и с учетом имеющихся в ПЭВМ данных о предшествующем межбалансировочным периоде.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить надежность и эффективность использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее наземной эксплуатации.

1. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировки аккумуляторов по напряжению, проведения подзаряда и хранения в подзаряженном состоянии, отличающийся тем, что перед постановкой аккумуляторной батареи на хранение после проведения ее подзаряда проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов для нивелирования разбаланса аккумуляторов по напряжению в конце периода хранения аккумуляторной батареи.

2. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи по п.1, отличающийся тем, что рассчитывают величину разбалансировки напряжения для каждого аккумулятора относительно напряжения аккумулятора, имеющего наименьшее значение напряжения за предшествующий межбалансировочный период, и после проведения подзаряда аккумуляторной батареи проводят упреждающую разбалансировку ее аккумуляторов по напряжению прямо пропорционально рассчитанным значениям величины их разбалансировки.

3. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи по п.1 или 2, отличающийся тем, что величину упреждающей разбалансировки для каждого аккумулятора рассчитывают по формуле: ΔUyб_i=(ΔU_i/Тп/б)·Txp, где
- ΔUyб_i - величина напряжения упреждающей разбалансировки i-го аккумулятора, В;
- ΔU_i - величина напряжения разбалансировки i-го аккумулятора в предшествующий межбалансировочный период, В;
- Тп/б - длительность предшествующего межбалансировочного периода, сутки;
- Тхр - длительность планируемого срока хранения, сутки.

Способ формирования многоэлементных химических источников тока с общим электролитом // 2486635

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании батарей первичных и вторичных химических источников тока, включая металловоздушные источники тока.

Способ циклирования щелочных аккумуляторных батарей и устройство для его реализации // 2483401

Изобретение относится к области электротехники, а именно к области эксплуатации аккумуляторных батарей, и может быть использовано при производстве, введении в эксплуатацию, проведении плановых ремонтных и восстановительных работ с аккумуляторными батареями.

Способ эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей системы электропитания космического аппарата (варианты) // 2483400

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), функционирующих на низкой околоземной орбите.

Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами // 2479894

Способ зарядки литий-ионного аккумуляторного элемента и гибридное транспортное средство // 2471276

Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов в составе искусственного спутника земли // 2465695

Способ заряда комплекта из n литий-ионных аккумуляторных батарей в составе геостационарного искусственного спутника земли // 2464675

Способ восстановления засульфатированных свинцовых аккумуляторов // 2464674

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при восстановлении засульфатированных свинцовых аккумуляторов. .

Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания // 2461102

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей в автономной системе электропитания, преимущественно искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Способ подготовки литий-ионной аккумуляторной батареи к штатной эксплуатации в составе искусственного спутника земли // 2496190

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при подготовке литий-ионных аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе искусственных спутников Земли (ИСЗ). Техническим результатом является повышение функциональной надежности и обеспечение эффективного заряда литий-ионных аккумуляторных батарей при ограниченном теплосъеме при подготовке аккумуляторных батарей к штатной эксплуатации в составе ИСЗ. Указанный результат достигается тем, что перед отправкой искусственного спутника Земли на полигон запуска проводят предварительный заряд аккумуляторной батареи с обеспечением термостатирования, а на полигоне запуска проводят окончательный заряд, с последующей балансировкой аккумуляторов по напряжению, и проводят как минимум один дозаряд аккумуляторной батареи без обеспечения ее термостатирования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ ускоренного заряда свинцовых стационарных аккумуляторов // 2498463

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при эксплуатации свинцовых стационарных аккумуляторов на различных объектах. Техническим результатом изобретения является создание ускоренного способа заряда без ухудшения характеристик. Согласно изобретению способ ускоренного заряда свинцовых стационарных аккумуляторов с намазными электродами заключается в сообщении зарядной емкости в две ступени, первая ступень осуществляется током, равным 0,2-0,3 С10 (С10 - емкость при 10-часовом режиме разряда), до достижения напряжения, равного 2,30-2,45 В, вторая ступень осуществляется поддержанием указанного напряжения плавным снижением тока. Окончание заряда осуществляют при достижении коэффициента перезаряда (отношение емкости, сообщенной при последующем заряде, к емкости, полученной при предшествующем заряде), равного 0,95-1,05, с проведением нормального заряда после 2-3 ускоренных зарядов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Стабилизатор напряжения для системы питания // 2509400

Изобретение относится к системам питания для использования в электрифицированном железнодорожном транспорте. Стабилизатор напряжения для системы питания, который стабилизирует нагрузку активной мощности, содержит первый AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; и никель-металлогидридную батарею, расположенную между и соединенную с кабелем высокого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя. Технический результат - снижение массогабаритных параметров устройства. 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ заряда комплекта аккумуляторных батарей в составе автономной системы электропитания космического аппарата // 2510105

Предложенное изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации комплекта аккумуляторных батарей (АБ), преимущественно никель-водородных или литий-ионных, в автономных системах электропитания космических аппаратов (КА) от общего источника ограниченной мощности через индивидуальные зарядные преобразователи с контролем текущего состояния заряженности и ограничением заряда бортовым комплексом управления. Повышение надежности и эффективности эксплуатации комплекта аккумуляторных батарей является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что дополнительно контролируют минимальные уровни токов заряда и при снижении тока заряда какой-либо аккумуляторной батареи ниже установленного значения прекращают заряд всего комплекта аккумуляторных батарей, при этом продолжение заряда комплекта аккумуляторных батарей проводят поочередно и с длительностью заряда каждой аккумуляторной батареи, исходя из соотношения: Ti=T/(Ci:Σ1/Ci), мин, где Ti - время заряда i-ой аккумуляторной батареи, мин; Т - выбранный период времени для поочередного заряда всего комплекта аккумуляторных батарей, мин; Ci - текущая емкость i-той аккумуляторной батареи, А·час. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство уравновешивания напряжения для системы аккумуляторных батарей // 2516297

Изобретение относится к области электротехники. Система аккумуляторных батарей включает в себя множество аккумуляторных батарей, соединенных последовательно, множество первых диодов, каждый из которых имеет анод, соединенный с отрицательным электродом соответствующей аккумуляторной батареи, множество вторых диодов, каждый из которых имеет катод, соединенный с положительным электродом соответствующей аккумуляторной батареи, множество конденсаторов, каждый из которых соединен с участком соединения между катодом первого диода и анодом второго диода. Источник питания переменного тока соединен с участками соединения через конденсаторы. Технический результат - упрощение устройства. 15 з.п. ф-лы, 19 ил.

Способ формирования свинцово-кислотных аккумуляторных батарей импульсным асимметричным током // 2518487

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к технологии производства свинцово-кислотных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, а также к обслуживанию аккумуляторных батарей в процессе их эксплуатации. Задачей изобретения является повышение эффективности формирования аккумуляторных батарей в технологическом процессе их производства. Технический результат заключается в снижении времени батарейной формировки, снижении температуры электролита во время формировки, повышении эффективности использования тока. Технический результат изобретения достигается тем, что при формировании свинцово-кислотной аккумуляторной батареи импульсным асимметричным током через преобразователь от сети переменного тока по способу, основанному на чередовании импульсов зарядного и разрядного тока с частотой их следования f/n (f - частота сети переменного тока, n - коэффициент деления (n=1, 2) и с длительностью импульсов разрядного тока dраз=(n/f)-dзар, где dзар - длительность импульсов зарядного тока, причем длительность импульсов зарядного тока выбирают в пределах 0,25Tc≤dзар<0,5Tc, где Tc - период колебаний в сети переменного тока, а величину тока в импульсах разрядного тока Iраз в процессе формирования изменяют в зависимости от накопления заряда в батарее плавно или ступенчато в пределах 0≤Ipaз<0.01CH, где CH - численное значение номинальной емкости формируемой батареи. 2 ил.

Способ ускоренного формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов переменным асимметричным током // 2521607

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для сокращения времени формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов после их длительного хранения. Согласно предложенному изобретению зарядку аккумуляторов ведут переменным асимметричным током при соотношении амплитуд разрядного и зарядного токов γ и соотношении длительностей разрядного и зарядного импульсов τ, определяемых индивидуально для каждого типа аккумуляторов, с помощью двухфакторного эксперимента в интервалах γ=1,1÷7 и τ=0,1÷0,9 соответственно, пауза между зарядным и разрядным импульсами равна длительности разрядного импульса, среднее значение переменного асимметричного тока заряда выбирают так, чтобы заряд проходил от 1 часа до 10 часов, при этом заряд производят до достижения на батареи порогового значения, контроль напряжения на батарее производят в паузе между разрядным и зарядным импульсами, частота переменного асимметричного тока может быть любая в интервале от 1 Гц до 50 кГц, разряд производят тем же током до достижения 1 В на аккумулятор. Повышение эффективности восстановления емкости аккумуляторов за счет оптимального восстановления активной массы при сокращении времени форматирования и восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов является техническим результатом изобретения. 2 пр.

Способ обнаружения извлечения аккумулятора // 2526028

Изобретение относится к области связи и может быть использовано для обнаружения наличия аккумулятора хостовым терминалом, в частности к обнаружению извлечения «интеллектуального» аккумулятора, когда хостовый терминал осуществляет передачу данных.В способе обнаружения извлечения аккумулятора в процессе сеанса цифрового обмена данными с аккумулятором (160) обмен данными с аккумуляторным блоком (150) и обнаружение извлечения аккумулятора (160) происходят по существу одновременно. Извлечение аккумулятора (160) может быть обнаружено во время передачи данных от терминала (100) к аккумуляторному блоку (150). Кроме того, терминалом (100) может быть получен ответ от схем (155) аккумулятора как отклик на данные, переданные в аккумулятор (160) по линии (140) связи с аккумулятором, во время взятия отсчетов синхронизированным образом. 9 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания космического аппарата и автономная система электропитания для его реализации // 2529011

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании никель-водородных аккумуляторных батарей и автономных систем электропитания космических аппаратов (КА). Техническим результатом изобретения является повышение надежности эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе КА. Поставленная задача решается тем, что термостатирование поверхностей аккумуляторов, не находящихся в тепловом сопряжении с термоплатой, проводят путем принудительного нагрева вершин полусфер аккумуляторов электронагревателями. Кроме того, термостатирование поверхностей аккумуляторов, не находящихся в тепловом сопряжении с термоплатой, путем принудительного нагрева вершин полусфер аккумуляторов электронагревателями проводят в процессе хранения аккумуляторной батареи в заряженном состоянии, при отсутствии токов заряда и разряда. При этом в автономной системе электропитания космического аппарата для реализации способа зарядные преобразователи выполнены с двумя уровнями ограничения по выходному напряжению: уровень проведения заряда и уровень отключенного заряда, последний - с напряжением менее напряжения разомкнутой цепи аккумуляторной батареи, кроме того, на выходе зарядных преобразователей установлены дополнительные выпрямители для подключения соединенных в последовательную цепь всех электронагревателей через управляемые коммутаторы этой цепи. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Стационарная электроэнергетическая система и способ изготовления стационарной электроэнергетической системы // 2529883

Предложена стационарная электроэнергетическая система, включающая в себя низкопрофильную аккумуляторную батарею, находящуюся в корпусе с генерирующим электроэнергию элементом, заключенную в наружном упаковочном элементе. Низкопрофильная аккумуляторная батарея включает в себя также прокладку, расположенную между корпусом батареи и корпусом другой батареи, когда корпус другой батареи уложен на корпусе батареи, образуя при этом стопку. Прокладка фиксирует корпус батареи в заранее заданном положении. Корпус батареи и прокладка соединены друг с другом через упругое тело. Повышение надежности работы аккумуляторной батареи в условиях воздействий вибраций при герметичности наружного упаковочного элемента является техническим результатом заявленного изобретения. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 19 ил.