Устройство для автоматического выравнивания напряжения на элементах аккумуляторной батареи


 


Владельцы патента RU 2537977:

ТИНГАЕВ НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ (RU)

Изобретение относится к электротехнике. Техническим результатом является повышение энергетической эффективности и надежности устройства, повышение скорости выравнивания напряжений на элементах батареи, улучшение энергетических показателей, продление срока службы аккумуляторной батареи за счет непрерывного и точного мониторинга напряжения ее элементов и их выравнивание, автоматизация технологического процесса, освобождение обслуживающего персонала от рутинного и опасного труда. Устройство для автоматического выравнивания напряжения на элементах аккумуляторной батареи содержит обратимый DC-DC преобразователь с датчиками тока и напряжения, работающий в режиме трансформатора постоянного тока, элементный коммутатор, поочередно подключающий элементы аккумуляторной батареи к DC-DC преобразователю, блок автоматического управления и мониторинга, управляющий работой всех частей устройства в соответствии с установленной программой и настройками и выполняющий отображение и сохранение измерений, а также осуществляющий связь с оператором и внешними устройствами, источник питания собственных нужд, формирующий напряжения для питания блока автоматического управления. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для питания аппаратуры релейной защиты, автоматики и управления подстанций.

Предлагаемое устройство предназначено для автоматического мониторинга и выравнивания напряжения на элементах аккумуляторных батарей, работающих в составе систем оперативного тока или систем питания собственных нужд с номинальными напряжениями 110, 220, 330, 440 вольт, состоящими из элементов с номинальными напряжениями 2, 6, 12 вольт, соединенными последовательно.

Обеспечение длительного срока службы аккумуляторных батарей, состоящих из последовательно соединенных аккумуляторных элементов, является актуальной проблемой. Характеристики отдельных аккумуляторных элементов, из которых состоит батарея, имеют различия, что приводит в процессе эксплуатации к разбросу в степени заряженности отдельных аккумуляторных элементов, обусловленному единым зарядным или разрядным током для последовательно соединенных элементов. Следствием этого являются снижение разрядной емкости батареей, перезаряд и недопустимо глубокий разряд отдельных элементов, разгерметизация и выход из строя как отдельных элементов, так и батареи в целом. Срок службы батарей при этом сокращается.

Известно решение указанной проблемы выравниванием напряжений отдельных элементов батареи при заряде путем селективного шунтирования избыточного напряжения отдельных элементов.

Однако данное техническое решение энергетически неэффективно, так как приводит к непроизводительным потерям энергии, а также вызывает нежелательный перегрев всей батареи. Кроме того, скорость и энергия выравнивания ограничены количеством рассеиваемой в шунтах при этом энергии.

Известно устройство нивелирования разбаланса напряжений, по крайней мере на двух соединенных между собой ячейках аккумуляторной батареи или по крайне мере на двух соединенных между собой батареях (патент РФ №2156533, H02J 7/00, H02J 7/34, 29.04.1999), содержащее трансформатор с рабочими обмотками на одном сердечнике, число которых соответствует числу ячеек или батарей, систему управления в виде коммутирующего элемента питания, соединенного с выводами аккумуляторной батареи, генератора импульсов и формирователя импульсов управления ключевыми элементами, систему размагничивания трансформатора.

Недостатком известного устройства являются сложность электрической схемы выравнивания напряжения на отдельных аккумуляторах в батарее, зависимость энергетической эффективности зарядного процесса от разброса исходных параметров заряжаемых аккумуляторов и влияние собственных нелинейностей элементов цепи выравнивания на зарядный ток, а также необходимость использования относительно мощных трансформаторов и необходимость размагничивания сердечника трансформатора после каждого рабочего цикла.

Наиболее близким техническим решением является устройство для питания нагрузки (а.с. СССР №1029327, кл. H02J 7/34, 1983 г.), содержащее батарею, состоящую из n аккумуляторов, и параллельно к ней подключенный управляемый преобразователь постоянного тока, имеющий управляемый ключевой элемент, управляющий вход которого соединен с выходом блока контроля режима работы, установленного в цепи батареи, выходной трансформатор и n выравнивающих ячеек, каждая из которых содержит одну выходную обмотку упомянутого трансформатора, подключенную через выпрямитель к соответствующему аккумулятору в батарее.

Недостатками известного устройства являются большая индуктивность рассеяния обмоток трансформатора и слабая связь между обмотками, вследствие чего параметры обмоток ячеек зависят от режимов его работы, низкий к.п.д. ячеек из-за того, что падение напряжения на диодах соизмеримо с рабочим напряжением на аккумуляторах, технологические сложности по обеспечению идентичности параметров множества обмоток выравнивающих ячеек при их расположении на одном сердечнике.

Целью изобретения является продление срока службы аккумуляторной батареи за счет непрерывного и точного мониторинга напряжений ее элементов и их выравнивания, повышение энергетической эффективности, снижение количества элементов устройства, автоматизация технологического процесса, освобождение обслуживающего персонала от рутинного и опасного труда.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве автоматического выравнивания напряжения на элементах аккумуляторной батареи управляемый преобразователь постоянного тока выполнен в виде обратимого DC-DC преобразователя постоянного тока с датчиками тока и напряжения, причем с одной стороны преобразователь подключен к крайним выводам аккумуляторной батареи, а с другой стороны подключен к элементному коммутатору с переключателем полярности, который подключен к контактам реле на каждом выводе элементов аккумуляторной батареи, при этом управление работой всех частей устройства осуществляет блок автоматического управления и мониторинга.

Принцип работы устройства поясняется схемой на фиг.1.

Устройство с помощью клемм подключается к элементам 1, 2 и т.д. (всего n шт.) аккумуляторной батареи (АБ) 3 системы оперативного постоянного тока, в которую также входят: зарядно-подзарядное устройство 4 с питанием от промышленной сети, шины оперативного тока 5 и выключатели нагрузок 6.

Включение/выключение устройства осуществляется с помощью автоматического выключателя 7.

Перед началом функционирования выполняется настройка устройства, при которой в память устройства вводится количество и параметры контролируемых аккумуляторных элементов.

Блок автоматического управления и мониторинга 8 в программируемом циклическом режиме сигналами 9 с помощью переключателя полярности 10 и реле 11, 12, 13 и т.д. (всего n+1 реле) элементного коммутатора 13 поочередно подключает элементы аккумуляторной батареи 1, 2 и т.д. к обратимому DC-DC преобразователю 14 и измеряет напряжение подключенного элемента.

Состояние переключающих контактов переключателя полярности 10, изображенное на фиг.1, соответствует режиму работы с нечетными элементами аккумуляторной батареи. Так, например, при работе с элементом 1 включаются реле 11 и 12. Переключение 10 в противоположное состояние соответствует режиму работы с четными элементами аккумуляторной батареи. Например, при работе с элементом 2 включаются реле 12 и 13. Таким образом, наличие в схеме переключателя полярности 10 позволяет вдвое уменьшить количество реле в элементном коммутаторе 13.

Напряжение подключенного элемента U2 передается в блок автоматического управления и мониторинга 8 и оценивается в соответствии с нормой для данного типа аккумулятора. При этом учитывается температура аккумуляторной батареи, которая измеряется датчиком температуры 15, и текущее значение рабочего тока АБ, который измеряется датчиком тока 16. Если это напряжение ниже нормы, то DC-DC преобразователь 14 подзаряжает подключенный элемент АБ. При этом блок управления 8 формирует импульсы управления 17, включающие транзистор 18. При включении транзистора 18 в обмотке w1 трансформатора 19 нарастает ток I1 и в индуктивности обмотки w1 накапливается энергия. Величина тока I1 измеряется датчиком тока 20 и передается в блок автоматического управления и мониторинга 8. При выключении транзистора 18 энергия, накопленная в обмотке w1, трансформируется через обмотку w2 и диод 21 в подключенный элемент АБ. Ток, втекающий в подключенный элемент, примерно в n раз больше отобранного от АБ, где n - количество элементов АБ. В реальном трансформаторе часть энергии не способна трансформироваться и рассеивается в защитном варисторе 22.

Если напряжение подключенного элемента выше нормы, DC-DC преобразователь 14 разряжает подключенный элемент или отбирает протекающий через него избыточный зарядный ток. При этом блок управления формирует импульсы 23, включающие транзистор 24. При включении транзистора 24 в обмотке w2 трансформатора 19 нарастает ток I2 и в индуктивности обмотки w2 накапливается энергия. Величина тока I2 измеряется датчиком тока 25 и передается в блок автоматического управления и мониторинга 8. При выключении транзистора 24 энергия, накопленная в обмотке w2, трансформируется через обмотку w1 и диод 26 поступает обратно в аккумуляторную батарею 3. Возвратный ток в АБ примерно в n раз меньше отобранного. Часть энергии, не способная трансформироваться, рассеивается в защитном варисторе 27.

Таким образом, проходя все элементы АБ, устройство измеряет и корректирует их напряжение, а также выявляет неисправные.

Конденсаторы 28, 29 в DC-DC преобразователе 14 служат для фильтрации высокочастотных составляющих токов. Для обеспечения защиты от коротких замыканий элементов АБ служат предохранители 30, 31, 32 и т.д. (всего n+1). Источник питания собственных нужд 33 обеспечивает питание блока автоматического управления и мониторинга от АБ.

Предлагаемое изобретение позволяет продлить срок службы аккумуляторной батареи, повысить ее энергетическую эффективность, снизить количества элементов устройства, автоматизировать технологический процесс, а также расширить область практического применения устройства.

Устройство автоматического выравнивания напряжения на элементах аккумуляторной батареи, состоящей из n последовательно соединенных аккумуляторов, содержащее выходные клеммы по числу аккумуляторов, управляемые переключатели, управляющие ключевые элементы, источник питания, отличающееся тем, что управляемый преобразователь постоянного тока выполнен в виде обратимого DC-DC преобразователя постоянного тока с датчиками тока и напряжения, причем с одной стороны преобразователь подключен к крайним выводам аккумуляторной батареи, а с другой стороны подключен к элементному коммутатору с переключателем полярности, который подключен к контактам реле на каждом выводе элементов аккумуляторной батареи, при этом управление работой всех частей устройства осуществляет блок автоматического управления и мониторинга.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам подогрева аккумуляторов. Технический результат - повышение эффективности зарядки/разрядки аккумуляторной батареи, усиление безопасности нагрева аккумуляторной батареи, повышение эффективности работы цепи нагрева и возможность повторного использования энергии.

Изобретение относится к устройствам подогрева аккумуляторных батарей. Технический результат - повышение эффективности зарядки/разрядки аккумуляторной батареи, усиление безопасность нагрева аккумуляторной батареи и повышение эффективности работы цепи нагрева.

Изобретение относится к аккумуляторным батареям. Технический результат - повышение эффективности зарядки/разрядки аккумуляторной батареи, повышение безопасности при нагреве аккумуляторной батареи и обеспечении функции повторного использования энергии. Цепь нагрева аккумуляторной батареи содержит блок переключения, модуль управления переключением, демпфирующий элемент R1, схему накопления энергии и блок передачи энергии, причем схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей и содержит элемент L1 накопления тока и элемент C1 накопления заряда; демпфирующий элемент R1 и блок переключения соединены последовательно со схемой накопления энергии; модуль (100) управления переключением соединен с блоком переключения и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии; причем блок передачи энергии соединен со схемой накопления энергии и выполнен с возможностью передачи энергии в схеме накопления энергии к элементу накопления энергии после включения и последующего выключения блока переключения.

Изобретение относится к аккумуляторным батареям. Технический результат - повышение эффективности заряда/разряда аккумуляторной батареи, а также повышение безопасности и работоспособности в процессе нагрева аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к аккумуляторам энергии, в частности, к аккумуляторам для автомобиля. Технический результат - обеспечение возможности аутентификации аккумулятора.

Предложенное изобретение относится в основном к неорганическим электролитам, предпочтительно не содержащим атомы углерода, вместе с тем оно применимо к электролитам, которые содержат органические компоненты, такие как ацетонитрил.

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к области оценивания технического состояния (ТС) химических источников тока (ХИТ) и может быть использовано при разработке программно-методической документации по проведению практических проверок ТС ХИТ с целью оценки их фактического состояния, в том числе на этапе завершения гарантийных сроков эксплуатации.

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано для определения степени разряженности свинцовых кислотных аккумуляторов (СКА) при эксплуатации.

Изобретение относится к области техники измерений, в частности к устройству для измерения остаточной емкости аккумулятора. которое содержит последовательно соединенные блоки: шунт, операционный усилитель, первый АЦП, масштабный делитель, первый температурный корректор, сумматор, триггер, вычислитель среднего значения, счетчик энергии, вычислитель заряда и индикатор; выходы таймера связаны со входами сумматора, триггера, счетчика энергии, вычислителя саморазряда и вычислителя заряда, а выход вычислителя саморазряда соединен со входом счетчика энергии; также устройство содержит последовательно соединенные резистивный делитель, второй АЦП и второй температурный корректор; кроме того, в составе устройства присутствует датчик температуры, выход которого соединен со входами первого температурного корректора, второго температурного корректора и вычислителя саморазряда; выходы первого и второго логических устройств соединены со входом счетчика энергии, а входы первого и второго логических устройств - с выходами первого и второго температурных корректоров. Технический результат - повышение точности измерения остаточной энергии аккумулятора без необходимости внесения изменений в конструкцию аккумулятора, уменьшение ошибки измерения, накапливающейся со временем, если аккумулятор работает в режиме частичного заряда и частичного разряда. 1 ил.

Изобретение относится к сменным электрическим батареям транспортных средств. Технический результат - обеспечение быстрой верификации при представлении батарей во временное пользование. Электрическая батарея для транспортных средств, которая содержит средство аккумулирования электрического заряда с возможностью соединения с линией электроснабжения транспортного средства, и электронное средство обработки, применимое для управления и/или контроля эксплуатации и состояния батареи.14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при эксплуатации аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания, в частности в системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ), малых космических аппаратов. Технический результат - увеличение обеспечиваемого количества заряд-разрядных циклов батареи, имеющей в своем составе последовательно соединенные основные и резервные аккумуляторы, повышение эффективности использования энергии резервных аккумуляторов. В процессе эксплуатации батареи осуществляют подзаряд от индивидуальных источников напряжения только наиболее разряженных аккумуляторов в составе батареи. Питание индивидуальных источников, которые выполнены в виде выходных каскадов преобразователя постоянного напряжения, осуществляют от резервных аккумуляторов батареи. При этом на выходах индивидуальных источников формируют напряжения, равные текущему среднему значению напряжений на аккумуляторах батареи, а для питания нагрузки используют электрическую энергию только основных аккумуляторов батареи. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в зарядных устройствах литий-ионных батарей. Технический результат - сокращение времени заряда и увеличение времени разряда батареи. Система управления аккумуляторной батареей содержит блок общего управления и блоки управления каждой ячейкой из множества ячеек аккумуляторной батареи. Каждой ячейкой множества управляет собственный блок, содержащий микроконтроллер, выполненный с возможностью получения данных о состоянии ячейки, передачи полученной информации в блок общего управления и балансировки напряжения ячеек большими токами (при получении управлявшей команды от блока общего управления). Балансировка эффективно работает в любом режиме работы батареи (при заряде, при разряде и в состоянии покоя). Множество ячеек аккумуляторной батареи по постоянному току соединены последовательно, а по переменному току - параллельно через систему трансформаторной балансировки. Каждая ячейка снабжена преобразователем постоянного тока в переменный ток. Преобразователи синхронизированы общим управляющим сигналом от блока общего управления. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Балансир напряжений для батареи электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использован при создании батарей с Li-ионными аккумуляторами и ионисторами или химическими источниками тока для нужд транспорта и энергетики. В балансир для батареи из соединенных в последовательную электрическую цепь единичных накопителей, состоящий из выравнивающего устройства для двух смежных накопителей на базе дросселя и параллельно подключенных накопителям диодов и электронных ключей, управляемых через блок управления выравнивающего устройства, дополнительно введен подключенный последовательно с дросселем датчика тока и датчик температуры. Выравнивающее устройство выполнено в виде драйвера с встроенными MOSFET-транзисторами. Блок управления выравнивающим устройством двух смежных накопителей выполнен в виде микроконтроллера, связанного с микроконтроллером батареи по последовательному каналу связи с гальванической развязкой, например, CAN-типа. Технический результат заключается в устранении возможного насыщения накопительного дросселя выравнивающего устройства, защите батареи от перегрева элементов и обеспечения возможности использования как локальных, так и глобальных алгоритмов выравнивания напряжения на накопителях батареи. 1 ил.

Способ установки и крепления на накопитель платы блока управления накопителем системы управления высоковольтной аккумуляторной батареей относится к области электротехники и может быть использован для нужд электротранспорта и энергетики. Технический результат изобретения состоит в повышении безопасности благодаря исключению ситуации размыкания высоковольтной батареи при монтаже и демонтаже блока управления накопителем, легкости и универсальности установки и крепления. Сущность изобретения состоит в том, что плата блока управления накопителем системы контроля батареи устанавливается не непосредственно на борны накопителя через соответствующие отверстия в плате, а крепится к борнам посредством двух контактных пластин с резьбовыми заклепками под винты крепления платы к контактным пластинам. 3 ил.

Выравнивающее устройство для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока и блоками управления накопителями относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Сущность изобретения состоит в том, что узел балансировки каждого накопителя состоит из двух отдельных специализированных DC/DC преобразователей: маломощного обратноходового, работающего в режиме ограничения мощности для передачи энергии из накопителя в энергообменную магистраль постоянного тока, и мощного прямоходового преобразователя напряжения с фиксированным жестким коэффициентом передачи напряжения (трансформации) для передачи энергии из магистрали в накопитель. Технический результат заявленного изобретения состоит в том, что благодаря использованию более мощного прямоходового преобразователя имеется возможность направлять большой поддерживающий ток в нуждающийся накопитель из энергообменной изолированной магистрали постоянного тока, энергия в которую подается от большого числа «донорских» накопителей с помощью менее мощных обратноходовых преобразователей, что позволяет за ограниченное время разряда компенсировать не только утечки, но и дефицит заряда в нескольких «наихудших» накопителях. 1 ил.

Изобретение относится к аккумуляторным батареям большой мощности, в частности, для силовых приводов транспортных средств. Технический результат - обеспечение контроля отдельных батарейных модулей и их отключение при неисправности, в частности, для силовых приводов транспортных средств. Батарейная установка высокой мощности содержит электронное оборудование для контроля батарейной установки и множество батарейных модулей, каждый из которых содержит, по меньшей мере, один перезаряжаемый аккумуляторный элемент и которые последовательно электрически соединены посредством линии рабочего тока таким образом, что во время работы по линии рабочего тока протекает рабочий ток. По меньшей мере, один из батарейных модулей сконструирован в виде буферного батарейного модуля, содержащего обходной выключатель и обходную линию, которые сконструированы и размещены таким образом, что при переключении обходного выключателя из нормального рабочего положения в положение обхода ток протекает по обходной линии в обход батарейного модуля. Электронное оборудование для контроля батарейной установки содержит блок контроля для каждого буферного батарейного модуля, который контролирует выделенный батарейный модуль и обнаруживает состояние неисправности модуля. При обнаружении состояния неисправности батарейного модуля одним из блоков контроля модулей электронное оборудование для контроля батарейной установки измеряет ток в линии рабочего тока и переключает обходной выключатель соответствующего буферного батарейного модуля (6) из нормального рабочего положения в положение обхода в тот в тот момент, когда по линии рабочего тока протекает ток меньшей величины, чем заданное предельное значение.3 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам управления работой аккумуляторных батарей. Техническим результатом является недопущение чрезмерного разряда безводной аккумуляторной батареи. Устройство управления, которое управляет разрядом безводной аккумуляторной батареи таким образом, что электроэнергия разряда безводной аккумуляторной батареи не превышает верхнее предельное значение, включает в себя датчик тока и контроллер. Контроллер вычисляет значение оценки для оценки первого компонента ухудшения состояния на основе состояния разряда, обнаруженного посредством использования датчика тока. Первый компонент ухудшения состояния является компонентом, который снижает выходные рабочие характеристики безводной аккумуляторной батареи вследствие дисбаланса концентрации ионов в растворе электролита, вызываемого разрядом безводной аккумуляторной батареи. Контроллер интегрирует значение, полученное посредством вычитания поправочного коэффициента из первого интегрального значения, полученного посредством интегрирования предыдущих значений оценки, которые превышают целевое значение, и текущего значения оценки, которое превышает целевое значение, чтобы вычислять второе интегральное значение. Когда второе интегральное значение превышает пороговое значение, контроллер уменьшает верхнее предельное значение. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

Настоящее изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение эффективности зарядки/разрядки аккумуляторной батареи, повышение безопасности при нагреве аккумуляторной батареи и эффективности защиты аккумуляторной батареи. Изобретение характеризует цепь нагрева аккумуляторной батареи, содержащую блок переключения, модуль управления переключением, демпфирующий элемент и схему накопления энергии, причем схема накопления энергии соединена с аккумуляторной батареей и содержит элемент накопления тока и элемент накопления заряда, демпфирующий элемент, блок переключения, элемент накопления тока и элемент накопления заряда соединены последовательно, модуль управления переключением соединен с блоком переключения и выполнен с возможностью управления включением/выключением блока переключения для управления протеканием энергии между аккумуляторной батареей и схемой накопления энергии. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх