Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии


 


Владельцы патента RU 2539866:

Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") (RU)

Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использована при создании высоковольтных батарей для нужд транспорта и энергетики. Технический результат изобретения состоит в обеспечении возможности экстренного оповещения микроконтроллеров блоков управления накопителями и модулями системы и перевода их в состояние ожидания, минуя каналы последовательной связи. Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую запитанные от батареи микроконтроллерные блоки управления накопителями, модулями накопителей и всей батареи, связанные между собой последовательными каналами связи с гальванической развязкой, введен дублирующий канал связи экстренного оповещения на основе последовательно соединенных электронных ключей и устройств гальванической развязки, подключенный на уровне управления батареей к выходу разовой команды микроконтроллера блока управления батареей, а на уровнях управления модулями и накопителями - к входу прерывания микроконтроллера соответствующих блоков управления модулями и накопителями. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей для нужд транспорта и энергетики.

Известна иерархическая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии [см. статью «Особенности построения аппаратуры контроля и защиты высоковольтных литий-ионных аккумуляторных батарей для систем электроснабжения космических аппаратов» / труды НПП «ВНИИЭМ», 2011, Т.123, №4, с.29-34 авторов М.Ф.Ганзбург, А.И.Груздев, В.И.Трофименко (ОАО «АВЭКС»)].

Известная система на нижнем уровне управления содержит модули электрических накопителей энергии с датчиками температуры, блоками задания идентификационных номеров накопителей и модулей и индикаторами их состояния, а также с устройствами выравнивания, коммутации, контроля и управления, связанными по последовательному каналу связи с модулем измерения тока и контроллером последовательного канала на среднем уровне управления, подключенным по последовательному каналу связи с блоком управления батареей верхнего уровня управления, к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ. Для повышения надежности работы в известной системе осуществляется резервирование (дублирование) модулей контроля и управления на нижнем уровне управления, а также использование на среднем уровне управления резервного канала обмена.

Недостатком известной системы является ее сложность, а также невозможность экстренного перевода всех микроконтроллером системы в состояние ожидания при отказах последовательных каналов связи.

По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к данному изобретению является иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии [см. статью А.И. Груздева «Концепция построения системы контроля и управления высокоэнергоемких литиевых аккумуляторных батарей», «Электрохимическая энергетика», 2005, т. 5, №2, с. 90-93].

Известная трехуровневая иерархическая система, запитанная от батареи, состоит из микроконтроллерных блоков управления накопителями (БУН) нижнего уровня управления, подключенных по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к соответствующим микроконтроллерным блокам управления модулями (БУМ) накопителей на среднем уровне управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерному блоку управления батареей (БУБ) верхнего уровня управления, связанному с бортовым зарядным устройством (БЗУ) и внешней ЭВМ.

Недостатком известной системы, выбранной в качестве прототипа, является невозможность экстренного перевода микроконтроллеров блоков управления БУН и БУМ системы в состояние ожидания при отказах каналов связи между блоками.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача создания иерархической трехуровневой системы управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии с дублирующим каналом связи экстренного оповещения, позволяющим переводить одновременно все микроконтроллеры блоков БУМ и БУН системы в состояние ожидания, при котором не производятся операции по перекачке энергии и выравниванию заряда между накопителями батареи, минуя каналы последовательной связи.

Поставленная задача решается тем, что предложена иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии, запитанная от батареи и содержащая связанные с борнами накопителей блоки управления накопителями нижнего уровня управления, микроконтроллеры которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерам связанных с клеммами модулей соответствующих блоков управления модулями накопителей среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллеру связанного с клеммами батареи блока управления батареей верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ по гальванически развязанному последовательному каналу связи.

Новым в предложенной системе является то, что в нее введен дублирующий канал связи экстренного оповещения, содержащий в блоке управления батареей электронный ключ, соединенный по входу управления с выходом разовой команды микроконтроллера и с источником питания и подключенный по шине экстренного сигнала оповещения верхнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки блоков управления модулями, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера и к управляющему входу электронного ключа, соединенного с источником питания и подключенного по шине экстренного сигнала оповещения нижнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки соответствующих блоков управления накопителями, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера.

Технический результат заявленного изобретения состоит в создании возможности экстренного оповещения микроконтроллеров блоков управления накопителями и модулями системы и перевода их в состояние ожидания, минуя канал последовательной связи.

На чертеже представлена функциональная блок-схема заявленной системы.

Заявленная система запитана от батареи и содержит связанные с борнами «+» и «-» накопителей батареи блоки управления накопителями 1 нижнего уровня управления, микроконтроллеры 2 которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи 3 с гальванической развязкой 4 к микроконтроллерам 5 связанных с клеммами «+» и «-» модулей соответствующих блоков управления модулями 6 среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи 7 с гальванической развязкой 8 к микроконтроллеру 9 связанного с клеммами «+» и «-» батареи блока управления батареей 10 верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ (не показаны) по гальванически развязанному последовательному каналу связи 11 (на чертеже гальваническая развязка не показана). Блок управления батареей 10 содержит электронный ключ 12, соединенный по входу управления с выходом разовой команды микроконтроллера 9 и источником питания «+Uб» и подключенный по шине 13 экстренного сигнала оповещения верхнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки 14 блоков управления модулями 6, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера 5 и к управляющему входу электронного ключа 15, соединенного с источником питания «+Uм» и подключенного по шине 16 экстренного сигнала оповещения нижнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки 17 соответствующих блоков управления накопителями 1, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера 2.

Заявленная система работает следующим образом.

При отсутствии отказов в системе обмен информацией между микроконтроллерами 2, 5 и 9 блоков управления БУН, БУМ и БУБ соответственно осуществляется по последовательным каналам связи 3 и 7 через устройства гальванической развязки 4 и 8 соответственно. В случае отказа каналов связи 3, 7 и устройств гальванической развязки 4, 8 обмен информацией между иерархическими уровнями управления батареей прекращается, и если при этом возникнет необходимость, например, срочно приостановить действие микроконтроллеров на нижних уровнях управления по передаче энергии между накопителя батареи и перейти в режим ожидания, то осуществить это через отказавший канал последовательной связи будет невозможно. Однако в этом случае продолжает работать дублирующий канал связи экстренного оповещения, а именно: сигнал оповещения с выхода разовой команды микроконтроллера 9 блока БУБ 10 через электронный ключ 12, соединенный с источником питания «+Uб», в виде положительного напряжения поступит через шину 13 экстренного сигнала оповещения верхнего уровня управления на входы устройств гальванической развязки 14 всех блоков БУМ 6 и далее на входы прерывания микроконтроллеров 5 этих блоков и управляющие входы электронных ключей 15, соединенных с источником питания «+Uм». С выхода электронных ключей 15 сигнал экстренного оповещения в виде положительного напряжения нижнего уровня управления через шину 16 экстренного сигнала оповещения нижнего уровня управления и устройства гальванической развязки 17 соответствующих блоков БУН 1 поступит на вход прерывания микроконтроллера 2. Таким образом, сигнал экстренного оповещения с микроконтроллера блока БУБ 10 верхнего уровня управления дойдет до всех микроконтроллеров блоков управления системы БУН 1 и БУМ 6 и переведет их в состояние ожидания, минуя канал последовательной связи. Устройства гальванической развязки 14, 17 могут быть выполнены на оптроне FODM8801A (Fairchild), электронные платы 12, 15 - на транзисторах IRLML6402TR (International Rectifier).

Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии, запитанная от батареи и содержащая связанные с борнами накопителей блоки управления накопителями нижнего уровня управления, микроконтроллеры которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерам связанных с клеммами модулей соответствующих блоков управления модулями среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллеру связанного с клеммами батареи блока управления батареей верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ по гальванически развязанному последовательному каналу связи, отличающаяся тем, что в нее введен дублирующий канал связи экстренного оповещения, содержащий в блоке управления батареей электронный ключ, соединенный по входу управления с выходом разовой команды микроконтроллера и с источником питания и подключенный по шине экстренного сигнала оповещения верхнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки блоков управления модулями, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера и к управляющему входу электронного ключа, соединенного с источником питания и подключенного по шине экстренного сигнала оповещения нижнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки соответствующих блоков управления накопителями, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера.



 

Похожие патенты:

Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использована при создании высоковольтных батарей для нужд транспорта и энергетики.

Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использована при создании батарей электрических накопителей энергии различной природы в составе автономных систем электроснабжения, в том числе на транспорте, в устройствах бесперебойного питания, в системах оперативного постоянного тока и сетевых накопителях электроэнергии.

Изобретение относится к области электротехники. Адаптер снабжен соединительным участком, выполненным с возможностью разъемного прикрепления к основному корпусу инструмента с электрическим приводом, и по меньшей мере одним приемным участком для батареи, выполненным с возможностью разъемного прикрепления к батарейному источнику питания.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение оптимального потребления энергии при зарядке мобильного телефона.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА), с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей (СБ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей (АБ). Технический результат - повышение надежности процесса восстановления работоспособности системы после аварийных ситуаций, связанных с незапланированным глубоким разрядом.

Использование: в области электротехники для зарядки литий-ионных (Li-Ion) электрических аккумуляторов. Технический результат - восстановление переразряженного (разряженного ниже допустимого уровня) аккумулятора.

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к системам и устройствам для беспроводной передачи энергии, предназначенным для одновременной зарядки нескольких мобильных устройств.

Изобретение относится к системам электроснабжения транспортных средств. Технический результат - предотвращение утечек и обеспечение возможности зарядки во время неисправности. Система энергоснабжения для транспортного средства включает в себя устройство накопления энергии, множество зарядных трактов для зарядки устройства накопления энергии электрической энергией извне, множество реле, предусмотренных во множестве зарядных трактов соответственно, каждое для переключения между подачей и отсечением электрической энергии, и блок управления зарядкой для осуществления выбора в отношении того, через какой зарядный тракт, из множества зарядных трактов, разрешена зарядка устройства накопления энергии, на основании состояния приваривания множества реле.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей системы, увеличении его нагрузочной мощности и обеспечении максимальной бесперебойности работы при поддержании оптимальных параметров работы аккумуляторной батареи при питании потребителей постоянным током.

Изобретение относится к аккумуляторам, в частности к зарядке аккумуляторных батарей. Технический результат - продление срока службы батареи путем обеспечения баланса заряда ее элементов.

Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использована при создании высоковольтных батарей для нужд транспорта и энергетики. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности поэтапного поуровневого автоматического и ручного включения и выключения электропитания системы. Сущность изобретения состоит в том, что в микроконтроллерные блоки управления иерархической системы введен аппаратно-программный механизм поуровневого управления питанием на основе управляемых микроконтроллерами блоков электронных ключей, управляющих состоянием электронных ключей с гальванической развязкой, которые запускают в работу подключенные к клеммам батарейных модулей и накопителей преобразователи напряжения, запитывающие микроконтроллеры блоков, а также элементы ручного управления включением преобразователей напряжения микроконтроллерных блоков управления системы.1 ил.

Изобретение относится к блоку питания и способу подачи в приводимое в действие электричеством устройство электрического питания и/или электрического сигнала. Техническим результатом является обеспечение возможности определения конкретного типа приводимого в действие электричеством устройства на основе определенной внешней емкости. Блок (10) питания содержит измерительное устройство (34) для измерения параметра, причем параметр подходит для определения наличия внешней емкости, электрически включенной между одним элементом (22) и другим элементом (24) из соединительных элементов (22, 24, 26, 28) блока (10) питания, на основании упомянутого параметра, причем блок (10) питания выполнен с возможностью определения конкретного типа приводимого в действие электричеством устройства (12) на основе определенной внешней емкости, а параметры являются током, зависящим от времени, и напряжением, зависящим от времени. 4 н. и 10. з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА). Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности эксплуатации АБ в составе СЭС КА. Предлагается способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата, содержащей солнечную батарею и «N» аккумуляторных батарей, где «N»≥1, стабилизатор напряжения, включенный между солнечной батареей и нагрузкой, и «N» зарядных и разрядных устройств, заключающийся в управлении стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами в зависимости от входного и выходного напряжения системы электроснабжения, напряжения аккумуляторных батарей, запрете на работу соответствующего зарядного устройства при достижении предельного уровня зарядного напряжения аккумуляторной батареи либо ее аккумуляторов, снятии этого запрета при достижении определенного уровня напряжения аккумуляторной батареи, запрете на работу соответствующего разрядного устройства при достижении предельного уровня разрядного напряжения аккумуляторной батареи либо ее аккумуляторов, снятии этого запрета при достижении определенного уровня напряжения аккумуляторной батареи, либо ее аккумуляторов. Поставленная задача решается тем, что устанавливают минимальный период времени достижения предельного уровня зарядного напряжения аккумуляторной батареи либо ее аккумуляторов от момента включения заряда, при этом при включении заряда и достижении предельного уровня напряжения аккумуляторной батареи либо ее аккумуляторов в течение времени менее установленного минимального периода включают режим ограничения тока заряда по установленному уровню напряжения заряда аккумуляторной батареи. При этом минимальный период времени достижения предельного уровня напряжения аккумуляторной батареи либо ее аккумуляторов устанавливают не более 1 минуты. Кроме того, отключение режима ограничения тока заряда по установленному уровню напряжения заряда аккумуляторной батареи проводят после снижения зарядного напряжения ниже установленного уровня напряжения заряда. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам диагностирования и контроля, а именно к диагностированию аккумулятора транспортного средства. Устройство диагностики аккумулятора транспортного средства, которое диагностирует статистику состояния использования аккумуляторной батареи, и, которое представляет меру подавления ухудшения характеристик аккумулятора. Устройство диагностики содержит средство хранения для хранения альтернативной меры подавления для фактора, обуславливающего ухудшение характеристик аккумуляторной батареи, и средство диагностики для запрещения представления альтернативной меры подавления в качестве меры подавления, если альтернативная мера подавления не удовлетворяет определенному критерию представления. Достигается повышение срока службы аккумулятора. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Данное изобретение относится к электротехнике, в частности к одной или нескольким электродным пластинам. Технический результат - повышение равномерности плотности входного\выходного тока. Для достижения этого одна или несколько электродных пластин установлены с токосъемными контактами на двух или более их сторонах, скреплены со вспомогательным проводником, изготовленным из материала с более высокой проводимостью по сравнению с электродными пластинами; при этом токосъемные контакты установлены на двух или более сторонах вспомогательного проводника для соединения с токосъемными контактами, установленными на двух или более сторонах электродных пластин, и по меньшей мере один из них используется в качестве основного токосъемного контакта для вывода тока к внешней части или для приема входного тока от внешней части; и имеются изоляторы, установленные между вспомогательным проводником и электродными пластинами для образования электродного модуля. 16 з.п. ф-лы, 44 ил.

Изобретение относится к бесконтактному зарядному устройству. Бесконтактное зарядное устройство содержит устройство приема мощности, содержащее катушку; аккумулятор; модуль определения состояния заряда аккумулятора; модуль задания допустимого диапазона для процесса заряда; модуль управления зарядом для управления мощностью процесса заряда для аккумулятора и дисплей для отображения допустимого диапазона для процесса заряда. Модуль задания допустимого диапазона для процесса заряда задает допустимый диапазон для процесса заряда шире по мере того, как состояние заряда выше. Повышается удобство пользования. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к технике быстрого заряда аккумуляторных батарей. Технический результат - обеспечение быстрого полного заряда. Устройство управления вычисляет, на основе изменения ожидаемого количества энергии, генерируемой посредством блока генерирования энергии, изменения ожидаемого количества энергии, подаваемой посредством блока подачи энергии, и текущего количества электрической энергии, накопленной посредством аккумуляторной батареи, изменение ожидаемого количества электрической энергии, накопленной посредством аккумуляторной батареи, в случае, когда электрическая энергия продолжает подаваться от сети распределения энергии на аккумуляторную батарею. При этом устройство управления задает временной диапазон понижения энергии, который является временным диапазоном, в котором электрическая энергия не подается от сети распределения энергии на аккумуляторную батарею, когда в изменении ожидаемого количества накопленной электрической энергии аккумуляторной батареи обнаруживается первый момент времени, который является моментом времени, в который ожидаемое количество накопленной электрической энергии начинает превышать первую опорную емкость, и в качестве первого момента времени задает конечное время временного диапазона понижения энергии. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах для подзаряда аккумуляторных батарей, находящихся на хранении, с целью компенсации их саморазряда. Технический результат направлен на упрощение схемы устройства и расширение его применяемости. Технический результат достигается тем, что в устройство для компенсации саморазряда аккумуляторных батарей дополнительно введены последовательно соединенные дроссель и диод, включенные между плюсовым выводом фотоэлемента и анодом диода защиты от инверсного включения аккумуляторной батареи; накопительный элемент, включенный между анодом диода защиты и минусовой шиной устройства; коммутирующий транзистор, включенный между средней точкой соединения дросселя и диода и минусовой шиной устройства; пороговое устройство и задающий генератор импульсов, выходы которых соединены с базой коммутирующего транзистора, а вход порогового устройства подключен к выходу накопительного элемента. 1 ил.

Изобретение относится к зарядке транспортного средства. Система зарядки транспортного средства содержит зарядное устройство; устройство ввода для указания планируемого времени для окончания зарядки и контроллер управления зарядным устройством. Причем контроллер выполняет первую зарядную операцию управления с использованием целевого значения, которое ниже, чем заданное состояние полного заряда, до тех пор, пока состояние заряда не достигнет упомянутого целевого значения. Также контроллер может останавливать зарядку устройства накопления энергии и повторно запускать зарядку упомянутого устройства. Контроллер изменяет упомянутое целевое значение в соответствии с извлеченным значением упомянутого состояния заряда в момент времени, когда движение упомянутого транспортного средства завершено. Повышается способность приведения в движение транспортного средства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использована в батареях электрических накопителей энергии различного типа. Технический результат - повышение эффективности выполнения традиционных функций по мониторингу, балансировке и защите, обеспечение требуемых для надежной эксплуатации батареи температурных и помехоустойчивых условий ее работы. В батарее электрических накопителей энергии каждый батарейный модуль содержит блок последовательно соединенных накопителей, выравнивающее устройство и микропроцессорную систему контроля и управления для выполнения функции эффективного управления внутримодульным активным выравниванием напряжения на единичных накопителях с помощью электронного выравнивающего устройства, управления межмодульным выравниванием напряжения на отдельных модулях с помощью дополнительного источника постоянного тока, подключаемого к шинам постоянного напряжения дозарядки от введенного в батарею преобразователя напряжения AC-DC или к выходным клеммам батареи, регулирования температурного режима накопителей с помощью датчика температуры и блока климатики с исполнительными органами в виде заслонок, ТЭНов и вентиляторов и оптимизации заряда накопителей с помощью экспертного анализа на основе статистических данных, полученных при эксплуатации батареи. 1 ил.
Наверх