Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи

Использование: в области электротехники. Техническим результатом является повышение эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при длительной ее эксплуатации. Согласно способу при проведении заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами, с контролем напряжения аккумуляторов и ограничением заряда по достижении напряжения любого из аккумуляторов заданного максимального значения, при включении заряда выбирают аккумулятор с наименьшим текущим напряжением UMIN, исходя из него рассчитывают общее время включения заряда ТОБЩ до его максимальной величины U, а к остальным аккумуляторам в процессе заряда подключаются балансировочные резисторы на время, индивидуальное для каждого аккумулятора. 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей преимущественно в автономных системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способы их заряда, заключающиеся в контроле напряжения аккумуляторов и ограничении заряда по максимальной величине 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.

Недостатком описанных способов является то, что они не решают вопроса повышения эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при длительной ее эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением является способ заряда, литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, ограничении заряда по максимальной величине напряжения аккумуляторов и проведении в процессе эксплуатации балансировки аккумуляторов по напряжению путем подразряда аккумуляторов на резисторы до достижения их напряжением величины напряжения наиболее разряженного (наименее заряженного) аккумулятора («Батарея 6ЛИ-25, ЖЦПИ.563561.002 ПС», разработки и изготовления предприятия ОАО "Сатурн", г. Краснодар).

В известной литий-ионной аккумуляторной батарее 6ЛИ-25, согласно ЖЦПИ. 563561.002 ПС, периодически контролируют напряжение аккумуляторов и, если разность поэлементных напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов превышает 25 мВ, проводят выравнивание аккумуляторов по емкости путем разряда более заряженных аккумуляторов на балансировочные резисторы до снижения отличия в напряжениях аккумуляторов не более 10 мВ.

Этот способ принят за прототип заявляемого изобретения.

Недостатком известного способа заряда литий-ионной аккумуляторной батареи является то, что проведение выравнивания аккумуляторов по емкости - процесс периодический и связан с достижением заранее установленной величины разбаланса по напряжению, что снижает эффективность использования литий-ионной аккумуляторной батареи.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности использования и упрощение эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи.

Поставленная задача решается тем, что при проведении заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами, с контролем напряжения аккумуляторов и ограничением заряда по достижении напряжения любого из аккумуляторов заданного максимального значения, при включении заряда выбирают аккумулятор с наименьшим текущим напряжением UMlN, исходя из него рассчитывают общее время включения заряда ТОБЩ до его максимальной величины U, а к остальным аккумуляторам в процессе заряда подключаются балансировочные резисторы на время, индивидуальное для каждого аккумулятора исходя из соотношения:

где UMlN - наименьшее текущее напряжение аккумулятора в аккумуляторной батарее, В;

Ui - напряжение i-того аккумулятора из числа оставшихся, В;

а - скорость заряда аккумулятора без подключенного балансировочного резистора В/ч;

b - скорость заряда аккумулятора с подключенным балансировочным резистором В/ч;

ТОБЩ - длительность заряда аккумулятора с наименьшим напряжением, ч;

T 1 - длительность заряда i-аккумулятора без подключенного балансировочного резистора, ч;

T 2 - длительность заряда i-аккумулятора с подключенным балансировочным резистором, ч.

Действительно, если аккумуляторы имеют разную степень заряженности, и при наличии в составе аккумуляторной батареи балансировочных резисторов задача регламентирования поступающей на заряде аккумуляторной батареи энергии в конкретный аккумулятор решается с помощью них. По сути, это отбор энергии (в процессе заряда), равной имеющемуся избытку ее над наименее заряженным аккумулятором.

Рассмотрим конкретный пример для литий-ионной аккумуляторной батареи номинальной емкостью 100 А⋅ч. Известно, что литий-ионные аккумуляторы эксплуатируются в основном в диапазоне напряжений от 2,7 В до 4,1 В. Величина скорости заряда аккумуляторной батареи с подключенным и отключенным балансировочным резистором рассчитывается исходя из тока заряда и величины сопротивления балансировочного резистора, а также также исходя из текущего напряжения аккумуляторной батареи. Для аккумуляторной батареи рассматриваемого нами примера ток заряда составляет 5 А, сопротивление балансировочного резистора составляет 15 Ом. Зная эти праметры, можно сделать вывод, что скорость заряда с подключенным балансировочным резистором составит приблизительно 0,11 В/ч, а с отключенным - 0,105 В/ч. Пусть наименьшее текущее напряжение аккумулятора в аккумуляторной батарее составит Umin=3,0 В, а напряжение i-го аккумулятора из числа оставшихся Ui=3,025 В. Тогда, подставив все известные значения в уравнение (1), получаем, что длительность заряда аккумулятора с наименьшим (балансировочный резистор к аккумулятору с наименьшим напряжением не подключается) составит 10 часов. Тогда заряд i-го аккумулятора будет происходить следующим образом: сперва в течение 1,67 часа будет происходить заряд аккумулятора с отключенным балансировочным резистором, после чего подключается балансировочный резистор и оставшиеся 8,83 часа идет заряд i-го аккумулятора с подключенным балансировочным резистором. Тем самым происходит выравнивание напряжения аккумулятора с минимальным напряжением и i-го аккумулятора, что обеспечит максимальную эффективность использования аккумуляторной батареи.

На фиг. 1 приведена упрощенная функциональная схема автономной системы электропитания ИСЗ, поясняющая работу по предлагаемому способу.

Устройство содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2, через преобразователь напряжения 3, аккумуляторную батарею 4, подключенную через зарядный преобразователь 5 к солнечной батарее 1, а через разрядный преобразователь 6 к входу выходного фильтра преобразователя напряжения 3.

При этом нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию.

Параллельно аккумуляторной батарее 4 подключено устройство контроля аккумуляторов 7 (в частности, напряжения аккумуляторов) аккумуляторной батареи, связанное входом с аккумуляторной батареей 4, а выходом с нагрузкой 2 (с бортовой ЭВМ).

В цепи заряда-разряда аккумуляторной батареи установлен измерительный шунт 8.

Аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединенных аккумуляторов 4-1, параллельно которым подключены балансировочные резисторы 4-2 через замыкающиеся контакты 4-3 реле в блоке реле 4-4.

Зарядный преобразователь 5 состоит из регулирующего ключа 9, управляемого схемой управления 10, вольтодобавочного узла, выполненного на транвформаторе 15, транзисторах 16 и выпрямителя на диодах 17.

Разрядный преобразователь 6 состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12.

Преобразователь напряжения 3 состоит из регулирующего ключа 13, управляемого схемой управления 14, входного фильтра - конденсатор 18 и выходного фильтра на диоде 19, дросселе 20 и конденсаторе 21.

Схемы управления (10 - зарядного преобразователя 5, 12 - разрядного преобразователя 6 и 14 - преобразователя напряжения 3) выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения. Схема управления 10 зарядного преобразователя 5 дополнительно связана с измерительным шунтом 8 и нагрузкой 2, в качестве обратных связей по величине зарядного тока и напряжения нагрузки соответственно.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторная батарея 4 работает в основном в режиме хранения и периодических подзарядов от солнечной батареи 1 через зарядный преобразователь 5. Такой режим работы позволяет содержать ее в постоянной готовности для прохождения теневых участков орбиты или на случай потери ориентации солнечной батареи ИСЗ на Солнце.

Питание нагрузки 2 осуществляется при этом от солнечной батареи 1 через преобразователь напряжения 3.

При прохождении теневых участков орбиты либо при нарушении ориентации нагрузка 2 питается от аккумуляторной батареи 4 через разрядный преобразователь 6.

Устройство контроля аккумуляторов 7 контролирует напряжение аккумуляторов и передает информацию об их состоянии в нагрузку 2 (бортовую ЭВМ), в которой реализуются следующие технологические операции.

1. Обрабатываются данные по текущему значению напряжения аккумуляторов 4-1, оценивается текущая емкость аккумуляторов и разница в текущей емкости (напряжениях) аккумуляторов относительно аккумулятора, имеющего наименьшее напряжение. Рассчитываются периоды времени, необходимые для устранения разбалансов путем разряда аккумуляторов на балансировочные резисторы 4-2.

2. После начала заряда аккумуляторной батареи через расчетное время к аккумуляторам 4-1 с напряжением, превышающим наименьшее напряжение, подключаются балансировочные резисторы 4-2 (посредством замыкания соответствующих контактов 4-3 реле блока реле 4-4). Тем самым к окончанию заряда происходит выравнивание напряжений аккумуляторов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить эффективность использования и упростить эксплуатацию литий-ионной аккумуляторной батареи, в частности, при эксплуатации ее в автономных системах электропитания искусственного спутника Земли.

Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов и отключении заряда по достижении напряжением любого из аккумуляторов заданного максимального значения, отличающийся тем, что при проведении заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами, с контролем напряжения аккумуляторов и ограничением заряда по достижении напряжения любого из аккумуляторов заданного максимального значения, при включении заряда выбирают аккумулятор с наименьшим текущим напряжением UMIN, исходя из него рассчитывают общее время включения заряда ТОБЩ до его максимальной величины U, а к остальным аккумуляторам в процессе заряда подключаются балансировочные резисторы на время, индивидуальное для каждого аккумулятора исходя из соотношения:

где UMIN - наименьшее текущее напряжение аккумулятора в аккумуляторной батарее, В;

Ui - напряжение i-того аккумулятора из числа оставшихся, В;

a - скорость заряда аккумулятора без подключенного балансировочного резистора В/ч;

b - скорость заряда аккумулятора с подключенным балансировочным резистором В/ч;

ТОБЩ - длительность заряда аккумулятора с наименьшим напряжением, ч;

Т1 - длительность заряда i-аккумулятора без подключенного балансировочного резистора, ч;

Т2 - длительность заряда i-аккумулятора с подключенным балансировочным резистором, ч.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение надежной и оперативной подзарядки мобильного устройства пользователя.

Объектом изобретения является зарядный узел, содержащий подвижный аппарат и зарядную базу (20), имеющую форму, соответствующую форме подвижного аппарата, и выполненную с возможностью установки на ней подвижного аппарата и предназначенную для зарядки батареи подвижного аппарата, содержащего по меньшей мере одно колесо (50, 51, 52), при этом база (200) выполнена с возможностью подключения к электрическому источнику, отличающийся тем, что база (200) содержит приемную поверхность (210) и цокольную плоскость (220), предназначенную для размещения на опорной плоскости (230), при этом приемная поверхность (210) и цокольная плоскость (220) базы (200) образуют острый угол (240), полусферическую полость (250), выполненную в виде выемки в приемной поверхности (210) и предназначенную для размещения в ней упомянутого по меньшей мере одного колеса (50, 51, 52), по меньшей мере один электрический соединитель (260), расположенный таким образом, чтобы обеспечивать соединение базы (200) с батареей во время опускания упомянутого по меньшей мере одного колеса (50, 51, 52) в полусферическую полость (250).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству и способу поддержания рабочей температуры батареи, и может найти применение в области бортовых устройств, установленных на транспортных средствах, в частности, для работы этих устройств в интервале температур от -40 °С до +85 °С.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Электромобиль содержит тяговый электродвигатель, тиристорные вентили, потенциометрический пульт управления, карданный вал, мост с дифференциальным механизмом, полуоси, колеса, рулевое управление и тормоза.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение КПД при бесконтактной передаче мощности.

Использование – в области электротехники. Технический результат – обеспечение эффективного регулирования электрической сети.

Использование – в области электротехники. Технический результат - упрощение процесса монтажа устройства на провод ВЛ, а также обеспечение возможности передвижения вдоль него.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение возможности зарядки нескольких мобильных устройств с ограничением доступа к ним.

Изобретение относится к зарядке аккумуляторов электротранспортного средства. Система для обмена энергией с электротранспортным средством содержит станцию обмена энергией, порты для обмена энергией и данными с транспортным средством, порты для обмена данными с устройством обработки данных.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение точности позиционирования мобильного устройства на базовой станции.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Схема (20) аккумулирования энергии включает в себя понижающий преобразователь (5), дроссельное устройство (4), накопитель (9) энергии и повышающий преобразователь (11).

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение надежной и оперативной подзарядки мобильного устройства пользователя.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Способ управления работой электрического питания транспортного средства с электрическим двигателем заключается в том, что с помощью блока обработки обнаруживают аномалии в работе по меньшей мере одного неисправного модуля, управляют блоком обработки так, чтобы силовой контроллер понижал максимальную мощность, выдаваемую модулями, и электрически отключают каждый неисправный модуль после понижения максимальной мощности.

Предложен способ и устройство для зарядки конденсатора большой емкости, способного сохранять энергию, применяемого, например, для приведения в действие электромагнитов в скважинных инструментах.
Изобретение относится к области электротехники и направлено на повышение эффективности работы аккумулятора и увеличение ресурса его работы за счет применения в качестве нагревательного элемента управляющего электрода, при помощи которого поддерживаются заданные выходные параметры аккумулятора, а при низкой температуре нагревается непосредственно электролит, что приводит к сокращению времени подготовки аккумулятора к его использованию.

Использование – в области электротехники. Технический результат – оптимизация управления гибридной системой аккумулирования энергии.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в обеспечении быстрой и точной процедуры поиска местоположений приемников мощности и в обеспечении возможности одновременной зарядки нескольких приемников с использованием мультифокусировки микроволн.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в медной промышленности. Техническим результатом является обеспечение процесса наложения переменного тока на постоянный ток для электровыделения и электрорафинирования меди в промышленных аккумуляторных процессах.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение конфигурируемой фазы ожидания приемника электроэнергии поддержанием заряда батареи или обеспечением быстрой инициализации фазы передачи электроэнергии.

Изобретение относится к электропитанию транспортных средств. В способе десульфатации основного аккумулятора бортовой системы электропитания транспортного средства заряжают и десульфатируют основной аккумулятор во время работы двигателя и продолжают заряжать и десульфатировать основной аккумулятор от вспомогательного аккумулятора, связанного с основным аккумулятором, когда двигатель не работает.

Группа изобретений относится к аккумуляторам для транспортных средств с питанием от собственных источников. Способ регулирования работы металло-воздушной батареи заключается в том, что регулируют по меньшей мере один из следующих параметров: электрический ток, вырабатываемый батареей, температура батареи, температура электролита и напряжение, вырабатываемое батареей.

Использование: в области электротехники. Техническим результатом является повышение эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при длительной ее эксплуатации. Согласно способу при проведении заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами, с контролем напряжения аккумуляторов и ограничением заряда по достижении напряжения любого из аккумуляторов заданного максимального значения, при включении заряда выбирают аккумулятор с наименьшим текущим напряжением UMIN, исходя из него рассчитывают общее время включения заряда ТОБЩ до его максимальной величины U, а к остальным аккумуляторам в процессе заряда подключаются балансировочные резисторы на время, индивидуальное для каждого аккумулятора. 1 ил.

Наверх