EA038925B1 - Battery - Google Patents

Battery Download PDF

Info

Publication number
EA038925B1
EA038925B1 EA202000333A EA202000333A EA038925B1 EA 038925 B1 EA038925 B1 EA 038925B1 EA 202000333 A EA202000333 A EA 202000333A EA 202000333 A EA202000333 A EA 202000333A EA 038925 B1 EA038925 B1 EA 038925B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
battery
module
modules
ece
power
Prior art date
Application number
EA202000333A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA202000333A1 (en
Inventor
Юрий Александрович Шихов
Илья Анатольевич Голубев
Original Assignee
Юрий Александрович Шихов
Илья Анатольевич Голубев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Александрович Шихов, Илья Анатольевич Голубев filed Critical Юрий Александрович Шихов
Priority to EA202000333A priority Critical patent/EA038925B1/en
Publication of EA202000333A1 publication Critical patent/EA202000333A1/en
Publication of EA038925B1 publication Critical patent/EA038925B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

The claimed invention relates to devices for servicing and maintaining secondary elements and can be used for electrical power supply to various electrical power plants. The technical result obtained in this claimed invention is improving the performance characteristics of the battery. In particular, the technical result of the claimed battery is the fact that, in case of failure of one or several modules, the battery continues to operate in normal mode. The technical result obtained in the claimed battery is also the increase in the number of discharging/charging cycles of the battery by 50% and, consequently, the extension of the battery life cycle up to the moment when its electrical capacity reduces to the minimum allowable value. Moreover, an unexpected technical result obtained in the claimed battery is additional increase in discharging/charging cycles of the battery by 8-10% if compared to the battery comprising only one module, containing all ESEs. The technical result is achieved by the fact that the battery contains multiple modules, each of them comprising a unit of energy storage elements (ESE), a measuring unit interacting with the ESE unit, a module control diagram (MCD) connected to the measuring unit, a battery control diagram (BCD) connected to the MCD, the first and the second power keys; at this time, the ESEs are interconnected as per serial-parallel circuit; moreover, the first power key connects the module positive power output with the ESE unit positive output, and the second power key connects the positive and the negative power outputs of the module; at this time, the negative output of the ESE unit is connected to the module negative power output; moreover, all modules are serially connected using their power outputs, and MCDs of all modules are unified using a serial digital interface. The technical result is achieved also due the fact that the number of modules Nmod is directly proportional to the mean thermodynamic temperature of one module with additive correction to the ratio of electrical capacity of one ESE as a part of the battery and the battery itself; Nmod=(0.03-0.1)T+Eese/Ebat, T is a mean thermodynamic temperature of one module in Kelvin degrees; Ebat and Eese are electrical capacities of the battery and of one ESE as part of the battery, respectively. The technical result is achieved also due the fact that rated voltage of one module is proportional to the maximum allowable temperature of one ESE as a part of the battery, to the battery voltage, and inversely proportional to the number of modules; Vmod=(0.022-0.044)TmaxVbat/Nmod, where Tmax is the maximum allowable temperature of one ESE as a part of the battery; Vbat is a rated voltage of the battery; Nmod is a number of modules as a part of the battery.

Description

Область техники изобретенияField of the invention

Заявленное изобретение относится к устройствам для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии вторичных элементов и может быть использовано для подачи электрической энергии на различные электрические силовые установки.The claimed invention relates to devices for maintenance and maintenance of secondary elements and can be used to supply electrical energy to various electrical power plants.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the prior art

Известна, выбранная в качестве ближайшего аналога батарея для хранения энергии, содержащая множество модулей, каждый из которых содержит блок элементов хранения энергии (ЭХЭ), блок измерителей, взаимодействующий с блоком ЭХЭ, первый и второй силовые ключи, при этом ЭХЭ соединены между собой по последовательно-параллельной схеме, кроме того, первый силовой ключ соединяет положительный силовой вывод модуля и положительный вывод блока ЭХЭ, а второй силовой ключ соединяет положительный и отрицательный силовой выводы модуля, при этом отрицательный вывод блока ЭХЭ соединен с отрицательным силовым выводом модуля, кроме того, все модули соединены последовательно между собой посредством своих силовых выводов, блоки измерителей всех модулей соединены с общей схемой управления батареей (СУБ), которая также соединена с первым и вторым силовыми ключами всех модулей для управления ими (ключами) на основании сигналов блоков измерителей (публикация FR2976737B1, кл. МПК НО1М 10/42, опубл. 19.07.2012).It is known that a battery for energy storage, selected as the closest analogue, contains many modules, each of which contains a block of energy storage elements (ECE), a meter unit interacting with the ECE unit, the first and second power switches, while the ECE are connected in series -a parallel circuit, in addition, the first power switch connects the positive power output of the module and the positive output of the ECE unit, and the second power switch connects the positive and negative power outputs of the module, while the negative output of the ECE unit is connected to the negative power output of the module, in addition, all the modules are connected in series with each other through their power terminals, the meter units of all modules are connected to a common battery management circuit (BMS), which is also connected to the first and second power keys of all modules to control them (keys) based on the signals of the meter units (publication FR2976737B1, class MPK NO1M 10/42, publ. 19.07.2012).

Основным недостатком известной батареи является то, что при выходе из строя СУБ работа батареи прекращается, а СУБ приходится менять. Это особенно опасно, если батарея питает электрической энергией силовые установки воздушных или водных транспортных средств. Так же недостатком известной батареи является то, что в ней ЭХЭ делятся на модули в зависимости от геометрических размеров мест размещения модулей, что часто приводит к снижению количества циклов повторной зарядки и разрядки ЭХЭ до 50%, жизненный цикл батареи существенно снижается, после чего ЭХЭ подлежат замене.The main disadvantage of the known battery is that when the SCC fails, the battery stops working, and the SCC has to be changed. This is especially dangerous if the battery supplies electrical energy to the propulsion systems of air or water vehicles. Also, the disadvantage of the known battery is that ECHE in it is divided into modules depending on the geometric dimensions of the module placement, which often leads to a decrease in the number of recharge and discharge cycles of ECHE to 50%, the battery life cycle is significantly reduced, after which ECHE are subject to replacement.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

Техническим результатом, который получен в заявленном изобретении, является улучшение эксплуатационных характеристик батареи. Более конкретно, техническим результатом заявленной батареи является то, что при выходе из строя одного или нескольких модулей, батарея продолжает функционировать в обычном режиме. Так же техническим результатом, полученным в заявленной батарее, является увеличение количества циклов разрядки и зарядки батареи на 50% и, следовательно, увеличение жизненного цикла батареи, до момента, когда ее электрическая емкость снижается до минимально допустимой величины. Кроме того, неожиданным техническим результатом, который был получен в заявленной батарее, является дополнительное увеличение циклов зарядки и разрядки батареи на 8- 0% по сравнению с батареей состоящей только из одного модуля, содержащего все ЭХЭ.The technical result, which is obtained in the claimed invention, is to improve the performance of the battery. More specifically, the technical result of the claimed battery is that in the event of failure of one or more modules, the battery continues to function normally. Also, the technical result obtained in the claimed battery is an increase in the number of discharging and charging cycles of the battery by 50% and, consequently, an increase in the life cycle of the battery, until the moment when its electrical capacity decreases to the minimum permissible value. In addition, an unexpected technical result, which was obtained in the claimed battery, is an additional increase in the charge and discharge cycles of the battery by 8-0% compared to a battery consisting of only one module containing all ECE.

Технический результат достигается тем, что в батарее, содержащей множество модулей, каждый из которых содержит блок элементов хранения энергии (ЭХЭ), блок измерителей, взаимодействующий с блоком ЭХЭ, схему управления модулем (СУМ), соединенную с блоком измерителей, схему управления батареей (СУБ), соединенную с СУМ, первый и второй силовые ключи, при этом ЭХЭ соединены между собой по последовательно-параллельной схеме, кроме того, первый силовой ключ соединяет положительный силовой вывод модуля и положительный вывод блока ЭХЭ, а второй силовой ключ соединяет положительный и отрицательный силовой выводы модуля, при этом отрицательный вывод блока ЭХЭ соединен с отрицательным силовым выводом модуля, кроме того, все модули соединены последовательно между собой посредством своих силовых выводов, так же СУМ всех модулей объединены общим последовательным цифровым интерфейсом.The technical result is achieved by the fact that in a battery containing a plurality of modules, each of which contains a block of energy storage elements (ECE), a meter unit interacting with an ECE unit, a module control circuit (MSA) connected to a meter unit, a battery control circuit (SMS ), connected to the SUM, the first and second power switches, while the EChE are connected to each other in a series-parallel scheme, in addition, the first power switch connects the positive power output of the module and the positive output of the ECE unit, and the second power switch connects the positive and negative power module outputs, while the negative output of the ECE unit is connected to the negative power output of the module, in addition, all modules are connected in series with each other through their power outputs, and the SUM of all modules are united by a common serial digital interface.

А также тем, что количество модулей N мод прямо пропорционально средней термодинамической температуре одного модуля с аддитивной поправкой на соотношение электрической емкости одного ЭХЭ в составе батареи и самой батареи, Nмод=(0,03-0,1)χТ+Еэхэ/Ебат, Т - средняя термодинамическая температура одного модуля в градусах Кельвина, Ебат и Еэхэ - электрические емкости батареи и одного ЭХЭ в составе батареи соответственно.And also by the fact that the number of modules N modes is directly proportional to the average thermodynamic temperature of one module with an additive correction for the ratio of the electric capacity of one ECE in the battery and the battery itself, Nmod = (0.03-0.1) χT + Eehe / Ebat, T - the average thermodynamic temperature of one module in degrees Kelvin, Ebat and Eehe - electric capacities of the battery and one ECHE in the battery, respectively.

А также тем, что номинальное напряжение одного модуля пропорционально максимальной допустимой температуре одного ЭХЭ в составе батареи, напряжению батареи и обратно пропорционально количеству модулей, Vмод=(0,022-0,044)χТмаксχVбат/Nмод, где Тмакс - максимальная допустимая температура одного ЭХЭ в составе батареи, Vбат - номинальное напряжение батареи, Nмод - количество модулей в составе батареи.And also by the fact that the rated voltage of one module is proportional to the maximum allowable temperature of one ECE in the battery, battery voltage and inversely proportional to the number of modules, Vmod = (0.022-0.044) χТmaxχVbat / Nmod, where Tmax is the maximum allowable temperature of one ECE in the battery, Vbat is the nominal voltage of the battery, Nmod is the number of modules in the battery.

Описание чертежейDescription of drawings

Заявленное изобретение поясняется посредством схем, показанных на фиг. 1-12.The claimed invention is illustrated by means of the diagrams shown in FIG. 1-12.

На фиг. 1 показана структурная схема батареи.FIG. 1 shows a block diagram of a battery.

На фиг. 2 показан вариант соединения элементов хранения энергии в составе батареи.FIG. 2 shows a variant of the connection of energy storage elements as part of a battery.

На фиг. 3 показан другой вариант соединения элементов хранения энергии в составе батареи.FIG. 3 shows another variant of the connection of the energy storage elements in the composition of the battery.

На фиг. 4 показаны две конфигурации батареи.FIG. 4 shows two battery configurations.

На фиг. 5 показаны элементы хранения энергии с различным уровнем заряда.FIG. 5 shows energy storage elements with different charge levels.

На фиг. 6 показано циклическое изменение во времени динамической конфигурации батареи.FIG. 6 shows the cyclic change over time of the dynamic configuration of the battery.

На фиг. 7 показано циклическое изменение во времени динамической конфигурации батареи в про- 1 038925 цессе зарядки.FIG. 7 shows the cyclic change over time of the dynamic configuration of the battery during the charging process.

На фиг. 8 показано циклическое изменение в процессе разрядки динамической конфигурации батареи.FIG. 8 shows the cyclic change during discharge of the dynamic configuration of the battery.

На фиг. 9 показано циклическое изменение в процессе разрядки динамической конфигурации батареи.FIG. 9 shows the cyclic change during discharge of the dynamic configuration of the battery.

На фиг. 10 показано циклическое изменение в процессе зарядки динамической конфигурации полностью разряженной батареи.FIG. 10 shows the cycling during charging of the dynamic configuration of a fully discharged battery.

На фиг. 11. показана батарея с управляющими силовыми ключами.FIG. 11. shows a battery with control power switches.

На фиг. 12 показана более детализированная структура батареи.FIG. 12 shows a more detailed structure of the battery.

При этом на фиг. 1-12 приняты следующие обозначения:In this case, in FIG. 1-12 the following designations are adopted:

модуль 1;module 1;

элемент хранения энергии (ЭХЭ) 2;energy storage element (ECE) 2;

датчик 3 тока;current sensor 3;

датчик 4 напряжения;voltage sensor 4;

датчик 5 температуры;temperature sensor 5;

схема управления модулем (СУМ) 6;module control circuit (SUM) 6;

схема управления батареей (СУБ) 7;battery management circuit (SCC) 7;

первый силовой ключ 8;the first power switch 8;

второй силовой ключ 9;the second power switch 9;

положительный силовой вывод 10 модуля;positive power terminal 10 of the module;

отрицательный силовой вывод 11 модуля;negative power output 11 of the module;

корпус 12 модуля;module case 12;

последовательный цифровой интерфейс 13;serial digital interface 13;

проводники 14, по которым протекает электрический ток;conductors 14 through which electric current flows;

проводники 15, по которым не протекает электрический ток;conductors 15 through which no electric current flows;

последовательно-параллельная сборка 16 из ЭХЭ 2;series-parallel assembly 16 from ECHE 2;

линии 17 связи;communication lines 17;

полностью разряженный ЭХЭ 18;fully discharged ECHE 18;

полностью заряженный ЭХЭ 19;fully charged ECHE 19;

частично заряженный ЭХЭ 20;partially charged ECHE 20;

полностью разряженный ЭХЭ 21, ранее прошедший некоторое количество циклов зарядки и разрядки;completely discharged ECHE 21, which has previously passed a certain number of charging and discharging cycles;

частично заряженный ЭХЭ 22, ранее прошедший некоторое количество циклов зарядки и разрядки;partially charged ECHE 22, which has previously gone through a number of charging and discharging cycles;

неисправный или глубоко изношенный ЭХЭ 23;faulty or deeply worn out ECHE 23;

ЭХЭ 24, имеющий пониженный начальный уровень заряда;ECHE 24, having a reduced initial charge level;

положительная клемма 25 батареи;positive terminal 25 of the battery;

схема 26 внутренней балансировки;internal balancing circuit 26;

отрицательная клемма 27 батареи.negative terminal 27 of the battery.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Заявленная батарея содержит множество модулей 1, каждый из которых содержит блок ЭХЭ 2, блок измерителей, взаимодействующий с блоком ЭХЭ 2, СУМ 6, соединенную с блоком измерителей, СУБ 7, соединенную с СУМ 6, первый силовой ключ 8 и второй силовой ключ 9. Все соединения выполнены посредством токопроводящих элементов, например проводников 14,15 и линий 17 связи.The claimed battery contains a plurality of modules 1, each of which contains an ECE unit 2, a meter unit interacting with an ECE unit 2, a SUM 6 connected to a meter unit, a SCC 7 connected to an SUM 6, a first power switch 8 and a second power switch 9. All connections are made by means of conductive elements, such as conductors 14,15 and communication lines 17.

Каждый ЭХЭ 2 может быть выполнен как элементы 70Ah LFP prismatic cell производства компании Yinlong, или LTO66160F 35Ah того же производителя, или LTO66160F 45Ah того же производителя. Причем блок ЭХЭ 2 внутри модуля 1 включает множество ЭХЭ 2, соединенных между собой.Each ECHE 2 can be made as elements 70Ah LFP prismatic cell manufactured by Yinlong, or LTO66160F 35Ah from the same manufacturer, or LTO66160F 45Ah from the same manufacturer. Moreover, the ECE unit 2 inside the module 1 includes a plurality of ECE 2 interconnected.

На фиг. 2 приведена общеизвестная и широко применяемая схема последовательного включения ЭХЭ 2 в составе батареи.FIG. 2 shows a well-known and widely used scheme of sequential connection of ECHE 2 as part of a battery.

На фиг. 3. приведена схема последовательного включения ЭХЭ 2 в составе батареи, дополненная управляемыми силовыми ключами 8 и 9, с помощью которых можно изменять конфигурацию батареи.FIG. 3. shows a diagram of sequential switching of ECHE 2 as part of a battery, supplemented by controlled power switches 8 and 9, with which it is possible to change the configuration of the battery.

На фиг. 4 приведены две различные конфигурации одной батареи. Конфигурации различаются положениями управляющих силовых ключей 8 и 9. Толстыми линиями показаны проводники 14 и ЭХЭ 2, по которым протекает ток батареи. Проводники 15 без тока показаны тонкими линиями.FIG. 4 shows two different configurations of one battery. The configurations differ in the positions of the control power switches 8 and 9. The thick lines show the conductors 14 and ECHE 2, through which the battery current flows. Conductors 15 without current are shown with thin lines.

Для достижения заявленного технического результата наиболее предпочтительной является блок ЭХЭ 2, соединенных между собой по последовательно-параллельной схеме. Схема соединения, включающая как параллельное соединение всех ЭХЭ 2, так и последовательное соединение позволяет задействовать каждый ЭХЭ 2 в процессе отдачи электроэнергии потребителю.To achieve the claimed technical result, the most preferable unit is ECHE 2, connected to each other in a series-parallel scheme. A connection diagram that includes both a parallel connection of all ECHE 2 and a serial connection allows each ECHE 2 to be used in the process of delivering electricity to the consumer.

На фиг. 11 показана батарея с управляющими силовыми ключами 8 и 9, где вместо отдельных ЭХЭ 2 применены последовательно-параллельные сборки 16 из ЭХЭ 2. По сравнению с ранее рассмотренными и показанными на фиг. 2-4 такая батарея может иметь более высокое напряжения, так как в ней применено больше последовательных ЭХЭ 2, больший рабочий ток благодаря параллельному включению ЭХЭ 2 и большую емкость, доступную для потребителя. Способ управления такой батареей аналогиченFIG. 11 shows a battery with control power switches 8 and 9, where, instead of separate ECE 2, series-parallel assemblies 16 of ECE 2 are used. In comparison with those previously discussed and shown in FIG. 2-4, such a battery can have a higher voltage, since it uses more series ECE 2, a higher operating current due to the parallel connection of ECE 2 and a larger capacity available to the consumer. The way to manage such a battery is the same as

- 2 038925 ранее рассмотренным способам управления батареей составленной из отдельных элементов.- 2,038,925 previously discussed methods of managing a battery composed of individual cells.

СУМ 6 и СУБ 7 могут быть выполнены в виде процессора или микроконтроллераSUM 6 and SMS 7 can be made in the form of a processor or microcontroller

MSP430FR2111IRLLR производства компании Texas Instruments или MSP430FR2355TRHAR того же производителя.MSP430FR2111IRLLR from Texas Instruments or MSP430FR2355TRHAR from the same manufacturer.

Первый силовой ключ 8 и второй силовой ключ 9 являются транзисторами MOSFET с каналом nтипа, например NVMTS0D4N04C производства компании ON semiconductor, или DCTN550N055T2 производства компании DOS, которые приводятся в действие по сигналу от СУМ посредством драйвера верхнего и нижнего ключа типа NCP81151B производства компании ON semiconductor.The first power switch 8 and the second power switch 9 are n-channel type MOSFETs, such as ON semiconductor's NVMTS0D4N04C or DOS's DCTN550N055T2, which are driven by a signal from the SUM using an NCP81151B-type high and low switch driver from ON semiconductor.

Первый силовой ключ 8 соединяет положительный силовой вывод 10 модуля и положительный вывод блока ЭХЭ 2, а второй силовой ключ 9 соединяет положительный силовой вывод 10 и отрицательный силовой вывод 11 модуля. При этом отрицательный вывод блока ЭХЭ 2 соединен с отрицательным силовым выводом 11 модуля. Силовые выводы 10 и 11 модуля выполнены в виде клемм. Под положительным и отрицательным выводами блока ЭХЭ 2 понимаются электрические проводники, с которыми соединены соответственно все положительные и отрицательные выводы каждого ЭХЭ 2, входящего в состав модуля 1.The first power switch 8 connects the positive power output 10 of the module and the positive output of the ECE unit 2, and the second power switch 9 connects the positive power output 10 and the negative power output 11 of the module. In this case, the negative terminal of the ECE unit 2 is connected to the negative power terminal 11 of the module. Power outputs 10 and 11 of the module are made in the form of terminals. The positive and negative terminals of the ECHE 2 unit are understood to be the electrical conductors to which, respectively, all the positive and negative terminals of each ECHE 2, which is part of the module 1, are connected.

Блок ЭХЭ 2, блок измерителей, СУМ 6, СУБ 7, первый силовой ключ 8 и второй силовой ключ 9 размещены в одном общем корпусе 12, выполненном, предпочтительно, из углепластика, а силовые выводы 10 и 11 модуля располагаются на его поверхности.Block EKhE 2, block of meters, SUM 6, SUB 7, the first power switch 8 and the second power switch 9 are located in one common housing 12, preferably made of carbon fiber, and the power terminals 10 and 11 of the module are located on its surface.

Для объединения всех модулей 1 в единую батарею все модули 1 соединены последовательно между собой посредством своих силовых выводов 10 и 11.To combine all modules 1 into a single battery, all modules 1 are connected in series with each other through their power pins 10 and 11.

СУМ 6 всех модулей объединены общим последовательным цифровым интерфейсом 13.SUM 6 of all modules are united by a common serial digital interface 13.

Блок измерителей каждого модуля 1 может включать множество различных измерителей, характеризующих состояние, уровень заряда и степень работоспособности ЭХЭ 2. В качестве примера, не ограничивающего набор измерителей, можно использовать соединенные с СУМ 6 датчик 3 тока, датчик 4 напряжения и датчик 5 температуры. В блоке измерителей, как правило, достаточно одного датчика 3 тока, измеряющего силу тока всех ЭХЭ 2 блока ЭХЭ 2 и установленного в цепи между силовыми ключами 8 и 9. Датчики 4 напряжения могут быть установлены на выходах групп ЭХЭ 2. Датчики 5 температуры могут быть установлены на поверхности каждого ЭХЭ 2 или только на некоторых выбранных ЭХЭ 2. В состав блока измерителей так же могут быть включены индикаторы обрыва цепи, измерители сопротивления изоляции и другие измерители.The meter block of each module 1 can include many different meters characterizing the state, charge level and degree of efficiency of ECE 2. As an example, not limiting the set of meters, you can use the current sensor 3, voltage sensor 4 and temperature sensor 5 connected to the SUM 6. In the metering unit, as a rule, one current sensor 3 is sufficient, which measures the current strength of all ECE 2 of ECE 2 and installed in the circuit between power switches 8 and 9. Voltage sensors 4 can be installed at the outputs of ECE 2 groups. Temperature sensors 5 can be installed on the surface of each ECHE 2 or only on some selected ECHE 2. The meter unit can also include open circuit indicators, insulation resistance meters and other meters.

При создании и испытаниях батареи, созданной в соответствии с данным изобретением, было неожиданно обнаружено, что количество циклов повторной зарядки и разрядки ЭХЭ 2, при снижении их емкости до минимального допустимого уровня, зависит от средней термодинамической температуры Т одного модуля 1 в составе батареи. При этом было определено, что значение средней термодинамической температуры Т одного модуля 1 в процессе работы батареи, при которой количество циклов зарядки и разрядки ЭХЭ 2 будет иметь наибольшее значение, зависит от количества ЭХЭ 2 в одном модуле 1 и, следовательно, от количества модулей 1 в составе батареи.When creating and testing a battery created in accordance with this invention, it was unexpectedly found that the number of recharge and discharge cycles of ECE 2, when their capacity decreases to the minimum allowable level, depends on the average thermodynamic temperature T of one module 1 in the battery. At the same time, it was determined that the value of the average thermodynamic temperature T of one module 1 during battery operation, at which the number of charging and discharging cycles of ECE 2 will have the greatest value, depends on the number of ECE 2 in one module 1 and, therefore, on the number of modules 1 as part of the battery.

Исходя из вышесказанного, было определено, что количество модулей 1N мод в батарее прямо пропорционально средней термодинамической температуре одного модуля 1 с аддитивной поправкой на соотношение электрической емкости одного ЭХЭ 2 в составе батареи и самой батареи, Nмод=(0,03-0,1)χТ+Еэхэ/Ебат, Т - средняя термодинамическая температура одного модуля 1 в градусах Кельвина, Ебат и Еэхэ - электрические емкости батареи и элемента в составе батареи соответственно. При этом коэффициент пропорциональности k1=0,03-0,l был определен экспериментальным путем. Аддитивная поправка на соотношение электрической емкости одного ЭХЭ 2 в составе батареи и самой батареи введена для того, что бы учесть изменение параметров при создании батареи с фиксированной емкостью из разного количества элементов разной емкости.Based on the foregoing, it was determined that the number of 1N mod modules in the battery is directly proportional to the average thermodynamic temperature of one module 1 with an additive correction for the ratio of the electric capacity of one ECE 2 in the battery and the battery itself, Nmod = (0.03-0.1) χT + Eehe / Ebat, T is the average thermodynamic temperature of one module 1 in degrees Kelvin, Ebat and Eehe are the electric capacities of the battery and the cell in the battery, respectively. In this case, the proportionality coefficient k1 = 0.03-0, l was determined experimentally. An additive correction for the ratio of the electric capacity of one ECHE 2 in the composition of the battery and the battery itself was introduced in order to take into account the change in parameters when creating a battery with a fixed capacity from a different number of cells of different capacities.

В данном описании под средней термодинамической температурой одного модуля 1 понимается средняя температура процесса теплообмена между всеми ЭХЭ 2 в составе одного модуля 1 и окружающей указанные ЭХЭ 2 средой, измеряемая посредством датчиков 5 температуры на всех ЭХЭ 2 одного модуля 1 в период работы данного модуля 1. Процесс считается стационарным. Параметры зарядки и разрядки соответствуют указанным производителем. В частности, для элемента LTO66160F 35 Ah ток зарядки и разрядки равен 35 А. Минимальное и максимальное напряжение составляют 1,5 и 2,8 В, соответственно.In this description, the average thermodynamic temperature of one module 1 is understood as the average temperature of the heat exchange process between all ECE 2 as part of one module 1 and the environment surrounding the specified ECE 2, measured by means of temperature sensors 5 on all ECE 2 of one module 1 during the operation of this module 1. The process is considered stationary. Charging and discharging parameters are as specified by the manufacturer. In particular, for the LTO66160F 35 Ah cell, the charging and discharging current is 35 A. The minimum and maximum voltages are 1.5 and 2.8 V, respectively.

Причем, если упомянутый коэффициент пропорциональности k1 менее чем 0,03, то рабочее напряжение каждого модуля 1 оказывается настолько большим, что коммутационный процесс внутри батареи, в процессе ее разрядки, приводит к досрочному прерыванию процесса разрядки, и, следовательно, снижению эффективной электрической емкости батареи доступной потребителю.Moreover, if the aforementioned proportionality coefficient k1 is less than 0.03, then the operating voltage of each module 1 turns out to be so high that the switching process inside the battery, during its discharge, leads to an early interruption of the discharge process, and, consequently, to a decrease in the effective electric capacity of the battery available to the consumer.

Причем, если упомянутый коэффициент пропорциональности k1 более чем 0,1, то количество модулей 1 в составе батареи становится настолько большим, что элементы управления, силовые ключи 8 и 9, СУМ 6, СУБ 7, установленные в каждом модуле, потребляют и рассеивают существенную мощность батареи, при этом эффективная емкость батареи, доступная пользователю, снижается.Moreover, if the aforementioned proportionality coefficient k1 is more than 0.1, then the number of modules 1 in the battery becomes so large that the control elements, power switches 8 and 9, SUM 6, SCC 7 installed in each module consume and dissipate significant power batteries, and the effective battery capacity available to the user is reduced.

Также, исходя из вышесказанного, экспериментальным путем было определено, что номинальноеAlso, based on the above, it was experimentally determined that the nominal

- 3 038925 напряжение одного модуля 1 пропорционально максимальной допустимой температуре Тмакс одного- 3 038925 the voltage of one module 1 is proportional to the maximum permissible temperature Tmax of one

ЭХЭ 2 в составе батареи, номинальному напряжению Vбат батареи и обратно пропорционально количеству модулей 1 Кмод, Vмод=(0,022-0,044)χТмаксχVбат/Nмод. При этом коэффициент пропорциональности k2=0,22-0,44 был определен экспериментальным путем.ECHE 2 as part of a battery, nominal voltage Vbat of the battery and inversely proportional to the number of modules 1 Kmod, Vmod = (0.022-0.044) χTmax χVbat / Nmod. In this case, the proportionality coefficient k2 = 0.22-0.44 was determined experimentally.

Причем, если упомянутый коэффициент пропорциональности k2 менее чем 0,22, то номинальное напряжение на модуле 1 оказывается настолько низким, что возникают энергетические потери на силовых ключах 8 и 9 в составе данного модуля 1.Moreover, if the mentioned proportionality coefficient k2 is less than 0.22, then the nominal voltage on module 1 turns out to be so low that energy losses occur on power switches 8 and 9 as part of this module 1.

Причем, если упомянутый коэффициент пропорциональности k2 более чем 0,44, то номинальное напряжение в модуле 1 становится настолько высоким, что вызывает ступенчатый характер регулирования и стабилизации напряжения в батарее в процессе разрядки.Moreover, if the aforementioned proportionality coefficient k2 is more than 0.44, then the nominal voltage in module 1 becomes so high that it causes a stepwise character of regulation and stabilization of the voltage in the battery during the discharge process.

На фиг. 12 представлена более детализированная структура батареи, где вместо отдельных ЭХЭ 2 применены сборки ЭХЭ 2 и каждая сборка конструктивно размещена в отдельном модуле 1. Кроме собственно сборки ЭХЭ 2 в каждый модуль 1 входят силовые ключи 8 и 9 и схемы управления ключами. Дополнительно в модуль может входить схема 26 внутренней балансировки, которая обеспечивает балансировку ЭХЭ 2 в пределах модуля 1. В то время как балансировку энергии между модулями 1 обеспечивает СУБ 7 посредством управления силовыми ключами 8 и 9. В состав батареи входит два и более идентичных модулей 1, один из которых, после соединения, становится главным и управляет поведением батареи в целом. Модули 1 соединяются последовательно с помощью силовых выводов 10 и 11 и присоединяются к клеммам батареи 25 и 27. Кроме того соединяются последовательные цифровые интерфейсы 13 модулей 1, причем нисходящий интерфейс задействован только на модуле 1, который управляет всей батареей, остальные модули 1 соединены восходящими интерфейсами.FIG. 12 shows a more detailed structure of the battery, where instead of separate ECE 2 assemblies ECE 2 are used and each assembly is structurally located in a separate module 1. In addition to the assembly of ECE 2, each module 1 includes power switches 8 and 9 and key control circuits. Additionally, the module may include an internal balancing circuit 26, which provides balancing of ECHE 2 within module 1. While energy balancing between modules 1 is provided by SMS 7 by controlling power switches 8 and 9. The battery includes two or more identical modules 1 , one of which, after connection, becomes the main one and controls the behavior of the battery as a whole. Modules 1 are connected in series using power pins 10 and 11 and connected to battery terminals 25 and 27. In addition, serial digital interfaces 13 of modules 1 are connected, and the downstream interface is used only on module 1, which controls the entire battery, the remaining modules 1 are connected by upstream interfaces ...

Заявленная батарея работает следующим образом.The declared battery works as follows.

В начале работы батареи СУБ 7 одного из модулей 1 принимает на себя управление всей батареей, то есть переходит в активный режим, причем СУБ 7 остальных модулей 1 находятся в пассивном режиме. Активация СУБ 7 может осуществляться любым известным способом, например, все СУБ 7 батареи сравнивают свои ID адреса и СУБ 7 с наименьшим ID адресом переводится в активный режим.At the beginning of the battery operation, the SCC 7 of one of the modules 1 takes over the control of the entire battery, that is, it goes into the active mode, and the SCC 7 of the remaining modules 1 are in the passive mode. The SMS 7 can be activated in any known way, for example, all the SMS 7 batteries compare their ID addresses and the SMS 7 with the lowest ID address is switched to active mode.

После чего СУМ 6 каждого модуля 1 получают от измерителей (например, датчика 3 тока, датчиков 4 напряжения и датчиков 5 температуры) блока измерителей того же модуля 1 сигналы, на основании которых указанные СУМ 6 вычисляют SOH (показатель степени работоспособности блока ЭХЭ 2) и SOC (уровень зарядки блока ЭХЭ 2). Полученные значения SOH и SOC каждая СУМ 6 передает по последовательному цифровому интерфейсу 13 на СУМ 6 того модуля 1, в котором расположена СУБ 7, находящаяся в активном режиме, а указанная СУМ 6 передает SOH и SOC на СУБ 7, находящуюся в активном режиме.After that, the SUM 6 of each module 1 is received from the meters (for example, the current sensor 3, the voltage sensors 4 and the temperature sensors 5) of the meter unit of the same module 1 signals, on the basis of which the indicated SUM 6 calculate SOH (an indicator of the degree of operability of the ECE unit 2) and SOC (charge level of the EKhE 2 unit). The received SOH and SOC values are transmitted by each SUM 6 via the serial digital interface 13 to the SUM 6 of the module 1 in which the SMS 7 is located, which is in the active mode, and the specified SUM 6 transmits SOH and SOC to the SMS 7, which is in the active mode.

Причем значения SOH и SOC зависят от уровня заряда и изношенности каждого ЭХЭ 2. На фиг. 5 показаны ЭХЭ 2 с различным уровнем заряда. Полностью разряженный ЭХЭ 18, ему соответствуют параметры SOH=100%, SOC=0%. Полностью заряженный ЭХЭ 19, ему соответствуют параметры SOH=100%, SOC=100%. Частично заряженный ЭХЭ 20, ему соответствуют параметры SOH=1o0%, sOc около 50%. Полностью разряженный ЭХЭ 21, ранее прошедший некоторое количество циклов зарядки и разрядки, ему соответствуют параметры SOH менее 100%, SOC=0%. Частично заряженный ЭХЭ 22, ранее прошедший некоторое количество циклов зарядки и разрядки, ему соответствуют параметры SOH менее 100%, SOC около 50%. Неисправный или глубоко изношенный ЭХЭ 23, ему соответствует параметр SOH=0%, параметр SOC для него не определен.Moreover, the values of SOH and SOC depend on the level of charge and wear and tear of each ECE 2. FIG. 5 shows ECHE 2 with different charge levels. Fully discharged ECHE 18, parameters SOH = 100%, SOC = 0% correspond to it. Fully charged ECHE 19, it corresponds to the parameters SOH = 100%, SOC = 100%. Partially charged ECHE 20, it corresponds to the parameters SOH = 1o0%, sOc about 50%. A completely discharged ECHE 21, which has previously passed a certain number of charging and discharging cycles, corresponds to SOH parameters less than 100%, SOC = 0%. Partially charged ECHE 22, which has previously passed a number of charging and discharging cycles, corresponds to SOH parameters less than 100%, SOC about 50%. Defective or deeply worn ECHE 23, the parameter SOH = 0% corresponds to it, the SOC parameter is not defined for it.

На фиг. 6 показано изображение циклического изменения во времени динамической конфигурации батареи из четырех идентичных частично заряженных ЭХЭ 20 с целью выравнивания нагрузки на отдельные частично заряженные ЭХЭ 20 в составе батареи. Фигурной стрелкой показана последовательность изменения конфигурации.FIG. 6 shows an image of the cyclic change in time of the dynamic configuration of a battery of four identical partially charged ECE 20 in order to equalize the load on individual partially charged ECE 20 as part of the battery. The curly arrow shows the sequence of configuration changes.

На фиг. 7 показано циклическое изменение во времени динамической конфигурации батареи из пяти элементов 20 в процессе зарядки. С целью выравнивания уровней заряда, ЭХЭ 24, имеющий пониженный начальный уровень заряда, принимает заряд больше времени, чем другие ЭХЭ.FIG. 7 shows the cyclic change over time of the dynamic configuration of a battery of five cells 20 during charging. In order to equalize the charge levels, ECHE 24, having a reduced initial charge level, takes a charge longer than other ECHEs.

На фиг. 8 показано циклическое изменение в процессе разрядки динамической конфигурации батареи из пяти частично заряженных ЭХЭ 20. С целью выравнивания изначально разных уровней заряда полностью заряженный ЭХЭ 19, имеющий повышенный начальный уровень заряда, отдает заряд больше времени, чем другие ЭХЭ.FIG. 8 shows a cyclic change in the process of discharging the dynamic configuration of a battery of five partially charged ECE 20. In order to equalize initially different charge levels, a fully charged ECE 19, having an increased initial charge level, gives off charge more time than other ECEs.

На фиг. 9 показано циклическое изменение в процессе разрядки динамической конфигурации батареи из шести частично заряженных ЭХЭ 22, среди которых один неисправный или глубоко изношенный ЭХЭ 23 и один новый полностью заряженный ЭХЭ 19.FIG. 9 shows a cyclic change in the process of discharging the dynamic configuration of a battery of six partially charged ECE 22, including one faulty or deeply worn ECE 23 and one new fully charged ECE 19.

Неисправный или глубоко изношенный ЭХЭ 23 не участвует в работе батареи. Полностью заряженный ЭХЭ 19 отдает заряд больше времени, чем другие элементы. Серым прямоугольником на рисунке выделены ЭХЭ, находящиеся в не активном состоянии.Defective or deeply worn out ECHE 23 does not participate in the operation of the battery. A fully charged ECHE 19 gives off a charge more time than other elements. The gray rectangle in the figure shows ECEs that are in an inactive state.

На фиг. 10 показано циклическое изменение в процессе зарядки динамической конфигурации полностью разряженной батареи из шести не полностью разряженный ЭХЭ 21, ранее прошедший некоторое количество циклов зарядки и разрядки, среди которых один неисправный или глубоко изношенный ЭХЭFIG. 10 shows a cyclic change in the charging process of the dynamic configuration of a fully discharged battery of six incompletely discharged ECHE 21, which has previously passed a number of charging and discharging cycles, among which one is a faulty or deeply worn ECHE

- 4 038925- 4 038925

23, и один полностью разряженный ЭХЭ 18. Неисправный или глубоко изношенный ЭХЭ 23 не участвует в работе батареи. Полностью разряженный ЭХЭ 18 принимает заряд больше времени, чем другие элементы.23, and one completely discharged ECHE 18. Defective or deeply worn out ECHE 23 does not participate in the operation of the battery. A fully discharged ECHE 18 takes a charge longer than other elements.

На основании данных о том, какое электрическое напряжение должна выдавать батарея на выходных клеммах, СУБ 7, находящаяся в активном режиме, рассчитывает, какие из модулей 1 должны быть в активном режиме, а какие должны перейти в пассивный режим. После чего СУБ 7, находящаяся в активном режиме, через СУМ 6 того же модуля 1 по последовательному цифровому интерфейсу 13 направляет команды на отключение на СУМ 6 тех модулей 1, которые должны перейти в пассивный режим.Based on the data on what electrical voltage the battery should provide at the output terminals, SMS 7, which is in active mode, calculates which of the modules 1 should be in active mode and which should go into passive mode. After that SMS 7, which is in active mode, sends commands to disconnect to SUM 6 of those modules 1, which should go into passive mode, through SUM 6 of the same module 1 via serial digital interface 13.

СУМ 6 тех модулей 1, которые должны перейти в пассивный режим формируют и передают команды первым силовым ключам 8 о переводе их в разомкнутое состояние, а вторым силовым ключам 9 о переводе их в замкнутое состояние. В остальных модулях 1, которые должны находиться в активном режиме, соответствующие СУМ 6 формируют и передают команды первым силовым ключам 8 о переводе их в замкнутое состояние, а вторым силовым ключам 9 о переводе их в разомкнутое состояние.SUM 6 of those modules 1 that must go into passive mode form and transmit commands to the first power switches 8 to transfer them to the open state, and to the second power switches 9 to transfer them to the closed state. In the remaining modules 1, which must be in the active mode, the corresponding SUM 6 form and transmit commands to the first power switches 8 to transfer them to the closed state, and to the second power switches 9 to transfer them to the open state.

Во время работы батареи СУМ 6 всех модулей 1 на основании сигналов измерителей блоков измерителей проводят вычисление SOH и SOC и передают их в СУБ 7, находящуюся в активном режиме, с заданной периодичностью, например, один раз в одну минуту. Если в процессе работы батареи СУБ 7, находящаяся в активном режиме, определяет, что значение SOH и SOC одного из модулей 1, имеет ниже или выше предельно допустимого, то СУБ 7, находящаяся в активном режиме, формирует и через СУМ 6 модуля 1, в котором она (СУБ 7) находится, передает по последовательному цифровому интерфейсу 13 на СУМ 6 соответствующего модуля 1 команду о переводе его в пассивный режим. Указанная СУМ 6, получив команду на отключение от СУБ 7, находящейся в активном режиме, формирует и передает команду первому силовому ключу 8 о переводе его в разомкнутое состояние, а второму силовому ключу 9 о переводе его в замкнутое состояние, тем самым переводя соответствующий модуль в пассивный режим.During operation of the battery SUM 6 of all modules 1, on the basis of the signals of the meters of the meter units, the calculation of SOH and SOC is carried out and they are transmitted to the SMS 7, which is in active mode, at a given frequency, for example, once every one minute. If in the process of battery operation, SMS 7, which is in active mode, determines that the SOH and SOC value of one of the modules 1 is below or above the maximum permissible, then SMS 7, which is in active mode, forms and through the SUM 6 of module 1, in where it (SMS 7) is located, transmits via the serial digital interface 13 to the SUM 6 of the corresponding module 1 a command to transfer it to the passive mode. The specified SUM 6, having received a command to disconnect from the SMS 7, which is in active mode, generates and transmits a command to the first power switch 8 to transfer it to the open state, and to the second power switch 9 to transfer it to the closed state, thereby transferring the corresponding module to passive mode.

При этом для того, что бы суммарное заданное электрическое напряжение батареи не изменилось, СУБ 7, находящаяся в активном режиме, переводит в активный режим один из модулей, находящихся в пассивном режиме. Для этого СУБ 7, находящаяся в активном режиме, формирует и через СУМ 6 модуля 1, в котором она (СУБ 7) находится, передает по последовательному цифровому интерфейсу 13 на СУМ 6 соответствующего модуля 1 команду о переводе его в активный режим. Указанная СУМ 6, получив команду на включение от СУБ 7, находящейся в активном режиме, формирует и передает команду первому силовому ключу 8 о переводе его в замкнутое состояние, а второму силовому ключу 9 о переводе его в разомкнутое состояние, тем самым переводя соответствующий модуль в активный режим.In this case, so that the total specified electric voltage of the battery does not change, the SMS 7, which is in the active mode, switches one of the modules in the passive mode to the active mode. To do this, SMS 7, which is in the active mode, generates and through the SUM 6 of module 1, in which it (SMS 7) is located, transmits via the serial digital interface 13 to the SUM 6 of the corresponding module 1 a command to transfer it to the active mode. The specified SUM 6, having received the command to turn on from the SMS 7, which is in the active mode, generates and transmits a command to the first power switch 8 to transfer it to the closed state, and to the second power switch 9 to transfer it to the open state, thereby transferring the corresponding module to active mode.

В случае выхода из строя СУБ 7, находящейся в активном режиме, СУМ 6 всех модулей 1 получают сигнал об отказе приема данных о SOH и SOC. После чего все СУМ 6 направляют информацию на следующую СУБ 7 с наименьшим ID адресом, активируя ее. Как было отмечено выше, активация СУБ 7 может осуществляться любым известным способом, например, все СУБ 7 батареи, за исключением вышедшей из строя, сравнивают свои ID адреса и СУБ 7 с наименьшим ID адресом переводится в активный режим. При этом модуль 1, СУБ 7 которого вышла из строя, может продолжать функционировать при условии исправности его СУМ 6. Таким образом, заявленная батарея продолжает функционировать при выходе из строя одного или нескольких модулей 1.In the event of failure of SMS 7, which is in active mode, SUM 6 of all modules 1 receive a signal about the failure of receiving data on SOH and SOC. After that, all SUM 6 send information to the next SMS 7 with the lowest ID address, activating it. As noted above, the activation of the SMS 7 can be carried out in any known way, for example, all the SMS 7 batteries, except for the failed one, compare their ID addresses and the SMS 7 with the lowest ID address is switched to active mode. At the same time, module 1, the SMS 7 of which has failed, can continue to function if its SUM 6 is in good condition. Thus, the declared battery continues to function if one or more modules 1 fails.

После того, как электрическое напряжение модуля 1 станет ниже предельно допустимого значения, его извлекают из батареи, а его ЭХЭ 2 повторно заряжают. Для увеличения количества циклов разрядки и зарядки всех ЭХЭ 2 в составе батареи и, следовательно, самой батареи на 50% и, следовательно, увеличения жизненного цикла батареи, до момента, когда ее электрическая емкость снижается до минимально допустимой величины, а также для дополнительного увеличение циклов зарядки и разрядки батареи на 8-10% по сравнению с батареей, состоящей только из одного модуля, содержащего все ЭХЭ, количество модулей 1 в составе батареи должно составлять - Кмод=(0,03-0,1)хТ+Еэхэ/Ебат. При этом номинальное напряжение одного модуля 1 должно быть пропорционально максимальной допустимой температуре одного ЭХЭ 2 в составе батареи, напряжению батареи и обратно пропорционально количеству модулей 1 в составе батареи, Vмод=(0,022-0,044)χТмаксχVбат/Nмод, где Тмакс - максимальная допустимая температура одного ЭХЭ 2 в составе батареи, Vбат - номинальное напряжение батареи, Nмод - количество модулей 1 в составе батареи.After the electrical voltage of the module 1 falls below the maximum permissible value, it is removed from the battery, and its ECHE 2 is recharged. To increase the number of discharge and charge cycles of all ECHE 2 in the battery and, consequently, the battery itself by 50% and, therefore, increase the battery life cycle, until its electrical capacity decreases to the minimum permissible value, as well as for an additional increase in cycles charging and discharging the battery by 8-10% in comparison with a battery consisting of only one module containing all ECHE, the number of modules 1 in the battery should be - Kmod = (0.03-0.1) xT + Eehe / Ebat. In this case, the nominal voltage of one module 1 should be proportional to the maximum permissible temperature of one ECE 2 in the battery, the battery voltage and inversely proportional to the number of modules 1 in the battery, Vmod = (0.022-0.044) χТmax χVbat / Nmod, where Tmax is the maximum allowable temperature of one ECHE 2 as part of a battery, Vbat is the nominal voltage of the battery, Nmod is the number of modules 1 as part of a battery.

Для подтверждения влияния данных признаков на достижение заявленного технического результата, а именно: увеличение количества циклов разрядки и зарядки батареи на 50% и, следовательно, увеличение жизненного цикла батареи, до момента, когда ее электрическая емкость снижается до минимально допустимой величины, а также дополнительное увеличение циклов зарядки и разрядки батареи на 8-10% по сравнению с батареей, состоящей только из одного модуля 1, содержащего все ЭХЭ 2, были созданы и испытаны батареи, описанные в приведенных ниже примерах.To confirm the influence of these signs on the achievement of the claimed technical result, namely: an increase in the number of discharge and charge cycles of the battery by 50% and, therefore, an increase in the life cycle of the battery, until the moment when its electrical capacity decreases to the minimum permissible value, as well as an additional increase battery charging and discharging cycles by 8-10% compared to a battery consisting of only one module 1 containing all ECE 2, the batteries described in the examples below were created and tested.

Пример 1.Example 1.

Была создана батарея с электрической емкостью Ебат=78 кВтхч, состоящая из ЭХЭ LF90 (производитель RoyPow) емкостью 90 Ахч, что соответствует 288 Втхч, номинальным напряжением 3,2 В, с габа- 5 038925 ритными размерами в мм 36x130x200, массой 1950 г в количестве 272 штук. Для нескольких ЭХЭ, в процессе одного цикла зарядки-разрядки, была определена средняя термодинамическая температура Т=300 Кельвин, для чего на поверхность каждого ЭХЭ был установлен температурный датчик. Параметры зарядки и разрядки соответствуют указанным производителем. В частности, для элемента LF90, ток заряда и разряда равен 90 А. Минимальное и максимальное напряжение составляют 1,5 В и 2,8 В, соответственно.A battery was created with an electric capacity of Ebat = 78 kWh, consisting of an ECE LF90 (manufactured by RoyPow) with a capacity of 90 Ah, which corresponds to 288 Wh, a nominal voltage of 3.2 V, with dimensions of 5,038,925 in mm 36x130x200, weighing 1950 g quantity of 272 pieces. For several ECEs, during one charge-discharge cycle, the average thermodynamic temperature T = 300 Kelvin was determined, for which a temperature sensor was installed on the surface of each ECE. Charging and discharging parameters are as specified by the manufacturer. In particular, for the LF90 cell, the charge and discharge current is 90 A. The minimum and maximum voltages are 1.5 V and 2.8 V, respectively.

В соответствии с зависимостью Кмод=(0,03-0,1)хТ+Еэхэ/Ебат, и используя меньшее значение эмпирического коэффициента, Кмод=0,03х300+288/78 000=9, все ЭХЭ были разделены на 9 модулей. При этом номинальное напряжение одного модуля соответствовало зависимости Vмод=(0,0220,044)χТмаксχVбат/Nмод, при использовании меньшего значения эмпирического коэффициента, напряжения батареи 600 В и максимальной допустимой температуры в градусах Цельсия 55°С, Vмод=0,022χ55χ600/9=80 В.In accordance with the relationship Kmod = (0.03-0.1) xT + Eehe / Ebat, and using a smaller value of the empirical coefficient, Kmod = 0.03x300 + 288 / 78,000 = 9, all ECHE were divided into 9 modules. In this case, the nominal voltage of one module corresponded to the dependence Vmod = (0.0220.044) χTmaxχVbat / Nmod, when using a lower value of the empirical coefficient, battery voltage 600 V and the maximum allowable temperature in degrees Celsius 55 ° C, Vmod = 0.022χ55χ600 / 9 = 80 B.

После чего модули были собраны в батарею, все ЭХЭ полностью заряжены. Затем батарею разряжали полностью, снова заряжали все ЭХЭ. Батарея функционировала 3820 циклов, до момента снижения емкости на 50% от начального значения. Те же ЭХЭ в количестве 272 штуки, в составе батареи, не разбитой на модули, выдержали 2510 циклов.After that, the modules were assembled into a battery, all ECHEs were fully charged. Then the battery was completely discharged, and all ECHEs were charged again. The battery operated 3820 cycles until the capacity dropped by 50% of the initial value. The same ECHE in the amount of 272 pieces, as part of a battery not divided into modules, withstood 2510 cycles.

То есть батарея, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, перенесла на 52,2% больше циклов зарядки и разрядки чем батарея, состоящая из таких же ЭХЭ, в том же количестве, не разделенном на модули.That is, a battery made in accordance with the present invention underwent 52.2% more charge and discharge cycles than a battery consisting of the same ECEs in the same amount, not divided into modules.

Пример 2.Example 2.

Была создана батарея с электрической емкостью Ебат=78 кВтхч, состоящая из ЭХЭ LF90 (производитель RoyPow) емкостью 90 Ахч, что соответствует 288 Втхч, номинальным напряжением 3,2 В, с габаритными размерами в мм 36x130x200, массой 1950 гр в количестве 272 штуки. Для нескольких ЭХЭ, в процессе одного цикла зарядки-разрядки, была определена средняя термодинамическая температура Т=300 Кельвин, для чего на поверхность каждого ЭХЭ был установлен температурный датчик. Параметры зарядки и разрядки соответствуют указанным производителем. В частности, для элемента LF90, ток заряда и разряда равен 90 А. Минимальное и максимальное напряжение составляют 1,5 В и 2,8 В, соответственно.A battery with an electric capacity of Ebat = 78 kWh was created, consisting of an ECE LF90 (manufactured by RoyPow) with a capacity of 90 Ah, which corresponds to 288 Wh, a nominal voltage of 3.2 V, with dimensions in mm 36x130x200, weighing 1950 g in an amount of 272 pieces. For several ECEs, during one charge-discharge cycle, the average thermodynamic temperature T = 300 Kelvin was determined, for which a temperature sensor was installed on the surface of each ECE. Charging and discharging parameters are as specified by the manufacturer. In particular, for the LF90 cell, the charge and discharge current is 90 A. The minimum and maximum voltages are 1.5 V and 2.8 V, respectively.

В соответствии с зависимостью Кмод=(0,03-0,1)хТ+Еэхэ/Ебат и используя большее значение эмпирического коэффициента, Кмод=0,1х300+288/78 000=30, все ЭХЭ были разделены на 30 модулей. При этом номинальное напряжение одного модуля соответствовало зависимости Vмод=(0,0220,044)χТмаксχVбат/Nмод, при использовании большего значения эмпирического коэффициента, напряжения батареи 600 В и максимальной допустимой температуры в градусах Цельсия 55°С, Vмод=0,044χ55χ600/30=48 В.In accordance with the relationship Kmod = (0.03-0.1) xT + Eehe / Ebat and using a larger value of the empirical coefficient, Kmod = 0.1x300 + 288 / 78,000 = 30, all ECHE were divided into 30 modules. In this case, the nominal voltage of one module corresponded to the dependence Vmod = (0.0220.044) χTmaxχVbat / Nmod, when using a larger value of the empirical coefficient, battery voltage 600 V and the maximum allowable temperature in degrees Celsius 55 ° C, Vmod = 0.044χ55χ600 / 30 = 48 B.

После чего модули были собраны в батарею, все ЭХЭ полностью заряжены. Затем батарею разряжали полностью, снова заряжали все ЭХЭ. Батарея функционировала 4030 циклов до момента снижения емкости на 50% от начального значения. Те же ЭХЭ в количестве 272 штуки в составе батареи, не разбитой на модули, выдержали 2510 циклов.After that, the modules were assembled into a battery, all ECHEs were fully charged. Then the battery was completely discharged, and all ECHEs were charged again. The battery operated for 4030 cycles until the capacity was reduced by 50% of the initial value. The same ECHE in the amount of 272 pieces as part of a battery, not divided into modules, withstood 2510 cycles.

То есть батарея, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, перенесла на 60,5% больше циклов зарядки и разрядки чем батарея, состоящая из таких же ЭХЭ, в том же количестве, не разделенном на модули.That is, a battery made in accordance with the present invention underwent 60.5% more charge and discharge cycles than a battery consisting of the same ECEs in the same amount, not divided into modules.

Пример 3.Example 3.

Была создана батарея с электрической емкостью Ебат=70 кВтхч, состоящая из ЭХЭ IFR32700 (производитель FBTech Electronics) емкостью 6 Ахч, что соответствует 19 Втхч, номинальным напряжением 3,2 В, с диаметром 32 мм и высотой 70 мм, массой 142 г в количестве 3686 штук. Для нескольких ЭХЭ, в процессе одного цикла зарядки-разрядки, была определена средняя термодинамическая температура Т=300 Кельвин, для чего на поверхность каждого ЭХЭ был установлен температурный датчик. Параметры зарядки и разрядки соответствуют указанным производителем. В частности, для элемента IRF32700, ток заряда и разряда равен 6 А. Минимальное и максимальное напряжение составляют 2,0 В и 3,65 В соответственно.A battery with an electric capacity of Ebat = 70 kWh was created, consisting of an ECE IFR32700 (manufactured by FBTech Electronics) with a capacity of 6 Ah, which corresponds to 19 Wh, a nominal voltage of 3.2 V, with a diameter of 32 mm and a height of 70 mm, weighing 142 g in an amount 3686 pieces. For several ECEs, during one charge-discharge cycle, the average thermodynamic temperature T = 300 Kelvin was determined, for which a temperature sensor was installed on the surface of each ECE. Charging and discharging parameters are as specified by the manufacturer. In particular, for the IRF32700 cell, the charge and discharge current is 6 A. The minimum and maximum voltages are 2.0 V and 3.65 V, respectively.

В соответствии с зависимостью Кмод=(0,03-0,1)хТ+Еэхэ/Ебат и, используя меньшее значение эмпирического коэффициента, Кмод=0,03х300+19/70 000=9, все ЭХЭ были разделены на 9 модулей. При этом номинальное напряжение одного модуля соответствовало зависимости Vмод=(0,0220,044)χТмаксχVбат/Nмод, при использовании меньшего значения эмпирического коэффициента, напряжения батареи 600 В и максимальной допустимой температуры в градусах Цельсия 55°С, Vмод=0,022χ55χ600/9=80 В.In accordance with the relationship Кmod = (0.03-0.1) хТ + Еэхэ / Еbat and, using a smaller value of the empirical coefficient, Кmod = 0.03х300 + 19 / 70,000 = 9, all ECE were divided into 9 modules. In this case, the nominal voltage of one module corresponded to the dependence Vmod = (0.0220.044) χTmaxχVbat / Nmod, when using a lower value of the empirical coefficient, battery voltage 600 V and the maximum allowable temperature in degrees Celsius 55 ° C, Vmod = 0.022χ55χ600 / 9 = 80 B.

После чего модули были собраны в батарею, все ЭХЭ полностью заряжены. Затем батарею разряжали полностью, снова заряжали все ЭХЭ. Батарея функционировала 4123 циклов, до момента снижения емкости на 50% от начального значения. Те же ЭХЭ в количестве 3686 штук, в составе батареи, не разбитой на модули, выдержали 2660 циклов.After that, the modules were assembled into a battery, all ECHEs were fully charged. Then the battery was completely discharged, and all ECHEs were charged again. The battery operated for 4123 cycles, until the capacity dropped by 50% of the initial value. The same ECHE in the amount of 3686 pieces, as part of a battery, not divided into modules, withstood 2660 cycles.

- 6 038925- 6 038925

То есть батарея, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, перенесла на 55,1% больше циклов зарядки и разрядки, чем батарея, состоящая из таких же ЭХЭ, в том же количестве, не разделенном на модули.That is, a battery made in accordance with the present invention underwent 55.1% more charge and discharge cycles than a battery consisting of the same ECE in the same amount not divided into modules.

Пример 4.Example 4.

Была создана батарея с электрической емкостью Ебат=70 кВтхч, состоящая из ЭХЭ IFR32700 (производитель FBTech Electronics) емкостью 6 Ахч, что соответствует 19 Втхч, номинальным напряжением 3,2 В, с диаметром 32 мм и высотой 70 мм, массой 142 г в количестве 3686 штук. Для нескольких ЭХЭ, в процессе одного цикла зарядки-разрядки, была определена средняя термодинамическая температура Т=300 Кельвин, для чего на поверхность каждого ЭХЭ был установлен температурный датчик. Параметры зарядки и разрядки соответствуют указанным производителям. В частности, для элемента IRF32700, ток заряда и разряда равен 6 А. Минимальное и максимальное напряжение составляют 2,0 В и 3,65 В, соответственно.A battery with an electric capacity of Ebat = 70 kWh was created, consisting of an ECE IFR32700 (manufactured by FBTech Electronics) with a capacity of 6 Ah, which corresponds to 19 Wh, a nominal voltage of 3.2 V, with a diameter of 32 mm and a height of 70 mm, weighing 142 g in an amount 3686 pieces. For several ECEs, during one charge-discharge cycle, the average thermodynamic temperature T = 300 Kelvin was determined, for which a temperature sensor was installed on the surface of each ECE. The charging and discharging parameters are according to the manufacturers indicated. In particular, for the IRF32700 cell, the charge and discharge current is 6 A. The minimum and maximum voltages are 2.0 V and 3.65 V, respectively.

В соответствии с зависимостью Nмод=(0,03-0,1)χТ+Еэхэ/Ебат и используя большее значение эмпирического коэффициента, Nmo=0,1x300+19/70 000=30, все ЭХЭ были разделены на 30 модулей. При этом номинальное напряжение одного модуля соответствовало зависимости Vмод=(0,0220,044)χТмаксχVбат/Nмод, при использовании большего значения эмпирического коэффициента, напряжения батареи 600 В и максимальной допустимой температуры в градусах Цельсия 55°С, Vмод=0,044χ55χ600/30=48 В.In accordance with the dependence Nmod = (0.03-0.1) χT + Eehe / Ebat and using a larger value of the empirical coefficient, Nmo = 0.1x300 + 19 / 70,000 = 30, all Eche were divided into 30 modules. In this case, the nominal voltage of one module corresponded to the dependence Vmod = (0.0220.044) χTmaxχVbat / Nmod, when using a larger value of the empirical coefficient, battery voltage 600 V and the maximum allowable temperature in degrees Celsius 55 ° C, Vmod = 0.044χ55χ600 / 30 = 48 B.

После чего модули были собраны в батарею, все ЭХЭ полностью заряжены. Затем батарею разряжали полностью, снова заряжали все ЭХЭ. Батарея функционировала 4255 циклов, до момента снижения емкости на 50% от начального значения. Те же ЭХЭ в количестве 3686 штук в составе батареи, не разбитой на модули, выдержали 2660 циклов.After that, the modules were assembled into a battery, all ECHEs were fully charged. Then the battery was completely discharged, and all ECHEs were charged again. The battery operated for 4255 cycles, until the capacity dropped by 50% of the initial value. The same ECHE in the amount of 3686 pieces as part of the battery, not divided into modules, withstood 2660 cycles.

То есть батарея, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, перенесла на 59,8% больше циклов зарядки и разрядки, чем батарея, состоящая из таких же ЭХЭ, в том же количестве, не разделенном на модули.That is, a battery made in accordance with the present invention underwent 59.8% more charge and discharge cycles than a battery consisting of the same ECE in the same amount, not divided into modules.

Так же техническим результатом, полученным в заявленной батарее, является увеличение количества циклов разрядки и зарядки батареи на 50% и, следовательно, увеличение жизненного цикла батареи, до момента, когда ее электрическая емкость снижается до минимально допустимой величины, по сравнению с батареей состоящей только из одного модуля, содержащего все ЭХЭ. Кроме того, неожиданным техническим результатом, который был получен в заявленной батарее, является дополнительное увеличение циклов зарядки и разрядки батареи на 8-10%, если количество модулей в батарее и напряжение на каждом модуле соответствует приведенным зависимостям.Also, the technical result obtained in the claimed battery is an increase in the number of discharging and charging cycles of the battery by 50% and, therefore, an increase in the life cycle of the battery, until the moment when its electrical capacity decreases to the minimum permissible value, in comparison with a battery consisting only of one module containing all ECE. In addition, an unexpected technical result, which was obtained in the claimed battery, is an additional increase in the charging and discharging cycles of the battery by 8-10%, if the number of modules in the battery and the voltage on each module corresponds to the given dependencies.

Таким образом, за счет того, что количество модулей в батарее прямо пропорционально средней термодинамической температуре одного модуля с аддитивной поправкой на соотношение электрической емкости одного ЭХЭ в составе батареи и самой батареи, а так же за счет того, что номинальное напряжение одного модуля пропорционально максимальной допустимой температуре одного ЭХЭ в составе батареи, напряжению батареи и обратно пропорционально количеству модулей, дополнительно увеличивается количества циклов разрядки и зарядки батареи на 8-10% и, следовательно, увеличивается жизненный цикл батареи до момента, когда ее электрическая емкость снижается до минимально допустимой величины.Thus, due to the fact that the number of modules in the battery is directly proportional to the average thermodynamic temperature of one module with an additive correction for the ratio of the electrical capacity of one ECE in the battery and the battery itself, as well as due to the fact that the rated voltage of one module is proportional to the maximum allowable the temperature of one ECE in the battery, the voltage of the battery and inversely proportional to the number of modules, the number of discharge and charging cycles of the battery additionally increases by 8-10% and, therefore, the life cycle of the battery increases until its electric capacity decreases to the minimum permissible value.

Claims (2)

1. Батарея, содержащая множество модулей, каждый из которых содержит блок элементов хранения энергии (ЭХЭ), блок измерителей, взаимодействующий с блоком ЭХЭ, схему управления модулем (СУМ), соединенную с блоком измерителей, схему управления батареей (СУБ), соединенную с СУМ, первый и второй силовые ключи, при этом1. A battery containing a plurality of modules, each of which contains a block of energy storage elements (ECE), a meter unit interacting with an ECE unit, a module control circuit (MSA) connected to a meter unit, a battery control circuit (SMS) connected to an MSA , the first and second power switches, while ЭХЭ соединены между собой по последовательно-параллельной схеме, кроме того, первый силовой ключ соединяет положительный силовой вывод модуля и положительный вывод блока ЭХЭ, а второй силовой ключ соединяет положительный и отрицательный силовой выводы модуля, при этом отрицательный вывод блока ЭХЭ соединен с отрицательным силовым выводом модуля, кроме того, все модули соединены последовательно между собой посредством своих силовых выводов, так же СУМ всех модулей объединены общим последовательным цифровым интерфейсом, при этом количество модулей Nмод прямо пропорционально средней термодинамической температуре одного модуля с аддитивной поправкой на соотношение электрической емкости одного ЭХЭ в составе батареи и самой батареи, Nмод=(0,03-0,1)χТ+Еэхэ/Ебат, Т - средняя термодинамическая температура одного модуля в градусах Кельвина, Ебат и Еэхэ - электрические емкости батареи и одного ЭХЭ в составе батареи, соответственно.ECEs are interconnected in a series-parallel scheme, in addition, the first power switch connects the positive power output of the module and the positive output of the ECE unit, and the second power switch connects the positive and negative power outputs of the module, while the negative output of the ECE unit is connected to the negative power output module, in addition, all modules are connected in series with each other by means of their power outputs, and the SUM of all modules are united by a common serial digital interface, while the number of modules Nmod is directly proportional to the average thermodynamic temperature of one module with an additive correction for the ratio of the electrical capacity of one ECE in the composition of the battery and the battery itself, Nmod = (0.03-0.1) χT + Eehe / Ebat, T is the average thermodynamic temperature of one module in Kelvin degrees, Ebat and Eehe are the electric capacities of the battery and one Eche in the battery, respectively. 2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что номинальное напряжение одного модуля пропорционально максимальной допустимой температуре одного ЭХЭ в составе батареи, напряжению батареи и обратно пропорционально количеству модулей, Vмод=(0,022-0,044)χТмаксχVбат/Nмод, где Тмакс - максимальная допустимая температура одного ЭХЭ в составе батареи, Vбат - номинальное напряжение батареи, Nмод - количество модулей в составе батареи.2. The battery according to claim 1, characterized in that the rated voltage of one module is proportional to the maximum allowable temperature of one ECE in the battery, the battery voltage and inversely proportional to the number of modules, Vmod = (0.022-0.044) χTmax χVbat / Nmod, where Tmax is the maximum allowable temperature of one ECE in the battery, Vbat is the nominal voltage of the battery, Nmod is the number of modules in the battery.
EA202000333A 2020-11-17 2020-11-17 Battery EA038925B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA202000333A EA038925B1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 Battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA202000333A EA038925B1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 Battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA202000333A1 EA202000333A1 (en) 2021-11-08
EA038925B1 true EA038925B1 (en) 2021-11-10

Family

ID=78750221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA202000333A EA038925B1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 Battery

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA038925B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02284941A (en) * 1989-04-27 1990-11-22 Tosoh Corp Thermoplastic resin composition
JP2008206288A (en) * 2007-02-20 2008-09-04 Toyota Motor Corp Apparatus, method, and program for vehicle control
US20100109437A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 Fattic Gerald T Battery pack disconnection method for a hybrid vehicle
US9130405B2 (en) * 2011-06-17 2015-09-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Secure battery element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02284941A (en) * 1989-04-27 1990-11-22 Tosoh Corp Thermoplastic resin composition
JP2008206288A (en) * 2007-02-20 2008-09-04 Toyota Motor Corp Apparatus, method, and program for vehicle control
US20100109437A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 Fattic Gerald T Battery pack disconnection method for a hybrid vehicle
US9130405B2 (en) * 2011-06-17 2015-09-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Secure battery element

Also Published As

Publication number Publication date
EA202000333A1 (en) 2021-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1988316B (en) Battery management system and method
EP2660924B1 (en) Method and device for managing battery system
US7928691B2 (en) Method and system for cell equalization with isolated charging sources
US10230249B2 (en) Battery pack, method for charging/discharging same, and power consumption device
US8471529B2 (en) Battery fault tolerant architecture for cell failure modes parallel bypass circuit
US9293937B2 (en) Electric storage device
TW201103220A (en) Apparatus and method for managing plural secondary batteries
KR20130109038A (en) Battery pack
EP1567876A1 (en) Secondary battery replacement method
CN108604812A (en) Battery equilibrium device and method
KR102618739B1 (en) Battery management system, and method of balancing of battery module thereof
CN104054232A (en) Electricity storage system, method for controlling secondary battery pack, and secondary battery pack
CN204230982U (en) Large Electric car battery supplied system
JP5423955B2 (en) Electric vehicle battery module
US20100327808A1 (en) Control unit
EA038925B1 (en) Battery
CN114336866A (en) Battery control method and electronic equipment
KR20180020931A (en) Apparatus for balancing battery and balancing method using the same
CN110444824A (en) A kind of battery pack structure reconstruct device and method
US20240047978A1 (en) Power storage system
CN220492663U (en) Battery unit, battery module, battery cluster and battery pack
KR102330260B1 (en) Battery system and method for controlling battery system
KR102538244B1 (en) Device and method for preventing battery abnormalities using diodes
KR20120015861A (en) Method for cell balancing using sub-cell
CN202405805U (en) Energy apparatus capable of replacing energy module