FI123892B - Battery management - Google Patents
Battery management Download PDFInfo
- Publication number
- FI123892B FI123892B FI20095262A FI20095262A FI123892B FI 123892 B FI123892 B FI 123892B FI 20095262 A FI20095262 A FI 20095262A FI 20095262 A FI20095262 A FI 20095262A FI 123892 B FI123892 B FI 123892B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- power bus
- cell
- power
- battery
- charge
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
AKUSTON VARAUSHALLINTABATTERY CHARGE MANAGEMENT
Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto varaushal- linnan toteuttamiseksi akustossa, johon kuuluu useita sarjaankytkettyjä kennoja. Erityisesti keksinnön kohteena on varaushallinnan toteuttaminen kaikkia kenno-tai kennoryhmäkohtaisia varauksen hallintaa hoitavia yksikköjä yhdistävän te-hoväylän avulla, joka väylä mahdollistaa varauksen siirron mistä kennosta mihin 10 kennoon tahansa akuston koosta riippumatta.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for implementing charge management in a battery comprising a plurality of serially connected cells. In particular, the invention relates to the implementation of charge management by a power bus linking all charge management units for each cell or group of cells, which allows transfer of charge from any cell to any of 10 cells regardless of the size of the battery.
Keksinnön tausta ja tunnettu tekniikkaBackground of the Invention and Prior Art
Akkukennostoja käytetään mm. sähköistä tehonkäsittelyä hyödyn-15 tävien liikennevälineiden (kuten esim. HEV, hybrid electric vehicle) energiava-rastona, joten ne ovat tällaisten järjestelmien välttämätön rakenneosa. Koska yksittäisen akkukennon jännite esimerkiksi nykyaikaisia litiumpohjaisia kennoja käytettäessä on tyypillisesti vain noin 3 voltin luokkaa, on niitä kytkettävä riittävä määrä sarjaan tehonsyötön tarvitseman lähdejännitteen, joka voi olla esimerkik-20 si 42V, 120V tai 450V, aikaansaamiseksi.Battery cells are used eg. as an energy storage for vehicles using electric power processing (such as HEV, hybrid electric vehicle), and are therefore an indispensable component of such systems. Because the voltage of a single battery cell, for example when using modern lithium-based cells, is typically only about 3 volts, they must be connected in series to provide the source voltage required for power supply, such as 42V, 120V or 450V.
Akustoon on edullista valita mahdollisimman tasalaatuiset kennot yhtenäisen suorituskyvyn takaamiseksi. Käytännössä kennojen kapasiteeteissa (kyky absorboida varausta) on kuitenkin eroja, mistä voi seurata esimerkiksi yksittäisen heikomman kennon syväpurkaus akustoa kuormitettaessa tai vas-25 taavasti ylilatautuminen akustoa varattaessa. Molemmat tapaukset tarkoittavat toimintaa kennolle ominaisen toiminta-alueen ulkopuolella, mikä voi johtaa ken-£2 non pysyvään vaurioitumiseen. Yksittäisen kennon vioittuminen puolestaan ° heikentää koko akuston kapasiteettia ja voi siten johtaa jopa välittömän huollon § tarpeeseen, oo 30It is advantageous to select cells of the highest quality for the battery to ensure consistent performance. In practice, however, there are differences in the capacities of the cells (ability to absorb the charge), which can result, for example, in a deep discharge of a single weaker cell when the battery is being charged or similarly overcharged when the battery is being charged. Both cases imply activity outside the cell-specific operating range, which can result in permanent damage to the cell. Failure of a single cell, in turn, ° reduces the capacity of the battery as a whole and may even lead to the need for immediate service, oo 30
OO
x Tällaisen virhetilanteen estämiseksi on edullista pyrkiä tasa-x In order to prevent such an error situation,
CCCC
painottamaan kennojen varauksia, mihin on tarjolla useitakin tunnettuja keinoja.to emphasize cell charges, for which there are many well-known means.
S Esimerkiksi patenttijulkaisusta EP0814556 on tullut tunnetuksi me- OT netelmä, jossa kytketään shunttivastuksia kennojen rinnalle varausten tasa- o ° 35 painottamiseksi. Menetelmällä voi estää kennon ylilatautumisen, mutta se ei tarjoa apua kennon syväpurkauksen estämiseksi.For example, patent publication EP0814556 discloses a method of coupling shunt resistors to cells in order to weight charges at a level of 35. The method can prevent the cell from overcharging, but does not provide help to prevent deep discharge of the cell.
22
Patenttijulkaisusta US5498950 on puolestaan tullut tunnetuksi menetelmä, jossa käytetään erillistä virtalähdettä, joka voidaan releiden avulla kytkeä varaamaan haluttua kennoa varaustasapainon saavuttamiseksi. Menetelmällä voidaan estää syväpurkaus, mutta siitä ei ole apua ylilatautumista vas-5 taan, ja lisäksi järjestelmä on kallis ja monimutkainen releistyksen takia.US5498950, for its part, has become known in the art using a separate power supply which can be connected via relays to charge the desired cell to achieve the charge balance. The method can prevent deep discharge, but does not help against overcharging, and is also expensive and complicated due to relaying.
Edellä mainittujen tunnettujen varauksen hallintamenetelmien heikkoutena on joko vain yksisuuntainen varauksen siirtomahdollisuus sekä runsaasti laitteistoa (kuten releitä) vaativa ja siten kallis ja monimutkainen järjes-10 telmä. Akuston kennojen täydellinen tukeminen sekä varaus- että purkaustilan-teessa edellyttää, että varauksia on pystyttävä siirtämään tilanteen mukaan vahvemmista kennoista heikompiin tai päinvastoin. Tämä edellyttää siis kaksisuuntaista varauksen siirtoa, jollainen sinänsä onnistuu esimerkiksi kytkemällä rinnakkain, mutta eri suuntiin kaksi DC/DC -konvertteria. Ratkaisu johtaa hel-15 posti korkeisiin kustannuksiin, koska konvertterit tarvitaan jokaiselle kennolle.The disadvantages of the known charge management methods mentioned above are either the one-way charge transfer capability and the high hardware (such as relays) and thus expensive and complex system. To fully support battery cells in both charge and discharge conditions, it must be possible to transfer the charge from the stronger cells to the weaker ones, or vice versa. Thus, this requires a bidirectional transfer of charge, which in itself is achieved, for example, by connecting two DC / DC converters in parallel but in different directions. The solution leads to high costs for hel-15 mail because converters are needed for each cell.
Patenttijulkaisu US2005/0024015 esittelee menetelmän, jossa käytetään eräänlaista varauspumppua, jolla voidaan siirtää varauspulssi kennosta viereiseen kennoon. Menetelmän mukaisesti täydellinen varaushallinta on periaatteessa mahdollista, mutta käytännössä vain jos heikko ja vahva kenno sijait-20 sevat lähellä toisiaan.US2005 / 0024015 discloses a method using a kind of charge pump for transferring a charge pulse from a cell to an adjacent cell. According to the method, complete charge management is in principle possible, but in practice only if the weak and strong cells are located close to each other.
Patenttijulkaisuista US4600984 ja US7046525 on tullut tunnetuksi kaksisuuntainen flyback-konvertteri, joka tarjoaa erään edullisen mahdollisuuden varausten siirtämiseksi molempiin suuntiin. Patenttijulkaisussa US2008/0272735 tällaista menetelmää onkin sovellettu kennoryhmään, jossa 25 varauksia voi siirtää ryhmän sisällä. Kun akustossa on useita kennoryhmiä, ei tämäkään menetelmä tarjoa mahdollisuutta tasoittaa varauksia silloin kun heikko ja vahva kenno sijaitsevat eri ryhmissä.US4600984 and US7046525 have become known as a bidirectional flyback converter which provides an advantageous option for transferring charges in both directions. Indeed, in US2008 / 0272735, such a method has been applied to a group of cells where charges can be transferred within the group. With multiple cell groups in the battery, this method does not provide the ability to equalize charges when a weak and strong cell is in different groups.
COC/O
δ ™ Keksinnön yhteenveto 9 30 o Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan varauksen hallin- tamenetelmä ja -laitteisto, joilla vältetään edellä mainitut epäkohdat ja mahdol-Summary of the Invention 9 30 The object of the present invention is to provide a charge management method and apparatus which avoids the above drawbacks and
CLCL
listetaan varausten siirto mistä kennosta mihin kennoon tahansa akuston sar-listing the transfer of charges from any cell to any cell in the battery
CNJCNJ
c\j jaankytkettyjen kennojen lukumäärästä riippumatta. Tämä tarkoitus saavute-c \ j regardless of the number of connected cells. This purpose is achieved-
LOLO
g 35 taan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella, jolle on tunnusomaista se, S mitä on sanottu itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa. Keksinnön muut edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteina.g 35 according to the invention, characterized in that which is stated in the characterizing parts of the independent claims. Other preferred embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.
33
Keksinnön mukaisesti joko kennokohtaisesti tai kennoryhmä-kohtaisesti käytetään kaksisuuntaisen varauksensiirron mahdollistavia konverttereita, joissa käytetään muuntajia, joiden ensiökäämi on galvaanisesti erotettu 5 toisiokäämistä (toisiokäämeistä). Keksintö ei aseta rajoituksia konvertterin toimintaperiaatteelle, se voi olla mikä tahansa kaksisuuntaisen varauk-sen/tehonsiirron mahdollistava tyyppi, edullisesti esimerkiksi kaksisuuntainen flyback. Kaikkien konverttereiden ensiökäämiin liittyvät piirit on keksinnön mukaisesti kytketty samaan tehoväylään, jota pitkin varauksen/tehon siirtäminen io mistä kennosta / kennoryhmästä mihin tahansa toiseen kennoon / kennoryh-mään on mahdollista.According to the invention, bi-directional charge transfer converters using transformers whose primary winding is galvanically separated from the 5 secondary windings (secondary windings) are used either per cell or per cell group. The invention does not place any restrictions on the converter operating principle, it can be any type of bidirectional charge / power transfer, preferably for example bidirectional flyback. According to the invention, the circuits associated with the primary windings of all converters are connected to the same power bus through which the charge / power transfer from one cell / group of cells to any other cell / group of cells is possible.
Tehoväylän jännite voi olla esimerkiksi noin 12Vdc tai 24Vdc. Keksinnön edullisen sovellusmuodon mukaisesti tehoväylä liitetään suoraan tai vastuksen / diodin kautta esimerkiksi neljän sarjaankytketyn kennon yli (12Vdc väy-15 lä) tai kahdeksan sarjaankytketyn kennon yli (24Vdc väylä). Väylä voi olla myös täysin erillinen, ilman mitään galvaanista yhteyttä kennostoon. Ension ja toision välisen eristyksen kannalta voi olla edullista sitoa väylän potentiaali akuston puoliväliin, jolloin tarvittava eristystaso on vain puolet siitä verrattuna siihen että väylä sidotaan akuston toiseen päähän, esimerkiksi negatiiviseen napaan.The power bus voltage can be, for example, about 12Vdc or 24Vdc. According to a preferred embodiment of the invention, the power bus is connected directly or via a resistor / diode, for example, over four serially connected cells (12Vdc bus-15) or over eight serially connected cells (24Vdc bus). The bus can also be completely separate, without any galvanic connection to the cell. It may be advantageous from the point of view of isolation between the entry and the secondary to tie the bus potential midway through the battery, whereby the required level of insulation is only half that of connecting the bus to the other end of the battery, e.g.
2020
Keksinnön oleellisen ominaispiirteen mukaisesti akuston hallintajärjestelmä huolehtii siitä, että tehoväylään siirrettyjen ja siitä otettujen varausten summa pysyy keskimäärin nollana, eli varauspulssien liukuva aikaintegraali pysyy aina lähellä nollaa. Tämän ansiosta väylän jännite pysyy olennaisesti 25 vakiona, ja jos väylä on esimerkiksi liitetty galvaanisesti suoraan jonkin kenno-ryhmän yli, ei ko. kennoryhmän varaustilanne lähde ajautumaan mihinkään suuntaan tehoväylään liittymisen vuoksi.According to an essential feature of the invention, the battery management system ensures that the sum of the charges transferred to and taken from the power bus remains on average zero, i.e. the sliding time integral of the charge pulses is always close to zero. As a result, the bus voltage remains substantially constant, and, for example, if the bus is galvanically connected directly over a group of cells, it will not be the case. the cell group's charge status will drift in any direction due to joining the power bus.
COC/O
δ ^ Keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto mahdollistaa akuston 9 30 täydellisen varaushallinnan sarjaankytkettyjen kennojen lukumäärästä riippu- o matta, mikä on edellytys akuston täyden suorituskyvyn hyödyntämiseksi. Me- netelmä on helppo toteuttaa ja sen vaatima laitteisto on yksinkertainen ja kus-The method and apparatus of the invention allow complete control of the battery 9 30 regardless of the number of serially connected cells, which is a prerequisite for utilizing the full battery performance. The method is easy to implement and the hardware required is simple and straightforward.
CLCL
tannuksiltaan edullinen.inexpensive.
CMCM
CDCD
CMCM
LOLO
g 35 Piirustusten lyhyt kuvaus og 35 Brief Description of Drawings o
CMCM
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa 4The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: 4
Kuvio 1 esittää sarjaan kytketyistä kennoista koostuvaa akustoa,Figure 1 shows a battery consisting of cells connected in series,
Kuviossa 2 on esimerkki akkukennon luonteenomaisesta ominais- käyrästä,Figure 2 shows an example of a characteristic characteristic of a battery cell,
Kuviossa 3 on esimerkki tunnetun eräästä tekniikan mukaisesta 5 ratkaisusta akkukennojen varausten tasaamiseksi,Fig. 3 is an example of a prior art 5 solution for balancing battery cells,
Kuviossa 4 on esimerkki keksinnön mukaisesta ratkaisusta akkukennojen varausten tasaamiseksi,Fig. 4 is an example of a solution according to the invention for equalizing the charge of a battery cell,
Kuviossa 5 on esitetty toinen esimerkki keksinnön mukaisesta ratkaisusta akkukennojen varausten tasaamiseksi, 10 Kuvio 6 esittää kaksisuuntaista flyback-konvertteria, jaFigure 5 shows another example of a solution according to the invention for equalizing battery cell charges, Figure 6 shows a bidirectional flyback converter, and
Kuviossa 7 on kuvattu esimerkki tehoväylän virtapulsseista ja niiden aikaintegraalista.Figure 7 illustrates an example of power bus current pulses and their time integral.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus 15Detailed Description of the Invention 15
Kuvio 1 esittää sarjaan kytketyistä kennoista Ci - Cn koostuvaa akustoa, jonka ulkoiseen lataus / kuormituspiiriin liittyvät navat ovat B+ (positiivinen napa) ja B- (negatiivinen napa). Kennojen lukumäärä N voi olla jopa useita satoja, riippuen siitä mikä on akuston haluttu jännite Ub. Kennoston optimaa-20 linen kuormitettavuus edellyttää, että kennojen varaustilanteet (SoC, State of Charge) ovat lähellä toisiaan, mikä näkyy yleensä myös siten, että kennojen jännitteet Uci - Ucn ovat likimain samansuuruiset. Ulkoinen lataus / kuormitus-virta iB kulkee kaikkien kennojen läpi, aiheuttaen siten samansuuruisen muutoksen kaikkien sarjaankytkettyjen kennojen varaukseen (varaus on virran aikain-25 tegraali).Fig. 1 shows a battery of cells C 1 -C n connected in series with poles B + (positive terminal) and B- (negative terminal) connected to the external charge / load circuit. The number of cells N can be up to several hundreds, depending on the desired voltage Ub of the battery. The optimal load capacity of the cell requires that the state of charge (SoC) of the cells be close to each other, which is also generally reflected by the fact that the cell voltages Uci-Ucn are approximately equal. The external charge / load current iB passes through all the cells, thereby causing the same change in the charge of all serially connected cells (the charge is a time integral of the current-25).
Kuvio 2 esittää kennojännitteen luonteenomaista käyttäytymistä t? kennossa jäljellä olevan varauksen funktiona. Jännitteellä on tietty alaraja Umin, ^ jota alempi jännite tarkoittaa ns. syväpurkaustilaa, jossa toimiminen voi aiheut- o 30 taa pysyviä vaurioita. Kennojännitteellä on myös tietty yläraja Umax, jota korke- o ampaan jännitteeseen lataaminen voi myös aiheuttaa pysyviä vaurioita. Nor- maalisti pyritään siis toimimaan näiden jänniterajojen välissä.Figure 2 shows the characteristic behavior of the cell voltage t? as a function of the remaining charge in the cell. The voltage has a certain lower limit Umin, ^ which lower voltage means the so-called. deep discharge mode, where operation can cause permanent damage. The cell voltage also has a certain upper limit, Umax, which can also cause permanent damage when charging a high amperage voltage. Normally, therefore, the aim is to operate between these voltage limits.
CLCL
Kuviossa on esitetty varauskapasiteettinsa puolesta kahden toisis- c\j taan poikkeavan kennon ominaiskäyrät, jossa kennon 1 täysi kapasiteetti on m § 35 Qd ja kennon 2 vastaavasti hieman korkeampi QC2- Kuvion perusteella on hel- ° posti nähtävissä, että jos molempia kennoja lähdetään varaamaan syväpur- kausrajalta (varaustila 0) samalla virralla, täytyy varaaminen lopettaa kennon 1 saavuttaessa täyden varauksen. Jotta myös kenno 2 voitaisiin varata täyteen, 5 koko akuston täyden kapasiteetin hyödyntämiseksi, täytyy kennojen välillä käyttää jotain tasapainottavaa järjestelmää, joka siirtää varausta kennosta 1 kennoon 2. Vastaavasti toisinpäin, kuormitettaessa molempia täyteen varattuja kennoja samalla virralla, täytyy syväpurkausrajaa lähestyttäessä siirtää kennos-5 ta 2 varausta kennoon 1 varaustasapainon säilyttämiseksi.The figure shows the characteristic curves of two cells differing in their charge capacity, with the full capacity of the cell 1 being m Q 35 Qd and the cell 2 correspondingly slightly higher QC2. It can be readily seen from the figure that if both cells are charged - from the seasonal limit (charge state 0) with the same current, the charge must stop when the cell 1 reaches full charge. In order to fully charge the cell 2, to utilize the full capacity of the entire battery, some balancing system must be used which transfers the charge from the cell 1 to the cell 2. Conversely, when loading both fully charged cells with the same current, 2 charges to cell 1 to maintain charge balance.
Kuviossa 3 on esitetty eräs tunnettu periaate, jolla kennojen ylijän-nite voidaan estää akustoa ladattaessa. Laitteistoon kuuluu jokaisen kennon rinnalle kytketty releen (Si - Sn) ja vastuksen Rbal sarjaankytkentä. Mikäli jokin io kenno uhkaa ylilatautua, kytketään vastus sen rinnalle, jolloin osa ko. kennon varauksesta purkautuu vastukseen.Figure 3 illustrates a known principle for preventing over-voltage of cells when charging a battery. The system includes a serial connection of a relay (Si - Sn) and a resistor Rbal connected to each cell. If an io cell threatens to overcharge, a resistor is connected to it so that a part of the sensor in question is connected. the cell discharges to the resistor.
Tämä menetelmä ei kuitenkaan voi auttaa estämään muita heikomman kennon syväpurkausta, vaan se täytyy hoitaa esimerkiksi lopettamalla akuston kuormittaminen ajoissa heikoimman kennon määräämänä.However, this method cannot help prevent deep discharge of a weaker cell, but must be treated, for example, by stopping the battery in time as determined by the weakest cell.
1515
Kuviossa 4 on esimerkki tämän keksinnön mukaisesta järjestelmästä akkukennoston varaustasapainon säilyttämiseksi. Esimerkissä jokaiseen kennoon on liitetty kaksisuuntaisen varauksensiirron mahdollistava balansoin-tiyksikkö CM. Varauksensiirron toteuttaa tehokonvertteri, jossa on galvaanisesti 20 toisistaan erotetut ensiö- ja toisiopiirit, joka ensiöpiiri sijaitsee ulkoisen teho-väylän potentiaalissa ΡΡΒ ja joka toisiopiiri sijaitsee kennon potentiaalissa Pc.Fig. 4 is an example of a system according to the present invention for maintaining the charge balance of a battery cell. In the example, each cell is associated with a balancing unit CM that enables bidirectional charge transfer. The charge transfer is performed by a power converter having galvanically separated primary and secondary circuits, which primary circuit is located at the external power bus potential ΡΡΒ and which secondary circuit is located at the cell potential Pc.
Tehoväylä PB yhdistää siis kaikkia balansointiyksiköitä CM. Teho- väylän jännite vastaa edullisesti muutaman sarjaankytketyn kennon jännitettä, esimerkiksi kuvion mukaisesti neljän kennon jännitettä (noin 12 Vdc). Teho- 25 väylä voi olla kelluva, akustosta täysin irrallinen, tai sen voi liittää johonkin ken- noryhmään esimerkiksi kuvion katkoviivoilla esitettyjen yhdysjohtimien 1 ja 2 avulla. Väylän jännitteen voi myös ohjata korkeammaksi kuin siihen liitetyn ” kennoryhmän jännitteen, jolloin väylän varauspulssit eivät kierrä kennoryhmän o ™ kautta. Tässä tapauksessa voidaan käyttää esimerkiksi kuvion mukaista diodia o 30 Vpb, joka estää tehoväylän korkeamman jännitteen purkautumisen matalam- o paan kennoryhmän jännitteeseen.The power bus PB thus links all the balancing units CM. The voltage of the power bus preferably corresponds to the voltage of a few cells connected in series, for example to the voltage of four cells (about 12 Vdc), as shown in the figure. The power bus may be floating, completely detached from the battery, or it may be connected to one of the cell groups, e.g. The bus voltage can also be controlled higher than the voltage of the connected 'cell array', whereby the bus charge pulses do not circulate through the o ™ cell array. In this case, for example, a diode o 30 Vpb as shown in the figure can be used, which prevents the discharge of the higher voltage of the power bus to the voltage of the lower cell array.
g Keksinnön mukaisesti akuston toimintaa hallitseva ohjausyksikkö 0_ CU ohjaa balansointiyksiköiden CM toimintaa ohjausväylän CB välityksellä si-^ ten, että kennoista tehoväylään siirrettyjen ja tehoväylästä kennoihin siirrettyjeng According to the invention, the control unit 0_CU controlling the operation of the accumulator controls the operation of the balancing units CM via the control bus CB so that the cells transferred from the cells to the power bus and the cells transferred from the power bus to the cells
LOLO
g 35 varausten summa on keskimäärin 0. Näin menetellen, silloin kun tehoväylä on S yhdistetty johonkin kennoryhmään Cgi, ei ko. kennoryhmän varaustasapaino häiriinny väylään liittämisen vuoksi. Tehoväylän varaustasapainoa voi valvoa mittaamalla jommankumman yhdysjohtimen (1, 2) virtaa, esimerkiksi kuvion 4 6 mukaisen shunttivastuksen Rpb, joka on esitetty vaihtoehtoisena kytkentänä katkoviivoin, avulla. Mikäli tehoväylä on akustosta irrallinen tai korkeajännittei-sempi kuin siihen diodin Vpb, joka on esitetty vaihtoehtoisena kytkentänä katkoviivoin, kautta liitetty ryhmä, vastaava varaustasapainon valvonta onnistuu te-5 hoväylän jännitettä tarkkailemalla; tasapainotilanteessa jännite pysyy asetettujen rajojen sisällä.g 35, the sum of the charges is an average of 0. In this way, when the power bus is connected to a cell group Cgi, not to the cell in question. the charge balance of the cell group was disturbed by connection to the bus. The charge balance of the power bus can be monitored by measuring the current of one of the interconnectors (1, 2), for example by means of the shunt resistor Rpb according to Fig. 4-6, shown as an alternate connection by dashed lines. If the power bus is disconnected from the battery or more high voltage than the group connected to it via diode Vpb shown as an alternate connection with dashed lines, the corresponding charge balance control is achieved by monitoring the voltage of the te-5 bus; at equilibrium, the voltage remains within the set limits.
Kuviossa 5 on esitetty toinen esimerkki keksinnön mukaisesta järjestelmästä. Siinä balansointiyksiköt CGM ovat kennoryhmäkohtaisia; kuvion ίο tapauksessa akusto on jaettu neljän kennon ryhmiin CGi - CGn, joista jokaisella on oma yhteinen yksikkönsä. Toiminta on muuten sama kuin kuvion 4 tapauksessakin, mutta nyt balansointiyksikössä on yhtä monta toisiopiiriä kuin on yksikköön liitettyjä kennojakin, eli siis tässä tapauksessa 4 toisiopiiriä. Tällaisen järjestelmän etuna ovat alemmat kustannukset kuin kuvion 4 mukaisen kenno-15 kohtaisen järjestelmän kustannukset. Samaan ryhmään kuuluvien kennojen lukumäärä voi toki olla muukin kuin 4. Maksimimäärää rajoittavat lähinnä käytännön toteutukseen liittyvät ongelmat, kuten esim. samalle rungolle mahtuvien toisiokäämien lukumäärä tehokonvertterin muuntajassa.Figure 5 shows another example of a system according to the invention. In it, the CGM balancing units are cell group specific; In the case of the ίο pattern, the battery is divided into four cell groups CGi - CGn, each of which has its own common unit. By the way, the operation is the same as in Fig. 4, but now the balancing unit has as many secondary circuits as there are cells connected to the unit, i.e. in this case 4 secondary circuits. The advantage of such a system is the lower cost than the cost per cell-15 system of Figure 4. Of course, the number of cells in the same group may be more than 4. The maximum number is mainly limited by practical implementation problems, such as, for example, the number of secondary windings that can fit on the same frame in a power converter transformer.
Ohjausyksiköllä CU, ohjausväylällä CB, virranmittausshuntilla Rpb 20 ja jännitteenerotusdiodilla Vpb voi myös kuvion 5 esimerkissä olla sama merkitys kuin kuvion 4 esimerkissäkin, ne on vain kuvion selkeyden vuoksi jätetty piirtämättä. Ohjausyksikkö CU voi olla erillinen yksikkö tai se voi edullisesti olla integroitu johonkin muita laajempaan balansointiyksikköön CGM.The control unit CU, the control bus CB, the current measuring shunt Rpb 20 and the voltage isolation diode Vpb may also have the same meaning in the example of FIG. 5 as in the example of FIG. 4, for reasons of clarity only. The control unit CU may be a separate unit, or it may advantageously be integrated into a larger balancing unit CGM.
25 Kuviossa 6 on esitetty yksinkertaistettuna eräs edullinen mahdolli suus keksintöön liittyvän varauksensiirtokonvertterin toteutuksesta. Kyseessä on ns. kaksisuuntainen flyback-konvertteri, johon kuuluu ensiöpiiri (ensiökäämi NP, ensiökytkin Vp) ja yksi (kuvion 4 esimerkkiin liittyen) tai useampia (kuvion 5 ^ esimerkkiin liittyen) toisiopiirejä (toisiokäämit Nsi - Nsn, toisiokytkimet Vsi - Vsn)· »3- o 30 Kytkimet ovat edullisesti MOSFET-transistoreita, joiden sisäiseen rakenteeseen o tunnetusti kuuluu myös diodi. Ensiöpiirin tehoväyläliitynnän jännitettä tasoitta- j£ maan voi olla kytketty kondensaattori Cpb, jolla on edullinen merkitys erityisestiFigure 6 illustrates, in simplified form, a preferred embodiment of a charge transfer converter related to the invention. This is a so-called. a bidirectional flyback converter comprising a primary circuit (primary winding NP, primary switch Vp) and one (with respect to the example of FIG. 4) or more (with respect to the example of FIG. 5 ^) secondary circuits (secondary windings Nsi to Nsn, secondary switches Vsi to Vsn). The switches are preferably MOSFET transistors whose internal structure o is known to include a diode. A capacitor Cpb may be coupled to the voltage equalizer of the primary circuit power bus interface, which is of advantageous importance especially
CLCL
silloin kun tehoväylä on erotettu akustosta tai sen jännite on korkeampi kuin c\j siihen diodin kautta liitetyn kennoryhmän jännite, m § 35 Kun kuvion mukaisella konvertterilla halutaan siirtää varauspulssiwhen the power bus is disconnected from the battery or its voltage is higher than c \ j the voltage of the cell group connected to it via the diode, m § 35 When the converter according to the figure is to transfer the charge pulse
OO
c\j tehoväylästä kennoon, ohjataan aluksi ensiökytkin Vp johtavaksi. Flyback- muuntajan ensiökäämin virta kasvaa tällöin lineaarisesti, kunnes kytkin ohjataan johtamattomaksi. Muuntajan Ti magneettipiiriin varautunut energia purkautuu 7 tämän jälkeen siihen toisiopiiriin, jonka jännite on alin. Jos mitään toisiokytkintä ei ohjata johtavaksi, energia purkautuu toisiofettien sisäisten diodien kautta siihen kennoon, jonka jännite on alin. Käyttämällä tehofettejä, joiden kanavaresis-tanssi on niin pieni että niiden johtavan tilan jännite on fetin sisäisen diodin 5 päästöjännitettä (noin 0,7 V) selvästi alempi, esimerkiksi 0,2 V, voidaan toi-siokytkinten ohjauksella valita mihin kennoon muuntajan magneettipiirin energia puretaan, kennojännitteiden pienistä jännite-eroista riippumatta.c \ j from the power bus to the cell, the primary switch Vp is initially directed to conductive. The flyback transformer primary winding current will then increase linearly until the switch is controlled non-conducting. The energy charged to the magnetic circuit of the transformer Ti is then discharged into the secondary circuit with the lowest voltage. If no secondary switch is controlled to conduct, the energy is discharged through the secondary diodes' internal diodes to the cell with the lowest voltage. By using power fetuses with a low channel resistance such that their conductive state voltage is significantly lower than the output voltage of the fetal diode 5 (about 0.7 V), for example 0.2 V, control of the secondary switches allows to select which cell the transformer magnetic circuit is discharged, regardless of small voltage differences between the cell voltages.
Vastaavasti kun konvertterilla halutaan siirtää varauspulssi kennosta tehoväylään, ohjataan aluksi haluttua kennoa vastaava toisiokytkin Vs johta-10 vaksi. Toisiokäämin virta kasvaa tällöin lineaarisesti kunnes kytkin ohjataan johtamattomaksi. Muuntajan Ti magneettipiirin energia purkautuu tämän jälkeen ensiöpiiriin (= tehoväylään) ensiökytkimen sisäisen diodin kautta.Correspondingly, when the converter is to transfer the charge pulse from the cell to the power bus, the secondary switch Vs conducting-10 corresponding to the desired cell is initially controlled. The secondary winding current will then increase linearly until the switch is controlled non-conducting. The energy of the magnetic circuit of the transformer Ti is then discharged to the primary circuit (= power bus) via the internal diode of the primary switch.
Kuviossa 7 on esitetty tehoväylän virran ipe ja sen aikaintegraalin 15 JipB luonteenomainen käyttäytyminen kuvion 6 mukaista flyback-konvertteria ja keksinnön mukaista varauksensiirron nollasummamenetelmää käytettäessä. Virran iPB käyrämuoto on luonteeltaan kolmiomaista, ja kun akuston hallintajärjestelmä huolehtii siitä että positiivisten ja negatiivisten virtapulssien pinta-alat minkä tahansa kohtuullisen mittaisen aikaikkunan, esimerkiksi 1 ms, sisällä py-20 syvät yhtäsuurina, pysyy myös virran aikaintegraali JiPB kohtuullisen lähellä nollaa (= liukuva aikakeskiarvo on nolla). Tämä on edellytys sille, ettei väylään liitetyn kennoryhmän varaustasapaino lähde ajautumaan mihinkään suuntaan ja että akustosta irrallisen tai kennoryhmään liitetyn, mutta korkeampijännitteisen väylän jännite pysyy haluttujen rajojen sisällä.Fig. 7 shows the characteristic behavior of the power bus current ipe and its time integral 15 JipB when using the flyback converter of Fig. 6 and the charge transfer zero method according to the invention. The current iPB curve shape is triangular in nature, and when the battery management system ensures that the positive and negative current pulse areas within any reasonably long time window, such as 1 ms, are equal to py-20, the current time integral JiPB also remains reasonably close to zero is zero). This is a prerequisite to ensure that the charge balance of the cell array connected to the bus does not drift in any direction and that the voltage of the bus disconnected from the battery or bus connected to the cell but with higher voltage remains within the desired limits.
2525
Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutus-muodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan ne voi-” vat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to one skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited solely to the examples above, but may vary within the scope of the following claims.
CvJCVJ
o 30 00 oo 30 00 o
XX
XX
Q.Q.
CvJCVJ
COC/O
CvJCVJ
LOLO
OO
o o CVJ 35o o CVJ 35
Claims (11)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20095262A FI123892B (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Battery management |
EP10713351A EP2406866A2 (en) | 2009-03-13 | 2010-03-10 | Charge management of a battery pack |
PCT/FI2010/050177 WO2010103182A2 (en) | 2009-03-13 | 2010-03-10 | Charge management of a battery pack |
RU2011140050/07A RU2011140050A (en) | 2009-03-13 | 2010-03-10 | BATTERY CHARGING MANAGEMENT |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20095262A FI123892B (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Battery management |
FI20095262 | 2009-03-13 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20095262A0 FI20095262A0 (en) | 2009-03-13 |
FI20095262A FI20095262A (en) | 2010-09-14 |
FI123892B true FI123892B (en) | 2013-12-13 |
Family
ID=40510260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20095262A FI123892B (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Battery management |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2406866A2 (en) |
FI (1) | FI123892B (en) |
RU (1) | RU2011140050A (en) |
WO (1) | WO2010103182A2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102891519A (en) * | 2012-11-02 | 2013-01-23 | 上海同异动力科技有限公司 | Equalization circuit of battery pack |
US9318893B2 (en) | 2013-07-24 | 2016-04-19 | General Electric Company | Isolated battery management systems and methods thereof |
US20160172987A1 (en) * | 2013-09-01 | 2016-06-16 | Quantumscape Corporation | Dc-dc converter for battery system with wide operating voltage range |
US9322885B2 (en) * | 2013-11-26 | 2016-04-26 | Infineon Technologies Ag | Circuit and method for evaluating cells in a battery |
CN105262182B (en) * | 2015-11-13 | 2017-09-29 | 全天自动化能源科技(东莞)有限公司 | A kind of battery pack bidirectional equalization charge-discharge circuit and its charge and discharge control implementation method |
EP3641094A1 (en) * | 2018-10-15 | 2020-04-22 | Continental Automotive GmbH | Battery balancing system and method of operating a battery balancing system |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0662744B1 (en) * | 1994-01-06 | 1999-03-24 | General Motors Corporation | Module charge equalisation apparatus and method |
US7592775B2 (en) * | 2006-05-31 | 2009-09-22 | Aeroflex Plainview, Inc. | Battery balancing including resonant frequency compensation |
-
2009
- 2009-03-13 FI FI20095262A patent/FI123892B/en active IP Right Grant
-
2010
- 2010-03-10 WO PCT/FI2010/050177 patent/WO2010103182A2/en active Application Filing
- 2010-03-10 EP EP10713351A patent/EP2406866A2/en not_active Withdrawn
- 2010-03-10 RU RU2011140050/07A patent/RU2011140050A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20095262A0 (en) | 2009-03-13 |
WO2010103182A3 (en) | 2010-12-16 |
FI20095262A (en) | 2010-09-14 |
RU2011140050A (en) | 2013-04-20 |
WO2010103182A2 (en) | 2010-09-16 |
EP2406866A2 (en) | 2012-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI123892B (en) | Battery management | |
Stuart et al. | A modular battery management system for HEVs | |
JP6392997B2 (en) | Control device, power storage device, and power storage system | |
RU2696539C2 (en) | Onboard network for vehicle | |
US8901884B2 (en) | Combined battery charger and battery equalizer | |
US9276422B2 (en) | Battery pack and electric power consuming apparatus | |
FI123467B (en) | A method and system for managing the charge state of a lithium-ion cell | |
CN102780242A (en) | Charger | |
CN103477530A (en) | Charge balancing system for batteries | |
US20160308375A1 (en) | System and method for balancing the charge of a plurality of energy storage modules | |
US20140349146A1 (en) | Battery having a plurality of accumulator cells and method for operating same | |
KR20180029243A (en) | Hybrid Power Pack | |
RU2012140444A (en) | ELECTRICAL INSTALLATION WITH CAPACITY FOR CHARGING ELECTRIC BATTERIES | |
CN109690901A (en) | Energy storage device based on supercapacitor | |
KR20120020058A (en) | Facility for forming lithium ion cells | |
US9083188B2 (en) | Balance correcting apparatus and electricity storage system | |
US20240235215A9 (en) | Method of Battery Balancing an Electrical Series String of Lithium-Ion Batteries, and System Thereof | |
EP3298673A1 (en) | Integration of battery management system and battery charger | |
KR20160071207A (en) | Apparatus and method for protecting over charge of battery cell | |
EP2757653A1 (en) | Electronic device suitable for managing the direction of current and battery made up of modules which incorporate said device | |
KR102565347B1 (en) | Sensing circuit for battery cell voltage | |
CN107210614A (en) | The charging management method of electrochemical cell | |
CN105978100B (en) | A kind of battery bidirectional equalization circuit, system and equalization methods | |
US10232728B2 (en) | Electrochemical composite storage system | |
US10498145B2 (en) | Balancing of a battery having two branches, with bridging of differential numbers of storage elements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 123892 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |
|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: EUROPEAN BATTERY TECHNOLOGIES OY |