FI123893B - Järjestely akkujen lataamiseksi - Google Patents

Järjestely akkujen lataamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI123893B
FI123893B FI20096254A FI20096254A FI123893B FI 123893 B FI123893 B FI 123893B FI 20096254 A FI20096254 A FI 20096254A FI 20096254 A FI20096254 A FI 20096254A FI 123893 B FI123893 B FI 123893B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
cell
voltage
control information
accumulator
ctrl
Prior art date
Application number
FI20096254A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20096254L (fi
FI20096254A0 (sv
Inventor
Jouko Kuisma
Original Assignee
Teknoware Oy
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 Teknoware Oy filed Critical Teknoware Oy
Priority to FI20096254A priority Critical patent/FI123893B/fi
Publication of FI20096254A0 publication Critical patent/FI20096254A0/fi
Priority to EP10192134.4A priority patent/EP2337181A3/en
Publication of FI20096254L publication Critical patent/FI20096254L/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI123893B publication Critical patent/FI123893B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/96—Regulation of charging or discharging current or voltage in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/50—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/52—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially for charge balancing, e.g. equalisation of charge between batteries
    • H02J7/54—Passive balancing, e.g. using resistors or parallel MOSFETs
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

Järjestely akkujen lataamiseksi
Keksinnön tausta
Keksintö liittyy akkujen lataamiseen ja erityisesti yksittäisten kennojen sarjaan/rinnankytkennöistä muodostuvan akuston lataamiseen. Yksi kenno 5 muodostuu sähkökemiallisesta parista, jonka sähkömotorinen voima määräytyy elektrodien materiaalin ja elektrolyytin sähkökemiallinen sarjan mukaan. Tyypillisiä akkukennoja ovat lyijy- ja lipeäakut (Pb- ja NiCd-akut). Uusimmat akut ovat litiumpohjaisia.
Paikallisakustoja käytetään erilaisissa jatkuvaa sähkönsaantia vaati-10 vissa kohteissa verkkokatkoksen ajan varavirtalähteinä. Tyypillisiä varmistus-kohteita ovat sähkölaitokset, puhelinlaitteet ja rakennusten paloilmoitus- ja tur-vavalolaitteet. Tällöin akustot ovat normaalisti kytkettyinä varaajaan, joka pitää ne jatkuvasti varaustilassa niin sanotussa puskuvarauksessa (varaaja IU-toiminen / DIN 41773). Kuvio 1 esittää tällaista varausjärjestelyä. Puskuvarauk-15 sessa akuston 2 kaikki kennot 3 ovat sarjaan kytkettyjä ja niiden läpi kulkee sama varaajan 10 syöttämä varausvirta. Tämä edellyttää, että akuston 2 kennot 3 ovat tasalaatuisia eli niiden kapasiteetti ja itsepurkausvirta ovat samansuuruisia.
Tuotantoteknillisistä syistä akustojen kennot eivät koskaan kuiten-20 kaan ole täysin identtisiä, vaan niiden välillä on aina pieniä eroja. Tämä aiheuttaa kennoihin pieniä vaihteluja muun muassa kapasiteetin ja itsepurkauksen suhteen. Tämä ilmenee jälleenvarauksessa kennojen varausjännitteiden eroina. Lisäksi kennojen vanheneminen lisää eroja kennojen välille. Tätä varten ovat eri yhtiöt kehittäneet erilaisia kennokohtaisia valvonta- ja säätölaitteita. 25 Yleensä nämä ovat vakiojännitepohjaisia, eli kennojännitteen noustessa yli sai-
CO
ς litun rajan rajoittaa kyseessä oleva kennokohtainen valvonta jännitteen ohjaa- ™ maila varausvirtaa kulkemaan sivuvirtapiirin (by-pass) kautta kennon ohi. Täl- V löin muut kennot saavat edelleen varausvirtaa, mutta jo täyteen varautunut o kenno ei ylilataudu. Tällaiset sovellutukset ovat yleisiä varsinkin matala- | 30 antimoni- ja kalsiumlejeeratuilla lyijyakuilla, joiden itsepurkausvirta on hyvin ^ pieni. Siksi näissä kennojen erot korostuvat ylläpitovarauksessa.
K Julkaisussa CHI 1 855-6 /1983 IEEE (s. 60) esitetyt kytkennät poh- o jautuvat juuri lyijyakkujen kennojen varauksen tasapainottamiseen, eli niissä o ^ varausvirta on hyvin pieni. Lyijyakuilla ylivaraus ei aiheuta mitään suurta riskiä, 35 ainoastaan lyhentää akun elinikää. Tästä syystä käytetyt varauksenvalvojat pe- 2 rustuvat pienen varausvirran käsittelyyn. Lisäksi ne toimivat itsenäisesti eivätkä ole kytketty ohjamaan varaajaa.
Uusimmat akut, litiumakut, ovat kriittisempiä ylilataukselle, kuin perinteiset Pb- ja NiCd-akut. Litiumakkujen ylilatauksessa on akkujen kuumene-5 misen aiheuttaman tuhoutumisen lisäksi myös suuri räjähdysvaara. Siksi liti-umakuilla akkujen kennokohtainen varausvalvonta (battery monitoring) on pakollista. Valvonta on yleensä toteutettu akuston jokaisen kennon yksilöllisellä valvonta/ohjauslaitteella, joka mittaa kennokohtaisia varausjännitteitä ohjaten niiden mukaan akuston varauslaitetta. Toinen vaihtoehto on edellä mainittu 10 kennokohtainen sivuvirtapiirillä varustettu jännitteen tasausyksikkö.
Litium-akkujen ylilämpenemisen estämiseksi on markkinoilla myös ratkaisuja, joissa akun tai sen jokaisen kennon yhteyteen sijoitetaan lämpötilaa mittaava anturi. Kun akun tai jonkin kennon lämpötila nousee liian suureksi, antaa ko. tunnistin hälytyksen tai katkaisee varauksen.
15 Patenttijulkaisussa US 6,211,650 on esitetty esimerkki varausvirtaa sivuvirtapiirin kautta kulkemaan ohjaavasta varausjärjestelystä. Siinä sivuvirta {by-pass-virta) johdetaan kennokohtaisesti valvontayksikön kautta MOS-FET:iin, jossa sivuvirran aiheuttama teho synnyttää lämpöhäviöitä. Muu akusto varautuu edelleen, mutta jo täyteen varautuneet tai vialliset kennot eivät saa 20 ylivarausta. Koska varausvirran kulkeminen sivuvirtapiirin kautta aiheuttaa tehohäviöitä, lämpenee sivuvirtapiiriyksikkö. Litium-ioniakuilla on iso varausvirta, joten niiden sivuvirtapiirillä varustettu valvontayksikkö on rakennettava kestämään suuri häviöteho. Tämä vaatii tehojäähdytyselementtien integroimista si-vuvirtapiiriyksikköön, joten järjestelystä tulee isokokoinen ja kallis.
25 Patenttijulkaisu US 6,271,646 esittää samankaltaisen järjestelyn, mutta siinä tehohäviöiden välttämiseksi sivuvirta ohjataan erilaisten monimut- S kaisten kytkentäjärjestelyiden kautta akuston muihin kennoihin.
CM
^ Patenttijulkaisussa US 6,417,646 esitetään ratkaisu, jossa akun 17 kennon jännite pyritään pitämään vakiona sivuvirtapiirillä. Siinä kennon kuntoa
nJ
0 30 valvotaan pulssimaisella purkauspiirillä. Akun varausvirtaa ohjataan kyseisten £ purkauspiirien antamilla tiedoilla. Ohjausjärjestelyä tai -menetelmää ei kuiten- kaan julkaisussa esitetä. Lisäksi julkaisun ratkaisu on toteutukseltaan moni-
LO
^ mutkainen.
§ Patenttijulkaisussa US 5,578,914 esitetään myös sivuvirtajärjestely, ™ 35 jossa sivuviralla on maksimiarvo (saturaatioarvo), jonka jälkeen kennojännite alkaa taas kohota. Tätä kennojännitteen uudelleen tapahtuvaa nousua käyte- 3 tään varaajan virran portaittaiseen ohjaamiseen. Ongelmana on kennojännit-teen kaksivaiheinen kasvaminen ja niiden erotteleminen toisistaan.
Keksinnön lyhyt selostus
Keksinnön tavoitteena on siten kehittää järjestely laitteisto siten, että 5 yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan järjestelyllä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisessä patenttivaatimuksessa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.
Keksintö perustuu siihen, että akuston jokaiseen kennoon liittyy valio vontayksikkö, jolla hallitaan kennon jännitettä ohjaamalla tarvittaessa osa va-rausvirrasta kulkemaan valvontayksikön sivuvirtapiirin kautta. Sivuvirtapiirillä varustetun valvontayksikön lämpötilaa mitataan ja mitatun suureen arvon noustessa yli asetetun raja-arvon antaa yksikkö ohjaustiedon varaajalle, joka alentaa akuston varausjännitettä. Varaajan ulostulojännitettä alennettaessa 15 alenee myös virta välillisesti. Virran aletessa myös sivuvirtapiirin lämpötila alenee. Säätöä jatketaan niin kauan, kunnes mitatun suureen arvo alittaa asetetun kennokohtaisen valvontayksikön raja-arvon. Poiketen tunnetusta tekniikasta keksintö perustuu lämpötilan mittaamiseen, ja mitatun suureen arvolla lineaarisesti ohjataan varaajan jännitettä haluttuun arvoon, joka voi olla vakio tai 20 mitatun suureen arvosta lineaarisesti riippuva.
Keksinnön mukaisen järjestelyn etuna on aikaisempaa yksinkertaisempi toteutus. Keksinnön mukaisella järjestelyllä varaajan jännitettä voidaan ohjata haluttuun arvoon, joka voi olla vakio tai mitatusta suureesta lineaarisesti tai epälineaarisesti riippuva.
c2 25 Kuvioiden lyhyt selostus δ ^ Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh- Y teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: S kuvio 1 esittää akustoa ja varauslaitetta, g kuvio 2 esittää keksinnön järjestelyä,
CL
30 kuvio 3 esittää valvonta- ja sivuvirtapiiriyksikköä virranmittauksella ja
vJ
yksinkertaisella ohjaus-ja hälytystoiminnolla,
CO
g kuvio 4 esittää valvonta- ja sivuvirtapiiriyksikön virranmittauksen ° toimintakäyrän ja sen erilaisia toimintamuotoja ja kuvio 5 esittää valvonta- ja sivuvirtapiiriyksikkö virranmittauksella ja 35 lineaarisella varaajan ohjauksella.
4
Keksinnön yksityiskohtainen selostus
Keksinnön mukaisessa järjestelyssä käytetään samaa perusperiaatetta, kuin julkaisussa CHI 1 855-6 / 1983 IEEE esitetyssä sivuvirtapiirillä varustetussa vakiojännitevalvojassa. Kuvio 2 esittää keksinnön järjestelyä, jossa 5 akuston 2 jokaiseen kennoon 3 liittyy valvontayksikkö 4, jolla hallitaan kennon jännitettä ohjaamalla tarvittaessa osa varausvirrasta kulkemaan valvontayksikön 4 sivuvirtapiirin kautta. Edellä esitetyissä järjestelyissä olevat haitat vältetään sillä, että valvontayksikön 4 sivuvirtapiirin sivuvirtaa mitataan ja sivuvirran noustessa yli asetetun raja-arvon antaa yksikkö ohjaustiedon ctrl varaajalle 1, 10 joka alentaa akuston 2 varausjännitettä. Varaajan 1 ulostulojännitettä alennettaessa alenee myös virta välillisesti. Säätöä jatketaan niin kauan, kunnes sivu-virta alittaa asetetun kennokohtaisen valvontayksikön raja-arvon.
Sivuvirran kasvaessa myös sivuvirtapiirissä käytetyn jäähdytysele-mentin lämpötila nousee samassa suhteessa, joten lämpötila on suorassa riip-15 puvuussuhteessa sivuvirtaan. Vaihtoehtoisessa järjestelyssä valvontayksikköön 4 sijoitetaan lämpöanturi, joka mittaa sivuvirtapiirin lämpötilaa. Koska sivuvirtapiirin toiminta perustuu varausvirran kierrättämiseen kennon ohi ja sivu-virran muuttamiseksi lämpöhäviöiksi, kuumenee sivuvirtapiiri aina jonkin verran. Sivuvirran kasvaessa niin suureksi, että sivuvirtapiirin lämpötila nousee 20 ennalta asetettuun arvoon, ohjaa lämpöanturi akun varaajan 1 varausjännitettä alentaen sitä, kunnes varausvirta on alentunut niin alhaiseksi, että sivuvirtapiirin lämpötila ei enää ylitä asetettua lämpötila-arvoa. Kenno 3 voi myös lämmetä, vaikka sen jännite ei nousisikaan asetetulle kennon jännitteen ylärajalle. Esimerkiksi kennon ollessa viallinen, tai jopa oikosulussa, kennoon menee vir-25 taa, mutta jännite ei nouse. Tällöin kenno lämpenee. Sijoittamalla valvontayk-„ sikkö 4 ja sen sivuvirtapiiri akkukennon 3 välittömään läheisyyteen voidaan o lämpöanturilla lisäksi tunnistaa myös kennon ylilämpeneminen.
4- Eräässä vaihtoehdossa varaaja 1 voidaan kytkeä valvontayksikön 4 4. antaman tiedon perusteella kokonaan pois toiminnasta ja samalla antaa häly- 30 tysilmoitus huoltohenkilöstölle. Hälytystoiminto voidaan liittää myös järjestelyn £ muihin sovellutusmuotoihin.
J Sivuvirtapiiri voidaan rakentaa käsittelemään (kestämään termisesti) S osa varaajan 1 maksimivirrasta, esimerkiksi 20 % - 50 %. Tällä sivuvirtapiirin § käytöllä saadaan etu, jolloin varaaja 1 yhdessä sivuvirtapiirin kanssa tasoittaa
CVJ
35 litiumakuston 2 kennojen 3 erot varaamalla vajaassa varaustilassa olevia kennoja 3 ja ohjaamalla jo täyteen varattujen tai viallisten kennojen 3 varausvirtaa 5 kulkemaan sivuvirtapiirin kautta. Toisaalta, jos kennojen 3 kapasiteettierot ovat ratkaisevan suuria (esimerkiksi 20 % - 50 %), ei sivuvirtapiiriä jouduta mitoittamaan termisesti liian suureksi tällaisen viallisen kennotapauksen mukaisesti. Sivuvirtapiirillä varustetun valvontayksikön 4 antama varaajan 1 ohjaustieto 5 voidaan myös järjestellä lineaariseksi, epälineaariseksi tai jopa sellaiseksi, että se suoraan antaa päälle/pois- ohjauksen varaajalle.
Uusimmat litium-rautafosfaattiakut eivät ole enää niin kriittisiä va-rausjännitteiden suhteen kuin aikaisemmat sovellutukset. Niinpä litium-rauta-fosfaattiakkuja voidaan jo valmistaa 6 V ja jopa 12 V kennoryhminä. Niissä ei 10 enää vaadita kennokohtaista valvontaa ja yksittäisten kennojen navat eivät ole enää näkyvissä kotelon ulkopuolella. Tässä esitettyä kytkentäjärjestelyä voidaan myös käyttää akkuryhmien (battery block) jännitteiden tasaamiseen yksittäisten kennojännitteiden sijasta. Tällöin jänniteasetukset on tehtävä vastaavasti kaksi tai neljä kertaa suuremmille arvoille. Kennot voidaan myös liittää 15 kennoryhmiksi siten, että ryhmässä on rinnakkain kytkettynä useampia kennoja. Tässä dokumentissa mainitut kennot voidaan korvata edellä mainituilla kennoryhmillä.
Kuviossa 3 on esitetty keksinnön edullinen suoritusmuoto, jossa valvontayksikkö 4 ohjaa kennon 3 varausvirtaa kulkemaan tarpeen mukaan si-20 vuvirtapiirin kautta. Kennoa 3 varattaessa nousee kennon 3 jännite UB suhteessa varaustilaan. Toisin sanoen kennon 3 täyttyessä kennon 3 jännite UB siis nousee. Vahvistimen 4.1 ei-invertoivaan (+) tuloon tuodaan referenssijän-nite Uref, joka tuotetaan jännitesäätimellä, kuten zener-diodilla 4.2 ja sen etu-vastuksella 4.3. Vahvistimen 4.1 invertoivaan (-) tuloon tuodaan kaksi mittaus-25 tietoa summausvastusten 4.4 ja 4.5 kautta. Ensimmäinen näistä mittaustie-doista on kennon jännitteen oloarvo UB,o, joka muodostetaan kennon jännitti teestä UB kahden vastuksen 4.6 ja 4.7 avulla. Toinen mittaustieto on kennon 3
C\J
jännitteeseen UB ja sivuvirtaan Is verrannollinen jännite UBIS,o, joka saadaan vir- ^ ranmittausvastukselta 4.8 säätöpotentiometrin 4.9 avulla.
° 30 Aluksi tarkastellaan pelkästään ensimmäisen mittaustiedon, kennon | jännitteen oloarvon, vaikutusta kytkentään. Kun kennon jännitteen oloarvo UB,o ^ on referenssijännitteen Uref alapuolella, on vahvistimen 4.1 lähtö ylhäällä ja m transistori 4.10 ei-johtavassa tilassa (sulkutilassa). Tällöin ei myöskään sivuvir-o taa Is kulje, joten virranmittaustieto UBis,o on samansuuruinen kuin kennon jän- 00 35 niiteen oloarvo UBt0. Kun kennon jännite UB varauksen aikana nousee niin suu reksi, että vahvistimen 4.1 invertoivan (-) tulon arvo saavuttaa referenssijännit- 6 teen Uref arvon, alkaa vahvistimen 4.1 lähdön jännite laskea ohjaten transistoria johtavaan tilaan. Tällöin kennon 3 varausvirtaa alkaa kulkea transistorin kautta. Virta ohjautuu sellaiseen tilaan, että kennon 3 jännite UB pysyy vakaana. Toisin sanoen, jos sivuvirta Is kasvaa niin suureksi, että kennon 3 jännite 5 UB alkaa pienentyä, pienentää vahvistin 4.1 transistorin 4.10 ohjausta siten, että myös sivuvirta Is alenee ja kennon 3 jännite UB pääsee nousemaan. Näin valvontayksikkö 4 vakavoi kennon 3 jännitteen UB kuvion 4 käyrän 0 mukaiseksi. Kennon jännite UB pysyy vakiona sivuvirrasta Is riippumatta. Varaaja rajoittaa sivuvirtaa Is siten että sille asetettu yläraja (2A kuviossa 4) ei ylity.
10 Kun lisäksi huomioidaan kuvion 3 kytkennän 4 sivuvirran mittaustie to UBis,o, saadaan kennon 3 jännitettä UB muutettua myös sivuviralle/s vasteel-lisesti. Sivuvirran mittaustieto Ubis,o on sivuviralle Is ja kennon jännitteelle UB vasteellinen seuraavasti: 15 UBIS 0 -UB -k-Rs -Is missä Rs on tehovastuksen 4.8 resistanssi ja k on säätöpotentiomet-rin 4.9 jännitejaon suhdeluku välillä 0-1. Sivuvirran Is kasvu siis pienentää sivuvirran mittaustietoa Ubis,o- Sivuvirran mittaustieto UBis,o viedään summaus- 20 vastuksen 4.5 kautta vahvistimen 4.1 invertoivaan (-) tuloon. Vahvistimelle 4.1 invertoivaan (-) tuloon tulee nyt summausvastusten 4.4 ja 4.5 kautta kennon jännitteen oloarvon UB,0 ja sivuvirran mittaustiedon UBIS,o summatieto UB+Bis,o-Sivuvirran mittaustiedon UBis,o arvo pienentyessä pienentyy myös summatieto Ub+bis,o. Toisin sanoen sivuvirran kasvaessa pienenee summatieto UB+Bis,o, joka 25 on yhdistetty vahvistimeen 4.1 invertoivaan (-) tuloon. Vahvistin 4.1 korjaa ti-m lannetta ohjaamalla kennon jännitettä UB suuremmaksi. Näin saadaan kennon o jännitteestä UB myös sivuviralle Is vasteellinen. Kuviossa 4 on esitetty kennon jännitteelle UB erilaisia sivuviralle Is vasteellisia käyrämuotoja riippuen suhde-^ luvusta k. Ensimmäinen käyrä 0 kuvaa tilannetta, jossa suhdeluku k = 0, eli ° 30 säätöpotentiometrilta 4.9 saatu mittaustulos on sama kuin kennon yli oleva
X
£ jännite. Tällöin siis kennon jännite UB ei ole sivuviralle Is vasteellinen. Kolme I^ muuta käyrää (/, II, III) esittävät tilanteita joissa suhdeluku k on nollaa suu- co rempi. Suhdeluvun k kasvattaminen lisää sivuvirran Is vaikutusta kennon jännit ti § teeseen UB. Suhdeluvun arvolla k = 1 säätöpotentiometrilta 4.9 saatu mittaus-
CVJ
35 tulos vastaa tehovastuksen 4.8 yli olevaa jännitettä.
7
Kuvion 3 kytkennässä on esitetty ohjaustieto ctrl, joka menee opto-erottimen 4.11 kautta varaajalle, joka on esitelty kuviossa 2 viitteellä 1. Tämän ohjaustiedon ctrl avulla voidaan ohjata varaajan varausvirtaa ja/tai -jännitettä. Kuviossa 3 on esitetty kytkentä vain periaatetasolla ja esimerkiksi vahvistin voi 5 olla P-säädin, tai myös Pl- tai PID-säädin tai mikä tahansa näiden yhdistelmä.
Kuvion 3 kytkennässä on myös esitetty periaatteellinen ylilämpöval-vonta/hälytyskytkentä, joka saadaan aikaan lämpötilatunnistimella 4.12. Lämpötilan noustessa yli asetetun arvon ohjaa lämpötilatunnistin 4.12 vahvistimen 4.1 mittauskytkentää siten, että asetettu kennon jännite UB alenee vasteellise-10 na lämpötilalle. Lämpötilatunnistimen 4.12 resistanssi kasvaa kun lämpötila nousee, josta seuraa, että vahvistimen 4.1 invertoivan (-) tulon jännite pyrkii kasvamaan, koska kennon jännitteen oloarvon UB,o tuottava jännitejako muut tuu. Tämän kompensoimiseksi vahvistin 4.1 ohjaa kennon jännitettä UB pienemmäksi. Samalla tämä tarkoittaa myös sitä, että sivuvirtaa Is kasvaa. Näin 15 ollen sivuvirtaa Is voidaan käyttää ilmaisemaan lämpötilaa. Kytkennän komponentit voidaan valita myös niin, että kytkentä ohjaa varaajan (kuvio 2, viite 1) virtaa alentaen sitä. Erässä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa taas lämpötilatunnistimelta 4.12 menee suoraan ohjaustieto varaajalle (kuvio 2, viite 1).
20 Kuviossa 3 on lisäksi esitetty vahvistimen 4.1 kompensointivastus 4.13, transistorin 4.10 kannan etuvastus 4.14 ja vahvistimen 4.1 ei-invertoivan (+) tulon etuvastus 4.15.
Kuviossa 5 on esitetty keksinnön vielä eräs edullinen suoritusmuoto, jossa valvontayksikkö 4 ohjaa kennon 3 varausvirtaa kulkemaan tarpeen mu-25 kaan sivuvirtapiirin kautta ja valvontayksikön 4 varaajalle (kuvio 2, viite 1) an-tama ohjaustieto ctrl on lineaarinen. Valvontayksikön 4 toiminta on olennaisesti 5 sama kuin kuviossa 3 esitetyssä suoritusmuodossa. Tästä suoritusmuodossa
(M
^ edellisestä poiketen kuitenkin sivuvirtaa mitataan vahvistimen 4.16 välityksellä ^ ja mittaus muunnetaan A/D-muuntimella 4.17 digitaaliseen muotoon ja välite- ° 30 tään varaajalle. Mittaustulossignaali on galvaanisesti erotettu valvontayksikön £ kytkennästä.
Tt Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin tö ^ nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus- o muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel- ^ 35 la patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (6)

8
1. Järjestely akkujen lataamiseksi, joka järjestely käsittää kennoryhmiä (3), jotka käsittävät yhden tai useamman kennon, akuston (2), joka käsittää kaksi tai useampia sarjaan kytkettyjä ken- 5 noryhmää (3), kennoryhmäkohtaiset valvontayksiköt (4), jotka on sovitettu hallitsemaan kennoryhmäkohtaisesti kennoryhmän (3) jännitettä ohjaamalla tarvittaessa osan varausvirrasta kulkemaan valvontayksikön (4) sivuvirtapiirin kautta kennoryhmän (3) ohi ja käsittävät välineet varaajalle (1) välitettävän ohjaustieto don (ctrl) määrittämiseksi ja akustoa (2) varaavan varaajan (1), joka käsittää välineet akuston (2) varaamiseksi vasteellisena minkä hyvänsä valvontayksikön (4) määrittämälle ohjaustiedolle (ctrl), tunnettu siitä, että välineet ohjaustiedon määrittämiseksi on sovitettu määrittämään oh-15 jaustiedon (ctrl) vasteellisena valvontayksikön (4) sivuvirtapiirin lämpötilalle, akustoa (2) varaava varaaja (1) käsittää välineet varausjännitteen jännitetason muuttamiseksi vasteellisena minkä hyvänsä valvontayksikön (4) määrittämälle ohjaustiedolle (ctrl) ja valvontayksiköt (4) ja niiden sivuvirtapiirit on sijoitettu kennoryhmien 20 (3) läheisyyteen kennoryhmien (3) ylilämpenemisen tunnistamiseksi.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että valvontayksikkö (4) on sovitettu ohjaamaan kennoryhmän (UB) jännitettä vasteellisena valvontayksikön (4) sivuvirtapiirin sivuviralle (h).
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu sii-25 tä, että välineet lämpötilalle vasteellisen ohjaustiedon (ctrl) määrittämiseksi on co sovitettu määrittämään lämpötila suoraan lämpötilasensorilta (4.12).
^ 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu sii- ^ tä, että välineet lämpötilalle vasteellisen ohjaustiedon (ctrl) määrittämiseksi on 4· sovitettu määrittämään lämpötila välillisesti sivuvirasta (Is). o x 30
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen järjestely, tunnet- * t u siitä, että akustoa (2) varaava varaaja (1) käsittää välineet akuston (2) va- S raamiseksi vasteellisena minkä hyvänsä valvontayksikön (4) määrittämälle oh- CVJ g jaustiedolle (ctrl) siten, että varaaja (1) alkaa rajoittaa akuston (2) varaamista o minkä hyvänsä valvontayksikön (4) määrittämän ohjaustiedon (ctrl) arvon ylit- 35 täessä ennalta määritetyn raja-arvon. 9
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen järjestely, tunnet-t u siitä, että akustoa (2) varaava varaaja (1) käsittää välineet akuston (2) varaamiseksi vasteellisena minkä hyvänsä valvontayksikön (4) määrittämälle ohjaustiedolle (ctrl) päälle/pois-tyyppisesti. 5 CO δ c\j o X CC CL LO C\l CD O) O O CM 10
FI20096254A 2009-11-27 2009-11-27 Järjestely akkujen lataamiseksi FI123893B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096254A FI123893B (fi) 2009-11-27 2009-11-27 Järjestely akkujen lataamiseksi
EP10192134.4A EP2337181A3 (en) 2009-11-27 2010-11-23 Arrangement for charging batteries

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096254A FI123893B (fi) 2009-11-27 2009-11-27 Järjestely akkujen lataamiseksi
FI20096254 2009-11-27

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20096254A0 FI20096254A0 (sv) 2009-11-27
FI20096254L FI20096254L (fi) 2011-05-28
FI123893B true FI123893B (fi) 2013-12-13

Family

ID=41395300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20096254A FI123893B (fi) 2009-11-27 2009-11-27 Järjestely akkujen lataamiseksi

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2337181A3 (fi)
FI (1) FI123893B (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111261961A (zh) * 2020-03-20 2020-06-09 北京轩宇空间科技有限公司 一种基站退役电池智能管理系统
CN116461387B (zh) * 2023-04-04 2023-10-24 常州汉姆智能科技有限公司 一种无人机电池串联充电平衡电路

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3231801B2 (ja) * 1991-02-08 2001-11-26 本田技研工業株式会社 バッテリの充電装置
JPH07336905A (ja) 1994-06-08 1995-12-22 Nissan Motor Co Ltd 組電池の充電装置
JPH1066276A (ja) * 1996-08-21 1998-03-06 Japan Tobacco Inc 充電保護装置および充電装置
US5666040A (en) * 1996-08-27 1997-09-09 Bourbeau; Frank Networked battery monitor and control system and charging method
US6211650B1 (en) 2000-01-12 2001-04-03 Lockheed Martin Corporation Battery cell by-pass circuit
US6271646B1 (en) 2000-07-05 2001-08-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Battery cell by-pass circuit
US6417646B1 (en) 2001-05-22 2002-07-09 Honeywell International Inc. Circuit for monitoring cells of a multi-cell battery during charge
JP4642792B2 (ja) * 2007-02-16 2011-03-02 富士通セミコンダクター株式会社 電源回路、電源制御回路および電源制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
FI20096254L (fi) 2011-05-28
EP2337181A3 (en) 2015-02-18
EP2337181A2 (en) 2011-06-22
FI20096254A0 (sv) 2009-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2297739C (en) Equalizer system and method for series connected energy storing devices
EP1363344B1 (en) Control system for sodium-sulfur battery
US7880444B2 (en) Process for balanced charging of a lithium ion or lithium polymer battery
US7719231B2 (en) Equilibrated charging method for a lithium-ion or lithium-polymer battery
US8581547B2 (en) Method for detecting cell state-of-charge and state-of-discharge divergence of a series string of batteries or capacitors
KR101489027B1 (ko) 충전 장치 및 충전 방법
KR20090126099A (ko) 배터리 팩 및 그 충전 방법
US20140306666A1 (en) Apparatus and Method for Battery Balancing
US20180309307A1 (en) Low temperature battery systems and methods
US20070145954A1 (en) Battery management system
US20090295335A1 (en) Battery pack and charging method for the same
CN101552483A (zh) 充电装置
US10553915B1 (en) Systems and methods for configuring parameters for charging a battery pack
KR20150052384A (ko) 선박용 ｂｍｓ 모듈
FI123817B (fi) Järjestely akkujen lataamiseksi
KR101988027B1 (ko) 배터리의 밸런싱 장치 및 방법
FI123893B (fi) Järjestely akkujen lataamiseksi
JP4440717B2 (ja) 直流電圧供給装置
US20070063673A1 (en) Method and device for equalizing the float voltage of a battery cell
CN210199274U (zh) 一种电源管理装置
EP2509185B1 (en) Balancer circuit for rechargeable batteries
KR102236060B1 (ko) 배터리 모듈
CN214479779U (zh) 供电电路
KR100574037B1 (ko) 개별 충전이 가능한 배터리 충전장치
JPS61500764A (ja) 蓄電池充電回路

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 123893

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: TEKNOWARE EMERGENCY LIGHTING OY, FI