LV14798B - Akumulatoru baterijā integrēta kontrolierīce - Google Patents

Description

Izgudrojuma apraksts

Izgudrojums attiecas uz elektroenerģijas avotiem, proti - uz autonomu elektroenerģijas avotu ar akumulatoru baterijām (AB) izmantošanu, kas ir izvietojamas, piemēram, transportlīdzekļos, kuriem ir nepieciešama to stāvokļa diagnosticēšana un kontrole, kā arī gadījumos, kad ir jānodrošina aizsardzība no nesankcionētas piekļuves.

Zināmā tehnikas līmeņa analīze

Ir zināma elektroenerģijas avotu parametru mērierīce, proti, mērierīce kompleksās pretestības mērīšanai elektroķīmiskā elementa vai akumulatoru baterijas diskrētā frekvencē [ASV patenta pieteikums US6002238 (A); starptautiskās klasifikācijas indeksi (SKI7): G01N 27/416 un H02J7/00; patenta pieteikuma US 19980152219], kas satur ierosmes strāvas ķēdi, pieslēdzamu akumulatoru baterijai, un spēj laist cauri periodiski mainīgu strāvu ar nelielu periodiskumu, kā ari tā satur: parametru nolasīšanas shēmu ar komutācijas elementu, kurš veido mērījamo lielumu izlases; etalonstrāvas shēmu un signālu apstrādes shēmu, kuras pieslēdz pārbaudāmai baterijai no ārpuses. Pie tam visa ierīce kopā ar komutācijas elementu atrodas ārpus AB un tai ir pieslēdzama caur Kelvina kontaktiem, kas veido vienu no tās trūkumiem. Minētās ierīces principiāls trūkums ir nepieciešamība baterijas parametru kontrolei izmantot praktiski veselu ārējo papildieriču kompleksu, kas neļauj šo ierici integrēt tieši pašā akumulatoru baterijā. Bez tam pastāv nepieciešamība izmantot ārējo ierīču lielu daudzumu, bet tas nozīmē, ka ir nepieciešams veidot lielu skaitu ārējo elektrisko savienojumu, katrs no kuriem ir viegli atrodams, apsekojot savienojumu ārējo shēmu, un ir iespējams shematiski apiet šo savienojumu. Tātad minētās ierices principiāls trūkums ir arī tas, ka tā nenovērš iespēju nesankcionēti piekļūt tieši akumulatoru baterijai, kas ir izvietota, piemēram, uz transportlīdzekļa.

Ir zināma ari ierīce akumulatoru baterijas parametru mērīšanai un novērtēšanai [ASV patents US6456045 (Bl); pieteikums US20010870410; SKI7 - G01N27/416], kas satur pirmos un otros Kelvina kontaktus, kuri ir pieslēdzami akumulatora baterijas izvadspailēm, starp kurām ir izvietota pati parametru kontrolierīce. Minētā ierīce paredz laikā mainīgā strāvas signāla pārraidi uz bateriju, kuru veido elektroniskais slēdzis un vadības bloks. Datu apstrādes bloks izvērtē baterijas reakciju kā dinamiskā parametra funkciju, kurš tiek mērīts ar Kelvina kontaktu palīdzību pēc pietiekoši lielas strāvas pielietošanas, kas tiek pievadīta testējamai baterijai caur rezistīvo slodzi, pie kam par dinamisku parametru uzskata izmērīto pretestību vai akumulatoru baterijas vadītspēju kā atsauksmi uz impulsveida strāvas iedarbību uz to.

Kontrolierīces izvietošanai AB iekšpusē zināmajās metodēs ir paredzēts izmantot Kelvina kontaktus, kas ir savienojami ar AB šūnām un ir secīgi pieslēdzami AB izvadspailēm, starp kurām ir izvietota pati kontrolierīce. Līdz ar ko visa darba strāva plūst caur kontaktsavienojumu virkni (AB šūnu savienojumiem ar kontrolierīci un kontrolierīces izvada savienojumu ar AB izvadspailēm). Šajā gadījumā tādi savienojumi, kas atšķirībā no standarta AB nav vienots veselums un caur tiem plūst visa darba strāva, ari palaides strāva, kontaktu pretestības (oma daļās) svārstības dēļ, piemēram, kontaktu nodiluma vai oksidēšanās dēļ, jo viss darbs noris uz ķīmiski agresīvas vides fona, var novest pie automobiļa energoapgādes sistēmas traucējumiem, it īpaši dzinēja iedarbināšanas bridī.

Visos iepriekš minētajos tehniskajos risinājumos sakaru līnijas izveidei starp vadības iekārtu un datu pārraides kopni ir nepieciešama vismaz viena papildu spaile uz akumulatora korpusa, kas nav vēlama gan no akumulatora izgatavošanas tehnoloģijas viedokļa, gan no nesankcionētas piekļuves novēršanas viedokļa. Lai nodrošinātu vadības iekārtas savienojumu ar datu pārraides kopni caur pieslēgspaili, ir nepieciešams izmantot savienotājvadus vai izjaucamus savienojumus, kas rada nepieciešamību pielietot vadības iekārtas un nodrošināt visu izjaucamo savienojumu papildu aizsardzību no agresīvās vides, kura piemīt akumulatoru baterijām.

Izgudrojuma mērķis un būtība

Izgudrojuma mērķis ir celt kontroles drošumu un precizitāti, novēršot kontaktsavienojumu nestabilitātes, ari agresīvas vides izraisītās, ietekmi, kā ari nodrošināt iespēju veikt kontroli bez nepieciešamības izmantot ārējās ierices un ārējos kontaktsavienojumus primārā signāla izveidei un datu pārraidei.

Piedāvātajā kontrolierīcē, kas integrēta AB un satur vadības un/vai diagnostikas signālu veidošanas bloku, izgatavotu, piemēram, mikroshēmas veidā, elektronisko kontaktslēdzi, kas veido mērījamo lielumu izlases, un datu apstrādes bloku, saslēgtu ar datu pārraides kopni, vismaz viens AB kontaktizvads, kas kalpo AB saslēgšanai ar ārējo elektrisko ķēdi, ir veidots no vairākām daļām. Turklāt vismaz divas daļas no minētajām vairākām daļām, kas veido AB kontaktizvadu, ir izpildītas tā, lai tās varētu saslēgties viena ar otru, veidojot vienu veselu. Turklāt elektroniskais kontaktslēdzis un ar to sasaistītais vadības un/vai diagnostikas bloks ir izvietoti starp minētajām AB kontaktizvada savstarpēji saslēdzamām, vienotu veselumu veidojošām daļām. Bez tam ar elektronisko kontaktslēdzi saslēgtās vadības un/vai diagnostikas vadības bloku mikroshēmas korpuss ir hermētisks un ir aprīkots ar vienu vai vairākiem papildu kontaktizvadiem, kas ir izgatavoti, piemēram, kā tapas kontakti, kas kalpo informācijas izvadīšanai un nodrošina saiti ar datu pieņemšanas-pārraides kopni. Tapas kontakts iet caur AB kontaktizvada vienu no minētajām daļām, kuras spēj saslēgties, un ir izvietots minētās AB kontaktizvada sastāvdaļas dobumā. Pie tam tapas kontakts ir elektriski izolēts no minētās kontaktizvada sastāvdaļas, kurā tas ir izvietots.

Piedāvātā kontrolierīce novērš kontaktu pretestības svārstības, jo savstarpēji saslēdzamās saliktā kontaktizvada daļas saslēdzoties veido vienotu veselumu, un hermētiskais korpuss, kurā ir izvietota vadības un/vai diagnostikas bloka mikroshēma, novērš ķīmiski agresīvās vides ietekmi uz kontaktsavienojumiem. Ar datu pieņemšanas-pārraides kopni sakarus nodrošinošā tapas kontakta izvietojums vienā no saliktā kontaktizvada saslēdzamām daļām novērš nepieciešamību izmantot papildu savienotājvadus vai ārējos izjaucamos savienojumus un sekmē nospraustā uzdevuma risināšanu, proti, novērš kontaktsavienojumu nestabilitātes ietekmi uz kontrolierīces darbību. Kopumā augstāk uzskaitītās pazīmes nodrošina kontrolierīces saskaņā ar izgudrojumu ļoti stabilu darbību.

Piedāvāto kontrolierīci, kas integrēta AB, paskaidro izgudrojuma aprakstam pievienotie attēli, kuros ir atveidots sekojošais:

- Fig.l ir paradīta kontrolierīces principiālā shēma un kontrolierīces izvietojuma shēma AB saliktajā kontaktizvadā.

- Fig.2 ir parādīta kontrolierīces darbību paskaidrojošās blokshēmas piemērs, taču tā ir tikai viens no kontrolierīces shematiskās realizācijas variantiem atbilstoši Fig.l parādītajai principālajai shēmai un neierobežo, kā ari neizslēdz citus, no Fig.2 atšķirīgus, shematiskus risinājumus signālu pārraidei un apstrādei uz citas elementu bāzes ar analoģiskām funkcijām (kā tas paskaidrots zemāk sadaļā kontrolierīces darbība).

Fig.l atveidotā diagnosticējamā AB (1) ir savienota ar kontaktizvadiem (2) un (3). Pie tam kontaktizvads (2) ir izveidots kā salikts, proti, sastāvošs, piemēram, no divām daļām- augšdaļas (4) un apakšdaļas (5), kuras spēj saslēgties savā starpā, veidojot vienotu veselumu. Pats kontrolierīces vadības un/vai diagnostikas signālu veidošanas bloks (6) un ar to saistītais elektroniskais kontaktslēdzis (7), kurš veido diskreditācijas impulsus noteiktajā frekvenču diapazonā, ir izvietoti hermētiskā korpusā (8) starp saliktā kontaktizvada (2) augšdaļu (4) un apakšdaļu (5). Caur kontaktiem (9) un (10), kas atrodas uz korpusa (8), notiek saliktā kontaktizvada (2) sastāvdaļu (4) un (5) saslēgšanās vienotā veselumā. Elektroniskais kontaktslēdzis (7) vienlaikus ir gan vadības un/vai diagnostikas bloka (6) strāvas devējs, gan arī izpildelements, kurš nodrošina kontrolierīces tādu papildu funkciju izpildi, kā AB iebūvētās pretaizdzīšanas ierices funkcija, īssavienojumu drošības funkcija, kā ari AB polu nepareizas pieslēgšanas drošības funkcija.

Korpuss (8) ir aprīkots ar vienu vai vairākiem papildu kontaku (11), caur kuru notiek informācijas pārraide un pieņemšana no datu apmaiņas kopnes starp vadības bloku (6) un datu apstrādes bloku, piemēram, borta datoru vai jebkādu citu ārējo ierici. Papildu kontakts (11) iet caur AB (1) kontaktizvada (2) augšdaļas (4) iekšpusi, ir izvietots augšdaļas (4) dobumā un ir izolēts no augšdaļas (4) korpusa ar izolējošo starpliku (12).

Kontrolierīces (Fig. 2), kas integrēta AB, darbība

Elektroniskais kontaktslēdzis (7) mērījumu veikšanas laikā pārslēdzas ar frekvenci Fk, kuru nosaka datu nolasīšanas un apstrādes bloka (13) shēma. Strāvas mainīgais komponents plūst caur AB (1) elementiem un atdalās uz elektroniskā kontaktslēdža (7) atsegtās pārejas, kas izpilda strāvas devēja lomu, pēc tam ar pastiprinātāja (14) palīdzību palielinās un ienāk datu nolasīšanas un apstrādes blokā (13). Sprieguma mainīgo komponentu palielina pastiprinātājs (15) un šis komponents tiek pārraidīta ari uz bloku (13). Uz šo datu pamata blokā (13) notiek AB (1) ekvivalentās shēmas parametru aprēķins un blokā (13) veidojas signāls, kurš ir nosakāms pēc iepriekš noteiktās robežvērtības un ir atkarīgs no AB (1) stāvokļa. Ekvivalentās shēmas parametri caur interfeisa moduli (16) tiek pārraidīti uz borta datoru, piemēram, automobiļa, lēmuma pieņemšanai. Nepieciešamības gadījumā borta dators caur interfeisa moduli (16) spēj pārraidīt jebkādus kontrolierīces darbībai nepieciešamos datus.

Fig.2 ir parādīts tikai viens no saskaņā ar izgudrojumu iespējamiem kontrolierīces principiālās shēmas, kas atveidota Fig. 1, realizācijai nepieciešamo konkrēto mezglu un bloku variantiem. Tajā pat laikā elektronisko kontaktslēdzi (7), kura komutācijas frekfvence nosaka AB (1) stāvokļa analīzes biežumu, ir iespējams ekvivalenti aizvietot ar paralēli saslēgtu ārējo tranzistoru virkni, piemēram, šādu tipu tranzistoru: PowerPAK vai TrenchFET Power MOSFET, kuri spēj izturēt lielas strāvas un kuriem ir maza (miliomu vienībās) kanāla pretestība. Kontrolierīces shēmas realizācijas šajā variantā elektroniskais kontaktslēdzis (7) izvietojas starp saliktā kontaktizvada (2) augšdaļu (4) un apakšdaļu (5), proti, tiek pārvietots hermētiskā korpusa (8) iekšpusē. Pie tam AB (1) diagnostikas mērījumu veikšanas algoritms nemainās. Strāvas mērījumiem var izmantot sprieguma kritumu ārējo tranzistoru vienā vai vairākās pārejās, kuras vienlaikus ir ari komutējošie slēdži.

Bez pamatfunkciju izpildes, kā aprakstīts augstāk, kontrolierīce, to uzstādot uz transportlīdzekļa, piemēram, automobiļa, veido lielisku pretaizdzīšanas līdzekli, kas neļauj nesankcionēti piekļūt vadības ķēdei, jo, cenšoties tai piekļūt, būs nepieciešams izjaukt savstarpēji saslēgtās daļas, kuras normālā stāvoklī veido vienotu veselumu. Līdz ar ko savstarpēji saslēgto daļu kontakts tiks neviļus iztraucēts, kas neļaus iedarbināt automobiļa dzinēju.

Izgudrojuma rūpnieciska izmantošana

AB integrētās kontrolierīces saskaņā ar izgudrojumu konfigurācija nodrošina iespēju izvietot to jebkura tipa AB bez nepieciešamības izmainīt rūpnieciski ražojamo AB izgatavošanas un komplektēšanas tehnoloģiju, ievērojot to tipu un veidu visu daudzveidību, kas, starp citiem parametriem, ir nosakāmi ari pēc AB nominālā elektriskā tilpuma ampērstundās. Ierīces tehniskā realizācija ir iespējama uz šodien pieejamās elementu bāzes bez jebkādu īpašu tehnoloģiju pielietošanas gan kontrolierīces sastāvā ietilpstošu elementu izgatavošanai, gan šo elementu un bloku iekļaušanai kopējā funkcionālā shēmā, kas liecina par kontrolierīces industriālās pielietošanas iespējām. Vēl svarīgāk ir tas, ka piedāvātās AB integrētās kontrolierīces rūpnieciskai izgatavošanai nav nepieciešams pārkārtot ražošanas tehnoloģiskos procesus uzņēmumos, kas ražo akumulatorus, tāpat kā nav nepieciešamas lielas materiālās investīcijas. Līdz ar to, ka AB kontaktizvadu uzstādīšanas izmēri ir standartizēti, piedāvātās kontrolierīces rūpnieciskai izgatavošanai praktiski pietiek ar to, lai standarta kontaktizvadu aizvietotu ar salikto kontaktizvadu, ko ir iespējams veikt jebkurā uzņēmumā, kas ražo AB.

Claims (6)

1. Pretenzijas

   1. Akumulatoru baterijā (1) integrēta kontrolierīce, kas satur vadības un/vai diagnostikas signālu veidošanas bloku (6), izgatavotu, piemēram, mikroshēmas veidā, un sasaistītu ar elektronisko kontaktslēdzi (7), kas veido mērāmo lielumu izlases, un datu apstrādes bloku, kas ir sasaistīts ar datu pieņemšanas-pārraides kopni, kas raksturīga ar to, ka vismaz viens no akumulatoru baterijas (1) kontaktizvadiem (2) ir veidots no vairākām daļām, no kurām vismaz divas daļas (4) un (5) spēj saslēgties savā starpā, veidojot vienotu veselumu.
2. 2. Kontrolierīce saskaņā ar 1. pretenziju, kurā minētās mikroshēmas bloka (6) korpuss (8) ir izvietots starp minētajām akumulatora baterijas (1) saliktā kontaktizvada (2) savstarpēji saslēdzamām daļām (4) un (5).
3. 3. Kontrolierīce saskaņā ar 2. pretenziju, kurā minētās vadības un/vai diagnostikas mikroshēmas bloka (6) korpusā (8) ir integrēts vismaz viens papildu kontaktizvads (11), kas no vienas puses ir pieslēgts blokam (6), bet no otras puses nodrošina pieslēgumu datu pieņemšanas-pārraides kopnei.
4. 4. Kontrolierīce saskaņā ar 3. pretenziju, kurā minētais papildu kontaktizvads (11) ir veidots tapas kontakta veidā, kas iet caur vienu no minētā saliktā kontaktizvada (2) savstarpēji saslēdzamām daļām (4).
5. 5. Kontrolierīce saskaņā ar 4. pretenziju, kurā minētais tapas kontakts (11) ir izolēts no saliktā kontaktizvada (2) savstarpēji saslēdzamās daļas (4).
6. 6. Akumulatoru baterijā (1) integrētā kontrolierīce saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, kas raksturīga ar to, ka tās konfigurācija nodrošina iespēju to izvietot uz visu tipu akumulatoru baterijām bez to izgatavošanas un komplektēšanas tehnoloģijas izmainīšanas.