PL222894B1 - Aktywny balanser do baterii litowo-jonowych i litowo-polimerowych - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 401942 (51) Int.Cl.

H02J 7/00 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 07.12.2012 (54) Aktywny balanser do baterii litowo-jonowych i litowo-polimerowych

	(73) Uprawniony z patentu:
	PRZEMYSŁOWY INSTYTUT AUTOMATYKI
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	I POMIARÓW PIAP, Warszawa, PL
09.06.2014 BUP 12/14	(72) Twórca(y) wynalazku:
	PIOTR BIGAJ, Piastów, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.09.2016 WUP 09/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Witold Biskup

PL 222 894 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest aktywny balanser do baterii litowo-jonowych i litowo-polimerowych, umożliwiający optymalne wykorzystanie energii zgromadzonej w baterii, która składa się z więcej niż jednego ogniwa połączonych szeregowo.

Znany jest na przykład z publikacji Sihua Wen „Cell balancing buy extra runteime and batery life”, Texas Instruments Inc., 10/2009, układ balancera.

Celem wynalazku jest układ balansera do baterii litowo-jonowych i litowo-polimerowych mogący działać zarówno bateria znajduje się w spoczynku, jest ładowana lub jest rozładowywana.

Balanser według wynalazku składa się z układu zabezpieczenia przeciwzwarciowego zawierającego bezpieczniki topikowe połączonego z układem gromadzącym energię podczas balansingu, zawierającym cewkę z równolegle dołączonym dwójnikiem, z którym to układem jest połączony układ składający się z półmostka tranzystorów MOSFET przy czym diody zmniejszają prąd płynący przez diody strukturalne tranzystorów oraz z układu polaryzacji bramek tranzystorów układu zawierającego układ optoizolacji.

Zaletą układu według wynalazku jest fakt, że układ może działać jeżeli bateria znajduje się w spoczynku, jest ładowana lub jest rozładowywana. Oznacza to, że układ można stosować zarówno jako część nadzorcy akumulatora, który jest integralną częścią baterii lub jako osobny układ. Dzięki optoizolacji może być stosowany w bateriach złożonych z kilkuset szeregowo połączonych ogniw. Kolejną zaletą jest to, że układ będący przedmiotem zgłoszenia może być sterowany przez dowolny kontroler balansingu w logice TTL lub CMOS.

Balanser według wynalazku może być stosowany w nowoczesnych bateriach na bazie litu stosowanych do zasilania urządzeń elektrycznych i elektronicznych dużych mocy. Ze względu na rozrzut parametrów poszczególnych ogniw wchodzących w skład baterii oraz ograniczenia eksploatacyjne bateria składająca się z szeregu ogniw ma tak dobre parametry jak najgorsze ogniwo w szeregu. Dzięki swojej konstrukcji balanser pozwala na cykliczne przenoszenie energii z ogniw o wyższym poziomie naładowania do ogniw o niższym poziomie naładowania poprzez do momentu aż poziomy te się wyrównają.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu balansera dla dwóch ogniw litowo-polimerowych lub litowo jonowych, fig. 2 - schemat układu balansera, z zaznaczonymi częściami składowymi, fig. 3 - schemat pobierania ładunku z jednego ogniwa, a fig. 4 - schemat oddawania ładunku do drugiego ogniwa.

Układ balansera składa z układu zabezpieczenia przeciwzwarciowego CZ1 zawierającego bezpieczniki topikowe FN, FS połączonego z układem CZ2 gromadzącym energię podczas balansingu, zawierającym cewkę LB z równolegle dołączonym dwójnikiem CT, RT, z którym to układem CZ2 jest połączony układ CZ3 składający się z półmostka tranzystorów MOSFET, przy czym diody DN i DS zmniejszają prąd płynący przez diody strukturalne tranzystorów QN i QS oraz z układu polaryzacji bramek tranzystorów układu CZ3 zawierającego układ optoizolacji UN, US. Para ogniw BN, BS połączona jest półmostkiem składającym się z tranzystorów QN i QS podłączonych ze sodą drenami. Diody DN i DN bocznikują diody strukturalne tranzystorów półmostka poprawiając sprawność układu. Biegun dodatni dolnego ogniwa baterii połączony jest z drenami QN i QS poprzez cewkę LB. Cewkę tę bocznikuje dwójnik złożony z szeregowo połączonych CT i RT. Bramki tranzystorów QN i QS polaryzowane przez rezystory RN i RS połączone są za pomocą kondensatorów CN i CS do odpowiednio kolektora fototranzystora UN i emitera US. Obydwa fototranzystory są sterowane sygnałami logicznymi SIG_H_to_L i SIG_L_to_H.

Zasada działania układu zostanie przedstawiona na przykładzie przeniesienia porcji energii elektrycznej z ogniwa BN do ogniwa BS. Jeżeli napięcie na ogniwie BN jest większe niż na ogniwie BS kontroler balansowania ustawia sygnał SIG_H_to_L na stan wysoki, a SIG_L_to_H na stan niski. Powoduje to oświetlenie bazy fototranzystora UN i podanie impulsu napięcia na bramkę tranzystora QN i włączenie go przez czas określony przez stałą czasową RN*CN. Tranzystor QN włącza się, co powoduje przepływ prądu w oczku O1 (fig. 3), czyli poprzez bezpiecznik FN, kanał tranzystora QN oraz cewkę LB. W trakcie przepływu prądu przez cewkę LB gromadzona jest w jej polu magnetycznym energia. Po upływie czasu określonego przez RN*CN tranzystor QN wyłącza się a kontroler balansingu ustawia sygnały SIG_H_to_L i SIG_L_to_H na stan niski. Napięcie na cewce LB narasta i kiedy przekroczone zostanie napięcie przewodzenia diody DS prąd zaczyna krążyć w oczku O2 (fig. 4) doładowując ogniwo BS. Po czasie w którym cewka LB rozładuje całą energię zgromadzoną w swoim polu magnetycznym cykl. Napięcie na cewce LB narasta i kiedy przekroczone zostanie napięcie przewodzenia diody DS prąd zaczyna krążyć w oczku O2 (Rys. 4) doładowując ogniwo BS. Po czasie,

PL 222 894 B1 w którym cewka LB rozładuje całą energię zgromadzoną w swoim polu magnetycznym cykl balansowania się powtarza aż do wyrównania ilości ładunku elektrycznego w obydwu ogniwach.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Aktywny balanser do baterii litowo-jonowych i litowo-polimerowych, umożliwiający optymalne wykorzystanie energii zgromadzonej w baterii, która składa się z więcej niż jednego ogniwa połączonych szeregowo, znamienny tym, że składa się z układu zabezpieczenia przeciwzwarciowego (CZ1) zawierającego bezpieczniki topikowe (FN, FS) połączonego z układem (CZ2) gromadzącym energię podczas balansingu, zawierającym cewkę (LB) z równolegle dołączonym dwójnikiem (CT, RT), z którym to układem (CZ2) jest połączony układ (CZ3) składający się z półmostka tranzystorów MOSFET przy czym diody (DN i DS) zmniejszają prąd płynący przez diody strukturalne tranzystorów (QN i QS) oraz z układu polaryzacji bramek tranzystorów układu (CZ3) zawierającego układ optoizolacji (UN, US).

   Rysunki