PL224372B1 - Sposób eksploatacji akumulatorów litowo-polimerowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób eksploatacji akumulatorów litowo-polimerowych zapewniający ich bezawaryjną pracę oraz wydłużenie okresu eksploatacji.

Znanym jest z opisu patentowego US2010123434A1 sposób eksploatacji baterii akumulatorów, dedykowanej do komputerów przenośnych, który charakteryzuje się ciągłym monitorowaniem poziomu ładunku elektrycznego w akumulatorach. Sposób zakłada wykorzystanie układu mierzącego napięcie na poszczególnych akumulatorach, układ sterujący ładowaniem/rozładowywaniem oraz układ pamięci. Sposób eksploatacji polega na tym, że układ kontrolujący stan baterii sprawdza różnicę napięć na poszczególnych akumulatorach. Jeżeli różnica pomiędzy napięciami jest zbyt duża, wtedy akumulator wyższym napięciu jest rozładowywany w celu osiągnięcia zbalansowania, czyli równości napięć. Zakończenie eksploatacji (rozładowania operacyjnego) odbywa się na podstawie zsumowanego zużytego ładunku, również tego, który jest bezpośrednim rezultatem balansowania baterii akumulatorów.

Znane jest z opisu patentowego US2007105010A1 rozwiązanie techniczne baterii akumulatorów litowo-polimerowych stanowiący samowystarczalną konstrukcję, w której baterie zabezpieczone są układem ochronnym, układem ładującym, układem balansującym układem kontrolująco - komunikującym. W opisie pojawia się sposób balansowania baterii akumulatorów, który wykonuje się poprzez bocznikowanie prądu ładowania akumulatora, który ma wyższe napięcie względem sąsiedniego akumulatora w trakcie ładowania.

Znane jest z opisu patentowego US2010253287A1 rozwiązanie techniczne urządzenia do balansowania baterii akumulatorów. Urządzenie posiada sposób balansowania, który polega na tym, że obwód kontrolujący dokonuje wyznaczenia wartości średniej z napięć znajdujących się w baterii akumulatorów i akumulatory z napięciem wyższym niż średnia zostają zbalansowane. Alternatywnie akumulatory z napięciem niższym niż średnia wartość mogą być wybrane do balansowania. Moment uruchamiania balansowania nie jest określony, gdyż balansowanie odbywa się okresowo.

Znanym jest z opisu patentowego GB2408396A rozwiązanie, w którym proces balansowania następuje w momencie, gdy wystąpi rozbalansowanie napięcia na poszczególnych akumulatorach baterii, nawet w przypadku, gdy bateria akumulatorów podlega procesowi rozładowywania operacyjnego, lub nie jest ładowana lub rozładowywana.

Znanym jest z opisu patentowego EP2448038A1 sposób ładowania, gdzie akumulatory w baterii są ładowane aż do osiągnięcia stanu w pełni naładowania. Wtedy układ balansujący przeprowadza proces balansowania, czyli wyrównania napięć, gdzie akumulatory posiadające wyższe napięcie są rozładowywane, tak aby osiągnąć najniższe napięcie wśród baterii akumulatorów.

W baterii ogniw litowo-polimerowych, jak i w innych typach baterii występuje nieidentyczność poszczególnych ogniw. Ogniwa akumulatorów litowo-polimerowych nie tolerują rozładowania poniżej pewnego napięcia U_kr, jak również nie tolerują przeładowania (przekroczenia górnego napięcia ładowania U_max). Dla serwisowania baterii szeregowo połączonych akumulatorów obowiązuje metoda zwana balansowaniem, czyli wyrównywaniem napięć na poszczególnych ogniwach baterii akumulatorów. Dotąd cykl serwisowania w normalnych warunkach użytkowania realizowany jest następująco: podczas procesu ładowania wykonywany jest proces balansowania. Efektem tego jest doprowadzenie do takiego stanu ogniw akumulatorów, w którym całkowite naładowanie baterii jako całości tożsame jest z całkowitym naładowaniem każdego z poszczególnych ogniw baterii. Przyjmuje się więc, że U_bate_ _rii = n * U_max, co uzyskuje się procesem balansowania opisanym powyżej. Parametr n jest liczbą cel w baterii akumulatorów.

W klasycznych zastosowaniach proces rozładowania baterii wykonywany jest z pominięciem balansowania. Z uwagi na choćby nieznacznie różne pojemności poszczególnych ogniw, w stanie pełnego naładowania, ładunki zgromadzone w ogniwach nie są równe. W trakcie rozładowywania ładunek wyjmowany z każdego ogniwa jest taki sam. W wyniku tego, pod koniec rozładowania krytycznie małe napięcia U_kr nie występują jednocześnie na wszystkich ogniwach, ładunek w każdym z ogniw nie kończy się w tym samym czasie. Występuje zagrożenie przekroczenia minimalnego napięcia U_kr w ogniwie o najmniejszej pojemności (trwałego uszkodzenia ogniwa), z uwagi na to, iż sumaryczne napięcia na akumulatorze nie niesie informacji o rozładowaniu akumulatora.

Istota wynalazku polega na tym, że eksploatację rozpoczyna proces zbalansowania ogniw w stanie rozładowania akumulatora, natomiast w cyklach roboczych ładowanie odbywa się jednakowym

PL 224 372 B1 prądem dla każdego ogniwa baterii akumulatora, a jako napięcie kryterialne sterujące procesem ładowania bierze się pod uwagę największe z napięć na poszczególnych ogniwach.

Sposób eksploatacji według wynalazku polega na zbalansowaniu baterii ogniw wyłącznie w stanie ich rozładowania, przed cyklami roboczymi. Dzięki temu, przed procesem ładowania uzyskujemy takie samo napięcie, bliskie U_kr na wszystkich ogniwach baterii.

W cyklach roboczych (operacyjnych), zarówno ładowanie jak i rozładowanie odbywa się bez balansowania, a monitorowanie napięć na poszczególnych ogniwach nie jest niezbędne dla prawidłowej eksploatacji. W procesie balansowania jako napięcie kryterialne sterujące procesem balansowania bierze się pod uwagę najniższe z napięć na poszczególnych ogniwach. Dzięki temu nie zostaje przekroczone w dół napięcie U_kr.

Podczas procesu ładowania balansowanie nie jest aktywne. Jako kryterium sterowania fazami ładowania przyjmuje najwyższe aktualne napięcie występujące na poszczególnych ogniwach. Proces ładowania kończy się w momencie kiedy najwyższe z napięć na poszczególnych ogniwach osiąga wartość U_max (charakterystyczne dla technologii wykonania akumulatora). W stanie naładowania baterii akumulatorów tylko ogniwo o najmniejszej pojemności jest w pełni naładowane, natomiast każde z ogniw posiada taką samą ilość ładunku. W rezultacie stan rozładowania następuje we wszystkich ogniwach jednocześnie. Bezpiecznym jest wnioskowanie o stanie rozładowania na podstawie sumarycznego napięcia baterii akumulatorów. Warunkiem bezpiecznej eksploatacji jest U_baterij > n* U_kr, co nie jest uzyskiwane y użyciem metod opisanych w części dotyczącej obecnego stanu techniki niniejszego zgłoszenia i stanowi nowość i nieoczywistość przedmiotu zgłoszenia a tym samymi istotę wynalazku.

Claims (1)

1. Sposób eksploatacji akumulatorów litowo-polimerowych, znamienny tym, że eksploatację rozpoczyna proces zbalansowania ogniw w sianie rozładowania akumulatora, natomiast w cyklach roboczych ładowanie odbywa się jednakowym prądem dla każdego ogniwa baterii akumulatora, a jako napięcie kryterialne sterujące procesem ładowania bierze się poci uwagę największe z napięć na poszczególnych ogniwach.