RU120820U1

RU120820U1 - BATTERY VOLTAGE LEVELING DEVICE

Info

Publication number: RU120820U1
Application number: RU2012115171/07U
Authority: RU
Inventors: Леонид Рувимович Варенбуд; Вадим Николаевич Волокитин; Анатолий Михайлович Знов; Анатолий Константинович Тищенко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Орбита"
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании и эксплуатации батарей электрических накопителей, например, аккумуляторных батарей.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the creation and operation of batteries of electric drives, for example, rechargeable batteries.

Устройство выравнивания напряжения в батарее, состоящей по крайней мере из двух последовательно соединенных электрических накопителей, включает систему управления, управляющие ключевые элементы и снабжено внутренним накопителем энергии. Управляющие ключевые элементы соединены попарно и снабжены единым входом управления.The voltage equalization device in a battery consisting of at least two series-connected electrical drives includes a control system, control key elements and is equipped with an internal energy storage. Control key elements are connected in pairs and equipped with a single control input.

Система управления включает детектор максимального и минимального значения напряжения, переключатель, тактовый генератор и дешифратор, а внутренний накопитель энергии выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и ограничителя тока, например, резистора, 1 н.п.ф., 1 илл. The control system includes a maximum and minimum voltage detector, a switch, a clock generator and a decoder, and the internal energy storage device is made in the form of a series-connected capacitor and current limiter, for example, a resistor, 1 npf, 1 ill.

Description

Известно устройство выравнивания напряжения в батарее (аккумуляторе) электрических накопителей, включающее трансформатор, управляющие ключевые элементы, включенные последовательно с отдельными накопителями и систему управления [Патент РФ, на изобретение №2156533, опубл. 09.2000 г.].A device for balancing the voltage in a battery (accumulator) of electric drives, including a transformer, control key elements connected in series with individual drives and a control system [RF Patent, for invention No. 2156533, publ. 09.2000 g.].

Недостатком известного устройства выравнивания напряжения в батарее является нетехнологичность и ненадежность устройства, обусловленные наличием многообмоточного трансформатора, и требованием его размагничивания после каждого рабочего цикла. Например, для аккумуляторной батареи с напряжением порядка 100 В и, содержащей 23 аккумуляторных накопителей требуется трансформатор, содержащий 50 обмоток.A disadvantage of the known device for balancing the voltage in the battery is the low-tech and unreliable devices due to the presence of a multi-winding transformer and the requirement of its demagnetization after each duty cycle. For example, for a battery with a voltage of the order of 100 V and containing 23 storage batteries, a transformer containing 50 windings is required.

Наиболее близким к данной полезной модели является устройство выравнивания напряжений в батарее электрических накопителей (аккумуляторов или конденсаторов), включающее трансформатор, имеющий рабочие обмотки на одном сердечнике, число которых соответствует числу накопителей, управляющие ключевые элементы, последовательно соединенные с каждой рабочей обмоткой и систему управления [Патент РФ на полезную модель №37884].Closest to this utility model is a voltage equalization device in a battery of electric drives (accumulators or capacitors), including a transformer having working windings on one core, the number of which corresponds to the number of drives, controlling key elements connected in series with each working winding and a control system [ RF patent for utility model No. 37884].

Недостатком известного устройства выравнивания напряжения в батарее является нетехнологичность и ненадежность устройства, обусловленные наличием многообмоточного трансформатора. Например, для аккумуляторной батареи с напряжением порядка 100 В и, содержащей 23 аккумуляторных накопителей требуется трансформатор, содержащий 23 или 46 обмоток.A disadvantage of the known device for balancing the voltage in the battery is the low-tech and unreliable devices due to the presence of multi-winding transformer. For example, for a battery with a voltage of the order of 100 V and containing 23 storage batteries, a transformer containing 23 or 46 windings is required.

Задачей полезной модели является повышение надежности и упрощение устройства выравнивания.The objective of the utility model is to increase reliability and simplify the alignment device.

Поставленная задача решается тем, что устройство выравнивания напряжения в батарее, состоящей по крайней мере из двух последовательно соединенных электрических накопителей, включающее систему управления и управляющие ключевые элементы, первые выводы которых предназначены для подключения к минусовым выводам накопителей, а выходы системы управления подключены к входам управления управляющих ключевых элементов, снабжено внутренним накопителем энергии, управляющие ключевые элементы соединены попарно и снабжены единым входом управления, вторые выводы УКЭ предназначены для подключения к положительным выводам электрических накопителей, третьи и четвертые выводы подключены к положительному и отрицательному выводам внутреннего накопителя энергии, соответственно, при этом УКЭ коммутирует выводы первый с четвертым, а второй с третьим.The problem is solved in that the voltage equalization device in the battery, consisting of at least two series-connected electrical drives, including a control system and control key elements, the first conclusions of which are designed to connect to the negative terminals of the drives, and the outputs of the control system are connected to the control inputs control key elements, equipped with an internal energy storage, control key elements are connected in pairs and equipped with a single input second terminals of the UKE are designed to connect to the positive terminals of electrical storage devices, the third and fourth conclusions are connected to the positive and negative terminals of the internal energy storage, respectively, while the UKE commutates the first and fourth terminals, and the second and third.

Предусмотрено, что система управления включает детектор максимального и минимального значения напряжения, переключатель, тактовый генератор и дешифратор, при этом входы детектора предназначены для подключения к выводам электрических накопителей, выходы максимального и минимального значения детектора подключены к входам переключателя, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход с входом дешифратора, выходы которого являются выходами системы управления.It is envisaged that the control system includes a maximum and minimum voltage detector, a switch, a clock generator and a decoder, while the detector inputs are designed to connect to the terminals of electric drives, the maximum and minimum detector outputs are connected to the switch inputs, the control input of which is connected to the clock output generator, and the output with the input of the decoder, the outputs of which are the outputs of the control system.

Предусмотрено, что внутренний накопитель энергии выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и ограничителя тока, например, резистора.It is envisaged that the internal energy storage device is made in the form of a series-connected capacitor and current limiter, for example, a resistor.

Предусмотрено, что управляющие ключевые элементы выполнены на оптореле, а система управления - на микроконтроллере.It is envisaged that the control key elements are made on the optocoupler, and the control system - on the microcontroller.

На фигуре представлен пример выполнения устройства выравнивания напряжения в батарее, состоящей из последовательно соединенных электрических накопителей H1, H2 и Hn.The figure shows an example of the implementation of the device for balancing the voltage in the battery, consisting of series-connected electrical drives H1, H2 and Hn.

Устройство содержит:The device contains:

- управляющие ключевые элементы УКЭ1, УКЭ2, УКЭn3 с выводами 1-4,- control key elements UKE1, UKE2, UKEn3 with conclusions 1-4,

- электрические накопители H1, H2 и Hn.- electric drives H1, H2 and Hn.

- система управления СУ,- control system SU,

- внутренний накопитель энергии ВН в виде последовательно соединенных конденсатора C и резистора R,- internal energy storage VN in the form of series-connected capacitor C and resistor R,

- система управления СУ содержит детектор Д максимального и минимального значения напряжения на накопителях H1-Hn, переключатель П, тактовый генератор ТГ и дешифратор ДШ.- the control system SU contains a detector D of the maximum and minimum voltage values on the drives H1-Hn, switch P, a clock generator TG and a decoder DSH.

Устройство выравнивания напряжения в батарее работает следующим образом.The device for balancing the voltage in the battery operates as follows.

Дешифратор ДШ посредством переключателя П, переключаемого при каждом импульсе тактового генератора ТГ обеспечивает поочередное подключение внутреннего накопителя ДН к одному из накопителей (H1, H2 и Hn) с максимальным, а затем с минимальным значением напряжения, последовательно выравнивая напряжение между отдельными накопителями. При этом избыток энергии от накопителя с максимальным значением напряжения передается конденсатору внутреннего накопителя, ВН а от него накопителю с минимальным значением напряжения (H1, H2 и Hn). Вначале выравниваются (усредняются) напряжения крайних по уровню напряжений накопителей, затем процесс выравнивания переходит к очередным по отклонению от среднего значения напряжений накопителям.The DS decoder through the switch П, which is switched at each pulse of the TG clock generator, provides the alternate connection of the internal NAM drive to one of the drives (H1, H2 and Hn) with the maximum and then with the minimum voltage value, sequentially equalizing the voltage between the individual drives. In this case, the excess energy from the drive with the maximum voltage value is transferred to the capacitor of the internal drive, HV and from it to the drive with the minimum voltage value (H1, H2 and Hn). Initially, the voltages of the drives with the highest voltage level are aligned (averaged), then the alignment process proceeds to the drives that are next in deviation from the average voltage value.

Соединение попарно управляющих ключевых элементов и снабжение их единым входом управления позволяет снизить энергозатраты и упростить конструкцию.The combination of control key elements in pairs and supplying them with a single control input allows to reduce energy consumption and simplify the design.

В схеме полностью отсутствуют процессы преобразования энергии, а значит и потери энергии, что обеспечивает максимально возможный КПД системы и ее надежность за счет устранения основного ненадежного элемента прототипа - многообмоточного трансформатора.The circuit completely lacks energy conversion processes, and hence energy losses, which ensures the maximum possible efficiency of the system and its reliability by eliminating the main unreliable element of the prototype - a multi-winding transformer.

Claims

1. The device for equalizing the voltage in the battery, consisting of at least two series-connected electrical drives, including a control system and control key elements (UKE), the first conclusions of which are designed to connect to the negative terminals of the drives, and the outputs of the control system are connected to the control inputs of the control key elements, characterized in that the device is equipped with an internal energy storage, control key elements are connected in pairs and equipped with a single control input Nia, the second terminals of the CEE intended for connection to the positive terminal of electric drives, the third and fourth pins are connected to the positive and negative terminals of internal energy store respectively, wherein the first terminals CEE commutes with the fourth, and the second with the third.

2. The device according to claim 1, characterized in that the control system includes a detector of maximum and minimum voltage values, a switch, a clock generator and a decoder, while the inputs of the detector are designed to connect to the terminals of electric drives, the outputs of the maximum and minimum values of the detector are connected to the inputs a switch, the control input of which is connected to the output of the clock generator, and the output with the input of the decoder, the outputs of which are the outputs of the control system.

3. The device according to claim 2, characterized in that the internal energy storage device is made in the form of series-connected capacitor and current limiter, such as a resistor.

4. The device according to claim 1, characterized in that the control key elements are made on the optocoupler, and the control system is on the microcontroller.