RU124994U1

RU124994U1 - ONBOARD CHARGER FOR HIGH VOLTAGE BATTERY OF ELECTRIC ENERGY STORAGE

Info

Publication number: RU124994U1
Application number: RU2012137571/07U
Authority: RU
Inventors: Олег Иванович Сидоренко; Владимир Александрович Подлипалин; Алексей Александрович Евсейкин; Светлана Владимировна Бузаджи; Наталия Андреевна Полулях; Константин Сергеевич Дистранов; Эдуард Евгеньевич Данилов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ")
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2013-02-20

Abstract

Бортовое зарядное устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии, содержащее автоматический выключатель сетевого напряжения, подключенный к управляемому от микроконтроллерного блока управления и индикации высокочастотному преобразователю напряжения, соединенному по выходу с измерителем выходного напряжения, датчиком тока с гальванической развязкой и с выходами устройства для подключения батареи, в котором высокочастотный преобразователь напряжения состоит из последовательно соединенных сетевого фильтра, входного диодного выпрямителя, входного сглаживающего фильтра, полумостовой инверторной схемы на IGBT-транзисторах, высокочастотного трансформатора, выходного диодного выпрямителя и выходного сглаживающего фильтра, микроконтроллерный блок управления и индикации подключен к датчику температуры радиаторов устройства, измерителю напряжения и датчику тока с гальванической развязкой в выходных цепях устройства, к управляющим входам полумостовой инверторной схемы на IGBT-транзисторах, к управляющему входу блока контроля тепловых процессов, выход которого подключен к исполнительному устройству вентиляции, и к системе управления батареей по последовательному каналу связи, отличающееся тем, что микроконтроллерный блок управления и индикации запитан от AC-DC преобразователя напряжения с гальванической развязкой, подключенного к одной из фаз питающего напряжения переменного тока после сетевого фильтра, в разрыв между которым и входным диодным выпрямителем высокочастотного преобразователя напряжения включен электромагнитный коммутатор, управляемый от микроконтроллернAn on-board charger for a high-voltage battery of electric energy storage devices, comprising a circuit breaker connected to a high-frequency voltage converter controlled by a microcontroller control unit and an indication, connected at the output to an output voltage meter, galvanically isolated current sensor and to outputs of a battery connecting device, in which the high-frequency voltage converter consists of a series-connected line filter RA, an input diode rectifier, an input smoothing filter, a half-bridge inverter circuit for IGBT transistors, a high-frequency transformer, an output diode rectifier and an output smoothing filter, a microcontroller control and indication unit is connected to a temperature sensor of the radiators of the device, a voltage meter and a current sensor with galvanic isolation output circuits of the device, to the control inputs of the half-bridge inverter circuit on IGBT transistors, to the control input of the thermal process control unit ow, the output of which is connected to the ventilation actuator, and to the battery control system via a serial communication channel, characterized in that the microcontroller control and indication unit is powered by an AC-DC voltage converter with galvanic isolation, connected to one of the phases of the AC supply voltage after a power filter, in the gap between which and the input diode rectifier of the high-frequency voltage converter, an electromagnetic switch connected from the microcontroller is connected

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для заряда батарей электрических накопителей энергии различной природы: от литий-ионных аккумуляторов до ионисторов и химических источников тока для нужд транспорта и энергетики.The proposed utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to charge batteries of electric energy storage devices of various nature: from lithium-ion batteries to ionistors and chemical current sources for the needs of transport and energy.

Известно зарядное устройство для батареи электрических накопителей энергии, основанное на общем принципе преобразования переменного напряжения питающей сети в гальванически развязанное напряжение постоянного тока и стабилизации напряжения и тока на заданном уровне с помощью цифровой системы управления [см. патент РФ на полезную модель №87049, опубл. 20.09.2009 г.].A charger for a battery of electrical energy storage devices is known, based on the general principle of converting an alternating voltage of a supply network to a galvanically isolated DC voltage and stabilizing the voltage and current at a given level using a digital control system [see RF patent for utility model No. 87049, publ. September 20, 2009].

Известное зарядное устройство содержит последовательно соединенные сетевой фильтр, выпрямитель, входной С-фильтр, управляемый высокочастотный преобразователь, высокочастотный трансформатор, диодный выпрямитель, выходной LC-фильтр и микроконтроллерный блок управления зарядным устройством, подключенный через схему гальванической развязки к управляемому высокочастотному преобразователю, а также к датчикам тока и напряжения в выходной цепи устройства, подключаемой к клеммам заряжаемой батареи.The known charger contains a series-connected line filter, a rectifier, an input C-filter, a controlled high-frequency converter, a high-frequency transformer, a diode rectifier, an output LC filter and a microcontroller control unit for a charger connected via a galvanic isolation circuit to a controlled high-frequency converter, as well as to current and voltage sensors in the output circuit of the device connected to the terminals of the rechargeable battery.

Известное зарядное устройство имеет следующие недостатки:Known charger has the following disadvantages:

1. Недостаточная защита устройства со стороны входной питающей сети переменного тока: отсутствуют цепи контроля и отключения при отказах сети и аварийных ситуациях.1. Inadequate protection of the device from the input AC mains: there are no control and shutdown circuits in case of network failures and emergency situations.

2. Недостаточная гибкость при формировании требуемого профиля заряда под конкретный тип батареи: отсутствует связь с системой управления батареей, в результате чего приходится перепрограммировать микроконтроллер блока управления зарядным устройством при изменении типа и параметров батареи.2. Insufficient flexibility in the formation of the required charge profile for a specific type of battery: there is no connection with the battery management system, as a result of which it is necessary to reprogram the microcontroller of the charger control unit when changing the type and parameters of the battery.

3. Проблематичность использования данного устройства в качестве бортового зарядного устройства из-за отсутствия возможности терморегуляции.3. The difficulty of using this device as an on-board charger due to the lack of thermoregulation.

4. Блок управления зарядного устройства запитан от батареи, что ограничивает возможности использования данного устройства при заряде высоковольтных батарей с широким динамическим диапазоном выходных напряжений (от 300 В до 600 В) и снижает точность измерения выходных токов и напряжений из-за отсутствия гальванической развязки измерительных цепей.4. The control unit of the charger is battery-powered, which limits the possibility of using this device when charging high-voltage batteries with a wide dynamic range of output voltages (from 300 V to 600 V) and reduces the accuracy of measuring output currents and voltages due to the absence of galvanic isolation of the measuring circuits .

Известно малогабаритное зарядное устройство, содержащее последовательно соединенные входной выпрямитель, конденсаторный фильтр, полумостовую управляемую инверторную схему на IGBT транзисторах, высокочастотный трансформатор с ферритовым сердечником, выходной выпрямитель, выходной сглаживающий фильтр и датчики тока и напряжения, подключенные через узел гальванического разделения к блоку управления, подключенному к управляющих входам полумостовой инверторной схемы [см. патент РФ на полезную модель №97880, опубл. 20.09.2010 г.].A small-sized charger is known that contains a series-connected input rectifier, a capacitor filter, a half-bridge controlled inverter circuit using IGBT transistors, a high-frequency transformer with a ferrite core, an output rectifier, an output smoothing filter, and current and voltage sensors connected through a galvanic separation unit to a control unit connected to to the control inputs of the half-bridge inverter circuit [see RF patent for utility model No. 97880, publ. September 20, 2010].

Известное устройство обладает теми же недостатками, что и предыдущий аналог, за исключением последнего, то есть его характеризируют недостаточные защита по питающей сети и гибкость при формировании требуемого профиля заряда под конкретный тип батареи, а также невозможность его использования в качестве бортового зарядного устройства по климатическим условиям.The known device has the same drawbacks as the previous analogue, with the exception of the latter, that is, it is characterized by inadequate protection on the power supply network and the flexibility to form the required charge profile for a specific type of battery, as well as the inability to use it as an on-board charger under climatic conditions .

По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к предложенной полезной модели является устройство питания постоянного напряжения и зарядки аккумуляторных батарей, содержащее последовательно соединенные сетевой автоматический выключатель, один или несколько параллельно соединенных преобразователей напряжения, управляемых от микроконтроллерного блока управления и индикации, подключенного к датчику тока и измерителю напряжения в выходной цепи устройства в виде резистивного делителя, к датчику температуры на радиаторах устройства, к блоку контроля тепловых процессов, включающему и отключающему вентиляцию устройства, и к внешним системам, в том числе к системе управления батареей с помощью последовательного канала связи. Преобразователь напряжения включает в себя сетевой фильтр, импульсный преобразователь с высокочастотным трансформатором, входной и выходной диодные выпрямители и сглаживающие фильтры [см. патент РФ на полезную модель №64824, опубл. 10.07.2007 г.].By the set of similar essential features, the closest to the proposed utility model is a constant voltage power supply and battery charging device containing a series-connected mains circuit breaker, one or more parallel-connected voltage converters controlled from a microcontroller control and indication unit connected to a current sensor and meter voltage in the output circuit of the device in the form of a resistive divider, to the temperature sensor on the radio tori of the device, to the thermal process control unit, which turns on and off the ventilation of the device, and to external systems, including the battery control system using a serial communication channel. The voltage converter includes a line filter, a pulse converter with a high-frequency transformer, input and output diode rectifiers, and smoothing filters [see RF patent for utility model No. 64824, publ. 07/10/2007].

В указанном устройстве, выбранном в качестве прототипа, устранена недостаточная гибкость при формировании требуемого профиля заряда под конкретный тип батареи и невозможность его использования в качестве бортового зарядного устройства по климатическим условиям.In the specified device, selected as a prototype, insufficient flexibility has been eliminated in the formation of the required charge profile for a specific type of battery and the inability to use it as an on-board charger for climatic conditions.

Однако, известное устройство, как и все предыдущие аналоги, имеет следующие недостатки, затрудняющие его использование в качестве бортового возимого зарядного устройства:However, the known device, like all previous analogues, has the following disadvantages that make it difficult to use as an onboard portable charger:

1. Недостаточная защита устройства со стороны входной питающей сети переменного тока: имеется только автоматический выключатель,1. Inadequate protection of the device from the input AC mains: there is only a circuit breaker,

отключающий сеть при коротких замыканиях, но отсутствуютdisconnecting the network during short circuits, but not present

средства, способные контролировать состояние сети и предотвратить аварии в ней.tools that can monitor the status of the network and prevent accidents in it.

2. Микроконтроллерный блок управления и индикации запитан от батареи, что ограничивает возможности использования прототипа при зарядке высоковольтных батарей с широким диапазоном выходных напряжений (например, от 300 В до 600 В) и снижает точность измерения выходных токов и напряжений из-за отсутствия гальванической развязки и наличия шумов в измерительных цепях, что особенно важно при работе с литий-ионными аккумуляторными батареями.2. The microcontroller control and indication unit is battery-powered, which limits the possibility of using the prototype when charging high-voltage batteries with a wide range of output voltages (for example, from 300 V to 600 V) and reduces the accuracy of measuring output currents and voltages due to the absence of galvanic isolation and the presence of noise in the measuring circuits, which is especially important when working with lithium-ion batteries.

Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача устранения перечисленных недостатков прототипного зарядного устройства и создание бортового зарядного устройства для высоковольтных батарей электрических накопителей энергии с широким диапазоном выходных напряжений, с надежной защитой со стороны питающей сети переменного тока и с повышенной точностью измерения, достаточной для управления зарядом литий-ионных аккумуляторных батарей.The claimed utility model was tasked with eliminating the listed disadvantages of the prototype charger and creating an on-board charger for high-voltage batteries of electric energy storage devices with a wide range of output voltages, with reliable protection from the AC mains and with increased measurement accuracy sufficient to control lithium charge -ionic batteries.

Поставленная задача решается тем, что предложено бортовое зарядное устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии, содержащее автоматический выключатель сетевого напряжения, подключенный к управляемому от микроконтроллерного блока управления и индикации высокочастотному преобразователю напряжения, соединенному по выходу с измерителем выходного напряжения, датчиком тока с гальванической развязкой и с выходами устройства для подключения батареи. Управляемый высокочастотный преобразователь напряжения состоит из последовательно соединенных сетевого фильтра, входного диодного выпрямителя, входного сглаживающего фильтра, импульсного преобразователя в виде полумостовой инверторной схемы на IGBT-транзисторах, высокочастотного трансформатора, выходного диодного выпрямителя и выходного сглаживающего фильтра. Измерительные выходы датчика температуры радиаторов устройства, датчика тока и измерителя напряжения в выходных цепях устройства подключены к микроконтроллерному блоку управления и индикации, выходы ШИМ-сигналов которого подключены к управляющим входам полумостовой инверторной схемы на IGBT-транзисторах управляемого высокочастотного преобразователя напряжения. Управляющий вход блока контроля тепловых процессов подключен к соответствующему выходу микроконтроллерного блока управления и индикации, а выход - к исполнительному устройству вентиляции. Выход последовательного канала связи микроконтроллерного блока управления и индикации подключен к системе управления батареей и к внешней ЭВМ.The problem is solved by the fact that an on-board charger for a high-voltage battery of electric energy storage devices is proposed, comprising a mains voltage circuit breaker connected to a high-frequency voltage converter controlled from a microcontroller control unit and an indication connected to the output voltage meter, a galvanically isolated current sensor and with the outputs of the device for connecting the battery. The controlled high-frequency voltage converter consists of a series-connected line filter, an input diode rectifier, an input smoothing filter, a pulse converter in the form of a half-bridge inverter circuit on IGBT transistors, a high-frequency transformer, an output diode rectifier, and an output smoothing filter. The measuring outputs of the temperature sensor of the radiators of the device, the current sensor and the voltage meter in the output circuits of the device are connected to the microcontroller control and indication unit, the outputs of the PWM signals of which are connected to the control inputs of the half-bridge inverter circuit on the IGBT transistors of the controlled high-frequency voltage converter. The control input of the thermal process control unit is connected to the corresponding output of the microcontroller control and indication unit, and the output is connected to the ventilation actuator. The output of the serial communication channel of the microcontroller control and indication unit is connected to the battery control system and to an external computer.

Новым в предложенном устройстве является то, что микроконтроллерный блок управления и индикации запитан от AC-DC-преобразователя напряжения с гальванической развязкой, подключенного к одной из фаз питающего сетевого напряжения переменного тока после сетевого фильтра, в разрыв между которым и входным диодным выпрямителем высокочастотного преобразователя напряжения включен электромагнитный коммутатор, управляемый от микроконтроллерного блока управления и индикации, подключенного по цепям питания через шину питания датчиков устройства к цепи питания измерителя напряжения, выполненного в виде высокоточного микроконтроллерного датчика напряжения с гальванической развязкой, установленного параллельно выходам выходного сглаживающего фильтра, к цепи питания высокоточного датчика тока с гальванической развязкой и к цепи питания подключенного параллельно выходам входного сглаживающего фильтра датчика напряжения с гальванической развязкой, выходной сигнал которых подан на соответствующие входы микроконтроллерного блока управления и индикации, подключенного к выходу датчика тока на основе токового трансформатора, включенного в первичную обмотку трансформатора высокочастотного преобразователя напряжения.New in the proposed device is that the microcontroller control and indication unit is powered by an AC-DC voltage converter with galvanic isolation, connected to one of the phases of the supply AC voltage after the line filter, into the gap between which and the input diode rectifier of the high-frequency voltage converter an electromagnetic switch is activated, controlled from a microcontroller control and indication unit, connected via power circuits through the power bus of device sensors and to the power circuit of the voltage meter, made in the form of a high-precision microcontroller voltage sensor with galvanic isolation, installed parallel to the outputs of the output smoothing filter, to the power circuit of the high-precision current sensor with galvanic isolation, and to the power circuit connected to the outputs of the input smoothing filter of the voltage sensor with galvanic isolation, the output signal of which is supplied to the corresponding inputs of the microcontroller control unit and indication connected to the output from the current sensor based on a current transformer included in a primary winding of the high frequency voltage converter transformer.

Технический результат заявленной полезной модели состоит в повышении точности измерения выходных тока и напряжения устройства, обеспечивающих соблюдение необходимого профиля заряда высоковольтной батареи, и в повышении надежности защиты устройства со стороны питающей сети переменного тока.The technical result of the claimed utility model consists in increasing the accuracy of measuring the output current and voltage of the device, ensuring compliance with the required charge profile of the high voltage battery, and in increasing the reliability of protection of the device from the side of the AC mains.

На фигуре представлена функциональная блок-схема заявленного устройства.The figure shows a functional block diagram of the claimed device.

Заявленное устройство содержит автоматический выключатель сетевого напряжения 1, подключенный к управляемому от микроконтроллерного блока управления и индикации 2 высокочастотному преобразователю напряжения 3, соединенному по выходу с измерителем выходного напряжения 4, датчиком тока с гальванической развязкой бис выходами «+» и «-» батареи. Высокочастотный преобразователь напряжения 3 состоит из последовательного соединенных сетевого фильтра 6, входного диодного выпрямителя 7, входного сглаживающего фильтра 8, полумостовой инверторной схемы на IGBT-транзисторах 9, высокочастотного трансформатора 10, выходного диодного выпрямителя 11 и выходного сглаживающего фильтра 12. Измерительные выходы датчика температуры на радиаторах устройства 13, датчика тока 5 и измерителя напряжения 4 в выходных цепях устройства подключены к микроконтроллерному блоку управления и индикации 2, выходы ШИМ-сигналов которого подключены к управляющим входам полумостовой инверторной схемы 9 на IGBT-транзисторах высокочастотного преобразователя напряжения 3. Управляющий вход блока контроля тепловых процессов 14 подключен к соответствующему выходу микроконтроллерного блока управления и индикации 2, а выход - к исполнительному устройству вентиляции (на чертеже не показано). Выход последовательного канала связи 15 микроконтроллерного блока управления и индикации 2 подключен к системе управления батареей (BMS) и к внешней ЭВМ. Микроконтроллерный блок управления и индикации 2 по питанию подключен к преобразователю напряжения AC-DC 16 с гальванической развязкой, подключенному к одной из фаз А, В или C и нейтрали N питающей сети переменного тока после сетевого фильтра 6. В разрыв между сетевым фильтром 6 и входным диодным выпрямителем 7 высокочастотного преобразователя напряжения 3 включен управляемый от микроконтроллерного блока управления и индикации 2 электромагнитный коммутатор 17. Параллельно выходам входного сглаживающего фильтра 8 высокочастотного преобразователя напряжения 3 включен датчик напряжения 18 с гальванической развязкой, а в первичную обмотку высокочастотного трансформатора 10 установлен датчик тока 19 на основе токового трансформатора, выходные сигналы которых поданы на соответствующие входы микроконтроллерного блока управления и индикации 2. Цепи питания измерителя напряжения 4, выполненного в виде высокоточного микроконтроллерного датчика напряжения с гальванической развязкой, датчиков напряжения 18 и тока 5 с гальванической развязкой подключены к шине 20 питания датчиков микроконтроллерного блока управления и индикации 2.The claimed device contains a circuit breaker 1, connected to a high-frequency voltage converter 3, controlled from a microcontroller control unit and indication 2, connected at the output to an output voltage meter 4, a current sensor with galvanic isolation bis outputs "+" and "-" of the battery. The high-frequency voltage converter 3 consists of a series-connected line filter 6, an input diode rectifier 7, an input smoothing filter 8, a half-bridge inverter circuit for IGBT transistors 9, a high-frequency transformer 10, an output diode rectifier 11, and an output smoothing filter 12. The measuring outputs of the temperature sensor radiators of device 13, current sensor 5 and voltage meter 4 in the output circuits of the device are connected to the microcontroller control and indication unit 2, outputs Whose PWM signals are connected to the control inputs of the half-bridge inverter circuit 9 on the IGBT transistors of the high-frequency voltage converter 3. The control input of the thermal process control unit 14 is connected to the corresponding output of the microcontroller control and indication unit 2, and the output to the ventilation actuator (in the drawing, shown). The output of the serial communication channel 15 of the microcontroller control unit and display 2 is connected to a battery management system (BMS) and to an external computer. The microcontroller control and indication unit 2 is connected by power to an AC-DC 16 voltage converter with galvanic isolation connected to one of phases A, B or C and neutral N of the AC mains after the line filter 6. The gap between the line filter 6 and the input a diode rectifier 7 of the high-frequency voltage converter 3 includes an electromagnetic switch 17 controlled from the microcontroller control unit and indication 2. Parallel to the outputs of the input smoothing filter 8 high-frequency conversion In order to voltage 3, voltage sensor 18 with galvanic isolation is connected, and a current sensor 19 based on a current transformer is installed in the primary winding of high-frequency transformer 10, the output signals of which are supplied to the corresponding inputs of the microcontroller control and indication unit 2. The power supply circuit of voltage meter 4, made in the form a high-precision microcontroller voltage sensor with galvanic isolation, voltage sensors 18 and current 5 with galvanic isolation are connected to the power supply bus 20 of the microc sensors controller and display unit 2.

Заявленное устройство работает следующим образом. The claimed device operates as follows.

Через автоматический выключатель 1 и сетевой фильтр 6, предотвращающий попадание в сеть помех, возникающих при работе устройства, одна из фаз входного питающего напряжения поступает на AC-DC преобразователь напряжения 16 с гальванической развязкой, который запитывает микроконтроллерный блок управления и индикации 2, и через него посредством шины питания датчиков 20 измеритель напряжения 4, датчики напряжения 18 и тока 5 с гальванической развязкой.Through the circuit breaker 1 and the power filter 6, which prevents interference from the device from getting into the network, one of the phases of the input supply voltage is supplied to the AC-DC voltage converter 16 with galvanic isolation, which feeds the microcontroller control and indication unit 2, and through it by means of a sensor power bus 20, a voltage meter 4, voltage sensors 18 and current 5 with galvanic isolation.

Микроконтроллерный блок управления и индикации 2 включает электромагнитный коммутатор 17 и входное переменное напряжение поступает на входной диодный выпрямитель 7 и после выпрямления и сглаживания с помощью входного сглаживающего фильтра 8 на входы датчика напряжения 18 и входы полумостовой инверторной схемы 9 на IGBT-транзисторах, управляемой ШИМ-сигналом от микроконтроллерного блока 2 высокочастотного преобразователя 3. На выходе полумостовой инвертной схемы 9 формируются импульсы напряжения высокой частоты, которые через высокочастотный трансформатор 10 поступают на выходной диодный выпрямитель 11 и выходной сглаживающий фильтр по току и напряжению 12. Выпрямленные и сглаженные напряжение и ток выходной цепи устройства через измеритель выходного напряжения 4, выполненный в виде высокоточного микроконтроллерного датчика напряжения с гальванической развязкой, и датчик тока с гальванической развязкой 5 повышенной точности поступают на соответствующие входы микроконтроллерного блока управления и индикации 2, в котором проверяется соответствие между заданными в программе значениями напряжения и тока на выходе фильтра 12. В результате сравнения формируется ШИМ-сигнал обратной связи, который через схему гальванической развязки (на чертеже не показана) поступает на управляющие входы полумостовой инверторной схемы 9 высокочастотного преобразователя 3, на выходе которой изменяется скважность импульсов, поступающих на трансформатор 10 через датчик тока 19, и как следствие, изменяются напряжение и ток на выходе фильтра 12 так, чтобы выходные напряжение и ток пришли в соответствие с заданными значениями. Выбор регулируемого параметра - ток или напряжение - осуществляется в микроконтроллерном блоке 2 в соответствии с управляющей программой, при этом в основу управления положен алгоритм цифрового пропорционально-интегрального регулирования. Например, для литий-ионных аккумуляторных батарей на первом этапе проводится заряд стабилизированным током величиной от 0,3 С до 1 С в зависимости от температуры аккумуляторной батареи до напряжения всей батареи, равного 4,2 N, где N - число накопителей в батарее. После чего начинается второй этап заряда стабилизированным напряжением до достижения конечного зарядного тока 0,03 С. Параметры и состояние заряжаемой батареи поступают в микроконтроллерный блок 2 бортового зарядного устройства из системы управления батареей (BMS) по последовательному каналу связи 15 (RS485 или CAN), обеспечивая автоматическую настройку бортового зарядного устройства к типу батареи и необходимому профилю заряда, а также дублирование функции момента окончания заряда батареи. В процессе формирования управляющего ШИМ-сигнала блок управления 2 контролирует достигнутые значения параметров, сравнивает их с заданными и на основании этих данных осуществляет оценку состояния заряжаемой батареи, а также все необходимые изменения процесса управления. Кроме того, микроконтроллерный блок управления и индикации 2 осуществляет следующие дополнительные функции:The microcontroller control unit and indication 2 includes an electromagnetic switch 17 and the input alternating voltage is supplied to the input diode rectifier 7 and after rectification and smoothing using the input smoothing filter 8 to the inputs of the voltage sensor 18 and the inputs of the half-bridge inverter circuit 9 on IGBT transistors controlled by PWM a signal from the microcontroller unit 2 of the high-frequency converter 3. At the output of the half-bridge invert circuit 9, high-frequency voltage pulses are generated, which through high-frequency The current transformer 10 is fed to the output diode rectifier 11 and the output smoothing filter for current and voltage 12. The rectified and smoothed voltage and current of the output circuit of the device through the output voltage meter 4, made in the form of a high-precision microcontroller voltage sensor with galvanic isolation, and a current sensor with galvanic high-precision decoupling 5 is fed to the corresponding inputs of the microcontroller control unit and display 2, in which the correspondence between the settings in the program is checked the values of voltage and current at the output of filter 12. As a result of the comparison, a PWM feedback signal is generated, which is fed through the galvanic isolation circuit (not shown in the drawing) to the control inputs of the half-bridge inverter circuit 9 of the high-frequency converter 3, the output of which changes the duty cycle of the pulses, arriving at the transformer 10 through the current sensor 19, and as a result, the voltage and current at the output of the filter 12 are changed so that the output voltage and current come into compliance with the set values. The choice of an adjustable parameter - current or voltage - is carried out in the microcontroller unit 2 in accordance with the control program, while the control is based on the digital proportional-integral control algorithm. For example, for lithium-ion batteries, at the first stage, a stabilized current charge of 0.3 C to 1 C is carried out depending on the temperature of the battery to the voltage of the entire battery equal to 4.2 N, where N is the number of drives in the battery. After that, the second stage of charging with a stabilized voltage begins until the final charging current of 0.03 ° C is reached. The parameters and state of the rechargeable battery are supplied to the microcontroller unit 2 of the on-board charger from the battery management system (BMS) via serial communication channel 15 (RS485 or CAN), providing automatic adjustment of the on-board charger to the type of battery and the required charge profile, as well as duplication of the function of the moment when the battery ends. In the process of generating the control PWM signal, the control unit 2 monitors the achieved parameter values, compares them with the set values and, based on these data, evaluates the state of the rechargeable battery, as well as all necessary changes to the control process. In addition, the microcontroller control unit and display 2 performs the following additional functions:

- обеспечивает контроль за состоянием входной питающей сети переменного тока с помощью датчика напряжения 18 с гальванической развязкой и датчика тока 19 на основе токового трансформатора. При обнаружении провалов напряжения из-за отсутствия каких-либо фаз или токовой перегрузки из-за коротких замыканий в цепях питания, блок управления 2 отключает питающую сеть от зарядного устройства с помощью коммутатора 17;- provides control over the state of the input AC mains using a voltage sensor 18 with galvanic isolation and a current sensor 19 based on a current transformer. If voltage dips are detected due to the absence of any phases or current overload due to short circuits in the power circuits, the control unit 2 disconnects the power supply network from the charger using the switch 17;

- получает сигналы от датчика температуры 13, установленного на радиаторе устройства, и через блок контроля тепловых процессов 14 управляет системой вентиляции бортового зарядного устройства по ее включению и выключению;- receives signals from a temperature sensor 13 mounted on the radiator of the device, and through the thermal process control unit 14 controls the ventilation system of the onboard charger to turn it on and off;

- индицирует состояние батареи и параметры зарядки. Микроконтроллер блока управления и индикации 2 может быть выполнен на микросхеме TMS 320F 8027PTS. В качестве датчика тока 5 с гальванической развязкой может быть выбран датчик Холла LAN50-P, в качестве датчика температуры - терморезистор В57045К0473К000. Полумостовая инверторная схема 9 на IGBT-транзисторах может быть реализована на полумосте FF100R12RT4 и драйвере ACPL-332J, входной выпрямитель - на трехфазном диодном мосте VS-110MT120KPBF.- Indicates battery status and charging parameters. The microcontroller of the control unit and display 2 can be performed on the chip TMS 320F 8027PTS. As a current sensor 5 with galvanic isolation, a Hall sensor LAN50-P can be selected, as a temperature sensor - a thermistor V57045K0473K000. The half-bridge inverter circuit 9 on IGBT transistors can be implemented on the FF100R12RT4 half-bridge and ACPL-332J driver, the input rectifier - on the three-phase diode bridge VS-110MT120KPBF.

Claims

An on-board charger for a high-voltage battery of electric energy storage devices, comprising a circuit breaker connected to a high-frequency voltage converter controlled by a microcontroller control unit and an indication, connected at the output to an output voltage meter, galvanically isolated current sensor and to outputs of a battery connecting device, in which the high-frequency voltage converter consists of a series-connected line filter RA, an input diode rectifier, an input smoothing filter, a half-bridge inverter circuit for IGBT transistors, a high-frequency transformer, an output diode rectifier and an output smoothing filter, a microcontroller control and indication unit is connected to a temperature sensor of the radiators of the device, a voltage meter and a current sensor with galvanic isolation output circuits of the device, to the control inputs of the half-bridge inverter circuit on IGBT transistors, to the control input of the thermal process control unit ow, the output of which is connected to the ventilation actuator, and to the battery control system via a serial communication channel, characterized in that the microcontroller control and indication unit is powered by an AC-DC voltage converter with galvanic isolation, connected to one of the phases of the AC supply voltage after a power filter, in the gap between which and the input diode rectifier of the high-frequency voltage converter, an electromagnetic switch connected from the microcontroller is connected of the control and indication unit connected via power supply circuits through the sensor power supply bus to the power supply of the voltage meter, made in the form of a high-precision microcontroller voltage sensor with galvanic isolation, installed parallel to the outputs of the output smoothing filter, to the power circuit of the high-precision galvanic isolation current sensor and to the circuit power supply connected to the outputs of the input smoothing filter of the voltage sensor with galvanic isolation, the output signal of which is supplied to the corresponding inputs of the microcontroller control and indication unit connected to the output of the current sensor based on a current transformer included in the primary winding of the transformer of a high-frequency voltage converter.