RU2072605C1 - Method for gradual fast charging of storage battery and device which implements said method - Google Patents
Method for gradual fast charging of storage battery and device which implements said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2072605C1 RU2072605C1 RU93032286A RU93032286A RU2072605C1 RU 2072605 C1 RU2072605 C1 RU 2072605C1 RU 93032286 A RU93032286 A RU 93032286A RU 93032286 A RU93032286 A RU 93032286A RU 2072605 C1 RU2072605 C1 RU 2072605C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- output
- voltage
- input
- capacitive storage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для заряда электрохимических источников тока. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to charge electrochemical current sources.
Известен способ дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, заключающийся в том, что определяют напряжение аккумуляторной батареи и формируют импульсы зарядного тока до момента превышения напряжением батареи заданного уровня, [1]
Известно устройство для заряда аккумуляторной батареи, содержащее источник постоянного тока, первый вывод которого соединен с первым одноименным выводом аккумуляторной батареи, датчик напряжения аккумуляторной батареи, управляемый полупроводниковый элемент, включенный между вторыми одноименными выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, полярностью соответствующей заряду аккумуляторной батареи и датчик тока аккумуляторной батареи, выход которого подключен к входу первого порогового элемента [2]
Известные способ и устройство не обеспечивают точную дозировку энергии заряда в пределах одного элементарного цикла. Форма импульса зарядного тока не позволяет ускорить процесс электрохимического разделения заряда без существенного уменьшения ресурса и емкости. В процессе заряда не контролируется температура наиболее нагретых элементов аккумуляторной батареи, что может привести к выводу из строя аккумуляторной батареи в целом.A known method of dosed accelerated charge of the battery, which consists in the fact that they determine the voltage of the battery and generate pulses of the charging current until the battery voltage exceeds a predetermined level, [1]
A device is known for charging a battery containing a direct current source, the first terminal of which is connected to the first terminal of the same name of the battery, a voltage sensor of the battery, a controlled semiconductor element connected between the second same terminals of the direct current source and the battery, the polarity corresponding to the charge of the battery and battery current sensor, the output of which is connected to the input of the first threshold element [2]
The known method and device do not provide an accurate dosage of charge energy within one elementary cycle. The pulse shape of the charging current does not allow to accelerate the process of electrochemical separation of charge without a significant reduction in resource and capacity. In the process of charging, the temperature of the most heated battery cells is not controlled, which can lead to the failure of the battery as a whole.
Цель изобретения улучшение срока службы заряжаемого аккумулятора. The purpose of the invention is improving the life of a rechargeable battery.
Поставленная цель в способе дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, заключающегося в том, что определяют напряжение аккумуляторной батареи и формируют импульсы зарядного тока до момента превышения напряжением батареи заданного уровня, достигается тем, что осуществляют заряд емкостного накопителя от регулируемого источника постоянного тока, определяют разность напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи и при превышении этой разностью заданного значения формируют импульсы зарядного тока, путем разряда емкостного накопителя на аккумуляторную батарею. Также при этом способе измеряют температуру каждого элемента аккумуляторной батареи, сравнивают максимальное из измеренных значений температуры с заданным значением и полученный результат используют для формирования заданного значения разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, таким образом, чтобы это значение не превышало наперед заданной величины. The goal in the method of dosed accelerated charge of the battery, which consists in determining the voltage of the battery and generating pulses of the charging current until the battery voltage exceeds a predetermined level, is achieved by charging the capacitive storage device from an adjustable constant current source, determining the difference in capacitive voltage of the drive and the battery, and when this difference exceeds the set value, charge current pulses are generated by discharging Yes capacitive storage in the battery. Also, with this method, the temperature of each battery cell is measured, the maximum of the measured temperature values is compared with a predetermined value, and the result obtained is used to generate a predetermined voltage difference between the capacitive storage and the battery, so that this value does not exceed the predetermined value.
В устройстве для реализации способа дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, содержащем источник постоянного тока, первый вывод которого соединен с первым одноименным выводом аккумуляторной батареи, датчик напряжения аккумуляторной батареи, управляемый полупроводниковый элемент, включенный между вторыми одноименными выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, полярностью соответствующей заряду аккумуляторной батареи и датчик тока аккумуляторной батареи, выход которого подключен к входу первого порогового элемента, поставленная цель достигается тем, что в него введены емкостной накопитель, выводы которого соединены с выводами источника постоянного тока, выполненного регулируемым, датчик разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, включенный между вторыми выводами источника постоянного тока и аккумуляторной батареи, блок датчиков температуры элементов аккумуляторной батареи, подключенный к блоку выделения максимального сигнала, выход которого соединен со входом регулятора температуры, выход которого соединен со входом управляемого блока ограничения, выход которого соединен с первым входом второго порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом управляемого полупроводникового элемента, причем второй вход второго порогового элемента подключен к выходу датчика разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи, а выход датчика напряжения аккумуляторной батареи соединен с первым блокирующим входом источника постоянного тока, второй блокирующий вход которого соединен с выходом первого порогового элемента. In the device for implementing the method of dosed accelerated charge of a battery containing a direct current source, the first terminal of which is connected to the first terminal of the same name of the battery, a voltage sensor of the battery, a controlled semiconductor element connected between the second terminals of the same name of the direct current source and the battery, corresponding polarity the battery charge and the battery current sensor, the output of which is connected to the input of the first of the threshold element, the goal is achieved by the fact that a capacitive storage device is inserted into it, the terminals of which are connected to the terminals of the direct current source, made adjustable, a voltage difference sensor of the capacitive storage device and the battery, connected between the second terminals of the DC source and the battery, the temperature sensor block battery cells connected to the maximum signal isolation unit, the output of which is connected to the input of the temperature controller, the output of which connected to the input of the controlled restriction unit, the output of which is connected to the first input of the second threshold element, the output of which is connected to the control input of the controlled semiconductor element, the second input of the second threshold element connected to the output of the voltage difference sensor of the capacitive storage device and the battery, and the output of the voltage sensor the battery is connected to the first blocking input of the DC source, the second blocking input of which is connected to the output of the first thresholds wow element.
На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи; на фиг. 2 осцилограмма тока заряда аккумуляторной батареи в способе ее дозированного ускоренного заряда и устройстве его реализации. На схеме (фиг. 1) показаны: источник постоянного тока 1, аккумуляторная батарея 2, датчик 3 напряжения батареи 2, управляемый полупроводниковый элемент 4, датчик тока 5 батареи 2, первый пороговый элемент 6, емкостной накопитель 7, датчик 8 разности напряжений емкостного накопителя 7 и батареи 2, блок датчиков температуры 9 элементов батареи 2, блок 10 выделения максимального сигнала, регулятор температуры 11, управляемый блок 12 ограничения, второй пороговый элемент 13. In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the method of dosed accelerated charge of the battery; in FIG. 2 oscillogram of the charge current of the battery in the method of its metered accelerated charge and device for its implementation. The diagram (Fig. 1) shows: a DC source 1, a battery 2, a voltage sensor 3 of a battery 2, a controlled semiconductor element 4, a current sensor 5 of a battery 2, a first threshold element 6, a capacitive storage 7, a voltage difference sensor 8 of a capacitive storage 7 and batteries 2, a temperature sensor unit 9 of the elements of the battery 2, a maximum signal extraction unit 10, a temperature controller 11, a controlled limitation unit 12, a second threshold element 13.
В способе дозированного ускоренного заряда аккумуляторной батареи, заключающемся в том, что определяют напряжение аккумуляторной батареи и формируют импульсы зарядного тока до момента превышения напряжением батареи заданного уровня, осуществляют (фиг. 1) заряд емкостного накопителя 7 от регулируемого источника тока 1, определяют разность напряжений емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2 и при превышении этой разностью заданного значения формируют импульсы зарядного тока путем разряда емкостного накопителя 7 на аккумуляторную батарею 2. Также этим способом измеряют температуру каждого элемента аккумуляторной батареи 2, сравнивают максимальное из измеренных значений температуры с заданным значением и полученный результат используют для формирования заданного значения разности напряжений емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи, таким образом, чтобы это значение не превышало наперед заданной величины. In the method of dosed accelerated charge of the battery, which consists in determining the voltage of the battery and generating pulses of the charging current until the battery voltage exceeds a predetermined level, carry out (Fig. 1) charge capacitive storage 7 from an adjustable current source 1, determine the voltage difference of capacitive the drive 7 and the battery 2 and when this difference is exceeded by the set value, charge current pulses are generated by discharging the capacitive drive 7 to the battery battery 2. Also, in this way, the temperature of each element of the battery 2 is measured, the maximum of the measured temperature values is compared with the set value, and the result obtained is used to generate the set value of the voltage difference between the capacitive storage 7 and the battery, so that this value does not exceed in advance given value.
Устройство для реализации этих способов содержит: источник 1 постоянного тока (фиг. 1), первый вывод которого соединен с первым одноименным выводом аккумуляторной батареи 2, датчик 3 напряжения аккумуляторной батареи 2, управляемый полупроводниковый элемент 4, включенный между вторыми одноименными выводами источника постоянного тока 1 и аккумуляторной батареи 2, полярностью соответствующей заряду аккумуляторной батареи 2 и датчик 5 тока аккумуляторной батареи 2, выход которого подключен к входу первого порогового элемента 6. При этом устройство (фиг. 2) содержит введенный в него емкостной накопитель 7, выводы которого соединены с выводами источника 1 постоянного тока, выполненного регулируемым, датчик 8 разности напряжений 8 емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2, блок 9 датчиков температуры элементов аккумуляторной батареи 2 подключают к блоку 10 выделения максимального сигнала, выход из которого соединен с входом регулятора 11 температуры, выход которого соединен с входом управляемого блока 12 ограничения, выход которого соединен с первым входом второго порогового элемента 13, выход которого соединен с управляющим входом управляемого полупроводникового элемента 4, причем второй вход второго порогового элемента 13 подключен к выходу датчика 8 разности напряжений емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2, а выход датчика 3 напряжения аккумуляторной батареи 2 соединен с первым блокирующим входом источника 1 постоянного тока, второй блокирующий вход которого соединен с выходом первого порогового элемента 6. A device for implementing these methods comprises: a direct current source 1 (Fig. 1), the first terminal of which is connected to the first terminal of the same name of the battery 2, a voltage sensor 3 of the battery 2, a controlled semiconductor element 4 connected between the second terminals of the same name of the direct current source 1 and battery 2, the polarity corresponding to the charge of the battery 2 and the current sensor 5 of the battery 2, the output of which is connected to the input of the first threshold element 6. your (Fig. 2) contains a capacitive storage device 7 inserted into it, the terminals of which are connected to the terminals of a direct current source 1, made adjustable, a voltage difference sensor 8 of the capacitive storage 7 and the battery 2, the temperature sensor unit 9 of the battery 2 is connected to block 10 extraction of the maximum signal, the output of which is connected to the input of the temperature controller 11, the output of which is connected to the input of the controlled block 12 restrictions, the output of which is connected to the first input of the second threshold e element 13, the output of which is connected to the control input of the controlled semiconductor element 4, and the second input of the second threshold element 13 is connected to the output of the sensor 8 of the voltage difference of the capacitive storage 7 and the battery 2, and the output of the voltage sensor 3 of the battery 2 is connected to the first blocking input of the source 1 DC, the second blocking input of which is connected to the output of the first threshold element 6.
Устройство работает следующим образом: заряд емкостного накопителя 7 осуществляется от регулируемого источника 1 постоянного тока стабилизированным током заданной величины. Время "Т" заряда емкостного накопителя 7 равно:
Tзар.= ΔUз/Iзар,
ΔUз заданное значение разности напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи (задается уровнем сигнала на задающем входе порогового элемента 13);
-Iзар ток заряда емкостного накопителя.The device operates as follows: the capacitive drive 7 is charged from an adjustable constant current source 1 with a stabilized current of a given value. The time "T" of the charge of the capacitive storage 7 is equal to:
T zar = ΔU s / I zar ,
ΔU s the set value of the voltage difference of the capacitive storage and the battery (set by the signal level at the input of the threshold element 13);
-I charge current of the charge storage capacitor.
Когда разность напряжений ΔUз емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2 достигает значения (заданного) и формирует управляющий импульс управляемого ключевого элемента 4 (например тиристора), который открывается, обеспечивая разряд емкостного накопителя. При величине зарядного тока, отличного от нуля, срабатывает второй пороговый элемент 6, сигнал на выходе которого отключает источник 1 от емкостного накопителя 7.When the voltage difference ΔU of storage capacitor 7 and the battery 2 reaches the (predetermined) and generates a control pulse managed key element 4 (for example a thyristor) which opens allowing discharge of the capacitive storage device. When the charge current is other than zero, the second threshold element 6 is triggered, the output signal of which disconnects the source 1 from the capacitive storage 7.
На фиг. 2 приведена форма заданного тока, который характеризуется крутым передним фронтом I=t/L и задним фронтом в виде экспоненты:
где Imax амплитуда импульсов зарядного тока; Т постоянная времени разряда (Т= РхС); ΔUз заданное значение разности напряжений регулируемого источника постоянного тока и аккумуляторных батарей; e - основание натурального логарифма, L индуктивность, R активное сопротивление аккумуляторной батареи, t текущее время. Когда напряжение емкостного накопителя 7 становится равным напряжению аккумуляторной батареи 2, тиристор 4 запирается, а источник 1 постоянного тока отпирается и опять начинается заряд емкостного накопителя 7 энергии.In FIG. Figure 2 shows the shape of a given current, which is characterized by a steep leading edge I = t / L and a trailing edge in the form of an exponential:
where I max the amplitude of the pulses of the charging current; T discharge time constant (T = PxC); ΔU s the set value of the voltage difference of the regulated DC source and batteries; e is the base of the natural logarithm, L is the inductance, R is the resistance of the battery, t is the current time. When the voltage of the capacitive storage 7 becomes equal to the voltage of the battery 2, the thyristor 4 is locked, and the DC source 1 is unlocked and the charge of the capacitive energy storage 7 starts again.
В процессе заряда блоком 9 датчиков температуры контролируется температура каждого элемента аккумуляторной батареи. Блок 10 выделяет сигнал соответствующий температуре максимально нагретого элемента. Регулятор 11 температуры стабилизирует заданное напряжение емкостного накопителя 7 и аккумуляторной батареи 2, обеспечивая стабилизацию температуры наиболее нагретого элемента аккумуляторной батареи на допустимом уровне. Блок 12 регулируемого ограничения ограничивает заданное напряжение разности емкостного накопителя энергии 7 и аккумуляторной батареи 2 величиной, определяемой допустимым значением амплитуды импульса зарядного тока Imax (например, Imax≅Iразр. где Iразр. допустимое значение). В процессе разряда емкостного накопителя 7 ток аккумуляторной батареи уменьшается. При уменьшении этого тока до некоторой минимальной величины (например, до величины тока удержания тиристора) управляемый полупроводниковый элемент 4 запирается. Этот момент фиксируется датчиком 8 тока. При этом срабатывает второй пороговый элемент 13, который своим выходным сигналом включает источник 1 постоянного тока на заряд емкостного накопителя 7. Таким образом обеспечивается точно дозированный заряд аккумуляторной батареи. Форма импульса зарядного тока позволяет форсировать электрохимические процессы заряда без ухудшения ресурсных характеристик аккумуляторных батарей. Непрерывный контроль температуры элементов аккумуляторных батарей позволяет обеспечить надежную и стабильную работу зарядного устройства и диагностику номинальных характеристик каждого элемента. При этом эффективность и промышленная применимость определяется следующим расчетным образом:
возможность точной дозировки энергии W заряда в пределах каждого цикла
W = ΔU(O)xC,
где ΔU(O) разность напряжений емкостного накопителя и аккумуляторной батареи в начале каждого цикла; С емкость емкостного накопителя энергии;
оптимальная форма импульса тока заряда, позволяющая ускорить заряд аккумуляторных батарей предельно крутой передний фронт
dI/dt = ΔU(O)/L,
где L индуктивность аккумуляторной батареи и соединительных проводов; I ток; t время;
экспоненциальная форма заднего фронта с постоянной времени (T):
Т=RxC,
где R активное сопротивление аккумуляторной батареи и соединительных проводов; С емкость емкостного накопителя.In the process of charging unit 9 temperature sensors monitors the temperature of each element of the battery. Block 10 emits a signal corresponding to the temperature of the most heated element. The temperature controller 11 stabilizes the predetermined voltage of the capacitive storage 7 and the battery 2, providing stabilization of the temperature of the most heated element of the battery at an acceptable level. The adjustable limit unit 12 limits the set voltage of the difference between the capacitive energy storage device 7 and the battery 2 to a value determined by the permissible value of the amplitude of the charging current pulse Imax (for example, Imax≅Isit. During the discharge of the capacitive storage 7, the battery current decreases. When this current is reduced to a certain minimum value (for example, to the value of the thyristor holding current), the controlled semiconductor element 4 is locked. This moment is detected by the current sensor 8. In this case, the second threshold element 13 is triggered, which with its output signal includes a direct current source 1 for charging the capacitive storage 7. In this way, a precisely metered charge of the battery is ensured. The shape of the pulse of the charging current allows you to force the electrochemical processes of the charge without compromising the resource characteristics of the batteries. Continuous monitoring of the temperature of the battery cells ensures reliable and stable operation of the charger and diagnostics of the nominal characteristics of each cell. In this case, the efficiency and industrial applicability is determined as follows:
the ability to accurately dose the energy of the W charge within each cycle
W = ΔU (O) xC,
where ΔU (O) is the voltage difference between the capacitive storage and the battery at the beginning of each cycle; With capacity of capacitive energy storage;
optimal charge current pulse shape, which allows to accelerate battery charge extremely steep leading edge
dI / dt = ΔU (O) / L,
where L is the inductance of the battery and connecting wires; I current; t time;
exponential trailing edge with time constant (T):
T = RxC,
where R is the active resistance of the battery and connecting wires; With capacitive storage capacity.
Заявленный способ и устройство применимы в электротехнике, особенно для ускоренной зарядки аккумуляторных батарей электромобилей. The claimed method and device are applicable in electrical engineering, especially for accelerated charging of electric vehicle batteries.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93032286A RU2072605C1 (en) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | Method for gradual fast charging of storage battery and device which implements said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93032286A RU2072605C1 (en) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | Method for gradual fast charging of storage battery and device which implements said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93032286A RU93032286A (en) | 1995-11-10 |
| RU2072605C1 true RU2072605C1 (en) | 1997-01-27 |
Family
ID=20143615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93032286A RU2072605C1 (en) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | Method for gradual fast charging of storage battery and device which implements said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2072605C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007049990A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-03 | Dvoychenko Yevgeniy Vladislavo | Self-contained voltage source |
| RU2438887C1 (en) * | 2007-11-29 | 2012-01-10 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Charging system and method of control thereof |
| RU2492069C1 (en) * | 2009-06-25 | 2013-09-10 | Хонда Мотор Ко., Лтд. | Storage battery charge/discharge control device |
| RU2657012C1 (en) * | 2015-02-23 | 2018-06-08 | Конинклейке Филипс Н.В. | Charger for power sources with battery support |
-
1993
- 1993-06-18 RU RU93032286A patent/RU2072605C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4568869, кл. H 02J 7/00, 1983. Патент США N 4640629, кл. H 02J 7/04, 1985. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007049990A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-03 | Dvoychenko Yevgeniy Vladislavo | Self-contained voltage source |
| RU2438887C1 (en) * | 2007-11-29 | 2012-01-10 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Charging system and method of control thereof |
| US8294415B2 (en) | 2007-11-29 | 2012-10-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Charging system and method for operating the same |
| RU2492069C1 (en) * | 2009-06-25 | 2013-09-10 | Хонда Мотор Ко., Лтд. | Storage battery charge/discharge control device |
| RU2657012C1 (en) * | 2015-02-23 | 2018-06-08 | Конинклейке Филипс Н.В. | Charger for power sources with battery support |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4121945B2 (en) | Method and apparatus for charging a rechargeable battery with a non-liquid electrolyte | |
| JP4523738B2 (en) | Secondary battery remaining capacity control method and apparatus | |
| RU2696605C1 (en) | Storage battery system and secondary lithium-ion battery capacity recovery method | |
| US11831186B2 (en) | Balancing a battery pack with pulse charging | |
| US20190094305A1 (en) | Amount of charge calculation device, recording medium, and amount of charge calculation method | |
| US10734828B2 (en) | Battery chargers and associated systems and methods | |
| US6259231B1 (en) | Rapid battery charger | |
| US10903669B2 (en) | Control device and method for charging a rechargeable battery | |
| EP3411262A1 (en) | Control device and method for charging a rechargeable battery | |
| JP2004342580A (en) | Compound battery and battery pack | |
| RU2683235C1 (en) | Device for restoring and charging acid storage battery | |
| JP4121098B2 (en) | Rechargeable battery residual capacity detection method using nickel hydroxide positive electrode | |
| RU2072605C1 (en) | Method for gradual fast charging of storage battery and device which implements said method | |
| US5932991A (en) | System and method for battery charging with acoustic excitation | |
| US20090029192A1 (en) | Method and device for batteries | |
| EP4297232A1 (en) | Energy system, and charging and discharging control method | |
| JP2001298872A (en) | Power storage system | |
| JPH07336908A (en) | Charger of nonaqueous secondary battery | |
| RU93032286A (en) | METHOD OF DOSING ACCELERATED CHARGE OF ACCUMULATOR BATTERIES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| JP6848775B2 (en) | Lithium ion secondary battery system | |
| Vignan et al. | Implementation of Variable Duty Ratio Reflex Charging of Li-ion Batteries | |
| US20220311260A1 (en) | Battery Charging Method and System | |
| JP2017099165A (en) | Charge control device of lithium ion secondary battery | |
| SU851569A1 (en) | Storage battery charging method | |
| US20230333173A1 (en) | Battery monitoring apparatus |