RU2258982C2 - Method for servicing nickel-hydrogen storage battery and storage battery implementing it - Google Patents
Method for servicing nickel-hydrogen storage battery and storage battery implementing it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258982C2 RU2258982C2 RU2003112580/09A RU2003112580A RU2258982C2 RU 2258982 C2 RU2258982 C2 RU 2258982C2 RU 2003112580/09 A RU2003112580/09 A RU 2003112580/09A RU 2003112580 A RU2003112580 A RU 2003112580A RU 2258982 C2 RU2258982 C2 RU 2258982C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- circuits
- short
- bypass diodes
- discharge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания ИСЗ.The present invention relates to the electrical industry and can be used in the operation of nickel-hydrogen storage batteries in autonomous satellite power supply systems.
Известен способ эксплуатации аккумуляторной батареи, предусматривающий «обход» отказавшего в процессе эксплуатации аккумулятора посредством диодных (байпасных) цепей (см. W.I.Billerbeck, W.E.Baker «The desing of reliable power systems for communi cations satelite», Comsat Laboratories Clarksburg, AIAA/NASA Spacesyst. Technol.Conf. 14/8, 5-7 June, 1984).There is a known method of operating a battery, which provides for “bypassing” a battery that has failed during operation by means of diode (bypass) circuits (see WIBillerbeck, WEBaker “The desing of reliable power systems for communal satationsite”, Comsat Laboratories Clarksburg, AIAA / NASA Spacesyst Technol.Conf. 14/8, 5-7 June, 1984).
Недостатком известного способа является то, что при отказе какого-либо аккумулятора и работе через «обходные» диоды возникают дополнительные потери электроэнергии на самих диодах. Кроме того, наличие падения напряжения на диодах /0,4-0,6/В, приложенного к отказавшему аккумулятору, способствует протеканию в последнем электрохимических реакций, что может привести в отдельных случаях к его разгерметизации.The disadvantage of this method is that in the event of a failure of any battery and operation through "bypass" diodes, additional losses of electricity occur on the diodes themselves. In addition, the presence of a voltage drop across the / 0.4-0.6 / V diodes applied to the failed battery contributes to the occurrence of electrochemical reactions in the latter, which may lead to depressurization in some cases.
Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи путем проведения зарядно-разрядных циклов и шунтирования неисправного аккумулятора, отличающийся тем, что величину сопротивления шунтирующей аккумулятор цепи выбирают из условия:A known method of operating a Nickel-hydrogen battery by conducting charge-discharge cycles and bypassing a faulty battery, characterized in that the resistance value of the shunt battery circuit is selected from the condition:
R<0,3I, гдеR <0.3I, where
I - максимальная величина тока через аккумулятор (см. авторское свидетельство №1396881, Н 01 М 10/44).I - the maximum value of the current through the battery (see copyright certificate No. 1396881, Н 01 М 10/44).
Известный способ устраняет указанные выше недостатки, однако в нем не определены критерии отказа аккумулятора, что может привести к ошибочному шунтированию исправного аккумулятора.The known method eliminates the above disadvantages, however, it does not define criteria for battery failure, which can lead to erroneous shunting of a working battery.
Известен способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи, усовершенствующий способ по авторскому свидетельству N1396881, по которому контролируют наличие емкости в аккумуляторной батарее и минимальное напряжение аккумуляторов, а шунтирование соответствующего аккумулятора проводят при наличии емкости в батарее по минимальному напряжению этого аккумулятора (авторское свидетельство №1795848).There is a known method of operating a nickel-hydrogen storage battery, an improved method according to copyright certificate N1396881, which controls the presence of capacity in the battery and the minimum voltage of the batteries, and bypassing the corresponding battery is carried out if there is capacity in the battery at the minimum voltage of this battery (copyright certificate No. 1795848) .
Недостатком этого способа является то, что он не учитывает отказ аккумулятора типа «обрыв» или повышение внутреннего сопротивления аккумулятора сверх допустимой величины. Отказы такого рода для никель-водородных аккумуляторов могут быть связаны с утечкой водорода вследствие нарушения герметичности аккумулятора (см. главу Х1.3 Б.И.Центер, Н.Ю.Лызлов «Металл-водородные электрические системы», Ленинград, Химия, Ленинградское отделение, 1989 г. стр.265-266 [1]).The disadvantage of this method is that it does not take into account the failure of the battery type "break" or increase the internal resistance of the battery in excess of the permissible value. Failures of this kind for nickel-hydrogen batteries may be due to hydrogen leakage due to a leak in the battery (see chapter X1.3 B.I. Tsenter, N.Yu. Lyzlov "Metal-hydrogen electric systems", Leningrad, Chemistry, Leningrad branch , 1989, pp. 265-266 [1]).
Полный внезапный «обрыв» аккумулятора также реален и был зафиксирован в процессе виброиспытаний аккумуляторной батареи 28НВ45. Причина - обрыв электрода аккумулятора.A complete sudden “break” of the battery is also real and was recorded during the vibration tests of the 28NV45 battery. The reason is a break in the battery electrode.
Следует отметить, что при полном «обрыве» аккумулятора в процессе заряда аккумуляторной батареи на датчик контроля напряжения аккумулятора будет подано напряжение, равное зарядному напряжению за вычетом ЭДС оставшихся (n-1) аккумуляторов, то есть величина, значительно превышающая предельное значение напряжения аккумулятора.It should be noted that if the battery is completely “cut off” during charging of the battery, a voltage equal to the charging voltage minus the emf of the remaining (n-1) batteries will be supplied to the battery voltage monitoring sensor, that is, a value significantly exceeding the battery voltage limit value.
Наиболее близким техническим решением является способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи путем проведения заряд-разрядных циклов, контроля минимального напряжения аккумуляторов для ограничения разряда и шунтирования неисправного аккумулятора, в котором дополнительно контролируют максимальное напряжение аккумуляторов на уровне, превышающем их предельное зарядное напряжение, и шунтирование неисправного аккумулятора проводят также по этому параметру (см. патент №1836757 от 13 октября 1992 г.), который выбран в качестве прототипа.The closest technical solution is a method of operating a nickel-hydrogen storage battery by conducting charge-discharge cycles, monitoring the minimum voltage of the batteries to limit discharge and bypass the faulty battery, in which the maximum voltage of the batteries is further controlled at a level exceeding their maximum charging voltage, and bypass the faulty the battery is also carried out by this parameter (see patent No. 1836757 of October 13, 1992), which is selected as rototipa.
Недостатком всех известных способов эксплуатации, связанных с шунтированием неисправного аккумулятора, является их недостаточно высокая надежность и громоздкость аппаратной реализации. Так для реализации известного способа в составе ИСЗ требуются специальная аппаратура контроля напряжения каждого аккумулятора, специальная аппаратура для включения на нагрев соответствующей нагревательной обмотки короткозамыкателя и так далее. Кроме того, для обеспечения полной уверенности в том, что закорачивается именно неисправный аккумулятор необходимо либо встраивать контроллеры напряжения аккумуляторов в конструкцию короткозамыкателей, либо чрезмерно усложнить процесс контроля правильной адресовки.The disadvantage of all known operating methods associated with shunting a faulty battery is their insufficient reliability and cumbersome hardware implementation. So for the implementation of the known method in the satellite requires special equipment for monitoring the voltage of each battery, special equipment for switching on the heating of the heating coil of the short circuit and so on. In addition, to ensure full confidence that it is the faulty battery that is shorting, it is necessary either to integrate the battery voltage controllers in the design of short-circuiting devices or to excessively complicate the process of monitoring the correct address.
Известны аккумуляторные батареи, описанные в B.C.Багоцкий, А.М.Скундин «Химические источники тока», Москва, Энергоиздат, 1981 г. [2].The known batteries described in B.C. Bagotsky, A.M. Skundin "Chemical current sources", Moscow, Energoizdat, 1981 [2].
Известны никель-водородные аккумуляторные батареи, описанные в [1]).Nickel-hydrogen storage batteries described in [1]) are known.
Однако известные материалы не содержат рекомендаций по защите аккумуляторной батареи от свершившихся отказов аккумуляторов.However, the known materials do not contain recommendations for protecting the battery from battery failures.
В настоящее время предприятием ОАО «Сатурн» г.Краснодар изготавливаются никель-водородные аккумуляторные батареи (например 40НВ-70), имеющие в своем составе 40 последовательно соединенных аккумуляторов, параллельно каждому из которых подключены разрядные байпасные диоды и силовые цепи короткозамыкателей одноразового действия, а нагревательные цепи короткозамыкателей одноразового действия выведены на соединители для внешнего управления. Конструкция батареи описана в ЖЦПИ.563533.012-01.At present, the enterprise of Saturn OJSC in Krasnodar manufactures nickel-hydrogen storage batteries (for example, 40NV-70), which comprise 40 series-connected batteries, each of which is connected to bypass diodes and single-use short-circuit power circuits, and heating single-acting short-circuit circuits are routed to connectors for external control. The battery design is described in ZhTsPI.563533.012-01.
Этим же предприятием изготавливаются никель-водородные аккумуляторные батареи имеющие, наряду с разрядными, также зарядные байпасные диоды, например батарея 28НВ-50 (ЖЦПИ.563533.019Э3)The same company manufactures nickel-hydrogen storage batteries having, along with discharge batteries, also charging bypass diodes, for example, a 28NV-50 battery (ZhTsPI.563533.019E3)
Данные аккумуляторные батареи приняты за прототип.These batteries are taken as a prototype.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и упрощение процесса шунтирования неисправного аккумулятора, а также повышение надежности и автономности самой аккумуляторной батареи.The aim of the invention is to increase reliability and simplify the process of shunting a faulty battery, as well as increasing the reliability and autonomy of the battery itself.
Поставленная цель достигается тем, что для шунтирования аккумулятора контролируют появление тока в цепях байпасных диодов и по этому параметру проводят шунтирование аккумулятора, причем нагревательные элементы короткозамыкателей одноразового действия включают в цепи байпасных диодов.This goal is achieved by the fact that for shunting the battery, the appearance of current in the bypass diode circuits is controlled and by this parameter the battery is bypassed, and the heating elements of the single-acting short-circuit switches are included in the bypass diode circuits.
Действительно, на исправном аккумуляторе появление тока в цепи его байпасного диода однозначно свидетельствуют об отказе этого аккумулятора.Indeed, on a working battery, the appearance of current in the circuit of its bypass diode clearly indicates a failure of this battery.
Причем появление тока в цепи разрядного байпасного диода возможно как при отказе аккумулятора, связанного с появлением внутреннего шунта, так и при отказе типа «обрыв», а появление тока в цепи зарядного байпасного диода возможно только при появлении отказа типа «обрыв».Moreover, the appearance of current in the circuit of the bypass diode is possible both in the event of a battery failure associated with the appearance of an internal shunt, and in the event of an “open” failure, and the appearance of current in the circuit of the charging bypass diode is possible only when an “open” type of failure occurs.
Опыт эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей показывает, что отказы типа «внутренний шунт» не являются однозначно необратимыми. На практике были отмечены случаи последующего полного (или частичного) самопроизвольного (или после проведения специальных программ) восстановления характеристик прежде неисправных аккумуляторов. В то же время, отказ типа «обрыв» однозначно необратим.The operating experience of nickel-hydrogen storage batteries shows that failures of the “internal shunt” type are not unequivocally irreversible. In practice, cases of subsequent complete (or partial) spontaneous (or after special programs) restoration of the characteristics of previously faulty batteries have been noted. At the same time, a failure of the “cliff” type is definitely irreversible.
В этой связи разработчику автономной системы электропитания ИСЗ необходимо решить по каким типам отказов (внутренний шунт или «обрыв») необходимо на данном ИСЗ шунтировать аккумулятор и в зависимости от этого соответствующим образом включить нагревательные элементы короткозамыкателей одноразового действия.In this regard, the developer of an autonomous satellite power supply system needs to decide on what types of failures (internal shunt or “open”) it is necessary to bypass the battery on this satellite and depending on this, turn on the heating elements of the short-circuiting devices of one-time operation accordingly.
Реализацию предлагаемого способа целесообразно осуществить в самой аккумуляторной батарее, так как дополнительных (внешних) устройств для этого не требуется.The implementation of the proposed method is expediently carried out in the battery itself, since additional (external) devices are not required for this.
Это позволит повысить надежность и автономность аккумуляторной батареи. В случае отказа какого-либо аккумулятора проблема восстановления работоспособности батареи решается ею самой автоматически.This will improve the reliability and autonomy of the battery. In the event of a failure of any battery, the problem of restoring the battery’s performance is solved automatically by itself.
На чертежах, фиг.1 и 2 приведены электрические схемы аккумуляторных батарей для реализации предлагаемого способа.In the drawings, figures 1 and 2 shows the electrical circuits of the batteries for implementing the proposed method.
Аккумуляторная батарея содержит последовательно соединенные аккумуляторы А1 - An.The battery contains A1 - An batteries connected in series.
Параллельно аккумуляторам подключены зарядные байпасные диоды Д11, Д12, Д13 - Дn1, Дn2, Дn3, разрядные байпасные диоды Д4 - Дn4 и короткозамыкатели одноразового действия К1 - Kn.Parallel to the batteries, charging bypass diodes D11, D12, D13 - Dn1, Dn2, Dn3, discharge bypass diodes D4 - Dn4 and disposable short-circuits K1 - Kn are connected.
Нагревательные элементы (обмотки) короткозамыкателей одноразового действия включены в цепи разрядных байпасных диодов - фиг.1 и в цепи зарядных байпасных диодов - фиг.2.The heating elements (windings) of the single-acting short-circuiting switches are included in the circuit of discharge bypass diodes - figure 1 and in the circuit of charging bypass diodes - figure 2.
При установке нагревательных элементов короткозамыкателей в цепи разрядных диодов аккумуляторная батарея работает следующим образом.When installing the heating elements of the short circuit in the circuit of the discharge diodes, the battery operates as follows.
При отказе в процессе эксплуатации какого-либо аккумулятора А - An вследствие появления внутреннего шунта, напряжение на нем снизится до отрицательного (вследствие его переполюсовки до величины, ограниченной падением напряжения на разрядном диоде плюс нагревательном элементе короткозамыкателя) значения и через разрядный диод и последовательно соединенный с ним нагревательный элемент короткозамыкателя в режиме разряда аккумуляторной батареи начнет протекать ток разряда аккумуляторной батареи (в режиме заряда аккумуляторной батареи ток через разрядный диод протекать не будет). В результате замкнется цепь соответствующего короткозамыкателя одноразового действия и протекание тока через этот диод и нагревательный элемент прекратится. Аккумулятор будет надежно зашунтирован, и дальнейшая работа аккумуляторной батареи будет идти по прежнему алгоритму.If any battery A - An fails during operation due to the appearance of an internal shunt, the voltage across it will decrease to negative (due to its polarity reversal to a value limited by the voltage drop across the discharge diode plus the short-circuit heating element) and through the discharge diode and connected in series with with it, the heating element of the short circuit in the discharge mode of the battery starts to flow the discharge current of the battery (in the charge mode of the battery approx through the discharge diode will not flow). As a result, the circuit of the corresponding one-time short circuit will be closed and the flow of current through this diode and the heating element will stop. The battery will be reliably shunted, and the further operation of the battery will follow the same algorithm.
При отказе аккумулятора какого-либо аккумулятора А - An «обрывом» разрядный диод с нагревательным элементом короткозамыкателя просто окажутся в цепи протекания разрядного тока аккумуляторной батареи. Далее отключение соответствующего аккумулятора из работы произойдет как и при возникновении внутреннего шунта.If the battery of any battery A - An fails, the discharge diode with the heating element of the short circuit simply appears in the discharge current circuit of the battery. Further, the disconnection of the corresponding battery from work will occur as in the event of an internal shunt.
При установке нагревательных элементов короткозамыкателей в цепи зарядных диодов аккумуляторная батарея работает следующим образом.When installing the heating elements of the short circuit in the circuit of the charging diodes, the battery operates as follows.
При отказе в процессе эксплуатации какого-либо аккумулятора А - An вследствие появления внутреннего шунта, напряжение на нем снизится до отрицательного (вследствие его переполюсовки до величины, ограниченной падением напряжения на разрядном диоде) значения и через разрядный диод в режиме разряда аккумуляторной батареи начнет протекать ток разряда аккумуляторной батареи. В режиме заряда аккумуляторной батареи зарядный ток будет протекать непосредственно через неисправный аккумулятор.In the event of the failure of any battery A - An during operation due to the appearance of an internal shunt, the voltage on it will decrease to a negative value (due to its polarity reversal to a value limited by the voltage drop across the discharge diode) and the current will flow through the discharge diode in the discharge mode of the battery battery discharge. In battery charge mode, charging current will flow directly through the faulty battery.
При отказе аккумулятора какого-либо аккумулятора А - An «обрывом» разрядный диод просто окажется в цепи протекания разрядного тока аккумуляторной батареи. В режиме заряда аккумуляторной батареи зарядный ток будет протекать через зарядные диоды и последовательно соединенный нагревательный элемент соответствующего короткозамыкателя.If the battery of any battery A - An fails, the discharge diode will simply be in the discharge current circuit of the battery. In battery charge mode, charging current will flow through the charging diodes and the heating element of the corresponding short circuit in series.
В результате замкнется цепь соответствующего короткозамыкателя одноразового действия и протекание тока через эти диоды и нагревательный элемент прекратится. Аккумулятор будет надежно зашунтирован и дальнейшая работа аккумуляторной батареи будет идти по прежнему алгоритму.As a result, the circuit of the corresponding one-time short circuit will be closed and the flow of current through these diodes and the heating element will stop. The battery will be reliably shunted and further operation of the battery will follow the same algorithm.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить надежность и упростить процесс шунтирования неисправного аккумулятора в аккумуляторной батарее, а также повысить надежность и автономность самой аккумуляторной батареи.Thus, the proposed method can improve reliability and simplify the process of shunting a faulty battery in the battery, as well as increase the reliability and autonomy of the battery itself.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003112580/09A RU2258982C2 (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Method for servicing nickel-hydrogen storage battery and storage battery implementing it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003112580/09A RU2258982C2 (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Method for servicing nickel-hydrogen storage battery and storage battery implementing it |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003112580A RU2003112580A (en) | 2004-11-10 |
RU2258982C2 true RU2258982C2 (en) | 2005-08-20 |
Family
ID=35846305
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003112580/09A RU2258982C2 (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Method for servicing nickel-hydrogen storage battery and storage battery implementing it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2258982C2 (en) |
-
2003
- 2003-04-28 RU RU2003112580/09A patent/RU2258982C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8981683B2 (en) | High-current battery system and method for controlling a high-current battery system | |
US8471529B2 (en) | Battery fault tolerant architecture for cell failure modes parallel bypass circuit | |
US9024586B2 (en) | Battery fault tolerant architecture for cell failure modes series bypass circuit | |
KR102204983B1 (en) | Apparatus for managing battery, battery pack including the same and vehicle including the same | |
JP6694548B2 (en) | Fuse diagnostic device and method using voltage distribution | |
US20140176024A1 (en) | Battery System Having an Intermediate Circuit Voltage which can be Set in a Variable Fashion | |
KR101745167B1 (en) | Method of detecting fault battery sell and system performing the same | |
JP2018004470A (en) | Abnormality detection device and battery pack system | |
WO2019208410A1 (en) | Failure diagnosis method, and management device for electricity-storage element | |
JP2012531884A (en) | On-board electric system for vehicle and control device for on-board electric system | |
EP3975381A1 (en) | Battery protection apparatus and battery system including the same | |
KR20180026947A (en) | Power supply circuit, and battery pack including the same | |
US9759780B2 (en) | System for power balance monitoring in an energy storage battery | |
WO2008128296A1 (en) | Battery management system | |
JP2002034166A (en) | Protective device for secondary battery | |
CN111788491A (en) | Current measurement device, power storage device, and current measurement method | |
CN211830332U (en) | Auxiliary power supply device for improving availability of storage battery pack | |
RU2258982C2 (en) | Method for servicing nickel-hydrogen storage battery and storage battery implementing it | |
KR102269109B1 (en) | Battery pack balancing apparatus using PWM and method therefor | |
US7262581B2 (en) | Power supply | |
RU182710U1 (en) | BATTERY BATTERY MODULE | |
CN111342548A (en) | Auxiliary power supply device for improving usability of storage battery pack | |
RU2274930C2 (en) | Method for servicing nickel-hydrogen storage battery in off-line power supply system and storage battery implementing it | |
CN109787327A (en) | A kind of lithium ionic cell module management circuit | |
JP2014235068A (en) | Battery system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100429 |