RU2360334C1 - Батарея химических источников тока с балансом напряжений - Google Patents
Батарея химических источников тока с балансом напряжений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2360334C1 RU2360334C1 RU2008117324/09A RU2008117324A RU2360334C1 RU 2360334 C1 RU2360334 C1 RU 2360334C1 RU 2008117324/09 A RU2008117324/09 A RU 2008117324/09A RU 2008117324 A RU2008117324 A RU 2008117324A RU 2360334 C1 RU2360334 C1 RU 2360334C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modules
- chemical
- current sources
- ccbs
- ccb
- Prior art date
Links
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
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом изобретения является упрощение схемы и улучшение массогабаритных характеристик. Согласно изобретению Батарея химических источников (ХИТ) тока с балансом напряжений содержит множество единичных ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, соединенных в последовательную электрическую цепь, выравнивающее устройство для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, обеспечивающее выравнивание напряжений для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, выходы которого подключены параллельно ХИТ или модулю из нескольких ХИТ. и блок управления выравнивающим устройством. Выравнивающее устройство для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ представляет собой балансир для нивелирования разбаланса напряжений на ХИТ, выполненный из дросселя, подключенного к точке последовательного соединения двух ХИТ или двух модулей ХИТ, и через ключи к другим полюсам последовательно соединенных ХИТ или двух модулей ХИТ, а параллельно к ключам подключены диоды, открытые в направлении протекания тока от минуса ХИТ к его плюсу или от минуса модуля ХИТ к его плюсу 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании батарей первичных и вторичных источников тока. В частности, изобретение касается конструкции устройства блока аккумуляторных батарей, выполненного с функцией достижения одновременного заряда или разряда элементов батарей различной емкости посредством перераспределения энергии заряда/разряда между батареями.
Аккумуляторные батареи характеризуются тем, что их характеристики со временем могут неравномерно ухудшаться. Это приводит к тому, что емкость батареи в целом существенно снижается, равняясь на самый худший аккумулятор, несмотря на то что не исчерпана емкость остальных аккумуляторов в батарее. Для избежания этой ситуации используются так называемые "балансиры". Задача балансира - добиться одинаковой зарядки аккумуляторов в батарее, то есть нивелирования разбаланса напряжений на отдельных аккумуляторах или модулях аккумуляторов. Фактически для этого используются дополнительные сопротивления, которые автоматически уменьшают ток заряда на хороших батареях, рассеивая его в тепло и выравнивая напряжение на всех батареях одновременно. Этот способ не решает проблемы неравномерного разряда батарей. Т.е. батарея считается разряженной, если разрядился один из аккумуляторов всей батареи.
Известна аккумуляторная батарея с устройством нивелирования разбаланса напряжений на отдельных аккумуляторах или модулях аккумуляторов. Устройство нивелирования разбаланса содержит трансформатор с рабочими обмотками на одном сердечнике, число которых соответствует числу аккумуляторов или модулей, управляющий ключевой элемент, последовательно соединенный с каждой рабочей обмоткой, систему управления в виде коммутирующего элемента питания, соединенного с выводами аккумуляторной батареи, генератор импульсов и формирователь импульсов управления ключевыми элементами в виде емкости (RU 2156533, опубл. 2000 г.).
Недостатком известной батареи являются сложность электрической схемы выравнивания напряжения на отдельных аккумуляторах в батарее, а также необходимость использования относительно мощных трансформаторов.
Также известна батарея первичных или вторичных химических источников тока (ХИТ), содержащая множество единичных ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, соединенных в последовательную электрическую цепь, выравнивающее устройство, обеспечивающее при работе батареи выравнивание напряжений на отдельных ХИТ или модулях, состоящее из одного или нескольких источников постоянного тока, выходы которых подключены параллельно каждому единичному ХИТ или модулю таким образом, что их полярности совпадают, блок управления выравнивающим устройством, в качестве источников постоянного тока используются вспомогательные ХИТ, топливные элементы или электронные блоки, питание которых осуществляется от внешних (относительно батареи) источников энергии. В этой батарее ХИТ в качестве электронных блоков используется трансформатор с одной или несколькими вторичными обмотками, которые подключены к единичным ХИТ или модулям и имеют в цепях подключения по крайней мере один элемент с однонаправленной проводимостью, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к внешней сети переменного тока (RU 2230418, H02J 7/00, Н01М 10/44, опубл. 2004.06.10).
Недостатком известной батареи также являются сложность электрической схемы выравнивания напряжения на отдельных аккумуляторах в батарее, а также необходимость использования относительно мощных трансформаторов.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по изменению схемы нивелирования напряжения и упрощение схемы.
Достигаемый при этом технический результат заключается в упрощении схемы и улучшении массогабаритных показателей путем изменения связей.
Указанный технический результат достигается тем, что батарея химических источников тока с балансом напряжений, содержащая множество единичных химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока, соединенных в последовательную электрическую цепь, выравнивающее устройство для каждых двух химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока, обеспечивающее выравнивание напряжений для каждых двух химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока, выходы которого подключены параллельно химическим источникам тока или модулю из нескольких химических источников тока, и блок управления выравнивающим устройством, отличается тем, что выравнивающее устройство для каждых двух химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока представляет собой балансир для нивелирования разбаланса напряжений на химических источника тока, выполненный из дросселя, подключенного к точке последовательного соединения двух химических источников тока или двух модулей химических источников тока и через нормально открытые ключи к другим полюсам последовательно соединенных химических источников тока или двух модулей химических источников тока, а параллельно к ключам подключены диоды, открытые в направлении протекания тока от минусу химического источника тока к его плюсу или от минуса модуля химических источников тока к его плюсу, а блок управления выравнивающим устройством выполнен с функцией замыкания нормально открытого ключа, подключенного параллельно химическому источнику тока через дроссель, который заряжен по отношению ко второму смежно подключенному химическому источнику тока, на время, равное выравниванию напряжения на полюсах двух смежно подключенных химических источников тока.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На чертеже представлена принципиальная схема батареи химических источников тока с балансом напряжений.
Согласно настоящему изобретению рассматривается батарея аккумуляторных элементов, оснащенная балансиром, который позволяет без потерь в тепло перераспределять как энергию заряда батарей, так и энергию разряда батарей, что позволяет уменьшить потери на балансировку, а также существенно повысить как срок службы всей аккумуляторной батареи в целом, так и отдельных ее элементов.
Под аккумуляторной батареей имеются в виду литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы. В общем смысле также имеются в виду любые электрические источники, соединенные в батарею, характеристики элементов которой в процессе эксплуатации могут стать различными.
Батарея химических источников тока с балансом напряжений содержит множество единичных ХИТ 1, 2, 3… или модулей из нескольких ХИТ, соединенных в последовательную электрическую цепь, и выравнивающее устройство 4 (БЛОК 1, БЛОК 2) для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, которое обеспечивает выравнивание напряжений для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, выходы которого подключены параллельно ХИТ или модулю из нескольких ХИТ, и блок управления выравнивающим устройством.
Выравнивающее устройство 4 для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ представляет собой балансир для нивелирования разбаланса напряжений на ХИТ, выполненный из дросселя 5, подключенного к точке последовательного соединения двух ХИТ или двух модулей ХИТ, и через нормально открытые ключи 6 к другим полюсам последовательно соединенных ХИТ или двух модулей ХИТ, а параллельно к этим ключам 6 подключены диоды 7, открытые в направлении протекания тока от минуса ХИТ к его плюсу или от минуса модуля ХИТ к его плюсу.
Блок управления выравнивающим устройством выполнен с функцией замыкания нормально открытого ключа, подключенного параллельно ХИТ через дроссель, который заряжен по отношению ко второму смежно подключенному ХИТ на время, равное выравниванию напряжения на полюсах двух смежно подключенных ХИТ.
Задача устройства заключается в обеспечении в любом режиме работы (заряд или разряд) РАВЕНСТВА напряжений на всех элементах аккумуляторной батареи.
Принцип работы схемы:
БЛОК 1 (выравнивающее устройство 2 для первой пары смежно подключенных ХИТ 1 и 2) обеспечивает РАВЕНСТВО напряжений V1 и V2.
БЛОК 2 (выравнивающее устройство 2 для второй пары смежно подключенных ХИТ 2 и 3) обеспечивает РАВЕНСТВО напряжений V3 и V4.
Так как V2=V3, то при совместной работе БЛОКОВ 1 и 2 будет обеспечено равенство: VI=V2=V3=V4.
В случае разбаланса ХИТ 1 и ХИТ 2 появится разность напряжений V1 и V2. Например, батарея ХИТ 1 более разряжена, чем ХИТ 2. Тогда напряжение V1 будет меньше, чем V2.
Управляющее устройство блока управления замыкает на некоторое время ключ К2, и через дроссель L1 начинает протекать ток по направлению от «+» к «-». Управляя временем открытия, можно менять количество энергии, отобранной у батареи ХИТ 2. Далее, как только К2 размыкается, то энергия, накопленная в L1, будет заряжать батарею ХИТ 1 через открытый диод VD1.
Точно также работает схема балансировки в БЛОКЕ 2.
На каждый новый элемент батареи добавляется балансировочный блок.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как основано на использовании стандартных элементов и приборов и основано на новой взаимосвязи этих элементов и приборов.
Claims (1)
- Батарея химических источников тока с балансом напряжений, содержащая множество единичных химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока, соединенных в последовательную электрическую цепь, выравнивающее устройство для каждых двух химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока, обеспечивающее выравнивание напряжений для каждых двух химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока, выходы которого подключены параллельно химическим источникам тока или модулю из нескольких химических источников тока, и блок управления выравнивающим устройством, отличающаяся тем, что выравнивающее устройство для каждых двух химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока представляет собой балансир для нивелирования разбаланса напряжений на химических источниках тока, выполненный из дросселя, подключенного к точке последовательного соединения двух химических источников тока или двух модулей химических источников тока, и через нормально открытые ключи к другим полюсам, последовательно соединенных химических источников тока или двух модулей химических источников тока, а параллельно к ключам подключены диоды, открытые в направлении протекания тока от минуса химического источника тока к его плюсу или от минуса модуля химических источников тока к его плюсу, а блок управления выравнивающим устройством выполнен с функцией замыкания нормально открытого ключа, подключенного параллельно химическому источнику тока через дроссель, который заряжен по отношению ко второму смежно подключенному химическому источнику тока на время, равное выравниванию напряжения на полюсах двух смежно подключенных химических источников тока.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117324/09A RU2360334C1 (ru) | 2008-05-05 | 2008-05-05 | Батарея химических источников тока с балансом напряжений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117324/09A RU2360334C1 (ru) | 2008-05-05 | 2008-05-05 | Батарея химических источников тока с балансом напряжений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2360334C1 true RU2360334C1 (ru) | 2009-06-27 |
Family
ID=41027315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008117324/09A RU2360334C1 (ru) | 2008-05-05 | 2008-05-05 | Батарея химических источников тока с балансом напряжений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2360334C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532253C2 (ru) * | 2012-10-01 | 2014-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | Выравнивающее устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии |
| CN107508006A (zh) * | 2017-07-24 | 2017-12-22 | 中航锂电（江苏）有限公司 | 一种自动均衡电池托盘 |
| RU2743789C1 (ru) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | Вадим Валериевич Селиванов | Балансир напряжений электрических накопителей энергии и способ выравнивания напряжения заряда на соединенных последовательно n электрических накопителях энергии |
| RU2751995C1 (ru) * | 2021-02-19 | 2021-07-21 | Общество с ограниченной ответственностью «Аккумуляторные системы» | Способ эксплуатации батареи накопителей электрической энергии |
| RU2751995C9 (ru) * | 2021-02-19 | 2024-03-07 | Общество с ограниченной ответственностью «Аккумуляторные системы» | Способ эксплуатации батареи накопителей электрической энергии |
-
2008
- 2008-05-05 RU RU2008117324/09A patent/RU2360334C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532253C2 (ru) * | 2012-10-01 | 2014-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | Выравнивающее устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии |
| CN107508006A (zh) * | 2017-07-24 | 2017-12-22 | 中航锂电（江苏）有限公司 | 一种自动均衡电池托盘 |
| RU2743789C1 (ru) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | Вадим Валериевич Селиванов | Балансир напряжений электрических накопителей энергии и способ выравнивания напряжения заряда на соединенных последовательно n электрических накопителях энергии |
| RU2751995C1 (ru) * | 2021-02-19 | 2021-07-21 | Общество с ограниченной ответственностью «Аккумуляторные системы» | Способ эксплуатации батареи накопителей электрической энергии |
| RU2751995C9 (ru) * | 2021-02-19 | 2024-03-07 | Общество с ограниченной ответственностью «Аккумуляторные системы» | Способ эксплуатации батареи накопителей электрической энергии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qi et al. | Review of battery cell balancing techniques | |
| Kimball et al. | Increased performance of battery packs by active equalization | |
| US9368977B2 (en) | Battery equalization circuits for series charging/discharging and controlling methods thereof | |
| US8076797B2 (en) | Energy transfer circuit and method | |
| Ling et al. | Energy bus-based equalization scheme with bi-directional isolated Cuk equalizer for series connected battery strings | |
| US10193356B2 (en) | Electrochemical energy accumulator and balancing method | |
| CN108134414B (zh) | 一种模块化均衡电路及其均衡方式 | |
| EP3314718B1 (en) | Battery balancing circuit | |
| JP2019103384A (ja) | 高電圧電池の動的平衡法 | |
| CN108011425B (zh) | 一种电池组主动均衡电路及方法 | |
| Yildirim et al. | Evaluation and comparison of battery cell balancing methods | |
| Vitols | Efficiency of LiFePO4 battery and charger with passive balancing | |
| Qi et al. | Optimization of centralized equalization systems based on an integrated cascade bidirectional DC–DC converter | |
| Ma et al. | Enhanced SOH balancing method of MMC battery energy storage system with cell equalization capability | |
| CN103036277B (zh) | 一种动力和储能电池组的均衡电路 | |
| RU2360334C1 (ru) | Батарея химических источников тока с балансом напряжений | |
| JP7015569B2 (ja) | 誘導性エネルギー蓄積に基づく直列電池パックの双方向無損失均衡の改良回路 | |
| Karmakar et al. | Review on cell balancing technologies of battery management systems in electric vehicles | |
| CN107359670B (zh) | 一种空间高压蓄电池组双向均衡电路及其双向均衡方法 | |
| Ketzer et al. | Evaluating circuit topologies for battery charge equalization | |
| RU75797U1 (ru) | Балансир напряжений для батареи заряженных химических источников тока | |
| CN111181224A (zh) | 一种多节串联电池组用充电系统及其充电方法 | |
| CN202309118U (zh) | 变压器扫描链式蓄电池组均衡电路 | |
| TWI635691B (zh) | Battery pack active balancing system | |
| Vitols | Efficiency of LiFePO4 battery and charger with a mixed two level balancing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110506 |