RU2485639C2 - Method for automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation - Google Patents
Method for automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485639C2 RU2485639C2 RU2011116818A RU2011116818A RU2485639C2 RU 2485639 C2 RU2485639 C2 RU 2485639C2 RU 2011116818 A RU2011116818 A RU 2011116818A RU 2011116818 A RU2011116818 A RU 2011116818A RU 2485639 C2 RU2485639 C2 RU 2485639C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- input
- battery
- output
- current
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 13
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- 210000001787 Dendrites Anatomy 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium Ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля состояния аккумуляторных источников питания, как отдельных аккумуляторов, так и батарей, состоящих из n параллельно включенных элементов. Знание электрических параметров аккумуляторных батарей позволяет производить диагностирование технического состояния на различных стадиях эксплуатации, а также принимать решение о их восстановлении или списании. Это в первую очередь важно для Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах, для которых характерен критерий минимизации массогабаритных показателей элементов данных систем.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to monitor the status of battery power sources, both individual batteries and batteries consisting of n elements connected in parallel. Knowing the electrical parameters of the batteries allows you to diagnose the technical condition at various stages of operation, as well as decide on their recovery or decommissioning. This is primarily important for Li-ion batteries used in autonomous power supply systems on vehicles for which the criterion of minimizing the overall dimensions of the elements of these systems is characteristic.
Особенность применения Li-ion аккумулятора сводится к тому, что [1, 2, 3]:The peculiarity of using a Li-ion battery is that [1, 2, 3]:
1. Разряд Li-ion аккумулятора ниже 3 B (примерно, до 2.2 B) (данный порог варьируется в пределах 0,5 B в зависимости от химического состава и геометрической формы аккумулятора) приводит к необратимым химическим процессам внутри аккумулятора, что делает его непригодным для дальнейшего использования. При разряде Li-ion аккумулятора нужно контролировать его напряжение и силу тока в цепи.1. The discharge of a Li-ion battery below 3 V (approximately up to 2.2 V) (this threshold varies within 0.5 V depending on the chemical composition and geometric shape of the battery) leads to irreversible chemical processes inside the battery, which makes it unsuitable for further use. When discharging a Li-ion battery, it is necessary to control its voltage and current in the circuit.
2. Li-ion аккумуляторы имеют низкую устойчивость к перезаряду. На отрицательном электроде на поверхности углеродной матрицы при значительном перезаряде становится возможным осаждение металлического лития, обладающего большой реакционной способностью к электролиту, а на катоде начинается активное выделение кислорода. Возникает угроза теплового разгона, повышения давления и разгерметизации. Поэтому заряд Li-ion аккумуляторов можно вести только до напряжения, рекомендуемого производителем. При увеличенном зарядном напряжении ресурс аккумуляторов снижается.2. Li-ion batteries have low resistance to overcharging. At a negative electrode on the surface of the carbon matrix with significant overcharging, it becomes possible to deposit lithium metal, which has a high reactivity to electrolyte, and active oxygen evolution begins at the cathode. There is a threat of thermal acceleration, increased pressure and depressurization. Therefore, the charge of Li-ion batteries can only be carried out to the voltage recommended by the manufacturer. With an increased charging voltage, the battery life decreases.
3. Работа аккумулятора на токах, отличающихся от нормального режима, заданном в документации производителем аккумуляторов и превышающих его емкость, возможна в кратковременных режимах. При коротком замыкании в литий-ионном аккумуляторе возникает бурная реакция взрывного типа, получившей название "вентиляция с выбросом пламени".3. Battery operation at currents that differ from the normal mode specified in the documentation by the battery manufacturer and exceeding its capacity is possible in short-term modes. During a short circuit in a lithium-ion battery, a violent explosive reaction occurs, which is called "ventilation with a flame emission".
Для внутренней защиты Li-ion аккумулятора используют дополнительно введенный в аккумулятор слой сепаратора. В этом случае, при коротком замыкании из-за прорастания дендритов лития к положительному электроду, за счет локального разогрева слой сепаратора подплавляется и становится непроницаемым, предотвращая дальнейшее прорастание дендритов.For internal protection of a Li-ion battery, a separator layer added to the battery is used. In this case, during a short circuit due to the germination of lithium dendrites to the positive electrode, due to local heating, the separator layer is melted and becomes impermeable, preventing further dendrite germination.
Однако для повышения безопасности эксплуатации Li-ion аккумуляторов в составе батареи обязательно применяется также и внешняя электронная защита, цель которой не допустить возможность перезаряда и переразряда каждого аккумулятора, от внутренних коротких замыканий (а в отдельных случаях - и от внешних коротких замыканий) и чрезмерного разогрева.However, to increase the safety of operation of Li-ion batteries as part of the battery, external electronic protection is also necessarily applied, the purpose of which is to prevent the possibility of overcharging and overdischarge of each battery from internal short circuits (and in some cases also from external short circuits) and excessive heating .
Известен способ определения остаточной емкости кислотной свинцовой аккумуляторной батареи (а.с. №1619360, H01M 10/48, 1991 г.), где измеряют напряжение на аккумуляторной батареи, на основании анализа которого принимается решение об остаточной емкости кислотной свинцовой аккумуляторной батареи и пригодности ее дальнейшего использования.A known method for determining the residual capacity of an acid lead battery (AS No. 1619360, H01M 10/48, 1991), where they measure the voltage on the battery, based on the analysis of which a decision is made on the residual capacity of the acid lead battery and its suitability further use.
Недостаток данного способа определяется неэффективностью контроля аккумуляторной батареи, обусловленной низкой информативностью измеряемого напряжения, не обеспечивающего исчерпывающие сведения о состоянии элементов аккумуляторной батареи. Кроме этого недостатком устройства по данному способу при параллельном включении n элементов аккумуляторной батареи является сложность устройства контроля, которая приводит к завышенным массогабаритным показателям (необходимо организовать n каналов передачи информации с n точек контроля гальванически связанных аккумуляторов (в общем случае)).The disadvantage of this method is determined by the inefficiency of the battery control due to the low information content of the measured voltage, which does not provide comprehensive information about the state of the battery cells. In addition, the disadvantage of the device according to this method with the parallel inclusion of n battery cells is the complexity of the control device, which leads to overestimated weight and size indicators (it is necessary to organize n communication channels from n control points of galvanically connected batteries (in the general case)).
Известно устройство автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (RU, Патент РФ, №2131158, кл. H01M 10/48, G01R 31/36, 1999), содержащее блок управления, на один из выходов которого подключен блок коммутации, блок для определения остаточной емкости аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда, зарядное устройство, блок сравнения, блок эталонной кривой, индикатор и измеритель внутреннего сопротивления, причем на другие выходы блока управления подключены зарядное устройство и индикатор, на вход блока управления подключен блок сравнения, входы которого соединены с выходами блока эталонной кривой и измерителя внутреннего сопротивления, входы которых через блок коммутации подключаются к испытываемому элементу аккумуляторной батареи.A device for automatically monitoring the technical condition of battery cells (RU, RF Patent, No. 2111158, class. H01M 10/48, G01R 31/36, 1999), comprising a control unit, one of the outputs of which is connected to a switching unit, a unit for determining the residual the battery capacity in the pulse discharge mode, a charger, a comparison unit, a reference curve unit, an indicator and an internal resistance meter, with a charger and an indicator connected to other outputs of the control unit at the input of the control unit a comparison unit is connected, the inputs of which are connected to the outputs of the reference curve unit and the internal resistance meter, the inputs of which are connected through the switching unit to the tested battery cell.
Недостатком известного устройства при параллельном включении n элементов аккумуляторной батареи является сложность устройства контроля, которая приводит к завышенным массогабаритным показателям (необходимо организовать для n каналов передачи информации с n точек контроля гальванически связанных аккумуляторов коммутацию) устройства контроля и, следовательно, всей системы электроснабжения транспортных средств на базе гальванически связанных аккумуляторов. Кроме этого, как известно, надежность устройства контроля должна быть больше, чем надежность контролируемого объекта, в связи с чем сложность устройства контроля приводит также к низкой достоверности результатов контроля из-за отсутствия самоконтроля самого устройства контроля. Причем коммутация точек контроля гальванически связанных аккумуляторов разносит их контроль во времени, что исключает одновременный доступ к любому аккумулятору для контроля в произвольный момент времени, т.е. создает задержку обнаружения отказа конкретного аккумулятора и повышает вероятность развития процесса "вентиляции с выбросом пламени".A disadvantage of the known device with the parallel inclusion of n battery cells is the complexity of the control device, which leads to oversized weight and size indicators (it is necessary to arrange for n channels of information transmission from n control points of galvanically connected batteries switching) control devices and, therefore, the entire vehicle power supply system base of galvanically connected batteries. In addition, as you know, the reliability of the control device should be greater than the reliability of the controlled object, and therefore the complexity of the control device also leads to low reliability of the control results due to the lack of self-control of the control device itself. Moreover, switching control points of galvanically coupled batteries carries their control over time, which eliminates the simultaneous access to any battery for monitoring at an arbitrary point in time, i.e. creates a delay in detecting the failure of a particular battery and increases the likelihood of developing a process of "ventilation with the release of the flame."
Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) является способ измерения сопротивления короткого замыкания химических источников тока, описанный в а.с. №547878 (H01M 10/48, 1977 г.), сводящийся к обработке контролируемого напряжения на выходных зажимах подключения контролируемых химических источников тока в n контрольных точках.The closest technical solution to the invention (prototype) is a method for measuring the short circuit resistance of chemical current sources, described in A.S. No. 547878 (H01M 10/48, 1977), which reduces to the processing of controlled voltage at the output terminals of the connection of controlled chemical current sources at n control points.
Недостатком устройства по данному способу при параллельном включении n элементов аккумуляторной батареи является сложность устройства контроля, которая приводит к завышенным массогабаритным показателям (необходимо организовать n каналов передачи информации с n точек контроля гальванически связанных аккумуляторов (в общем случае)), а также к низкой достоверности результатов контроля из-за отсутствия самоконтроля самого устройства контроля.The disadvantage of the device according to this method with the parallel inclusion of n battery cells is the complexity of the control device, which leads to overestimated weight and size indicators (it is necessary to organize n data transmission channels from n control points of galvanically connected batteries (in the general case)), as well as low reliability of the results control due to the lack of self-control of the control device itself.
Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) является устройство для контроля напряжения гальванически связанных аккумуляторов (SU, авторское свидетельство №729700, кл. H01M 10/48, 1977 г.), содержащее n+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов, измерительный коммутатор, блок управления коммутатором, источник эталонного напряжения и орган обработки информации.The closest technical solution to the invention (prototype) is a device for monitoring the voltage of galvanically coupled batteries (SU, copyright certificate No. 729700, class H01M 10/48, 1977), containing n + 1 output terminals for connecting controlled batteries, measuring switch , switch control unit, reference voltage source and information processing authority.
Недостатком прототипа, как и аналога, является сложность устройства контроля, которая приводит к завышенным массогабаритным показателям (необходимо организовать для n каналов передачи информации с n точек контроля гальванически связанных аккумуляторов коммутацию) устройства контроля и, следовательно, всей системы электроснабжения транспортных средств на базе гальванически связанных аккумуляторов. Кроме этого, как известно, надежность устройства контроля должна быть больше, чем надежность контролируемого объекта, в связи с чем сложность устройства контроля приводит также к низкой достоверности результатов контроля из-за отсутствия самоконтроля самого устройства контроля. Причем коммутация точек контроля гальванически связанных аккумуляторов разносит их контроль во времени, что исключает одновременный доступ к любому аккумулятору для контроля в произвольный момент времени, т.е. создает задержку обнаружения отказа конкретного аккумулятора и повышает вероятность развития процесса "вентиляции с выбросом пламени".The disadvantage of the prototype, as well as the analogue, is the complexity of the control device, which leads to overestimated weight and size indicators (it is necessary to arrange for n channels of information transmission from n control points of galvanically connected batteries switching) control devices and, therefore, the entire power supply system of vehicles based on galvanically connected batteries. In addition, as you know, the reliability of the control device should be greater than the reliability of the controlled object, and therefore the complexity of the control device also leads to low reliability of the control results due to the lack of self-control of the control device itself. Moreover, switching control points of galvanically coupled batteries carries their control over time, which eliminates the simultaneous access to any battery for monitoring at an arbitrary point in time, i.e. creates a delay in detecting the failure of a particular battery and increases the likelihood of developing a process of "ventilation with the release of the flame."
Технической задачей является повышение надежности работы аккумуляторной батареи путем автоматизации процесса определения коротких замыканий в отдельных элементах аккумуляторной батареи, т.е. осуществление поэлементного контроля работоспособного состояния во всем диапазоне режимов работы системы автономного электроснабжения.The technical task is to increase the reliability of the battery by automating the process of determining short circuits in individual elements of the battery, i.e. implementation of element-wise control of a healthy state in the entire range of operating modes of an autonomous power supply system.
Обобщая проведенный выше анализ особенностей функционирования Li-ion аккумуляторной батареи можно отметить, что при организации процесса контроля состояния Li-ion аккумуляторной батареи должен быть использован принцип параллельного контроля, сводящийся к тому, что: любой аккумулятор батареи должен быть доступен для контроля как короткого замыкания, так и превышения в нем тока в произвольный момент времени. В связи с этим особенностью данного решения является то, что при передаче информации о работоспособности гальванически связанных аккумуляторов, полученной в точках их контроля, необходимо использовать параллельный принцип организации процесса контроля, при котором структурно аккумуляторная батарея состоит из пронумерованных аккумуляторов, а процессу контроля в произвольный момент времени доступен любой аккумулятор батареи.Summarizing the above analysis of the functioning of a Li-ion battery, it can be noted that when organizing the process of monitoring the state of a Li-ion battery, the principle of parallel control should be used, which reduces to the fact that: any battery in the battery must be accessible for monitoring as a short circuit, and excess current in it at an arbitrary moment in time. In this regard, the peculiarity of this solution is that when transmitting information about the operability of galvanically coupled batteries obtained at the points of their control, it is necessary to use the parallel principle of organizing the control process, in which the structurally rechargeable battery consists of numbered batteries, and the control process at any time any battery is available.
Для решения данной задачи в способе автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи, сводящемся к обработке информации результатов контроля в n+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, нумеруют последовательно контрольные точки, масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки пропорционально номеру аккумулятора i, вычисляют предельное значение напряжение UΣпр, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареиTo solve this problem, in a method for automatically monitoring the technical condition of elements of a parallel storage battery, which reduces to processing information of the control results in n + 1 output terminals for connecting controlled batteries at n control points, the control points are numbered sequentially, the currents from each battery cell are scaled with a scaling factor from each control point is proportional to the accumulator number i, calculated limit voltage U Σpr, sootvets vuyuschee case where all the elements are OK controlled battery
масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение UΣ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения UΣпр, а по величине результирующего напряжения UΣпр-UΣ идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание.the scaled currents from each control point are summarized at the summation point and transmitted through the communication channel to the information processing authority, where the total current is converted to a proportional voltage U Σ and the voltage is subtracted from the voltage limit U Σпр , and the value of the resulting voltage U Σпр -U Σ identify the item number in the battery in which a short circuit has occurred.
Устройство автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи, содержащее n+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, кроме этого в устройство дополнительно введены блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит блок преобразования тока в напряжение, вычитатель, задатчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, причем вход органа обработки информации соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого соединен с первым входом вычитателя, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения, а выход вычитателя к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходу органа обработки информации, являющемуся выходом устройства.A device for automatically monitoring the technical condition of battery cells, containing n + 1 output terminals for connecting controlled batteries at n control points and an information processing unit whose input is connected to the output of the communication channel; in addition, a current summing unit with a zoom factor for each input proportional to the number of this input, and the i-th input of the current summing unit is connected to the i-th point of monitoring the technical condition of the corresponding elements of the battery, and the output of the current summing unit is connected to the input of the communication channel, the information processing unit contains a current to voltage conversion unit, a subtractor, a voltage regulator and an analog-to-digital converter, the input of the information processing unit being connected to the input of the current to voltage conversion unit, the output which is connected to the first input of the subtractor, to the second input of which a voltage adjuster is connected, and the output of the subtractor to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the output of the information processing authority, which is the output of the device.
В устройстве автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи блок суммирования токов состоит из n резисторов, причем величина i-ого резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-ого резистора подключен к i-ому входу блока масштабирования токов, а вторые концы всех резисторов блока масштабирования токов объединены и подключены к его выходу.In the device for automatic monitoring of the technical condition of the battery cells, the current summing unit consists of n resistors, the value of the i-th resistor inversely proportional to its number i, the first end of the i-th resistor connected to the i-th input of the current scaling unit, and the second ends of all resistors current scaling unit combined and connected to its output.
На фигуре представлена принципиальная блок-схема устройства.The figure shows a schematic block diagram of a device.
Устройство содержит контролируемую аккумуляторную батарею (АБ) с n+1 выходных зажимов для подключения n контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, блок суммирования токов 1, канал связи 2, орган обработки информации 3. Орган обработки информации 3 в свою очередь включает блок преобразования тока в напряжение 4, вычитатель 5, задатчик напряжения 6 и аналого-цифровой преобразователь 7.The device contains a controlled battery (AB) with n + 1 output terminals for connecting n controlled batteries at n control points, a unit for summing currents 1, a communication channel 2, an information processing unit 3. The information processing unit 3, in turn, includes a current conversion unit in voltage 4, subtractor 5, voltage adjuster 6 and analog-to-digital converter 7.
Входы блока суммирования токов 1 подключены к точкам контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ), а выход - к входу канала связи 2. Выход канала связи 2 подключен к входу органа обработки информации 3. В органе обработки информации 3 его вход соединен с входом блока преобразования тока в напряжение 4. Выход блока преобразования тока в напряжение 4 соединен с первым входом вычитателя 5, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения 6, а выход - к входу аналого-цифрового преобразователя 7. Выход аналого-цифрового преобразователя 7 подключен к выходу органа обработки информации 3, являющемуся выходом устройства автоматического контроля технического состояния элементов АБ.The inputs of the summation unit of currents 1 are connected to points for monitoring the technical condition of the battery cells (AB), and the output is to the input of the communication channel 2. The output of the communication channel 2 is connected to the input of the information processing unit 3. In the information processing unit 3, its input is connected to the input of the unit converting the current to voltage 4. The output of the current-to-voltage converting unit 4 is connected to the first input of the subtractor 5, the voltage input 6 is connected to the second input of it, and the output is connected to the input of the analog-to-digital converter 7. The output is analog-digital converter 7 is connected to the output of an information processing body 3, which is the output of the automatic control device technical condition of AB elements.
Блок преобразования тока в напряжение 4 может быть совмещен с операцией суммирования, которая осуществляется в точке суммирования S1 для токов от точек контроля элементов аккумуляторной батареи, и при включении точки суммирования S1 в точку суммирования S2 схемы на операционном усилителе реализуется сумматор в виде, приведенном на фиг.1.The unit for converting the current to voltage 4 can be combined with the operation of summation, which is carried out at the summation point S 1 for currents from the control points of the battery cells, and when the summation point S 1 is switched on to the summation point S 2 of the circuit, the adder is implemented in the form, shown in figure 1.
Предложенное устройство работает следующим образом. При автоматическом контроле технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ) через n+1 выходных зажима подключены контролируемые аккумуляторы к n контрольным точкам. В начальном состоянии нумеруют последовательно контрольные точки и вычисляют предельное значение напряжения UΣпр, соответствующее случаю, когда исправны все аккумуляторы контролируемой батареиThe proposed device operates as follows. When automatically monitoring the technical condition of the battery cells (AB), n + 1 output terminals connect controlled batteries to n test points. In the initial state, the control points are numbered sequentially and the voltage limit value U Σpr is calculated , corresponding to the case when all the batteries of the controlled battery are operational
и при коэффициенте преобразования 1 Ом пропорциональное сумме токов от каждой точки контроля 
В рабочем состоянии в блоке суммирования 1 для каждой контрольной точки аккумуляторной батареи АБ определяются токи Ii пропорционально номеру i аккумулятора АIn working condition, in the summing unit 1, for each control point of the battery AB, the currents I i are determined in proportion to the number i of the battery A
где i - порядковый номер контролируемого аккумулятора, E - напряжение аккумуляторов в батареи, a I1 - ток от первой контрольной точки.where i is the serial number of the monitored battery, E is the voltage of the batteries in the batteries, and I 1 is the current from the first control point.
В точке суммирования S1 суммируются токи от аккумуляторов A1, A2, …, An At the point of summation S 1 summarizes the currents from the batteries A 1 , A 2 , ..., A n
Суммарный ток IΣ по однопроводному каналу связи 2 передают в орган обработки информации 3. В органе обработки информации 3 суммарный ток IΣ в блоке преобразования тока в напряжение 4 преобразуют в пропорциональное напряжение UΣ. Например, при коэффициенте преобразования тока в напряжение 1 Ом напряжение, пропорциональное сумме токов на выходе блока преобразования тока в напряжение 4 от каждой точки контроля,The total current I Σ through a single-wire communication channel 2 is transmitted to the information processing authority 3. In the information processing authority 3, the total current I Σ in the current to voltage 4 conversion unit is converted to a proportional voltage U Σ . For example, with a current to voltage conversion factor of 1 Ohm, a voltage proportional to the sum of currents at the output of the current to voltage conversion unit 4 from each control point,
Напряжение UΣ поступает на второй вход вычитателя 5, на первый вход которого поступает напряжение с выхода задатчика напряжения 6, равное предельному значению напряжения UΣпр. Причем согласно [4], получаемThe voltage U Σ is supplied to the second input of the subtractor 5, the first input of which receives the voltage from the output of the voltage regulator 6, equal to the limit value of the voltage U Σpr . Moreover, according to [4], we obtain
где n - количество элементов в аккумуляторной батарее.where n is the number of cells in the battery.
Данное выражение может быть использовано для расчета напряжения, которое задается в задатчике напряжения 6.This expression can be used to calculate the voltage, which is set in the voltage regulator 6.
Напряжение на выходе вычитателя равно разности напряжений на его входахThe voltage at the output of the subtractor is equal to the voltage difference at its inputs
1, если аккумулятор не закорочен;1, if the battery is not shorted;
0, если аккумулятор закорочен.0 if the battery is shorted.
В случае, если все контролируемые аккумуляторы исправны и имеют одинаковые ЭДС, эта разность равнаIf all the monitored batteries are working and have the same EMF, this difference is equal to
что соответствует 100% исправности.which corresponds to 100% serviceability.
В случае технически неисправного аккумулятора, если произошло "короткое замыкание" в k-м аккумуляторе, то разностьIn the case of a technically faulty battery, if a “short circuit” occurred in the k-th battery, then the difference
По величине результирующего напряжения ΔUΣ при условии, что шаг квантования аналого-цифровой преобразователь 7 равен 
При этом осуществляется контроль состояния АБ через поэлементный контроль аккумуляторов A, что позволяет поддержать аккумуляторные батареи в готовности к применению при работе системы автономного электроснабжения. Причем любой аккумулятор батареи доступен для контроля в любой момент времени. Предложенный способ контроля состояния батареи Li-ion аккумуляторов может быть использован и для контроля состояния других типов аккумуляторных батарей. При получении информации о неисправном аккумуляторе на выходе устройства формируется номер отказавшего аккумулятора для принятия решения об устранении аварийной ситуации.At the same time, the state of the battery is monitored through the element-wise control of the batteries A, which helps maintain the batteries in readiness for use when the autonomous power supply system is in operation. Moreover, any battery is available for monitoring at any time. The proposed method for monitoring the state of a Li-ion battery can be used to monitor the status of other types of batteries. Upon receipt of information about a faulty battery, the number of the failed battery is formed at the device output to make a decision on eliminating the emergency.
В заключение, следует отметить, что предложенный способ имеет ограничение в случае одновременного "короткого замыкания" в двух и более аккумуляторах. Однако данное событие имеет существенно меньшую вероятность, чем вероятность "короткого замыкания" одного аккумулятора в батарее, в связи с чем данное ограничение не является критичным для применения данного способа.In conclusion, it should be noted that the proposed method has a limitation in the case of a simultaneous "short circuit" in two or more batteries. However, this event is significantly less likely than the probability of a "short circuit" of one battery in the battery, and therefore this limitation is not critical for the application of this method.
Используемая литератураUsed Books
1. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб.: Химиздат. - 2005. - 262 с.1. Taganova A.A., Bubnov Yu.I., Orlov S.B. Sealed chemical current sources. Elements and batteries. Equipment for testing and operation. SPb .: Khimizdat. - 2005 .-- 262 p.
2. Скундин A.M. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика. - 2001. Т.1. С.5-152. Skundin A.M. Lithium-ion batteries: current status, problems and prospects // Electrochemical energy. - 2001.V.1. S.5-15
3. Кедринский И.А., Дмитриенко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоиздат. - 1992. - 247 с.3. Kedrinsky I.A., Dmitrienko V.E., Grudyanov I.I. Lithium current sources. M .: Energoizdat. - 1992 .-- 247 p.
4. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Государственное изд-во физико-математической литературы. - 1963. - С.15. Формула 121.1.4. Gradshtein I.S., Ryzhik I.M. Tables of integrals, sums, series and products. M .: State publishing house of physical and mathematical literature. - 1963. - P.15. Formula 121.1.
Claims (3)
масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение UΣ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения UΣпр, а по величине результирующего напряжения UΣпр-UΣ идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батареи, в котором возникло короткое замыкание.1. A method for automatically monitoring the technical condition of elements of a parallel storage battery, which reduces to processing information of the control results at n + 1 output terminals for connecting controlled batteries at n control points, characterized in that the control points are numbered sequentially, the currents from each battery cell are scaled with a coefficient scaling from each control point in proportion to the number of control point i, calculate the voltage limit value U Σpr , respectively relevant to the case when all the elements of the controlled battery are serviceable
the scaled currents from each control point are summarized at the summation point and transmitted through the communication channel to the information processing authority, where the total current is converted to a proportional voltage U Σ and the voltage is subtracted from the voltage limit U Σпр , and the value of the resulting voltage U Σпр -U Σ identify the cell number in which the short circuit occurred.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116818A RU2485639C2 (en) | 2011-04-27 | Method for automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116818A RU2485639C2 (en) | 2011-04-27 | Method for automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011116818A RU2011116818A (en) | 2012-11-10 |
| RU2485639C2 true RU2485639C2 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569680C1 (en) * | 2014-07-23 | 2015-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method for automatic control of technical condition of parallel accumulator battery and device for its implementation |
| RU2610147C1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-02-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method of mixed storage battery technical condition automatic control (series connection of groups of parallel elements) and device for its implementation |
| RU2610897C1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-02-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method for automatic control of technical condition of elements of mixed storage battery (parallel connection of groups of serial elements) and device therefor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU547878A1 (en) * | 1975-04-25 | 1977-02-25 | Московский гидромелиоративный институт | Method for measuring the short-circuit resistance of a chemical current source |
| SU1148526A1 (en) * | 1983-12-09 | 1985-09-15 | Предприятие П/Я А-7449 | Apparatus for automatic monitoring of discharge of multicell storage battery |
| RU2158455C2 (en) * | 1998-06-17 | 2000-10-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Device for checking degree of storage battery discharge |
| US6586940B2 (en) * | 2000-03-13 | 2003-07-01 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Capacity estimation method, degradation estimation method and degradation estimation apparatus for lithium-ion cells, and lithium-ion batteries |
| RU2326473C1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-06-10 | Виктор Александрович Дзензерский | Electric method of accumulator batteries quality control |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU547878A1 (en) * | 1975-04-25 | 1977-02-25 | Московский гидромелиоративный институт | Method for measuring the short-circuit resistance of a chemical current source |
| SU1148526A1 (en) * | 1983-12-09 | 1985-09-15 | Предприятие П/Я А-7449 | Apparatus for automatic monitoring of discharge of multicell storage battery |
| RU2158455C2 (en) * | 1998-06-17 | 2000-10-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Device for checking degree of storage battery discharge |
| US6586940B2 (en) * | 2000-03-13 | 2003-07-01 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Capacity estimation method, degradation estimation method and degradation estimation apparatus for lithium-ion cells, and lithium-ion batteries |
| RU2326473C1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-06-10 | Виктор Александрович Дзензерский | Electric method of accumulator batteries quality control |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569680C1 (en) * | 2014-07-23 | 2015-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method for automatic control of technical condition of parallel accumulator battery and device for its implementation |
| RU2610147C1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-02-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method of mixed storage battery technical condition automatic control (series connection of groups of parallel elements) and device for its implementation |
| RU2610897C1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-02-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method for automatic control of technical condition of elements of mixed storage battery (parallel connection of groups of serial elements) and device therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101497602B1 (en) | Balancing system for battery and Method for balancing of battery using the same | |
| US8952823B2 (en) | Battery early warning and monitoring system | |
| KR101337153B1 (en) | Device for detecting abnormality of state of charge in a lithium secondary battery and method for testing the same | |
| EP2306581B1 (en) | Abnormality prediction system for secondary batteries | |
| US20110307202A1 (en) | System for monitoring the state of a battery | |
| US20100190041A1 (en) | System and method for balancing battery cells | |
| KR20100043247A (en) | Cell internal shortcircuit detection device, method, battery pack, and electronic device system | |
| KR20170092552A (en) | Wireless Network based Battery Management System | |
| CN105811531A (en) | Novel power battery heath management system | |
| CN103033729A (en) | Insulation detection circuit and detection method used for battery box | |
| CN111257770B (en) | Battery pack power estimation method | |
| Banaei et al. | Real time condition monitoring in Li-Ion batteries via battery impulse response | |
| CN108832686A (en) | Charge circuit and charge circuit detection method | |
| CN103872727B (en) | Method for determining largest use current of lithium-ion battery | |
| RU2470314C1 (en) | Method of automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation | |
| KR20220120372A (en) | Battery management apparatus and method of the same | |
| RU2610147C1 (en) | Method of mixed storage battery technical condition automatic control (series connection of groups of parallel elements) and device for its implementation | |
| JP5904916B2 (en) | Battery soundness calculation device and soundness calculation method | |
| RU2485639C2 (en) | Method for automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation | |
| JP2013210348A (en) | Method for diagnosing deterioration of battery pack and charge/discharge monitoring control system | |
| KR20230120853A (en) | Method of estimation the unbalance between battery cells through analysis of the cells equalization process and The Energy Management System using the same. | |
| CN114252770A (en) | Method, device and system for detecting power of battery pack and electronic equipment | |
| Raj et al. | Critical Review on Battery Management Systems | |
| RU2610897C1 (en) | Method for automatic control of technical condition of elements of mixed storage battery (parallel connection of groups of serial elements) and device therefor | |
| KR20180067140A (en) | Method and apparatus for detecting short of a battery cell |