RU2539864C2 - Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии - Google Patents
Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539864C2 RU2539864C2 RU2012137670/07A RU2012137670A RU2539864C2 RU 2539864 C2 RU2539864 C2 RU 2539864C2 RU 2012137670/07 A RU2012137670/07 A RU 2012137670/07A RU 2012137670 A RU2012137670 A RU 2012137670A RU 2539864 C2 RU2539864 C2 RU 2539864C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- accumulators
- control
- level
- control unit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
Abstract
Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использована при создании батарей электрических накопителей энергии различной природы в составе автономных систем электроснабжения, в том числе на транспорте, в устройствах бесперебойного питания, в системах оперативного постоянного тока и сетевых накопителях электроэнергии. Технический результат изобретения состоит в обеспечении возможности экстренного автоматического отключения батареи от зарядного устройства или нагрузки при предаварийных состояниях накопителей батареи, минуя микроконтроллеры системы.
Сущность изобретения состоит в том, что в систему, содержащую запитанные от батареи микроконтроллерные блоки управления накопителями, модулями накопителей и всей батареи, связанные между собой последовательными каналами связи с гальванической развязкой, введен дублирующий канал связи экстренного реагирования на основе последовательно соединенных устройств гальванической развязки с открытым коллектором, подключенный на уровне управления батареей непосредственно к батарейному коммутатору, а на уровне управления накопителями - к компараторам верхнего и нижнего уровней напряжений накопителей через логический элемент ИЛИ. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании батарей электрических накопителей энергии различной природы: от литий-ионных аккумуляторов до ионисторов и химических источников тока в составе автономных систем электроснабжения, в том числе на транспорте, в устройствах бесперебойного питания, в системах оперативного постоянного тока и сетевых накопителях электроэнергии.
Известна иерархическая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии [см. статью «Особенности построения аппаратуры контроля и защиты высоковольтных литий-ионных аккумуляторных батарей для систем электроснабжения космических аппаратов» / труды НПП «ВНИИЭМ», 2011, т.123, №4, с.29-34, авторы М.Ф.Ганзбург, А.И.Груздев, В.И.Трофименко (ОАО «АВЭКС»)].
Известная система на нижнем уровне управления содержит модули электрических накопителей энергии с датчиками температуры, блоками задания идентификационных номеров накопителей и модулей и индикаторами их состояния, а также с устройствами выравнивания, коммутации, контроля и управления, связанными по последовательному каналу связи с модулем измерения тока и контроллером последовательного канала на среднем уровне управления, подключенным по последовательному каналу связи с блоком управления батареей верхнего уровня управления, к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ. Для повышения надежности работы в известной системе осуществляется резервирование (дублирование) модулей контроля и управления на нижнем уровне управления, а также использование на среднем уровне управления резервного канала обмена.
Недостатком известной системы является ее сложность, а также невозможность экстренного автоматического отключения батареи от зарядного устройства или нагрузки в аварийных ситуациях перезаряда или переразряда накопителей батареи при отказах микроконтроллеров системы.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к данной полезной модели является иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии [см. статью А.И. Груздева «Концепция построения системы контроля и управления высокоэнергоемких литиевых аккумуляторных батарей», «Электрохимическая энергетика», 2005, т. 5, №2, с. 90-93].
Известная трехуровневая иерархическая система, запитанная от батареи, состоит из микроконтроллерных блоков управления накопителями (БУН) на нижнем уровне управления, подключенных по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к соответствующим микроконтроллерным блокам управления модулями (БУМ) накопителей на среднем уровне управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерному блоку управления батареей (БУБ) верхнего уровня управления, связанному с бортовым зарядным устройством (БЗУ) и внешней ЭВМ и подключенному к электромагнитному коммутатору батареи.
Недостатком известной системы, выбранной в качестве прототипа, является невозможность экстренного отключения батареи от зарядного устройства или нагрузки в аварийных ситуациях, когда какой-либо батарейный накопитель энергии приблизился к состоянию перезаряда или переразряда, а связанные с ним микроконтроллеры блоков БУН, БУМ или БУБ находятся в состоянии отказа.
Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача создания иерархической трехуровневой системы управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии с дублирующим каналом связи экстренного реагирования, позволяющим автоматически отключать батарею от зарядного устройства или нагрузки при перезаряде или переразряде накопителей батареи, минуя микроконтроллеры системы.
Поставленная задача решается тем, что предложена иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии, запитанная от батареи и содержащая связанные с борнами накопителей батареи блоки управления накопителями нижнего уровня управления, микроконтроллеры которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к соответствующим микроконтроллерам связанных с клеммами модулей блоков управления модулями накопителей среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллеру связанного с клеммами батареи блока управления батареей верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ по гальванически развязанному последовательному каналу связи и к электромагнитному коммутатору батареи через блок управления коммутатором.
Новым в предложенной системе является то, что в нее введен дублирующий канал связи экстренного реагирования, содержащий соединенные с борнами накопителей и с источниками соответствующих опорных напряжений компараторы верхнего и нижнего уровней напряжений накопителей блоков управления накопителями, подключенные через логический элемент ИЛИ к устройству гальванической развязки с открытым коллектором, соединенным по шине аварийного сигнала нижнего уровня управления друг с другом для всех блоков управления накопителями, с источником питания соответствующего блока управления модулем через подтягивающий резистор и с входом устройства гальванической развязки с открытым коллектором, соединенным по выходу друг с другом для всех блоков управления модулями, с источником питания блока управления батареей через подтягивающий резистор и с входами микроконтроллера и блока управления коммутатором.
Технический результат заявленного изобретения состоит в создании возможности экстренного автоматического отключения батареи от зарядного устройства или нагрузки при предаварийных состояниях накопителей батареи, минуя микроконтроллеры системы.
На чертеже представлена функциональная блок-схема заявленной системы.
Заявленная система запитана от батареи и содержит связанные с борнами «+» и «-» накопителей батареи блоки управления накопителями 1 нижнего уровня управления, микроконтроллеры 2 которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи 3 с гальванической развязкой 4 к микроконтроллерам 5 связанных с клеммами «+» и «-» модулей соответствующих блоков управления модулями накопителей 6 среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи 7 с гальванической развязкой 8 к микроконтроллеру 9 связанного с клеммами «+» и «-» батареи блока управления батареей 10 верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ (на чертеже не показаны) по последовательному каналу связи 11 с гальванической развязкой (на чертеже не показана) и к электромагнитному коммутатору батареи (на чертеже не показан) через блок управления коммутатором 12. Блоки управления накопителями 1 содержат соединенные с борнами «+» и «-» накопителей и источниками соответствующих опорных напряжений Uon1 и Uon2 компараторы верхнего 13 и нижнего 14 уровней напряжений накопителей, подключенные через логический элемент ИЛИ 15 к устройству гальванической развязки 16 с открытым коллектором, соединенным по шине 17 аварийного сигнала нижнего уровня управления друг с другом для всех блоков управления накопителями 1, с источником питания +Uм соответствующего блока управления модулем 6 через подтягивающий резистор 18 и с входом устройства гальванической развязки 19 с открытым коллектором, соединенным по шине 20 аварийного сигнала верхнего уровня управления друг с другом для всех блоков управления модулями 6, с источником питания +Uб блока управления батареей 10 через подтягивающий резистор 21 и с входами микроконтроллера 9 и блока управления коммутатором 12.
Заявленная система работает следующим образом.
При отсутствии отказов в системе обмен информацией между микроконтроллерами 2, 5 и 9 блоков управления БУН, БУМ и БУБ соответственно осуществляется по последовательным каналам связи 3 и 7 через устройства гальванической развязки 4 и 8 соответственно. В случае отказа каналов связи 3, 7, устройств гальванической развязки 4, 8 либо микроконтроллеров 2, 5 и 9 обмен информацией между иерархическими уровнями управления батареей прекращается, и если при этом произойдет перезаряд или переразряд какого-либо накопителя батареи, то отключить батарею от зарядного устройства или нагрузки через канал последовательной связи будет невозможно. Однако в этом случае начинает работать дублирующий канал связи экстренного реагирования, а именно: сигналы о перезарядке накопителя с выхода компаратора 13, подключенного к опорному напряжению Uon1, соответствующего верхнему уровню напряжения накопителя, либо переразряде с выхода компаратора 14, подключенного к опорному напряжению Uon2, соответствующего нижнему уровню напряжения накопителя, через логический элемент ИЛИ 15 поступят на вход устройства гальванической развязки 16 с открытым коллектором и на шину 17 аварийного сигнала нижнего уровня управления. Шина 17 объединяет все другие такие выходы блоков БУН 1 соответствующего батарейного модуля накопителей по схеме «монтажное ИЛИ» и соединена с подтягивающим к источнику питания +Uм блока БУМ 6 резистором 18 и входом устройства гальванической развязки 19 с открытым коллектором соответствующего блока управления модулем 6. Выходы устройств гальванической развязки 19 всех блоков БУМ 6 объединены шиной 20 аварийного сигнала верхнего уровня управления по схеме «монтажное ИЛИ» и соединены с подтягивающим к источнику питания +Uб блока управления БУБ 10 резистором 21 и входом блока управления коммутатором батареи 12, поэтому аварийный сигнал, возникший на нижнем уровне управления батареей, отключит батарею через блок управления коммутатором 12, минуя микроконтроллеры блоков управления БУН, БУМ и БУБ. При этом для сообщения о срабатывании компараторов 13 и 14 аварийный сигнал верхнего уровня с шины 20 заводится также на вход микроконтроллера 9 блока управления батареей 10. Компараторы 13, 14 блока управления 1 накопителем могут быть выполнены на операционном усилителе LM2901D (Texas Instruments), логический элемент 15 ИЛИ - на микросхеме SN74LVC08AD (Texas Instruments), устройства гальванической развязки с открытым коллектором 16, 19 - на оптопаре FODM8801A (Fairchild).
Claims (1)
- Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии, запитанная от батареи и содержащая связанные с борнами накопителей батареи блоки управления накопителями нижнего уровня управления, микроконтроллеры которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерам связанных с клеммами модулей соответствующих блоков управления модулями накопителей среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллеру связанного с клеммами батареи блока управления батареей верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ по последовательному каналу связи с гальванической развязкой и к электромагнитному коммутатору батареи через блок управления коммутатором, отличающаяся тем, что в нее введен дублирующий канал связи экстренного реагирования, содержащий соединенные с борнами накопителей и с источниками соответствующих опорных напряжений компараторы верхнего и нижнего уровней напряжений накопителей блоков управления накопителями, подключенные через логический элемент ИЛИ к устройству гальванической развязки с открытым коллектором, соединенным по шине аварийного сигнала нижнего уровня управления друг с другом для всех блоков управления накопителями, с источником питания соответствующего блока управления модулем через подтягивающий резистор и с входом устройства гальванической развязки с открытым коллектором, соединенным по шине аварийного сигнала верхнего уровня управления друг с другом для всех блоков управления модулями, с источником питания блока управления батареей через подтягивающей резистор и с входами микроконтроллера и блока управления коммутатором.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012137670/07A RU2539864C2 (ru) | 2012-09-03 | 2012-09-03 | Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012137670/07A RU2539864C2 (ru) | 2012-09-03 | 2012-09-03 | Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012137670A RU2012137670A (ru) | 2014-03-10 |
| RU2539864C2 true RU2539864C2 (ru) | 2015-01-27 |
Family
ID=50191525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012137670/07A RU2539864C2 (ru) | 2012-09-03 | 2012-09-03 | Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539864C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785833C1 (ru) * | 2021-11-24 | 2022-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Группа компаний "СНАБЖЕНИЕ" | Силовой модуль с автономным питанием и интерфейсом для детектирования контроля подключения и способ обнаружения подключения силового модуля к электронному устройству |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2348332A1 (de) * | 1973-09-26 | 1975-04-03 | Volkswagenwerk Ag | Schaltungsanordnung zum laden eines elektrischen sammlers |
| RU2324263C2 (ru) * | 2006-07-13 | 2008-05-10 | Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (ОАО "АВЭКС") | Аккумуляторная батарея |
| RU2343615C1 (ru) * | 2007-11-22 | 2009-01-10 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Реверсивный преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока |
| RU2419943C1 (ru) * | 2010-04-28 | 2011-05-27 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Зарядно-разрядный береговой комплекс для корабельных аккумуляторных батарей с электропитанием от высоковольтной сети |
-
2012
- 2012-09-03 RU RU2012137670/07A patent/RU2539864C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2348332A1 (de) * | 1973-09-26 | 1975-04-03 | Volkswagenwerk Ag | Schaltungsanordnung zum laden eines elektrischen sammlers |
| RU2324263C2 (ru) * | 2006-07-13 | 2008-05-10 | Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (ОАО "АВЭКС") | Аккумуляторная батарея |
| RU2343615C1 (ru) * | 2007-11-22 | 2009-01-10 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Реверсивный преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока |
| RU2419943C1 (ru) * | 2010-04-28 | 2011-05-27 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Зарядно-разрядный береговой комплекс для корабельных аккумуляторных батарей с электропитанием от высоковольтной сети |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПОД РЕД. ГАНЗБУРГА М.Ф., ТРУДЫ НПП "ВНИИЭМ", N 4, т. 123, 2011, с. 29 - 34. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785833C1 (ru) * | 2021-11-24 | 2022-12-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Группа компаний "СНАБЖЕНИЕ" | Силовой модуль с автономным питанием и интерфейсом для детектирования контроля подключения и способ обнаружения подключения силового модуля к электронному устройству |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012137670A (ru) | 2014-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3282541B1 (en) | Distributed battery management system | |
| JP5798887B2 (ja) | 蓄電システム | |
| US9837811B2 (en) | Power source apparatus formed by combining a plurality of modules | |
| KR102062743B1 (ko) | 차량 어플리케이션용 고전압 배터리 시스템 | |
| CN103354377B (zh) | 一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路 | |
| CN103972990B (zh) | 磷酸铁锂电池储能系统 | |
| CN104428975A (zh) | 用于唤醒多bms的设备 | |
| CN111129619A (zh) | 一种动力电池簇管理系统 | |
| CA2942091C (en) | Device and method for wiring a battery management system | |
| CN102545291A (zh) | 太阳能蓄电系统及太阳能供电系统 | |
| CN111478387A (zh) | 一种电池管理系统 | |
| CN209709744U (zh) | 一种退役动力电池梯次利用的通信基站供电系统 | |
| WO2014003607A1 (ru) | Батарея электрических накопителей энергии с распределенной аналитической системой управления | |
| CN203788024U (zh) | 磷酸铁锂电池储能系统 | |
| JP2011029010A (ja) | リチウムイオン二次電池システムおよび管理装置への電力供給方法 | |
| RU121970U1 (ru) | Батарея электрических накопителей энергии с распределенной аналитической системой управления | |
| RU123251U1 (ru) | Иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии | |
| RU2518453C2 (ru) | Иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии | |
| CN210608604U (zh) | 一种高压电池系统 | |
| CN105489951B (zh) | 一种电池模组及其构成的分布式电源系统 | |
| CN202435066U (zh) | 一种具有双向限流的锂离子电池组管理系统 | |
| RU2539864C2 (ru) | Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии | |
| KR20200088524A (ko) | 통합커넥터가 구비된 그리드 참여형 전기자동차 충전시스템 | |
| CN202616809U (zh) | 一种电池模块、一种电池系统及一种直流屏电源系统 | |
| RU124993U1 (ru) | Иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150904 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20161127 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20180129 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210218 |