RU2539871C2 - Hierarchical three-tier control system for high-voltage battery of electric energy accumulators - Google Patents
Hierarchical three-tier control system for high-voltage battery of electric energy accumulators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539871C2 RU2539871C2 RU2012139280/07A RU2012139280A RU2539871C2 RU 2539871 C2 RU2539871 C2 RU 2539871C2 RU 2012139280/07 A RU2012139280/07 A RU 2012139280/07A RU 2012139280 A RU2012139280 A RU 2012139280A RU 2539871 C2 RU2539871 C2 RU 2539871C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- control
- microcontroller
- connected via
- units
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей для нужд транспорта и энергетики.The present invention relates to the field of electrical engineering and can be used to create high-voltage batteries for the needs of transport and energy.
Известна иерархическая система управления 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»)].Known hierarchical control system of the battery of electrical energy storage [see article “Features of the construction of control and protection equipment for high-voltage lithium-ion batteries for spacecraft power supply systems” / proceedings of NPP VNIIEM, 2011, v. 123, No. 4, p.29-34, authors M.F. Hansburg, A.I. Gruzdev, V.I. Trofimenko (JSC "AVEKS")].
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 батареи и контроллером последовательного канала на среднем уровне управления, подключенным по последовательному каналу связи с блоком управления батареей верхнего уровня управления, подключенным по каналу последовательного кода к соединенному с батареей блоку регулирования и контроля, осуществляющему функцию запитки иерархической системы управления батареей.The known system at the lower control level contains modules of electric energy storage devices with temperature sensors, blocks for setting identification numbers of storage devices and modules and indicators of their status, as well as alignment, switching, monitoring and control devices connected via a serial communication channel to the battery current measurement module and a serial channel controller at an average control level connected via a serial communication channel with a top-level battery control unit I, is connected by a serial link connected to the battery unit management and control, performing the function of a battery powering the hierarchical control system.
Недостатком известной иерархической системы является невозможность ее поэтапного поуровневого автоматического и ручного включения и отключения по первичному и вторичному питанию, что бывает необходимо при наладочных и ремонтных работах.A disadvantage of the well-known hierarchical system is the impossibility of its phased automatic and manual stage-by-stage switching on and off for primary and secondary power supply, which is necessary during commissioning and repair work.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к данному изобретению является иерархическая система управления батареей электрических накопителей [см. статью А.И. Груздева «Концепция построения системы контроля и управления высокоэнергоемких литиевых аккумуляторных батарей», «Электрохимическая энергетика», 2005, т. 5, №2, с. 90-93].In terms of a combination of similar essential features, the hierarchical control system for a battery of electric drives is closest to this invention [see article A.I. Gruzdeva “The concept of building a system for monitoring and control of high energy-intensive lithium batteries”, “Electrochemical Energy”, 2005, v. 5, No. 2, p. 90-93].
Известная трехуровневая иерархическая система управления запитана от батареи и 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 среднего уровня 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 по гальванически развязанному последовательному каналу связи и подключенному к коммутатору батареи. Блок БУБ известной системы содержит подключенный через коммутатор и LC-фильтр к клеммам батареи понижающий преобразователь напряжения, подключенный через LC-фильтр к микроконтроллеру блока. Блоки БУМ содержат подключенные через LC-фильтры к клеммам соответствующих батарейных модулей понижающие преобразователи напряжения, подключенные через LC-фильтры к микроконтроллерам блоков. Блоки БУН содержат подключенные через LC-фильтры к клеммам соответствующих накопителей повышающие преобразователи напряжения, подключенные через LC-фильтры к микроконтроллерам блоков.The well-known three-level hierarchical control system is battery-powered and consists of microcontroller storage control units (BUN) at the lower control level, connected via an intermodular serial communication channel with galvanic isolation to the corresponding microcontroller control units (BOOM) of mid-level control drives connected via intermodular serial communication channel with galvanic isolation to the microcontroller battery control unit (BUB) of the upper level I control associated with the on-board charger (BZU) and external computer via a galvanically isolated serial communication channel and connected to the battery switch. The BUB unit of the known system comprises a step-down voltage converter connected via a switch and an LC filter to the battery terminals, connected via an LC filter to the unit microcontroller. The BOOM blocks contain step-down voltage converters connected via LC filters to the terminals of the corresponding battery modules and connected via LC filters to the microcontrollers of the blocks. The BUN blocks contain step-up voltage converters connected via LC filters to the terminals of the respective drives, connected via LC filters to the microcontrollers of the blocks.
Недостатком известной системы, выбранной в качестве прототипа, является невозможность ее поэтапного поуровневого автоматического и ручного включения и отключения по питанию, что бывает необходимо при наладочных и ремонтных работах, поскольку блоки управления БУН, БУМ и БУБ известной системы включаются сразу после подключения их к батарее.A disadvantage of the known system, selected as a prototype, is the impossibility of its phased automatic and manual level turning on and off by power, which is necessary during commissioning and repair work, since the control units BUN, BOOM and BUB of the known system turn on immediately after connecting them to the battery.
Перед заявленным изобретением была поставлена задача устранения указанного недостатка и реализации такого аппаратно-программного управления электропитанием, которое обеспечивает поэтапное поуровневое включение и отключение питания микроконтроллерных блоков системы.The claimed invention was tasked with eliminating this drawback and implementing such hardware-software power management that provides phased level-by-level switching on and off of the microcontroller units of the system.
Поставленная задача решается тем, что предложена иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии, запитанная от батареи и содержащая микроконтроллерные блоки БУН на нижнем уровне управления, подключенные по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к соответствующим микроконтроллерным блокам БУМ среднего уровня управления, подключенным по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерному блоку БУБ верхнего уровня управления, связанному с БЗУ и внешней ЭВМ по гальванически развязанному последовательному каналу связи и подключенному к коммутатору батареи. Блок БУБ содержит подключенный через коммутатор и LC-фильтр к клеммам батареи понижающий преобразователь напряжения, подключенный через LC-фильтр к микроконтроллеру блока. Блоки БУМ содержат подключенные через LC-фильтры к клеммам соответствующих батарейных модулей понижающие преобразователи напряжения, подключенные через LC-фильтры к микроконтроллерам блоков. Блоки БУН содержат подключенные через LC-фильтры к клеммам соответствующих накопителей повышающие преобразователи напряжения, подключенные через LC-фильтры к микроконтроллерам блоков.The problem is solved by the fact that a hierarchical three-level control system for a high-voltage battery of electric energy storage devices is proposed, powered by a battery and containing BUN microcontroller units at the lower control level, connected via an intramodular serial communication channel with galvanic isolation to the corresponding MCU mid-level control microcontroller blocks connected via intermodular serial communication channel with galvanic isolation to the microcontroller unit Bub upper control layer associated with the BSC and the external computer through the galvanically isolated serial link connected to the battery and a switch. The BUB unit contains a step-down voltage converter connected via a switch and an LC filter to the battery terminals, connected via an LC filter to the unit microcontroller. The BOOM blocks contain step-down voltage converters connected via LC filters to the terminals of the corresponding battery modules and connected via LC filters to the microcontrollers of the blocks. The BUN blocks contain step-up voltage converters connected via LC filters to the terminals of the respective drives, connected via LC filters to the microcontrollers of the blocks.
Новым в предложенной системе является то, что в нее введен аппаратно-программный механизм поуровневого управления электропитанием системы, состоящий в блоке БУБ из управляемого микроконтроллером электронного ключа, подключающего выход понижающего преобразователя напряжения блока к управляющим входам электронных ключей с гальванической развязкой блоков БУМ, подключающих клемму «+» соответствующего батарейного модуля к входу запуска понижающего преобразователя напряжения блока. Выход понижающего преобразователя напряжения блоков БУМ через управляемый от соответствующего микроконтроллера электронный ключ подключен к управляющим входам электронных ключей с гальванической развязкой соответствующих блоков БУН, подключающих клемму «+» соответствующих накопителей к входу запуска повышающего преобразователя напряжения блока. Электронные ключи с гальванической развязкой блоков БУН и БУМ зашунтированы механическими переключателями. Клеммы «-» батарейных модулей и батареи через кнопки соединены с входами разовых команд микроконтроллеров блоков БУМ и блока БУБ соответственно, а коммутатор батареи содержит дополнительный вход управления включением от внешних систем.New in the proposed system is that it introduces a hardware-software mechanism for level-by-level power management of the system, consisting of a BUB unit from an electronic key controlled by a microcontroller, connecting the output of a step-down voltage converter of the unit to the control inputs of electronic keys with galvanic isolation of the BOOM units connecting the terminal " + ”Of the corresponding battery module to the start input of the step-down voltage converter of the unit. The output of the step-down voltage converter of the BOOM blocks through an electronic key controlled from the corresponding microcontroller is connected to the control inputs of the electronic keys with galvanic isolation of the corresponding BUN blocks, connecting the + terminal of the corresponding drives to the start input of the step-up voltage converter of the block. Electronic keys with galvanic isolation of BUN and BUM blocks are shunted by mechanical switches. The “-" terminals of the battery modules and the battery are connected via buttons to the inputs of the one-time commands of the microcontrollers of the BOOM blocks and the BUB unit, respectively, and the battery switch contains an additional input for switching on control from external systems.
Технический результат заявленного изобретения состоит в обеспечении возможности поэтапного поуровневого автоматического и ручного включения и выключения электропитания системы.The technical result of the claimed invention consists in providing the possibility of a phased level-by-level automatic and manual on and off power supply of the system.
На чертеже представлена функциональная блок-схема заявленной системы.The drawing shows a functional block diagram of the claimed system.
Заявленная система содержит микроконтроллерные блоки БУН 1 на нижнем уровне управления, подключенные по внутримодульному последовательному каналу связи 2 с гальванической развязкой (на чертеже не показана) к соответствующим микроконтроллерным блокам БУМ 3 среднего уровня управления, подключенным по межмодульному последовательному каналу связи 4 с гальванической развязкой (на чертеже не показана) к микроконтроллерному блоку БУБ 5 верхнего уровня управления, связанному с БЗУ и ЭВМ (на чертеже не показаны) по гальванически развязанному последовательному каналу связи и подключенному к коммутатору 7 батареи. Блок БУБ 5 содержит подключенный через коммутатор 7 и LC-фильтр (на чертеже не показан) к клеммам батареи «+» и «-» понижающий преобразователь напряжения 8, подключенный через LC-фильтр (на чертеже не показан) к микроконтроллеру 9 блока. Блоки БУМ 3 содержат подключенные через LC-фильтры (на чертеже не показаны) к клеммам «+» и «-» соответствующих батарейных модулей понижающие преобразователи напряжения 10, подключенные через LC-фильтры (на чертеже не показаны) к микроконтроллерам 11 блоков. Блоки БУН 1 содержат подключенные через LC-фильтры (на чертеже не показаны) к клеммам «+» и «-» соответствующих накопителей повышающие преобразователи напряжения, подключенные через LC-фильтры (на чертеже не показаны) к микроконтроллерам 13 блоков БУН 1. Блок БУБ 5 содержит управляемый от микроконтроллера 9 электронный ключ 14, подключающий выход понижающего преобразователя напряжения 8 к управляющим входам электронных ключей 15 блоков БУМ 3, подключающих клемму «+» соответствующего батарейного модуля к входу запуска понижающего преобразователя напряжения 10 блока БУМ 3. Выход понижающего преобразователя напряжения 10 через управляемый от соответствующего микроконтроллера 11 электронный ключ 16 подключен к управляющим входам электронных ключей 17 с гальванической развязкой (на чертеже не показана) соответствующих блоков БУН 1, подключающих клеммы «+» накопителей батареи к входу запуска повышающих преобразователей напряжения 12 соответствующих блоков БУН 1. Электронные ключи 17 и 15 с гальванической развязкой блоков БУН 1 и БУМ 3 зашунтированы механическими переключателями 18. Клеммы «-» батарейных модулей и батареи через кнопки 19 соединены с входами разовых команд микроконтроллеров 11 и 9 блоков БУМ 3 и БУБ 5 соответственно, а коммутатор 7 батареи дополнительно содержит вход управления от внешних систем, подключенный к шине 20 сигнала включения коммутатора 7.The claimed system contains
Заявленная система работает следующим образом.The claimed system operates as follows.
В штатном режиме включение электропитания системы происходит следующим образом.In normal mode, the power supply to the system is as follows.
По сигналу управления от внешних систем по шине 20 включается коммутатор 7, подключающий первичное напряжение питания от батареи к понижающему высоковольтному преобразователю напряжения 8 блока БУБ 5. Первичное питание на блоки БУН 1 и БУМ 3 всегда подано. Преобразователь 8 включается и запитывает микроконтроллер 9. После тестирования канала связи 6 от внешней ЭВМ поступает команда на включение системы. Микроконтроллер 9 включает электронный ключ 14 и напряжение с выхода преобразователя 8 начинает поступать на управляющие входы электронных ключей 15 с гальванической развязкой блоков БУМ 3 и открывает их. Положительное напряжение с клемм «+» соответствующих батарейных модулей через ключи 15 поступает на вход запуска понижающих преобразователей 10 блоков БУМ 3, которые включаются и запитывают микроконтроллеры 11. После тестирования межмодульных каналов связи 4 блоком БУБ 5 выдается команда на включение блоков БУН 1. Микроконтроллеры 11 включают электронные ключи 16 и напряжение с выхода понижающих преобразователей 10 начинает поступать на управляющие входы электронных ключей 17 с гальванической развязкой блоков БУН 1 и открывает их. Положительное напряжение с клемм «+» соответствующих батарейных накопителей через ключи 17 подается на вход запуска повышающих преобразователей 12 блоков БУН 1, которые включаются и запитывают микроконтроллеры 13 блоков БУН 1. Процедура штатного включения заканчивается тестированием внутримодульных каналов связи 2, которое проводят микроконтроллеры 11 блоков БУМ 3. Таким образом, можно от внешней ЭВМ включать и выключать как систему управления батареей, так и систему управления любого батарейного модуля например, для экономии энергии при эксплуатации батарей или сброса микроконтроллеров системы управления батареей при наладочных работах. При наладках и ремонтных работах блок БУБ 5 можно включить автономно без внешней ЭВМ путем включения батарейного коммутатора 7 по шине 20. Если при этом нажать кнопку 19 в блоке БУБ 5, то сработают электронный ключ 14 и электронные ключи с гальванической развязкой 15, запустив в работу преобразователи 10 блоков БУМ 3. Если при этом нажать кнопку 19 в одном из блоков БУМ 3, то через открывшийся ключ 16 отпирающие напряжение поступит с выхода преобразователя 10 на входы управления электронных ключей 17 с гальванической развязкой, запускающих в работу преобразователи напряжения 12, запитывающие микроконтроллеры 13 соответствующих блоков БУН 1. При выключенном блоке БУБ 5 можно вручную включить любой блок БУМ 3 с помощью переключателя 18 блока БУМ 3, а при выключенных блоках БУМ 3 можно включить любой блок БУН 1 с помощью переключателя 18 блока БУН 1. Таким образом, обеспечивается режим автономной отработки блоков управления системы. Электронные ключи 14, 16 в блоках БУБ 5 и БУМ 3 системы могут быть реализованы на транзисторах IRLML6402TR (International Rectifier), электронные ключи 15, 17 с гальванической развязкой блоков БУМ 3 и БУН 1 - на оптронах FODM8801A (Fairchild). В качестве переключателей 18 блоков БУМ 3 и БУН 1 могут быть выбраны переключатели типа SDMR-1-T (Bourns), а в качестве кнопок 19 блоков БУБ 5, БУМ 3 - кнопки типа 7914J-1-050 (Bourns).By a control signal from external systems, a switch 7 is turned on via
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012139280/07A RU2539871C2 (en) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | Hierarchical three-tier control system for high-voltage battery of electric energy accumulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012139280/07A RU2539871C2 (en) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | Hierarchical three-tier control system for high-voltage battery of electric energy accumulators |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012139280A RU2012139280A (en) | 2014-03-20 |
RU2539871C2 true RU2539871C2 (en) | 2015-01-27 |
Family
ID=50280011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012139280/07A RU2539871C2 (en) | 2012-09-12 | 2012-09-12 | Hierarchical three-tier control system for high-voltage battery of electric energy accumulators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539871C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2348332A1 (en) * | 1973-09-26 | 1975-04-03 | Volkswagenwerk Ag | Phase-controlled accumulator charging cct. - has comparator controlling triac and supplied from regulators for either constant current or voltage charging |
RU2324263C2 (en) * | 2006-07-13 | 2008-05-10 | Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (ОАО "АВЭКС") | Accumulator battery |
RU2343615C1 (en) * | 2007-11-22 | 2009-01-10 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Reversible voltage converter for electric power transmission between alternating and constant current systems |
RU2419943C1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-05-27 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Charging-discharging onshore facility for ship storage batteries with electric power supplied from high-voltage network |
-
2012
- 2012-09-12 RU RU2012139280/07A patent/RU2539871C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2348332A1 (en) * | 1973-09-26 | 1975-04-03 | Volkswagenwerk Ag | Phase-controlled accumulator charging cct. - has comparator controlling triac and supplied from regulators for either constant current or voltage charging |
RU2324263C2 (en) * | 2006-07-13 | 2008-05-10 | Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (ОАО "АВЭКС") | Accumulator battery |
RU2343615C1 (en) * | 2007-11-22 | 2009-01-10 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Reversible voltage converter for electric power transmission between alternating and constant current systems |
RU2419943C1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-05-27 | Закрытое акционерное общество "ИРИС" | Charging-discharging onshore facility for ship storage batteries with electric power supplied from high-voltage network |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПОД РЕД. ГАНЗБУРГА М.Ф., ТРУДЫ НПП "ВНИИЭМ", N 4, т. 123, 2011, с. 29 - 34. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012139280A (en) | 2014-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10418820B2 (en) | Power supply apparatus, power supply system, and control method of power supply apparatus | |
EP2632011A1 (en) | Method for implementing on/off-grid dual-mode operation of bidirectional converter in micro power grid | |
WO2014171154A1 (en) | Power control system, power control device, and method for controlling power control system | |
NZ732362A (en) | Electric vehicle power distribution system | |
CN102545291A (en) | Solar power storage system and solar power supply system | |
CN102801189A (en) | Rechargeable battery power supply starter and cell balancing apparatus | |
JP2021152551A (en) | Load test system | |
US20150303731A1 (en) | Electric Energy Storage Device | |
CN106464006A (en) | Uninterruptible power-supply system | |
US20160072333A1 (en) | Electrical energy buffering system | |
CN203721146U (en) | Solar bus station board with emergency charging function | |
CN102468659A (en) | Charging control system and method thereof | |
RU2539871C2 (en) | Hierarchical three-tier control system for high-voltage battery of electric energy accumulators | |
CN105610222B (en) | Battery unit low-voltage emergency supply circuit and emergency service method | |
CN104133233B (en) | Integrated drive generator backs up intelligent location peculiar to vessel terminal mutually and location information uploads strategy | |
CN103236725A (en) | Power supply method of solar controller control circuit and circuit thereof | |
RU125409U1 (en) | HIERARCHICAL THREE-LEVEL MANAGEMENT SYSTEM OF HIGH-VOLTAGE BATTERY OF ELECTRIC ENERGY STORAGE | |
CN204879473U (en) | Multifunction torch | |
US20170237275A1 (en) | Electricity storage device | |
CN113690939A (en) | Light storage all-in-one machine and control method thereof | |
KR102011511B1 (en) | Power control apparatus for electric vehicle | |
RU124992U1 (en) | HIERARCHICAL THREE-LEVEL SYSTEM FOR HIGH-VOLTAGE ELECTRIC ENERGY STORAGE BATTERY MANAGEMENT | |
WO2013018601A1 (en) | Storage battery system | |
JP2021513319A (en) | Electric assisted bicycle, its power management system and management method | |
RU2539866C2 (en) | Hierarchical three-level control system of high-voltage battery of electrical energy storage units |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150913 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20161210 |
|
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 |