RU2543497C2 - Method of accumulator battery operation and device for method implementation - Google Patents

Method of accumulator battery operation and device for method implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2543497C2
RU2543497C2 RU2013125960/07A RU2013125960A RU2543497C2 RU 2543497 C2 RU2543497 C2 RU 2543497C2 RU 2013125960/07 A RU2013125960/07 A RU 2013125960/07A RU 2013125960 A RU2013125960 A RU 2013125960A RU 2543497 C2 RU2543497 C2 RU 2543497C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
voltage
batteries
individual
sources
Prior art date
Application number
RU2013125960/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013125960A (en
Inventor
Владимир Васильевич Симкин
Олег Григорьевич Светников
Сергей Юрьевич Виноградов
Григорий Сергеевич Бурков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космический центр "Прогресс" (ОАО "РКЦ "Прогресс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космический центр "Прогресс" (ОАО "РКЦ "Прогресс") filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космический центр "Прогресс" (ОАО "РКЦ "Прогресс")
Priority to RU2013125960/07A priority Critical patent/RU2543497C2/en
Publication of RU2013125960A publication Critical patent/RU2013125960A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2543497C2 publication Critical patent/RU2543497C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: during battery operation, accumulators are balanced in voltage by recharging from independent voltage sources. For power supply of the independent sources, energy from controlled accumulator battery is used, forming voltages at outputs of individual voltage sources, equal to current mean voltage in battery at accumulators.
EFFECT: extended operation capabilities of accumulator battery operation method; improved function reliability in an independent electric power supply system.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации аккумуляторных батарей (АБ) в автономных системах электропитания, в частности в системах электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ).The present invention relates to the electrical industry and can be used in the operation of rechargeable batteries (AB) in autonomous power supply systems, in particular in power systems of artificial Earth satellites (AES).

Известен способ эксплуатации литий-ионной батареи ("Батарея 6ЛИ-25, ЖЦПИ. 563561.002 ПС", разработки и изготовления предприятия ОАО "Сатурн", г.Краснодар), заключающийся в проведении заряд - разрядных циклов, контроле напряжения аккумуляторов и периодическом выравнивании аккумуляторов по емкости за счет проведении балансировки аккумуляторов по напряжению путем подразряда их на резисторы до достижения напряжением на аккумуляторах величины напряжения наиболее разряженного аккумулятора.A known method of operating a lithium-ion battery ("Battery 6LI-25, ZhTsPI. 563561.002 PS", development and manufacture of the enterprise OJSC "Saturn", Krasnodar), which consists in conducting charge-discharge cycles, monitoring the voltage of the batteries and periodically aligning the batteries by capacity by balancing the voltage of the batteries by sub-discharging them into resistors until the voltage on the batteries reaches the voltage value of the most discharged battery.

Недостатком известного способа выравнивания аккумуляторов по емкости является то, что процесс выравнивания может быть достаточно длительным и это ограничивает эксплуатационные возможности ИСЗ. Кроме того, приведение емкости всех аккумуляторов к емкости наименее заряженного аккумулятора представляется неэффективным, так как при этом часть энергии аккумуляторов теряется на резисторах и на момент достижения равенства напряжений на аккумуляторах батарея имеет емкость меньше ее потенциальных возможностей.A disadvantage of the known method of aligning batteries by capacity is that the alignment process can be quite long and this limits the operational capabilities of the satellite. In addition, bringing the capacity of all batteries to the capacity of the least charged battery appears to be inefficient, since part of the energy of the batteries is lost on the resistors and, at the time of equality of voltages across the batteries, the battery has a capacity less than its potential.

Известен также способ эксплуатации литий - ионной аккумуляторной батареи (Патент КНР CN 1607708), заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов, контроле напряжения аккумуляторов и проведении в процессе эксплуатации балансировки аккумуляторов по напряжению путем индивидуального подзаряда или подразряда аккумуляторов на резисторы до достижения их напряжениями наперед заданной величины.There is also known a method of operating a lithium-ion battery (Patent CN 1607708), which consists in conducting charge-discharge cycles, monitoring the voltage of the batteries and performing voltage balancing of the batteries during operation by individually recharging or sub-charging the batteries with resistors until they reach the specified voltage quantities.

Недостатками рассматриваемого способа выравнивания аккумуляторов по емкости являются низкая технологичность и надежность, обусловленные наличием многочисленных коммутаторов и необходимостью индивидуальной работы отдельно с каждым аккумулятором из состава АБ. Энергетический ресурс батареи при таком способе выравнивания растрачивается также не эффективно.The disadvantages of this method of aligning the batteries in terms of capacity are low manufacturability and reliability, due to the presence of numerous switches and the need for individual work separately with each battery from the battery. The energy resource of the battery with this method of alignment is also not wasted.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника Земли (Патент РФ №2408958 C1 от 03.11.2009 г.), который выбран в качестве прототипа. Способ заключается в проведении заряд - разрядных циклов, контроле напряжения каждого аккумулятора батареи и балансировке аккумуляторов по напряжению путем подзаряда их от индивидуальных источников напряжения, которые выполнены в виде выходных каскадов преобразователя постоянного напряжения, подключенного к системе электропитания. При этом с помощью резисторов производят ограничение тока индивидуальных источников напряжения, величину выходного напряжения которых выбирают не более максимально допустимого значения зарядного напряжения аккумулятора, а ток подзаряда ограничивают по его минимальному значению при минимальном существенном значении разницы напряжений аккумуляторов. Мощность индивидуальных источников напряжения выбирают из условия не превышения током подзаряда заранее выбранной величины, в пределах рабочего диапазона напряжений аккумуляторов.The closest technical solution to the claimed method is a method of operating a lithium-ion battery in a stand-alone power supply system of an artificial Earth satellite (RF Patent No. 2408958 C1 of 03.11.2009), which is selected as a prototype. The method consists in carrying out charge - discharge cycles, monitoring the voltage of each battery of the battery and balancing the batteries by voltage by charging them from individual voltage sources, which are made in the form of output stages of a DC voltage converter connected to the power supply system. In this case, with the help of resistors, the current of individual voltage sources is limited, the output voltage of which is selected no more than the maximum permissible value of the battery charging voltage, and the charging current is limited by its minimum value with the minimum significant value of the difference in battery voltage. The power of individual voltage sources is selected from the condition that the current does not exceed the precharge of a pre-selected value, within the operating voltage range of the batteries.

Недостатком способа-прототипа является то, что для эффективной работы устройства балансировки аккумуляторов необходимо с высокой точностью устанавливать и непрерывно поддерживать напряжение питания преобразователя постоянного напряжения, что практически осуществить с помощью дискретной системы регулирования при малом числе уровней регулирования и большом диапазоне изменения напряжения системы электропитания не возможно.The disadvantage of the prototype method is that for the efficient operation of the battery balancing device, it is necessary to establish and continuously maintain the supply voltage of the DC / DC converter, which is practically not possible using a discrete control system with a small number of control levels and a wide range of voltage variations of the power supply system .

При данном способе эксплуатации не представляется также возможным использование в качестве автономной системы электропитания источник ограниченной мощности в виде солнечной батареи и зарядного преобразователя, выходное напряжение которой зависит от степени освещенности ее фотоэлектрических преобразователей и может изменяться в широких пределах или совсем отсутствовать на отдельных временных интервалах. При этом моменты отсутствия напряжения солнечной батареи совпадают с моментами мощного разряда батареи на нагрузку, что обусловливает отключение процесса балансировки аккумуляторов батареи, когда эта процедура крайне необходима. А так как солнечная батарея с зарядным преобразователем широко используются в автономных системах электропитания ИСЗ, то последнее обстоятельство существенно ограничивает эксплуатационные возможности рассматриваемого способа.With this method of operation, it also does not seem possible to use a limited power source in the form of a solar battery and a charging converter as an autonomous power supply system, the output voltage of which depends on the degree of illumination of its photovoltaic converters and can vary over a wide range or be completely absent at separate time intervals. In this case, the moments of lack of voltage of the solar battery coincide with the moments of a powerful discharge of the battery to the load, which leads to the disconnection of the process of balancing the battery of the battery, when this procedure is absolutely necessary. And since a solar battery with a charging converter is widely used in autonomous satellite power supply systems, the latter circumstance significantly limits the operational capabilities of the method under consideration.

Недостатком способа-прототипа является также необходимость непрерывного контроля напряжения каждого аккумулятора в процессе балансировки батареи, что делает эту операцию громоздкой и низкотехнологичной особенно при автоматизации процесса эксплуатации батареи.The disadvantage of the prototype method is the need for continuous monitoring of the voltage of each battery in the process of balancing the battery, which makes this operation cumbersome and low-tech especially when automating the operation of the battery.

К недостаткам способа-прототипа необходимо отнести и отсутствие байпасных заряд-разрядных цепей аккумуляторов, так как это может привести к выходу из строя батареи при возрастании внутреннего сопротивления одного из ее аккумуляторов, что, естественно, снижает надежность функционирования батареи.The disadvantages of the prototype method include the absence of bypass charge-discharge circuits of the batteries, as this can lead to battery failure with an increase in the internal resistance of one of its batteries, which naturally reduces the reliability of the battery.

Целью предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей способа эксплуатации аккумуляторных батарей, повышение надежности функционирования.The aim of the invention is to expand the operational capabilities of the method of operating batteries, increasing the reliability of operation.

В способе эксплуатации аккумуляторных батарей автономной системы электропитания, заключающемся в проведении заряд-разрядных циклов, в балансировке аккумуляторов батареи по напряжению путем подзаряда их от индивидуальных источников напряжения с ограничением по величине тока балансировки с помощью резисторов, с этой целью в качестве автономной системы электропитания применяют источник ограниченной мощности, например, солнечную батарею с зарядным преобразователем, содержащим схему ШИМ-регулирования. Для питания индивидуальных источников напряжения используют электрическую энергию контролируемой аккумуляторной батареи. При этом аккумуляторы батареи защищают байпасными заряд-разрядными цепями, а на выходах индивидуальных источников формируют и непрерывно поддерживают напряжения, равные текущему среднему значению напряжений на аккумуляторах батареи.In the method of operating the batteries of the autonomous power supply system, which consists in conducting charge-discharge cycles, in balancing the battery voltage by charging them from individual voltage sources with a limitation on the value of the balancing current using resistors, for this purpose, a source is used as an autonomous power supply system limited power, for example, a solar battery with a charging converter containing a PWM control circuit. To power individual voltage sources, the electric energy of a controlled battery is used. At the same time, battery batteries are protected by bypass charge-discharge circuits, and at the outputs of individual sources they form and continuously support voltages equal to the current average voltage value on the battery batteries.

В устройство эксплуатации аккумуляторных батарей в автономной системе электропитания, содержащее преобразователь постоянного напряжения с индивидуальными источниками напряжения, число которых равно числу аккумуляторов батареи и каждый из которых подключают к одному из ее аккумуляторов через ограничительный резистор и предохранитель, рассчитанный на критическую величину тока, дополнительно вводят устройство контроля напряжения аккумуляторной батареи, подключаемое параллельно этой батарее. В качестве автономной системы электропитания используют источник ограниченной мощности, например, солнечную батарею с зарядным преобразователем, содержащим схему ШИМ-регулирования. Выходное напряжение индивидуальных источников делают равным текущему среднему значению напряжений аккумуляторов батареи за счет соответствующего выбора коэффициента трансформации трансформатора преобразователя постоянного напряжения. При этом минусовую шину "-" автономной системы электропитания и преобразователя постоянного напряжения подключают к минусовой шине "-" аккумуляторной батареи, а ее плюсовую шину "+" и среднюю точку первичной обмотки трансформатора преобразователя постоянного напряжения подключают к плюсовой шине "+" аккумуляторной батареи, параллельно каждому аккумулятору батареи подключают диодные байпасные заряд - разрядные цепи.An additional device is introduced into the device for operating batteries in an autonomous power supply system, which contains a constant voltage converter with individual voltage sources, the number of which is equal to the number of battery batteries and each of which is connected to one of its batteries through a limiting resistor and a fuse designed for a critical current value Battery voltage control, connected in parallel with this battery. As an autonomous power supply system, a limited power source, for example, a solar battery with a charging converter containing a PWM control circuit, is used. The output voltage of individual sources is made equal to the current average value of the voltage of the battery cells due to the appropriate choice of the transformation ratio of the transformer of the DC / DC converter. In this case, the negative bus "-" of the autonomous power supply system and the DC-DC converter are connected to the negative bus "-" of the battery, and its positive bus "+" and the midpoint of the primary winding of the transformer of the DC-DC converter are connected to the positive bus "+" of the battery, parallel to each battery, the diode bypass charge - discharge circuit is connected.

Подключение цепей питания индивидуальных источников напряжений непосредственно к контролируемой аккумуляторной батарее, как это делается в заявляемом способе, дает возможность производить балансировку батареи даже в том случае, когда напряжение на выходе автономной системы электропитания отсутствует. Следовательно, при таком способе эксплуатации становится возможным использовать в качестве автономной системы электропитания солнечную батарею с зарядным преобразователем, что существенно расширяет эксплуатационные возможности этого способа.Connecting the power circuits of individual voltage sources directly to the controlled battery, as is done in the present method, makes it possible to balance the battery even when there is no voltage at the output of the autonomous power supply system. Therefore, with this method of operation, it becomes possible to use a solar battery with a charging converter as an autonomous power supply system, which significantly expands the operational capabilities of this method.

Балансировка аккумуляторов согласно заявляемому способу осуществляется за счет перераспределения электрической энергии между аккумуляторами контролируемой батареи. Для этого величину коэффициента трансформации трансформатора преобразователя постоянного напряжения выбирают такой, чтобы выходные напряжения индивидуальных источников напряжения UC были бы равны отношению:The balancing of the batteries according to the claimed method is carried out due to the redistribution of electrical energy between the batteries of the controlled battery. For this, the value of the transformation coefficient of the transformer of the DC-DC converter is chosen such that the output voltages of the individual voltage sources U C are equal to the ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

где UАБ - напряжение на аккумуляторной батарее;where U AB - voltage on the battery;

m - количество аккумуляторов в батарее.m is the number of batteries in the battery.

Так как UАБ=ΣiUi,Since U AB = Σ i U i ,

где Ui - величина напряжения на i-м аккумуляторе батареи, то выходные напряжения индивидуальных источников UC будут равны среднему значению напряжений Ui на аккумуляторах батареи:where U i is the voltage value on the i-th battery battery, then the output voltages of individual sources U C will be equal to the average voltage U i on the battery batteries:

Figure 00000002
Figure 00000002

Это существенно упрощает процедуру балансировки и делает ее более технологичной, так как напряжения на контролируемых аккумуляторах батареи стремятся к величине UC и не могут превысить это значение. Поэтому отпадает необходимость в контроле напряжения каждого аккумулятора. Достаточно контролировать напряжение на всей аккумуляторной батарее, не допуская превышения им предельно допустимого значения, что практически реализуется в источнике ограниченной мощности, например, в виде солнечной батареи с зарядным преобразователем, состоящим из регулирующего ключа, схемы ШИМ-регулирования и вольтодобавочного узла при необходимости (см., например, патент РФ №2334337 C1 от 13.06.2007).This greatly simplifies the balancing procedure and makes it more technologically advanced, since the voltages on the monitored batteries of the battery tend to the value of U C and cannot exceed this value. Therefore, there is no need to control the voltage of each battery. It is enough to control the voltage across the entire battery, preventing it from exceeding the maximum permissible value, which is practically implemented in a source of limited power, for example, in the form of a solar battery with a charging converter consisting of a control key, a PWM control circuit and a boost assembly if necessary (see ., for example, RF patent No. 2334337 C1 dated 06/13/2007).

При балансировке, в процессе подзаряда аккумулятора с пониженным выходным напряжением Ui от индивидуального источника напряжения UC и одновременном заряде аккумуляторной батареи от источника ограниченной мощности с выходным напряжением UЗ, через балансируемый аккумулятор с внутренним сопротивлением R протекают в одном направлении два тока: ток заряда IЗ от источника UЗ, и ток балансировки IБ от индивидуального источника UC.When balancing, in the process of recharging a battery with a reduced output voltage U i from an individual voltage source U C and simultaneously charging a battery from a limited power source with an output voltage U З , two currents flow in a balanced battery with an internal resistance R: charge current I З from the source U З , and the balancing current I B from an individual source U C.

На Фиг.1 изображена эквивалентная схема для этого случая, где отображены внутреннее сопротивление аккумулятора R с выходным напряжением Ui, к которому подключен индивидуальный источник напряжения UC с внутренним сопротивлением RC, источник ограниченной мощности с выходным напряжением UЗ и суммарным значением его внутреннего сопротивления и внутренних сопротивлений аккумуляторов батареи Rs, к которым индивидуальные источники напряжения UC не подключены, ток заряда IЗ и ток балансировки IБ.Figure 1 shows an equivalent circuit for this case, which displays the internal resistance of the battery R with an output voltage U i to which an individual voltage source U C with an internal resistance R C is connected, a limited power source with an output voltage U З and the total value of its internal the resistance and internal resistances of the battery of the battery Rs, to which individual voltage sources U C are not connected, the charge current I Z and the balancing current I B.

Для левого контура схемы Фиг.1 можно записать уравнение:For the left circuit of the circuit of Figure 1, you can write the equation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где UЗ - выходное напряжение источника ограниченной мощности;where U C is the output voltage of a limited power source;

Ui - напряжение i-го аккумулятора;U i - voltage of the i-th battery;

IЗ - ток заряда;I З - charge current;

Rs - внутреннее сопротивление аккумуляторов, к которым индивидуальные источники не подключены;Rs is the internal resistance of the batteries to which individual sources are not connected;

IБ - ток балансировки;I B - balancing current;

R - внутреннее сопротивление аккумулятора.R is the internal resistance of the battery.

Из соотношения (3) получим:From relation (3) we get:

Figure 00000004
Figure 00000004

Если бы индивидуальный источник напряжения UC не был подключен, то ток заряда

Figure 00000005
был бы равен:If an individual voltage source U C were not connected, then the charge current
Figure 00000005
would be equal to:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

Подача на i-ый аккумулятор с пониженным выходным напряжением, напряжения от индивидуального источника UC приводит к уменьшению тока заряда батареи IЗ от автономной системы электропитания на величину

Figure 00000007
:The supply to the i-th battery with a reduced output voltage, voltage from an individual source U C leads to a decrease in the battery charge current I З from an autonomous power supply system by
Figure 00000007
:

Figure 00000008
Figure 00000008

что в свою очередь обусловливает снижение интенсивности заряда ее аккумуляторов с напряжением выше UС и способствует более быстрому и точному выравниванию напряжений на аккумуляторах батареи относительно уровня UС.which in turn leads to a decrease in the charge intensity of its batteries with voltages higher than U С and contributes to faster and more accurate alignment of voltages on the battery batteries with respect to the level of U С.

На Фиг.2 изображена электрическая схема устройства, реализующего заявляемый способ. В состав устройства входят: источник ограниченной мощности 1, который в частном случае может представлять собой солнечную батарею и зарядный преобразователь, содержащий схему ШИМ-регулирования; преобразователь постоянного напряжения 2 с силовыми транзисторами T1, T2, трансформатором Тp и индивидуальными источниками напряжений 2а-2м в виде диодных выпрямителей, подключенных к вторичным обмоткам трансформатора Тp; блок предохранителей 3 с предохранителями Па-Пм и ограничительными резисторами Ra-Rм; аккумуляторная батарея с аккумуляторами 4а-4м, каждый из которых снабжен диодными байпасными заряд-разрядными цепями; устройство контроля напряжения 5 аккумуляторной батареи 4.Figure 2 shows the electrical diagram of a device that implements the inventive method. The device includes: a limited power source 1, which in a particular case can be a solar battery and a charging converter containing a PWM control circuit; DC voltage converter 2 with power transistors T1, T2, transformer Tp and individual voltage sources 2a-2m in the form of diode rectifiers connected to the secondary windings of the transformer Tp; fuse box 3 with fuses Pa-PM and limit resistors Ra-Rm; rechargeable battery with batteries 4a-4m, each of which is equipped with diode bypass charge-discharge circuits; voltage control device 5 of the battery 4.

Минусовая шина питания "-" преобразователя постоянного напряжения 2 (коллекторы транзисторов T1, T2), также как и минусовая шина "-" источника ограниченной мощности 1 соединены с минусовой шиной "-" аккумуляторной батареи 4. Устройство контроля напряжения 5 минусовой шиной "-" подключено к минусовой шине "-" аккумуляторной батареи 4, а своей шиной "+" подсоединено к шине "+" аккумуляторной батареи 4. Средняя точка первичной обмотки трансформатора Тр преобразователя постоянного напряжения 2 соединена с плюсовой шиной "+" аккумуляторной батареи 4 и с плюсовой шиной "+" источника ограниченной мощности 1. Преобразователь постоянного напряжения 2 содержит в своем составе индивидуальные источники напряжения 2а-2м, каждый из которых соединен через свой резистор R и предохранитель блока предохранителей 3 с одним аккумулятором батареи 4. Причем коэффициент трансформации трансформатора Тр подобран таким образом, что выходное напряжение индивидуальных источников напряжений 2а-2м равно среднему значению напряжений UС на аккумуляторах батареи 4. Параллельно каждому аккумулятору батареи 4 подключены диодные байпасные заряд-разрядные цепи.The negative power bus "-" of the DC-DC converter 2 (collectors of transistors T1, T2), as well as the negative bus "-" of a limited power source 1 are connected to the negative bus "-" of the battery 4. Voltage monitoring device 5 with a negative bus "-" connected to the negative bus "-" of the battery 4, and its bus "+" connected to the bus "+" of the battery 4. The middle point of the primary winding of the transformer Tr of the DC / DC converter 2 is connected to the positive bus "+" of the battery 4 and plus howling busbar "+" of limited power source 1. DC / DC converter 2 contains individual voltage sources 2a-2m, each of which is connected through its own resistor R and fuse of fuse box 3 with one battery of battery 4. Moreover, the transformation ratio of transformer Tr is selected so that the output voltage of individual voltage sources 2a-2m equals the average voltage U C over the battery 4. battery parallel to each battery connected battery 4 iodine bypass the charge-discharge circuit.

Устройство работает следующим образом. Преобразователь постоянного напряжения 2 формирует на выходах индивидуальных источников напряжения UС, равные текущему среднему значению напряжений на аккумуляторах батареи 4. Если текущее значение напряжения Ui на i-м аккумуляторе батареи 4 оказывается меньше выходного напряжения подключенного к нему индивидуального источника напряжения (Ui<UC), то диоды его выпрямителя оказываются открытыми, напряжение UC подается на i-й аккумулятор и происходит дозаряд его до величины среднего значения напряжений на аккумуляторах батареи 4. Чем меньше напряжение на аккумуляторе Ui, тем больше разность напряжений ΔU=UC-Ui, тем большим током заряжается этот аккумулятор от индивидуального источника, что способствует более быстрому выравниванию напряжений на аккумуляторах. Если же напряжение i-го аккумулятора оказывается меньше среднего значения напряжений на аккумуляторах батареи (Ui>UC), то диоды выпрямителя его индивидуального источника оказываются закрытыми, напряжение UC на i-й аккумулятор не подается, дозаряд его не производится. При этом каждый из аккумуляторов батареи 4 отдает преобразователю постоянного напряжения 2 тем больше энергии, чем больше напряжение на нем, что также способствует выравниванию напряжений на аккумуляторах батареи.The device operates as follows. The DC voltage converter 2 generates at the outputs of the individual voltage sources U C equal to the current average voltage value on the batteries of the battery 4. If the current voltage value U i on the i-th battery of the battery 4 is less than the output voltage of the individual voltage source connected to it (U i < U C ), then the diodes of its rectifier turn out to be open, the voltage U C is supplied to the i-th battery and it is recharged to the average voltage value on the batteries of the battery 4. The smaller e the voltage on the battery U i , the greater the voltage difference ΔU = U C -U i , the more current this battery is charged from an individual source, which contributes to a more rapid equalization of voltage on the batteries. If the voltage of the ith battery turns out to be less than the average value of the voltage on the battery of the battery (U i > U C ), then the rectifier diodes of its individual source are closed, voltage U C is not supplied to the i-th battery, it is not charged. Moreover, each of the batteries of the battery 4 gives the DC / DC converter 2 the more energy, the higher the voltage on it, which also helps to equalize the voltage on the battery batteries.

Непрерывное повторение приведенных операций обусловливает в режиме автомата выравнивание напряжений аккумуляторов Ui до величины среднего значения UC, определяемого соотношением (2), и поддерживает их на этом уровне.The continuous repetition of the above operations determines in the automatic mode the alignment of the battery voltages U i to the average value U C determined by relation (2) and maintains them at this level.

Аналогичным образом происходит операция балансировки аккумуляторов при одновременном заряде аккумуляторной батареи 4 от источника ограниченной мощности 1. При этом за счет подачи выходных напряжений индивидуальных источников 2а-2м на аккумуляторы с пониженным напряжением происходит выравнивание (балансировка) напряжений на аккумуляторах батареи 4 на уровне UC с одновременным возрастанием напряжения на батарее. Если напряжение на батарее 4 достигает предельно допустимое значение, то устройство контроля напряжения 5 формирует сигнал, который поступает на вход управления источника ограниченной мощности 1 и далее на схему ШИМ-регулирования его зарядного преобразователя, который с помощью регулирующего ключа ограничивает ток заряда аккумуляторной батареи 4, или совсем прекращает его подачу. Аккумуляторная батарея 4 переводится в режим разряда. При этом отпадает необходимость в выборе и регулировании величины напряжения системы электропитания, в контроле напряжения каждого аккумулятора, что существенно сокращает объем контрольно-измерительного оборудования, упрощает процедуру балансировки и делает ее более технологичной.Similarly, the operation of balancing the batteries occurs while charging the battery 4 from a limited power source 1. In this case, by supplying the output voltages of individual sources 2a-2m to the batteries with reduced voltage, the voltage on the batteries of the battery 4 is equalized (balanced) at the level of U C s simultaneous increase in voltage on the battery. If the voltage on the battery 4 reaches the maximum permissible value, the voltage control device 5 generates a signal that is fed to the control input of the limited power source 1 and then to the PWM control circuit of its charging converter, which limits the charge current of the battery 4 with the help of an adjusting key or completely ceases to serve. Battery 4 is put into discharge mode. At the same time, there is no need to select and control the voltage of the power supply system, to control the voltage of each battery, which significantly reduces the volume of instrumentation, simplifies the balancing procedure and makes it more technological.

Байпасные заряд-разрядные цепи за счет соответствующего включения диодов, при нормальном функционировании аккумуляторов батареи 4 выключены и существенного влияния на работу схемы не оказывают. Если же внутреннее сопротивление какого-либо аккумулятора батареи 4 значительно возрастает, то включенный параллельно аккумулятору одиночный байпасный диод обеспечит прохождение на нагрузку токов разряда аккумуляторов, а три последовательно включенных байпасных диода (количество диодов зависит от величины рабочего напряжения аккумулятора) обеспечивают прохождение тока заряда через аккумулятор с возросшим внутренним сопротивлением и защищают его от перенапряжения.Bypass charge-discharge circuits due to the corresponding inclusion of diodes, during normal battery operation, the batteries 4 are turned off and do not significantly affect the operation of the circuit. If the internal resistance of any battery of battery 4 significantly increases, then a single bypass diode connected in parallel to the battery will ensure the passage of battery discharge currents to the load, and three bypass diodes connected in series (the number of diodes depends on the operating voltage of the battery) will allow the charge current to pass through the battery with increased internal resistance and protect it from overvoltage.

Таким образом, выявленные отличительные признаки обеспечивают достижение поставленной цели, они не встречались в ранее известных технических решениях в предложенной совокупности и могут быть квалифицированы как существенные отличия.Thus, the identified distinguishing features ensure the achievement of the goal, they were not found in previously known technical solutions in the proposed combination and can be qualified as significant differences.

Источники информацииInformation sources

1 Батарея 6ЛИ-25, ЖЦПИ.563561.002 ПС, разработки и изготовления предприятия ОАО "Сатурн", г.Краснодар.1 Battery 6LI-25, ZhTsPI.563561.002 Substation, development and manufacture of the enterprise OJSC Saturn, Krasnodar.

2 Патент КНР CN 1607708.2 Patent of the People's Republic of China CN 1607708.

3 Патент РФ №2408958 C1, H01M 10/44, от 03.11.2009 г.3 RF Patent No. 2408958 C1, H01M 10/44, November 3, 2009

4 Патент РФ №2334337 C1, H02J 7/35, от 13.08.2007 г.4 RF patent No. 2334337 C1, H02J 7/35, dated 13.08.2007

Claims (2)

1. Способ эксплуатации аккумуляторных батарей в автономной системе электропитания, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов, в балансировке аккумуляторов батареи по напряжению путем подзаряда их от индивидуальных источников напряжения с ограничением по величине тока балансировки посредством резисторов, отличающийся тем, что в качестве автономной системы электропитания применяют источник ограниченной мощности, например, солнечную батарею с зарядным преобразователем, содержащим схему ШИМ-регулирования, для питания индивидуальных источников напряжения используют электрическую энергию контролируемой аккумуляторной батареи, при этом аккумуляторы батареи защищают байпасными заряд-разрядными цепями, а на выходах индивидуальных источников формируют и непрерывно поддерживают напряжения, равные текущему среднему значению напряжений на аккумуляторах батареи.1. The method of operating batteries in an autonomous power supply system, which consists in conducting charge-discharge cycles, in balancing the battery voltage by charging them from individual voltage sources with a limitation on the value of the balancing current through resistors, characterized in that as an autonomous power supply system a limited power source, for example, a solar battery with a charging converter containing a PWM control circuit, is used to power an individual All voltage sources use the electric energy of a controlled rechargeable battery, while the battery is protected by bypass charge-discharge circuits, and at the outputs of individual sources they form and continuously maintain voltages equal to the current average value of the voltage on the battery. 2. Устройство эксплуатации аккумуляторных батарей в автономной системе электропитания, содержащее преобразователь постоянного напряжения с индивидуальными источниками напряжения, число которых равно числу аккумуляторов батареи и каждый из которых подключают к одному из ее аккумуляторов через ограничительный резистор и предохранитель, рассчитанный на критическую величину тока, отличающееся тем, что в него дополнительно вводят устройство контроля напряжения аккумуляторной батареи, подключаемое параллельно этой батарее, в качестве автономной системы электропитания используют источник ограниченной мощности, например, солнечную батарею с зарядным преобразователем, содержащем схему ШИМ-регулирования, выходное напряжение индивидуальных источников делают равным текущему среднему значению напряжений аккумуляторов батареи за счет соответствующего выбора коэффициента трансформации трансформатора преобразователя постоянного напряжения, при этом минусовую шину "-" автономной системы электропитания и преобразователя постоянного напряжения подключают к минусовой шине "-" аккумуляторной батареи, а ее плюсовую шину "+" и среднюю точку первичной обмотки трансформатора преобразователя постоянного напряжения подключают к плюсовой шине "+" аккумуляторной батареи, параллельно каждому аккумулятору батареи подключают диодные байпасные заряд - разрядные цепи. 2. A device for operating batteries in an autonomous power supply system, comprising a constant voltage converter with individual voltage sources, the number of which is equal to the number of battery batteries and each of which is connected to one of its batteries through a limiting resistor and fuse, designed for a critical current value, characterized in that an additional battery voltage control device, connected in parallel with this battery, as a a non-powered power system using a limited power source, for example, a solar battery with a charging converter containing a PWM control circuit, the output voltage of individual sources is equal to the current average voltage value of the battery batteries due to the appropriate selection of the transformation coefficient of the transformer of the DC / DC converter, while the negative bus - "Autonomous power supply system and DC / DC converter connected to negative not the battery “-”, but its positive “+” bus and the midpoint of the primary winding of the DC / DC transformer are connected to the positive “+” bus of the battery, diode bypass charge - discharge circuits are connected in parallel to each battery of the battery.
RU2013125960/07A 2013-06-05 2013-06-05 Method of accumulator battery operation and device for method implementation RU2543497C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125960/07A RU2543497C2 (en) 2013-06-05 2013-06-05 Method of accumulator battery operation and device for method implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125960/07A RU2543497C2 (en) 2013-06-05 2013-06-05 Method of accumulator battery operation and device for method implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013125960A RU2013125960A (en) 2014-12-10
RU2543497C2 true RU2543497C2 (en) 2015-03-10

Family

ID=53290448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125960/07A RU2543497C2 (en) 2013-06-05 2013-06-05 Method of accumulator battery operation and device for method implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2543497C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773959A (en) * 1996-01-11 1998-06-30 Lockheed Martin Corporation Lithium polymer battery charger methods and apparatus
GB2372645A (en) * 2001-02-22 2002-08-28 Metrixx Ltd Battery charging system
CN1607708A (en) * 2003-10-13 2005-04-20 上海燃料电池汽车动力系统有限公司 Equalizing circuit for lithium ion power accumulator
RU2334337C1 (en) * 2007-06-13 2008-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Method of feeding of load by direct current in autonomous electric power supply system of man-made sattelite
RU2408958C1 (en) * 2009-11-03 2011-01-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Method of using lithium-ion accumulator battery in standalone electric power supply system for artificial earth satellite

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773959A (en) * 1996-01-11 1998-06-30 Lockheed Martin Corporation Lithium polymer battery charger methods and apparatus
GB2372645A (en) * 2001-02-22 2002-08-28 Metrixx Ltd Battery charging system
CN1607708A (en) * 2003-10-13 2005-04-20 上海燃料电池汽车动力系统有限公司 Equalizing circuit for lithium ion power accumulator
RU2334337C1 (en) * 2007-06-13 2008-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Method of feeding of load by direct current in autonomous electric power supply system of man-made sattelite
RU2408958C1 (en) * 2009-11-03 2011-01-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Method of using lithium-ion accumulator battery in standalone electric power supply system for artificial earth satellite

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013125960A (en) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111942155B (en) Electric vehicle power distribution system
CN102545291B (en) Solar power storage system and solar power supply system
US20130002026A1 (en) Energy storage apparatus and energy storage system
US10193356B2 (en) Electrochemical energy accumulator and balancing method
US10447045B2 (en) Power control device, power control method, and power control system
RU2461102C1 (en) Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system
US10454286B2 (en) Conversion circuit device for uninterruptible power supply (UPS) systems
RU2411618C1 (en) Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite
JP2016535571A (en) Battery management system
WO2020022344A1 (en) Power supply system and management device
RU2479894C2 (en) METHOD TO CHARGE LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS WITH BALANCING RESISTORS CONNECTED TO THEM VIA SWITCHBOARDS
Reynaud et al. Active balancing circuit for advanced lithium-ion batteries used in photovoltaic application
RU2408958C1 (en) Method of using lithium-ion accumulator battery in standalone electric power supply system for artificial earth satellite
Ketzer et al. Evaluating circuit topologies for battery charge equalization
KR20140140182A (en) Apparatus for controlling charging and discharging of batterry for dc grid
JP6932607B2 (en) DC power supply system
CN116231875A (en) Energy storage system and control method thereof
RU2614514C2 (en) METHOD OF CHARGING LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS
RU2543497C2 (en) Method of accumulator battery operation and device for method implementation
JP3530519B2 (en) Voltage equalizing device for power storage device and power storage system provided with the device
CN202978315U (en) Battery energy equalization circuit, battery energy equalization device and energy storage system
RU2647128C2 (en) Method of lithium-ion accumulator battery charge
JP6481199B2 (en) Power control apparatus, power control method, and power control system
CN113708442A (en) Bypass type battery equalization device and control method
CN107453452B (en) Multi-cell series lithium battery based on load switch

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner