RU2613684C2 - Automated system for fast charging the asymmetric current batteries - Google Patents

Automated system for fast charging the asymmetric current batteries Download PDF

Info

Publication number
RU2613684C2
RU2613684C2 RU2015137658A RU2015137658A RU2613684C2 RU 2613684 C2 RU2613684 C2 RU 2613684C2 RU 2015137658 A RU2015137658 A RU 2015137658A RU 2015137658 A RU2015137658 A RU 2015137658A RU 2613684 C2 RU2613684 C2 RU 2613684C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
charge
interface
battery
block
Prior art date
Application number
RU2015137658A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015137658A (en
Inventor
Юрий Данилович Мишин
Виктор Степанович Сидоров
Олег Викторович Сушко
Original Assignee
Акционерное общество "Электроавтоматика"
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 Акционерное общество "Электроавтоматика" filed Critical Акционерное общество "Электроавтоматика"
Priority to RU2015137658A priority Critical patent/RU2613684C2/en
Publication of RU2015137658A publication Critical patent/RU2015137658A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2613684C2 publication Critical patent/RU2613684C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H02J7/00716Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current in response to integrated charge or discharge current
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: automated device for rapid charge batteries asymmetric shocks contains a power unit comprising a first filter unit, the unit regulated power charge-discharge current, the second filter unit, power amplifiers, power connection of the batteries and the control system comprising a control unit connected with display unit, an audio alarm unit of pulse width modulation (PWM) reference unit and the unit charge algorithm analog-digital conversion (ADC), a current flow sensor, the voltage sensor unit. The power unit introduced unit load coupled to the first filter unit and the controllable source of the charge-discharge current RCCB photovoltaic batteries, the diode connected to the first filter unit, and the control system put the voltage sensor unit coupled to the ADC block unit interface by interface SMBus connected to the unit (ISU) of the control module and the control and management, built-in battery, amplifier unit connected to the ADC unit and the current sensor unit, interface unit via the I2C interface connected to the control unit, the input-output unit connected to a personal computer.
EFFECT: provision of stabilizing charge-discharge current.

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ускоренного заряда аккумуляторных батарей (АБ) на основе преобразователей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for accelerated charging of rechargeable batteries (AB) based on converters with pulse-width modulation (PWM).

Уровень техникиState of the art

Известно устройство [патент Российской федерации №2319275, H02J 7/10, 2006] для автоматического ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током. Данное устройство предназначено для заряда никель-кадмиевых и никель-металлогидридных АБ. В устройстве реализованы два режима заряда. Первый режим - заряд осуществляется без предварительного доразряда асимметричным током со стабилизированными амплитудами зарядного и разрядного токов, второй режим - заряд осуществляется постоянным током с предварительным доразрядом. Цепь разряда состоит из АБ 14, блока подключения аккумуляторных батарей 11, блока фильтров 21, блока регулируемого источника заряд-разрядного тока 18 и блока разряда конденсаторов (нагрузки) 22. Цепь заряда состоит из блока регулируемого источника зарядного тока 17, блока фильтров 20, блока регулируемого источника заряд-разрядного тока 18, фильтра 21, блока подключения аккумуляторных батарей 11 и АБ 14. Блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 18 является дуальным преобразователем. При разряде АБ блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 18 обеспечивает стабилизацию разрядного тока, блок обеспечивает регулировочную характеристику повышающего импульсного преобразователя. При заряде АБ блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 18 служит для A device is known [patent of the Russian Federation No. 2319275, H02J 7/10, 2006] for automatic accelerated charging of batteries with asymmetric current. This device is designed to charge nickel-cadmium and nickel-metal hydride batteries. The device has two charge modes. The first mode - the charge is carried out without preliminary discharge by an asymmetric current with stabilized amplitudes of the charging and discharge currents, the second mode - the charge is carried out by direct current with a preliminary additional discharge. The discharge circuit consists of AB 14, a battery connection unit 11, a filter unit 21, an adjustable charge-discharge current source unit 18 and a capacitor discharge (load) unit 22. The charge circuit consists of an adjustable charge current source unit 17, a filter unit 20, a unit an adjustable source of charge-discharge current 18, a filter 21, a unit for connecting batteries 11 and AB 14. The block of an adjustable source of charge-discharge current 18 is a dual converter. When discharging the battery, the block of an adjustable source of charge-discharge current 18 provides stabilization of the discharge current, the block provides the adjustment characteristic of the boost pulse converter. When charging the battery, the unit of an adjustable source of charge-discharge current 18 serves to

поддержания уровня зарядного тока в соответствии с режимом заряда при достаточной величине входного напряжения, блок обеспечивает регулировочную характеристику только понижающего импульсного преобразователя. Блок регулируемого источника зарядного тока 17 (выполнен по схеме повышающего преобразователя) служит для повышения входного напряжения, если это необходимо для поддержания уровня зарядного тока в соответствии с режимом заряда.maintaining the level of the charging current in accordance with the charge mode with a sufficient value of the input voltage, the unit provides the adjustment characteristic of only the step-down pulse converter. Block adjustable source of charging current 17 (made according to the scheme of the boost Converter) is used to increase the input voltage, if necessary, to maintain the level of the charging current in accordance with the charge mode.

Недостатки данного устройства заключаются в следующем:The disadvantages of this device are as follows:

- для заряда АБ с напряжением, близким или выше питающего напряжения, требуется блок регулируемого источника зарядного тока (повышающий преобразователь) 17, так как блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 18 схемотехнически выполнен как понижающий преобразователь при заряде и не обеспечивает поддержания уровня зарядного тока в этом случае;- to charge a battery with a voltage close to or higher than the supply voltage, a block of an adjustable source of charge current (boost converter) 17 is required, since the block of an adjustable source of charge-discharge current 18 is designed as a step-down converter when charging and does not maintain the level of the charge current in in this case;

- нет режима, обеспечивающего двухступенчатый заряд литий-ионных аккумуляторов;- there is no mode that provides a two-stage charge of lithium-ion batteries;

- нет возможности вести заряд от батареи фотоэлектричесой;- there is no way to charge the battery with photoelectric;

- нет функции связи с модулем контроля и управления (МКУ) АБ по интерфейсу SMBus;- there is no communication function with the control and management module (MCU) of the AB through the SMBus interface;

- нет связи с персональным компьютером (ПК) по USB интерфейсу. Известно устройство [патент Российской федерации №2318285, H02J 7/10, 2006] для автоматического ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током. Данное устройство предназначено для заряда никель-кадмиевых и никель-металлогидридных АБ. В устройстве реализованы два режима заряда. Первый режим - заряд осуществляется без предварительного доразряда асимметричным током со стабилизированными амплитудами зарядного и разрядного токов, второй режим - заряд осуществляется постоянным током с предварительным доразрядом. Цепь разряда состоит из АБ 14, блока подключения АБ 11, блока фильтров 23, блока регулируемого источника разрядного тока 20, блока разряда конденсаторов (нагрузки) 24. Цепь заряда состоит из блока регулируемого источника зарядного тока 19, - there is no connection with a personal computer (PC) via USB interface. A device is known [patent of the Russian Federation No. 2318285, H02J 7/10, 2006] for automatic accelerated charging of batteries with asymmetric current. This device is designed to charge nickel-cadmium and nickel-metal hydride batteries. The device has two charge modes. The first mode - the charge is carried out without preliminary discharge by an asymmetric current with stabilized amplitudes of the charging and discharge currents, the second mode - the charge is carried out by direct current with a preliminary additional discharge. The discharge circuit consists of AB 14, the connection block AB 11, the filter block 23, the block of the adjustable discharge current source 20, the block of the discharge of capacitors (load) 24. The charge circuit consists of the block of the regulated source of charging current 19,

блока фильтров 20, блока регулируемого источника зарядного тока 18, блока фильтров 23, блока подключения аккумуляторных батарей 11, АБ 14. Блок регулируемого источника зарядного тока 18 не является дуальным импульсным преобразователем, поэтому для реализации разряда АБ введен блок регулируемого источника разрядного тока 20. Блок регулируемого источника разрядного тока 20 служит для поддержания уровня разрядного тока. Блок регулируемого источника зарядного тока (18) служит для поддержания уровня зарядного тока в соответствии с режимом заряда при достаточной величине входного напряжения, блок обеспечивает регулировочную характеристику только понижающего импульсного преобразователя. Блок регулируемого источника зарядного тока (19) служит для повышения входного напряжения, если это необходимо для поддержания уровня зарядного тока в соответствии с режимом заряда.filter block 20, block of an adjustable source of charging current 18, block of filters 23, block of connecting batteries 11, AB 14. The block of adjustable source of charging current 18 is not a dual pulse converter, therefore, to implement the discharge of AB introduced block adjustable source of discharge current 20. Block adjustable discharge current source 20 is used to maintain the level of discharge current. The unit of an adjustable charging current source (18) serves to maintain the level of the charging current in accordance with the charge mode with a sufficient input voltage, the unit provides an adjustment characteristic of only a step-down pulse converter. The block of an adjustable charging current source (19) serves to increase the input voltage, if necessary, to maintain the level of the charging current in accordance with the charge mode.

Недостатки данного устройства заключаются в следующем:The disadvantages of this device are as follows:

- для заряда АБ с напряжением, близким или выше питающего напряжения, требуется блок регулируемого источника зарядного тока (повышающий преобразователь) 19, т.к. блок регулируемого источника зарядного тока 18 схемотехнически выполнен как понижающий преобразователь и не обеспечивает поддержания уровня зарядного тока в этом случае;- for a battery charge with a voltage close to or higher than the supply voltage, an adjustable charging current source unit (boost converter) 19 is required, because block adjustable source of charging current 18 is schematically designed as a step-down converter and does not provide maintenance of the level of the charging current in this case;

- блок регулируемого источника зарядного тока 18 не обеспечивает разряд АБ (т.е. не является дуальным), что привело к введению в зарядное устройство (ЗУ) блока регулируемого источника разрядного тока 20 для разряда АБ;- the unit of the regulated source of charging current 18 does not provide a discharge of the battery (i.e., is not dual), which led to the introduction into the charger (charger) of the unit of the regulated source of discharge current 20 for the discharge of battery;

- нет режима, обеспечивающего двухступенчатый заряд литий-ионных аккумуляторов;- there is no mode that provides a two-stage charge of lithium-ion batteries;

- нет возможности вести заряд от батареи фотоэлектричесой;- there is no way to charge the battery with photoelectric;

- нет функции связи с МКУ АБ по интерфейсу SMBus;- there is no communication function with the MCU AB via the SMBus interface;

- нет связи с ПК по USB интерфейсу.- no connection with PC via USB interface.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей предлагаемого изобретения является разработка автоматизированного устройства для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, обеспечивающего:The task of the invention is to develop an automated device for accelerated charging of batteries with asymmetric current, providing:

- стабилизацию зарядно-разрядного тока за счет применения дуального DC-DC преобразователя, имеющего регулировочную характеристику как повышающего, так и понижающего преобразователя при заряде и разряде;- stabilization of the charge-discharge current due to the use of a dual DC-DC converter having the adjusting characteristic of both the raising and lowering converters during charge and discharge;

- связь по интерфейсу SMBus с модулем контроля и управления АБ;- Communication via the SMBus interface with the AB control and management module;

- двухступенчатый заряд литий-ионных АБ;- two-stage charge of lithium-ion batteries;

- связь по интерфейсу USB с персональным компьютером;- USB communication with a personal computer;

- заряд от батареи фотоэлектрической.- The charge from the photoelectric battery.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к обеспечению:The technical result that can be achieved using the invention is to ensure:

- стабилизации зарядно-разрядного тока за счет применения дуального DC-DC преобразователя, имеющего регулировочную характеристику как повышающего, так и понижающего преобразователя при заряде и разряде;- stabilization of the charge-discharge current due to the use of a dual DC-DC converter having the adjusting characteristic of both an increasing and decreasing converter when charging and discharging;

- связи по интерфейсу SMBus с модулем контроля и управления АБ;- communication via the SMBus interface with the AB control and management module;

- двухступенчатого зарядя литий-ионных АБ;- two-stage charging lithium-ion batteries;

- связи по интерфейсу USB с персональным компьютером;- USB communication with a personal computer;

- заряда от батареи фотоэлектрической.- charge from a photoelectric battery.

Технический результат достигается за счет реализации дуального DC-DC преобразователя, имеющего регулировочную характеристику как повышающего, так и понижающего преобразователя при заряде и разряде (выполнен по топологии - синхронный SEPIC преобразователь), а также расширения функциональных возможностей изделия за счет введения интерфейса SMBus для связи с МКУ АБ, двухступенчатого заряда литий-ионных АБ, связи по интерфейсу USB с персональным компьютером и работы ЗУ от батареи фотоэлектрической.The technical result is achieved through the implementation of the dual DC-DC converter, which has the control characteristic of both an increase and decrease converter when charging and discharging (performed according to the topology - synchronous SEPIC converter), as well as expanding the product’s functionality by introducing an SMBus interface for communication with MKU AB, a two-stage charge of lithium-ion batteries, USB communication with a personal computer, and the operation of the charger from a photovoltaic battery.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 представлено автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током (блок-схема).In FIG. 1 shows an automated device for accelerated charging of batteries with asymmetric current (block diagram).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства. Устройство включает силовую часть зарядного устройства (СЧЗУ) и систему управления зарядным устройством (СУЗУ). СУЗУ состоит из блока стабилизации 3 и блока ввода-вывода 5. Блок стабилизации состоит из микроконтроллера (МК) 4 и соединенных с ним блоком датчика напряжения 15, блоком датчика напряжения 16, блоком датчика тока 17, блоком индикации 25, блоком звуковой сигнализации 26. Блок МК 4 состоит из блока управления 24 и соединенных с ним блоком ШИМ 18, блоком сопряжения по интерфейсу SMbus 19, блоком аналого-цифрового преобразования (АЦП) 20, блоком усилителей 21, блоком задания алгоритма заряда 22, блоком сопряжения по интерфейсу I2C 23. Блок ввода-вывода 5 соединен с персональным компьютером 6. Блок МКУ 14 соединен с блоком сопряжения по интерфейсу SMbus 19. Питающее напряжение подается на блок фильтров 7. Выход блока фильтра 7 соединен с блоком нагрузки 10 и блоком регулируемого источника заряд-разрядного тока 8. Выход блока регулируемого источника заряд-разрядного тока 8 соединен с входом блока фильтра 9. Выход блока фильтра 9 соединен с блоком подключения АБ и самой АБ. Выход блока ШИМ 18 соединен с входом блока усилителей 11, выход которого соединен с блоком регулируемого источника заряд-разрядного тока 8.In FIG. 1 shows a block diagram of a device. The device includes the power part of the charger (CMS) and the control system of the charger (CMS). The control system consists of a stabilization unit 3 and an input-output unit 5. The stabilization unit consists of a microcontroller (MK) 4 and a voltage sensor unit 15 connected to it, a voltage sensor unit 16, a current sensor unit 17, an indication unit 25, an audible alarm unit 26. Block MK 4 consists of a control unit 24 and connected to it by a PWM block 18, a conjugation block via the SMbus 19 interface, an analog-to-digital conversion (ADC) block 20, an amplifier block 21, a charge algorithm task unit 22, and a pairing block via the I2C 23 interface. The input / output unit 5 is connected to computer 6. The MKU 14 is connected to the interface unit via the SMbus interface 19. The supply voltage is supplied to the filter unit 7. The output of the filter unit 7 is connected to the load unit 10 and the unit of the regulated charge-discharge current source 8. The output of the block of the regulated charge-discharge source current 8 is connected to the input of the filter unit 9. The output of the filter unit 9 is connected to the connection unit of the battery and the battery itself. The output of the PWM block 18 is connected to the input of the amplifier block 11, the output of which is connected to the block of an adjustable charge-discharge current source 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении устройства блок МК 4 инициализирует записанную в блок задания алгоритма заряда 22 программу, которая устанавливает выходные сигналы портов ввода-вывода в начальное состояние, контролирует входные сигналы портов ввода-вывода и АЦП. Сигналы с выхода блока МК 4 запирают блок усилителей 11 во избежание открытия силовых элементов схемы 1 СЧЗУ. Блок ввода-вывода 5 служит для отображения информации на алфавитно-цифровом дисплее и управления устройством. Обмен информацией между блоком ввода-вывода 5 и блоком стабилизации 3 осуществляется по интерфейсу 12C. С помощью блока ввода-вывода 5 оператор вручную выбирает тип и режим для никель-кадмиевой, никель-металлогидридной или литий-ионной (без встроенного МКУ с интерфейсом SMBus) АБ. Режим заряда асимметричным током предусмотрен только для никель-кадмиевых и никель-металлогидридных АБ. Параметры заряда для выбранного типа АБ передаются в блок стабилизации 3. Блок управления 24 анализирует полученную информацию и выбирает из блока задания алгоритма заряда 22 алгоритм, соответствующий заряду данного типа батареи. При подключении АБ с МКУ зарядное устройство по интерфейсу SMBus считывает данные (токи, напряжения окончания заряда и т.д.) и в автоматическом режиме начинает процесс заряда. Заряд осуществляется в автоматическом режиме без участия оператора, все параметры заряда задает сама батарея. В процессе заряда параметры (емкость АБ, число циклов и т.д.), считанные из МКУ АБ, через блок стабилизации 3 передаются в блок ввода-вывода 5, где отображаются на алфавитно-цифровом дисплее (АЦД). При подключении батареи фотоэлектрической блок МК 4 через блок датчика напряжения 15 определяет наличие подключение к ЗУ последней. Алгоритм заряда от батареи фотоэлектрической реализуется по принципу поиска максимальной мощности путем коротких периодических изменений положения рабочей точки.When the device is turned on, the MK 4 unit initializes the program recorded in the charge algorithm task unit 22, which sets the output signals of the input-output ports to the initial state, controls the input signals of the input-output and ADC ports. The signals from the output of block MK 4 lock the block of amplifiers 11 to prevent the opening of the power elements of the circuit 1 of the control system. The input-output unit 5 is used to display information on an alphanumeric display and control the device. The exchange of information between the input-output unit 5 and the stabilization unit 3 is carried out on the interface 12C. Using input / output unit 5, the operator manually selects the type and mode for nickel-cadmium, nickel-metal hydride or lithium-ion (without built-in MCU with SMBus interface) of the battery. The asymmetric charge mode is provided only for nickel-cadmium and nickel-metal hydride batteries. The charge parameters for the selected type of battery are transferred to the stabilization unit 3. The control unit 24 analyzes the received information and selects from the charge algorithm task unit 22 an algorithm corresponding to the charge of this type of battery. When the battery is connected to the MCU, the charger uses the SMBus interface to read data (currents, charge voltage, etc.) and automatically start the charging process. The charge is carried out automatically without operator intervention, all parameters of the charge are set by the battery itself. In the process of charging, the parameters (battery capacity, number of cycles, etc.) read from the MCU of the battery are transferred through the stabilization unit 3 to the input-output unit 5, where they are displayed on an alphanumeric display (ADC). When the battery is connected, the MK 4 photovoltaic unit through the voltage sensor unit 15 determines whether the latter is connected to the charger. The photoelectric battery charge algorithm is implemented according to the principle of finding maximum power by means of short periodic changes in the position of the operating point.

Если задан заряд асимметричным током (для никель-кадмиевой или никель-металлогидридной АБ) блок ввода-вывода 5 выдает параметры режима заряда в блок стабилизации 3 в соответствии с выбранным типом и режимом заряда АБ. Блок управления 24 выдает сигналы управления зарядом на блок ШИМ 18 и сигнал на блок индикации 25. Сигналы, поступающие с блока ШИМ 18 на блок усилителей 11 и далее на блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, устанавливают амплитуды и длительности зарядных и разрядных импульсов согласно выбранному типу АБ. Блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8 является дуальным, т.е. обеспечивает протекания тока в двух направлениях - зарядного или разрядного. При формировании разрядного импульса энергия накапливается во входных конденсаторах блока фильтра, а затем используется для формирования зарядного импульса, т.е. осуществляется рекуперация энергии. Амплитуды зарядного и разрядного импульса контролируются с помощью сигналов, поступающих с блока датчика тока 17 на блок усилителей 21 и далее на блок АЦП 20. В ходе заряда контролируется напряжение АБ, сигнал с АБ через блок датчика напряжения 16 поступает на блок АЦП 20. По окончании процесса заряда блок управления 24 прекращает подачу сигналов управления на блок ШИМ 18, на выходах которого устанавливаются уровни, запирающие блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, батарея отключается от зарядной цепи. Блок управления 24 подает сигнал в блоки индикации 25, звуковой сигнализации 26, ввода-вывода 5 о нормальном завершении процесса заряда.If the charge is specified by an asymmetric current (for nickel-cadmium or nickel-metal hydride AB), the input-output unit 5 provides the parameters of the charge mode to the stabilization unit 3 in accordance with the selected type and mode of charge of the AB. The control unit 24 provides charge control signals to the PWM block 18 and a signal to the display unit 25. The signals from the PWM block 18 to the amplifier block 11 and then to the block of an adjustable charge-discharge current source 8 set the amplitudes and durations of the charge and discharge pulses according to selected type of battery. The block of an adjustable source of charge-discharge current 8 is dual, i.e. provides current flow in two directions - charging or discharge. When a discharge pulse is formed, energy is accumulated in the input capacitors of the filter unit, and then it is used to form a charge pulse, i.e. energy recovery is carried out. The amplitudes of the charging and discharge pulses are controlled using signals from the current sensor block 17 to the amplifier block 21 and then to the ADC block 20. During the charge, the voltage of the battery is monitored, the signal from the battery through the voltage sensor block 16 is sent to the ADC block 20. At the end of the charging process, the control unit 24 stops supplying control signals to the PWM unit 18, at the outputs of which levels are set that lock the unit of the adjustable charge-discharge current source 8, the battery is disconnected from the charging circuit. The control unit 24 provides a signal to the display units 25, an audible alarm 26, I / O 5 about the normal completion of the charging process.

Если задан ускоренный режим (для никель-кадмиевой или никель-металлогидридной АБ) заряда постоянным током, то алгоритм заряда соответствует вышеописанному, но в процессе заряда блок регулируемого источника заряд-разрядного тока формирует только зарядный ток.If the accelerated mode (for nickel-cadmium or nickel-metal hydride AB) is set for direct current charging, then the charging algorithm corresponds to the above, but during the charging process, the unit of the regulated charge-discharge current source generates only the charging current.

Если задан стандартный режим (для никель-кадмиевой или никель-металлогидридной АБ) заряда постоянным током, блок управления 24 выдает сигналы управления разрядом на блок ШИМ 18 и сигналы свечения на блок индикации 25. Сигнал с блока ШИМ 18, поступающий на блок усилителей 11 и далее на блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, устанавливает амплитуду разрядного тока согласно выбранному типу АБ. Амплитуда разрядного тока контролируется с помощью сигнала, поступающего с блока датчика тока 17 на блок АЦП 20. Энергия разряда гасится в блоке нагрузки 10, представляющем собой резистор и ключ. В ходе разряда в соответствии с алгоритмом контролируется напряжение АБ. По достижении конечного разрядного напряжения блок управления 24 прекращает подачу сигналов управления в блок ШИМ 18, на выходе которого устанавливается уровень, запирающий блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8. Далее блок управления 24 выдают сигналы управления зарядом на блок ШИМ 18. Сигналы, поступающие с блока ШИМ 18 на блок усилителей 11 и далее на блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, устанавливают амплитуду зарядного тока согласно выбранному типу АБ. Амплитуда зарядного тока контролируются с помощью сигнала, поступающего с блока датчика тока 17 на блок усилителей 21 и далее на блок АЦП 20. В ходе заряда контролируется напряжение АБ, сигнал с АБ через блок датчика напряжения 16 поступает на блок АЦП 20. По окончании процесса заряда блок управления 24 прекращает подачу сигналов управления на блок ШИМ 18, на выходах которого устанавливаются уровни, запирающие блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, батарея отключается от зарядной цепи. Блок управления 24 подает сигнал в блоки индикации 25, звуковой сигнализации 26, ввода-вывода 5 о нормальном завершении процесса заряда. If the standard mode (for nickel-cadmium or nickel-metal hydride AB) of a constant current charge is set, the control unit 24 provides discharge control signals to the PWM unit 18 and glow signals to the display unit 25. The signal from the PWM unit 18 arrives at the amplifier unit 11 and Further, on the block of an adjustable source of charge-discharge current 8, sets the amplitude of the discharge current according to the selected type of battery. The amplitude of the discharge current is controlled by a signal from the current sensor unit 17 to the ADC unit 20. The discharge energy is extinguished in the load unit 10, which is a resistor and a key. During the discharge, in accordance with the algorithm, the voltage of the battery is monitored. Upon reaching the final discharge voltage, the control unit 24 stops supplying control signals to the PWM unit 18, at the output of which a level is established that locks the adjustable source of charge-discharge current 8. The control unit 24 then provides charge control signals to the PWM unit 18. Signals from block PWM 18 on the block of amplifiers 11 and then on the block of an adjustable source of charge-discharge current 8, set the amplitude of the charging current according to the selected type of AB. The amplitude of the charging current is controlled using the signal from the current sensor block 17 to the amplifier block 21 and then to the ADC unit 20. During the charge, the voltage of the battery is monitored, the signal from the battery through the voltage sensor block 16 is sent to the ADC unit 20. At the end of the charging process the control unit 24 stops the supply of control signals to the PWM unit 18, at the outputs of which levels are set that lock the unit of the adjustable charge-discharge current source 8, the battery is disconnected from the charging circuit. The control unit 24 provides a signal to the display units 25, an audible alarm 26, I / O 5 about the normal completion of the charging process.

Если задан ускоренный режим заряда для литий-ионной АБ (без встроенного МКУ с интерфейсом SMBus), блок управления 24 выдает сигналы управления зарядом на блок ШИМ 18 и сигналы свечения на блок индикации 25. Заряд проходит в комбинированном режиме: вначале при постоянном токе до напряжения 4,2 В/элемент, затем при постоянном напряжении. Сигнал, поступающий с блока ШИМ 18 на блок усилителей 11 и далее на блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, устанавливает амплитуду зарядного тока согласно выбранному типу АБ. Амплитуда зарядного тока контролируются с помощью сигнала, поступающего с блока датчика тока 17 на блок усилителей 21 и далее на блок АЦП 20. В ходе заряда контролируется напряжение АБ, сигнал с АБ через блок датчика напряжения 16 поступает на блок АЦП 20. При достижении напряжения 4,2 В/элемент блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8 переходит в режим стабилизации напряжения. Процесс заряда продолжается при спадающем токе. По окончании процесса заряда (прекращается при достижении минимального значения тока, задан в соответствии с выбранным типом АБ) блок управления 24 прекращает подачу сигналов управления на блок ШИМ 18, на выходах которого устанавливаются уровни, запирающие блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, батарея отключается от зарядной цепи. Блок управления 24 подает сигнал в блоки индикации 25, звуковой сигнализации 26, ввода-вывода 5 о нормальном завершении процесса заряда.If the accelerated charge mode is set for a lithium-ion battery (without a built-in MCU with SMBus interface), the control unit 24 provides charge control signals to the PWM unit 18 and glow signals to the display unit 25. The charge passes in the combined mode: first, at constant current to voltage 4.2 V / cell, then at constant voltage. The signal from the PWM block 18 to the amplifier block 11 and then to the block of an adjustable source of charge-discharge current 8 sets the amplitude of the charging current according to the selected type of battery. The amplitude of the charging current is controlled using the signal from the current sensor block 17 to the amplifier block 21 and then to the ADC unit 20. During the charge, the voltage of the battery is monitored, the signal from the battery through the voltage sensor block 16 is sent to the ADC unit 20. When voltage 4 is reached , 2 V / element, the block of an adjustable source of charge-discharge current 8 goes into voltage stabilization mode. The charge process continues with a decreasing current. At the end of the charging process (it stops when the minimum current value is reached, it is set in accordance with the selected type of battery), the control unit 24 stops supplying control signals to the PWM 18, at the outputs of which levels are set that lock the block of the adjustable charge-discharge current source 8, the battery is turned off from the charging circuit. The control unit 24 provides a signal to the display units 25, an audible alarm 26, I / O 5 about the normal completion of the charging process.

При подключении литий-ионной АБ (со встроенным МКУ с интерфейсом SMbus) блок сопряжения по интерфейсу SMbus 19 считывает информацию с МКУ. Блок задания алгоритма заряда 22 формирует режим в соответствии с параметрами, считанными из МКУ АБ. Заряд осуществляется в автоматическом режиме. Параметры, считанные из МКУ АБ, передаются на блок ввода-вывода, где отображаются на блоке АЦД. Процесс заряда аналогичен вышеописанному для литий-ионной АБ.When connecting a lithium-ion battery (with built-in MCU with SMbus interface), the interface unit on the SMbus 19 interface reads information from the MCU. The unit for setting the charge algorithm 22 forms a mode in accordance with the parameters read from the MCU AB. The charge is carried out automatically. The parameters read from the MCU AB are transferred to the input-output block, where they are displayed on the ADC block. The charge process is similar to that described above for lithium-ion AB.

Если подключена батарея фотоэлектрическая, на вход блока управления 24 поступает сигнал с входа блока датчика напряжения 15, сигнализирующий о наличии батареи фотоэлектрической. Для всех типов батарей, можно выбрать только ускоренный режим заряда постоянным током. Блок управления 24 выдает сигналы управления зарядом на блок ШИМ 18 и сигналы свечения на блок индикации 25. Сигнал, поступающий с блока ШИМ 18 на блок усилителей 17 и далее на блок регулируемого источника заряд-разрядного тока 8, устанавливает амплитуду зарядного тока согласно выбранному типу АБ. В случае нехватки энергии реализуется алгоритм заряда по принципу поиска максимальной мощности путем коротких периодических изменений положения рабочей точки. При недостаточной освещенности батареи фотоэлектрической - ток заряда не стабилизирован. В ходе заряда контролируется напряжение АБ, сигнал с АБ через блок датчика напряжения 16 поступает на блок АЦП 20. По окончаниипроцесса заряда блок управления 24 прекращает подачу сигналов управления на блок ШИМ 18, на выходах которого устанавливаются уровни, запирающие блок регулируемого источника заряд-разрядного тока, батарея отключается от зарядной цепи. Блок управления 24 подает сигнал в блоки индикации 25, звуковой сигнализации, ввода-вывода о нормальном завершении процесса заряда.If a photoelectric battery is connected, a signal from the input of the voltage sensor unit 15 is received at the input of the control unit 24, indicating the presence of a photoelectric battery. For all types of batteries, only the accelerated charge mode with direct current can be selected. The control unit 24 provides charge control signals to the PWM block 18 and glow signals to the display unit 25. The signal from the PWM block 18 to the amplifier block 17 and then to the block of an adjustable charge-discharge current source 8 sets the amplitude of the charging current according to the selected type of battery . In the event of a lack of energy, a charge algorithm is implemented according to the principle of finding maximum power by means of short periodic changes in the position of the operating point. In case of insufficient illumination of the photoelectric battery, the charge current is not stabilized. During the charge, the voltage of the battery is monitored, the signal from the battery through the voltage sensor block 16 is fed to the ADC unit 20. At the end of the charging process, the control unit 24 stops supplying control signals to the PWM block 18, at the outputs of which levels blocking the block of the regulated charge-discharge current source are set , the battery disconnects from the charging circuit. The control unit 24 provides a signal to the display units 25, an audible alarm, I / O on the normal completion of the charging process.

Ведение в силовую часть зарядного устройства (СЧЗУ) блока регулируемого источника заряд-разрядного тока, построенного по принципу дуального преобразователя и имеющего регулировочную характеристику как повышающего, так и понижающего преобразователя при заряде и разряде приводит к исключению одновременного применения нескольких преобразователей, способных работать только как повышающий или понижающий, что приводит к уменьшение массы, габаритов и стоимости.Keeping in the power part of the charging device (SCZU) a block of an adjustable source of charge-discharge current, built on the principle of a dual converter and having the adjustment characteristic of both an increasing and decreasing converter when charging and discharging, eliminates the simultaneous use of several converters that can only work as an increasing or lowering, which leads to a decrease in weight, size and cost.

Введение блока сопряжения SMBus обеспечивает автоматический заряд литий-ионных АБ (при наличии МКУ с интерфейсом SMBus). При появлении новых АБ с аналогичным интерфейсом не потребуется перепрограммировать и перенастраивать ЗУ, поскольку все параметры заряда содержатся в МКУ АБ, ЗУ по интерфейсу SMBus считает параметры и установит АБ на заряд.The introduction of the SMBus interface unit provides automatic charging of lithium-ion batteries (in the presence of MCUs with the SMBus interface). When new batteries with a similar interface appear, it will not be necessary to reprogram and reconfigure the charger, since all the charge parameters are contained in the battery management center, the charger considers the parameters via the SMBus interface and sets the battery to charge.

Введение в систему алгоритма заряда по принципу поиска точки максимальной мощности позволило обеспечить заряд АБ от батареи фотоэлектрической.The introduction of a charge algorithm in the system according to the principle of searching for the maximum power point made it possible to ensure the battery charge from a photoelectric battery.

Введение блока сопряжения USB позволило обеспечить взаимодействие ЗУ с ПК. Данные об АБ (зарядно/разрядные графики напряжения, данные с МКУ АБ и т.д.) могут быть сохранены на ПК в базе данных для последующего анализа.The introduction of the USB interface unit allowed the memory to interact with the PC. Data on the battery (charge / discharge voltage graphs, data from the MCU of the battery, etc.) can be stored on a PC in a database for subsequent analysis.

Claims (1)

Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащее силовую часть, включающую первый блок фильтров, блок регулируемого источника заряд-разрядного тока, второй блок фильтров, блок усилителей, блок подключения аккумуляторных батарей, и систему управления, включающую блок управления, соединенный с блоком индикации, блоком звуковой сигнализации, блоком широтно-импульсной модуляции (ШИМ), блоком задания алгоритма заряда и блоком аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок датчика тока, блок датчика напряжения, отличающееся тем, что в силовую часть введены блок нагрузки, соединенный с первым блоком фильтров и блоком регулируемого источника заряд-разрядного тока, вывод для подключения батареи фотоэлектрической, диод, соединенный с первым блоком фильтров, а в систему управления введены блок датчика напряжения, соединенный с блоком АЦП, блок сопряжения по интерфейсу SMbus, соединенный с блоком управления и модулем контроля и управления (МКУ), встроенный в аккумуляторную батарею, блок усилителей, соединенный с блоком АЦП и блоком датчика тока, блок сопряжения по интерфейсу I2C, соединенный с блоком управления, блок ввода-вывода, соединенный с персональным компьютером.An automated device for accelerated charging of batteries with an asymmetric current, comprising a power unit including a first filter unit, an adjustable charge-discharge current source unit, a second filter unit, an amplifier unit, a battery connection unit, and a control system including a control unit connected to the unit indications, an audible alarm unit, a pulse width modulation (PWM) unit, a charge algorithm task unit and an analog-to-digital conversion (ADC) unit, the sensor unit then ka, voltage sensor unit, characterized in that a load unit connected to the first filter unit and an adjustable charge-discharge current source unit, a photoelectric battery connection terminal, a diode connected to the first filter unit, and a control system are introduced into the power section a voltage sensor unit connected to the ADC unit, an SMbus interface interface unit connected to the control unit and a control and management module (MCU) integrated in the battery, an amplifier unit connected to the ADC unit and Locke current sensor interface unit through interface I2C, is connected to a control unit, an input-output unit connected with a personal computer.
RU2015137658A 2015-09-03 2015-09-03 Automated system for fast charging the asymmetric current batteries RU2613684C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137658A RU2613684C2 (en) 2015-09-03 2015-09-03 Automated system for fast charging the asymmetric current batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137658A RU2613684C2 (en) 2015-09-03 2015-09-03 Automated system for fast charging the asymmetric current batteries

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015137658A RU2015137658A (en) 2017-03-09
RU2613684C2 true RU2613684C2 (en) 2017-03-21

Family

ID=58453225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015137658A RU2613684C2 (en) 2015-09-03 2015-09-03 Automated system for fast charging the asymmetric current batteries

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613684C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679883C1 (en) * 2018-02-13 2019-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Device for monitoring and managing the charge of batteries

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5905361A (en) * 1994-09-01 1999-05-18 Fujitsu Limited Charging-and-discharging device, constant-voltage and constant-current control circuit, and electronic device
RU2318285C1 (en) * 2006-06-30 2008-02-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Automatic device for accelerated charge of storage batteries with asymmetric current
RU2319275C1 (en) * 2006-08-15 2008-03-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Computerized device for high-speed charge of storage batteries with asymmetric current

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5905361A (en) * 1994-09-01 1999-05-18 Fujitsu Limited Charging-and-discharging device, constant-voltage and constant-current control circuit, and electronic device
RU2318285C1 (en) * 2006-06-30 2008-02-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Automatic device for accelerated charge of storage batteries with asymmetric current
RU2319275C1 (en) * 2006-08-15 2008-03-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Computerized device for high-speed charge of storage batteries with asymmetric current

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679883C1 (en) * 2018-02-13 2019-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Device for monitoring and managing the charge of batteries

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015137658A (en) 2017-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3347939B1 (en) Battery with a voltage regulation device
KR0173961B1 (en) Mode conversion type battery charging apparatus
EP3518377B1 (en) Electronic cigarette, and power supply structure thereof
CN101604860B (en) Battery management systems and method for charging battery pack with multiple batteries
US20150189916A1 (en) Electronic smoking device
US20120025752A1 (en) Battery charger
EP3445422B1 (en) Multi-mode power supply system for a portable infusion device
US9419472B2 (en) Mobile device solar powered charging apparatus, method, and system
CN106712159A (en) Lithium battery fast charging and discharging device and lithium battery fast charging and discharging method
KR20180087014A (en) Battery pack, management method of the same, and vehicle comprisin the same
CN104078716B (en) Battery charging method and processor
WO2019218316A1 (en) Storage battery maintainer and method, and electronic device
CN108988412A (en) A kind of accumulator charging and discharging control method
RU2613684C2 (en) Automated system for fast charging the asymmetric current batteries
US9425648B2 (en) Mobile device solar powered charging apparatus, method, and system
JP3104747U (en) Solar battery charger
CN204116873U (en) Electronic cigarette controller
CN210490543U (en) Multi-stage energy storage element parallel charging and discharging system
RU98071U1 (en) AUTOMATIC CONTROL SYSTEM AND CHARGING BATTERIES
RU2319275C1 (en) Computerized device for high-speed charge of storage batteries with asymmetric current
US20210006087A1 (en) Charging method and charger
CN112398204B (en) Intelligent auxiliary heating method, equipment and storage medium for lithium battery
RU2318285C1 (en) Automatic device for accelerated charge of storage batteries with asymmetric current
KR101243694B1 (en) Power storage apparatus comprising different storage battery type and solar streetlight using the same
CN202930977U (en) Lithium battery charger with temperature detection

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170904