RU2622041C1 - Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2622041C1
RU2622041C1 RU2015156565A RU2015156565A RU2622041C1 RU 2622041 C1 RU2622041 C1 RU 2622041C1 RU 2015156565 A RU2015156565 A RU 2015156565A RU 2015156565 A RU2015156565 A RU 2015156565A RU 2622041 C1 RU2622041 C1 RU 2622041C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
discharge
unit
control unit
charging
Prior art date
Application number
RU2015156565A
Other languages
English (en)
Inventor
Валентин Алексеевич Костылев
Валентин Данилович Комаров
Андрей Викторович Лысов
Сергей Николаевич Слепов
Дмитрий Валентинович Майоров
Александр Владимирович Мануйлов
Петр Валентинович Комаров
Анна Валентиновна Костылева
Наталия Константиновна Третьяк
Original Assignee
Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Сигма"
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 Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Сигма" filed Critical Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Сигма"
Priority to RU2015156565A priority Critical patent/RU2622041C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2622041C1 publication Critical patent/RU2622041C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • 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

  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ускоренного заряда никель-кадмиевых батарей, формирования и восстановления их емкости при вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании, регламентных работах. Техническим результатом является увеличение надежности работы устройства заряда и разряда аккумуляторных батарей, снижение требований к емкости буферного накопителя и расширение его функциональных возможностей. Способ включает синхронизированное смещение по времени разрядных импульсов, контроль скорости нарастания тока, а также управление скоростью изменения тока для уменьшения уровня излучаемых помех. В качестве устройства, реализующего способ, использована многоканальная автоматизированная система заряда аккумуляторных батарей с блоком управления режимом асимметричного тока, блоком рекуперации энергии разрядного импульса и разрядного постоянного тока и буферным накопителем энергии. В разрядно-зарядные блоки каждого канала данной системы введены блок синхронизации режима асимметричного тока, блок управления скоростью изменения тока и блок управления режимом работы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности, касается ускоренного заряда никель-кадмиевых батарей, формирования и восстановления их емкости при вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании, регламентных работах.
Известны способы ускоренного формирования и восстановления емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током. Заряд батареи ведут разнополярными импульсами тока со стабилизированными амплитудами разрядного и зарядного токов, процесс заряда прекращают при достижении напряжения на батарее порогового значения, контроль напряжения на батарее производят в паузе между зарядным и разрядным импульсами тока. (Патенты России №2313863, 2313864).
К недостаткам данных способов относится невозможность их применения в многоканальных системах заряда аккумуляторных батарей из-за возникновения в них больших общих импульсных токов, протекающих в системе, увеличения уровня излучаемых помех и высоких требований к емкости буферного накопителя.
Наиболее известна система автоматического контроля и заряда аккумуляторных батарей, включающая блок управления заряда и разряда, блок зарядно-разрядный, блок управления и индикации, блок управления режимом работы, блок питания, блок управления режимом асимметричного тока, блок интерфейса с микроконтроллерным устройством аккумуляторной батареи. В системе имеются блок обратного преобразования энергии разряда и буферный накопитель энергии. В системе ограниченное количество каналов - 4. (Заявка на полезную модель №2015117818/28 от 12.05.2015 г., положительное решение от 11.06.2015).
Наиболее известен способ ускоренного формирования и восстановления емкости аккумуляторных батарей асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов с паузами между ними. (Заявка на полезную модель №2015117818/28 от 12.05.2015 г., положительное решение от 11.06.2015).
Недостатком этого способа является то, что из-за отсутствия синхронизированного смещения по времени разрядных импульсов в 4 каналах системы возникают большие значения суммарного тока, а без контроля за скоростью нарастания силы и спада тока в системе возникает большой уровень помех, при этом количество каналов ограничено четырьмя.
Технический результат: увеличение надежности работы системы заряда и разряда аккумуляторных батарей за счет минимизирования общих импульсных токов, протекающих в системе, уменьшения уровня излучаемых помех, снижения требований к емкости буферного накопителя и расширение функциональных возможностей системы за счет увеличения количества обслуживаемых каналов.
Данный результат достигается тем, что в способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, включающий заряд батарей с чередованием зарядного и разрядного импульсов с паузами между ними, введены синхронизированные смещения разрядных импульсов по времени относительно друг друга и контроль скорости нарастания тока, а управление спектром излучаемых помех осуществляют изменением скорости нарастания и спада тока, при этом в автоматизированную систему заряда и разряда аккумуляторных батарей, включающую источник питания, систему управления, блок сохранения режимов, блок управления и индикации, блок зарядно-разрядный, содержащий управляемый стабилизатор напряжения, цифроаналоговый преобразователь установки напряжения, цифроаналоговый преобразователь установки тока, блок интерфейса с микроконтроллерным устройством аккумуляторной батареи, нормирующий усилитель измерения напряжения, нормирующий усилитель измерения тока, измерительный резистор, опорный резистор, дифференциальный усилитель, двухтактный усилитель мощности и блок обратного преобразования энергии разряда введены блок синхронизации режима асимметричного тока, соединенный с центральным процессором с одной стороны и с блоком управления режимом асимметричного тока зарядно-разрядного блока, а с другой стороны блок управления скоростью изменения тока, связанный с цифроаналоговым преобразователем тока и центральным процессором, при этом блок управления асимметричным током и блок управления режимом работы введены в зарядно-разрядный блок.
На фиг. 1 представлен график зависимости тока заряда-разряда аккумуляторной батареи от времени в течение одного периода данного процесса.
Реализация способа пояснена на фиг. 2 (формирование фронтов импульсов разряда для уменьшения уровня излучаемых помех, смещение по времени разрядных импульсов и график суммарного тока разряда).
На фиг. 3 представлена схема устройства для его осуществления.
Для осуществления предлагаемого способа необходимо произвести следующие операции заряд аккумуляторных батарей с чередованием зарядного и разрядного импульсов с паузами между ними с периодом Т.
Период процесса заряда аккумуляторных батарей асимметричным током содержит восемь стадий:
1. Нарастание зарядного тока до значения Iзар в течение отрезка времени [t0,t1) продолжительностью tф.зар.
2. Заряд АБ током Iзар в течение отрезка времени [t1,t2) продолжительностью tзар.
3. Снижение зарядного тока до 0 в течение отрезка времени [t2,t3) продолжительностью tф.зар.
4. Выдержка бестоковой паузы в течение отрезка времени [t3,t4) продолжительностью tбт.
5. Нарастание разрядного тока до значения Iразр в течение отрезка времени [t4,t5) продолжительностью tф.paзp.
6. Разряд АБ током Iразр в течение отрезка времени [t5,t6) продолжительностью tpзар.
7. Снижение разрядного тока до 0 в течение отрезка времени [t6,t7) продолжительностью tф.paзp.
8. Выдержка бестоковой паузы в течение отрезка времени [t7,t8) продолжительностью tбт.
Где Iзар - сила тока заряда АБ;
Iразр - сила тока разряда АБ;
t0 - время начала очередного периода процесса заряда АБ, начало нарастания тока заряда;
t1 - время окончания нарастания зарядного тока, начало процесса заряда АБ;
t2 - время окончания процесса заряда АБ, начало спада тока заряда;
t3 - время окончания спада тока заряда, начало защитного промежутка с нулевым током;
t4 - время завершения защитного промежутка с нулевым током, начало нарастания тока разряда;
t5 - время окончания нарастания тока разряда, начало процесса разряда АБ;
t6 - время окончания процесса разряда АБ, начало спада тока разряда;
t7 - время окончания спада тока разряда, начало защитного промежутка с нулевым током;
t8 - время завершения защитного промежутка с нулевым током, начало следующего цикла заряда-разряда;
tф.зар - продолжительность нарастания/спада тока заряда;
tф.разр - продолжительность нарастания/спада тока разряда;
tбт - продолжительность паузы между режимами заряда и разряда с нулевым значением тока.
Представим ток разряда, протекающий через батарею в течение периода Т, в виде кусочно-линейной функции:
Figure 00000001
Где t - переменная времени.
Введем смещение функции тока в j-м канале по времени на величину Δtj∈[0,T-(tбт+2tф.разр+tразр)].
Тогда суммарный разрядный ток в многоканальной системе принимает следующий вид:
Figure 00000002
где М - количество работающих в настоящий момент каналов системы.
Iразр.j - сила тока разряда АБ в j-м канале;
Δtj - смещение по времени функции тока в j-м канале.
Вычисляем значение смещений по времени Δtj, минимизирующих следующий функционал:
Figure 00000003
где IΣmax - максимальное значение суммарного разрядного тока, достигаемое в течение цикла разряда-заряда.
Управление спектром излучаемых помех, вносимых переходными процессами в силовых цепях, производится изменением времени нарастания и спада тока tф. Спектр и величина излучаемых помех зависят от скорости изменения тока VI и величины тока.
Вводим ограничение-равенство на скорость нарастания тока размерностью А/мс:
VI=Vconst,
где VI - скорость нарастания тока в системе,
Vconst - некоторое выбранное числовое значение.
Находим tф.разр для j-го канала:
Figure 00000004
где tф.разр.j - время нарастания и спада тока разряда в j-м канале,
Iразр.j - ток разряда в j-м канале,
Vconst - заданная, постоянная скорость нарастания силы тока в системе.
Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током реализуется системой автоматического контроля и заряда АБ, состоящей из источника питания 1, включающего преобразователь 7, подсоединенный к блоку питания 8 и буферному накопителю энергии 9, блока сохранения режимов при пропадании питания 5, блока управления 2, содержащего центральный процессор 10, блок памяти программ 11, блок памяти параметров АБ 12, блок интерфейса с ПЭВМ 13. Аккумуляторная батарея 31 связана с зарядно-разрядным блоком 6, включающим блок управления режимом асимметричного тока 18, блок управления режимом работы 19, блок интерфейса с микроконтроллерным устройством АБ 23, нормирующий усилитель измерения напряжения 24, двухтактный усилитель мощности 29, дифференциальный усилитель 28, соединенные с управляемым стабилизатором напряжения 20 и с другой стороны с нормирующим усилителем измерения тока 25, соединенным с центральным процессором 10. Двухтактный усилитель мощности 29 соединен с цифроаналоговым преобразователем установки тока 22 через опорный резистор 27 и измерительный резистор 26, а также блоком обратного преобразования энергии разряда 30, соединенным с буферным накопителем энергии 9 и управляемым стабилизатором напряжения 20, соединенным с цифроаналоговым преобразователем установки напряжения 21, соединенным с центральным процессором 10. Центральный процессор 10 через блок контроля скорости изменения тока 32 подключен к цифроаналоговому преобразователю установки тока 22 и через блок синхронизации режима асимметричного тока 4 к блокам управления режимом асимметричного тока 18, к блоку памяти программ 11, блоку памяти параметров аккумуляторной батареи 12, к блоку интерфейса с ПЭВМ 13, а также к контроллеру блока управления и индикации 14, присоединенному к блоку графического интерфейса пользователя 15, к блоку звуковой сигнализации 16. Блок управления и индикации 3 включает контроллер 14, блок графического интерфейса пользователя 15, блок звуковой сигнализации 16 и блок органов управления 17.
Автоматическая система заряда аккумуляторных батарей работает следующим образом:
Аккумуляторную батарею (АБ) 31 подключают к системе с помощью блока управления и индикации 3 и устанавливают тип батареи и режим заряда номинальным, средним током, режим быстрого заряда током, равным емкости батареи или режим заряда асимметричным током и производят пуск системы. Включают центральный процессор 10 в соответствии с программой, загруженной в блок памяти программ 11 в выбранном канале режим разряда. Двухтактный усилитель мощности 30 переводят в режим разряда стабильным током путем подключения блока управления заданным режимом работы 19. Величину силы тока определяют центральным процессором 10 через цифроаналоговый преобразователь установки тока 22. Ограничение скорости изменения установленного значения силы тока осуществляют с помощью блока контроля изменения скорости тока. При поступлении в аккумуляторную батарею стабильного тока начинают работать нормирующий усилитель измерения тока 25 и нормирующий усилитель измерения напряжения 24. Данные о напряжении АБ и силе тока разряда поступают в центральный процессор 10. Питание управляемого стабилизатора напряжения 20 всех каналов осуществляют с помощью буферного накопителя энергии 9. Падение напряжения на АБ определяют с помощью центрального процессора 10. На блок графического интерфейса пользователя 15 выводят текущее время разряда батареи и напряжение на батарее. По конечному времени разряда АБ определяют остаточную емкость батареи. Устанавливают режим заряда АБ стабильным или асимметричным током, подключая цифроаналоговый преобразователь установки тока 22 и блок управления заданным режимом работы 19 через блок управления асимметричным током 18 и блок синхронизации режима асимметричного тока 4. Энергию разрядных импульсов возвращают на вход управляемого стабилизатора напряжения 20 первого канала с помощью блока обратного преобразования энергии разряда 30 в режиме заряда АБ асимметричным током. Избыток энергии поступает в буферный накопитель 9, от которого поступает питание к управляемым стабилизаторам напряжения других каналов.

Claims (2)

1. Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током, включающий заряд аккумуляторных батарей асимметричным током с чередованием зарядного и разрядного импульсов с паузами между ними, отличающийся тем, что в него вводят синхронизированное смещение разрядных импульсов по времени относительно друг друга и контроль скорости нарастания тока, при этом управление спектром излучаемых помех осуществляют изменением скорости нарастания и спада тока.
2. Устройство автоматического контроля и заряда аккумуляторных батарей, включающее блок управления, блок сохранения режимов, блок управления и индикации, источник питания с буферным накопителем энергии, блок зарядно-разрядный для каждого канала системы, содержащий управляемый стабилизатор напряжения, соединенный с двухтактным усилителем мощности и дифференциальным усилителем, подключенными к нормирующему усилителю измерения тока, соединенному с центральным процессором, цифроаналоговый преобразователь установки тока, соединенный с двухтактным усилителем мощности через опорный и измерительный резисторы, подключенным к блоку обратного преобразования разряда, соединенному с буферным накопителем энергии и управляемому стабилизатором напряжения, соединенным с цифроаналоговым преобразователем установки напряжения, блок интерфейса с микроконтроллерным устройством аккумуляторной батареи, нормирующий усилитель измерения напряжения, отличающееся тем, что в него введен блок синхронизации режима асимметричного тока, соединенный с центральным процессором с одной стороны и с блоком управления режимом работы - с другой, а в блок зарядно-разрядный введены блок управления скоростью изменения тока, соединенный с цифроаналоговым преобразователем тока и центральным процессором, блок управления режимом асимметричного тока, подключенный к центральному процессору через блок синхронизации режима асимметричного тока и блок управления режимом работы, соединенный через блок управления асимметричным током, блок синхронизации режима асимметричного тока с центральным процессором.
RU2015156565A 2015-12-28 2015-12-28 Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления RU2622041C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156565A RU2622041C1 (ru) 2015-12-28 2015-12-28 Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156565A RU2622041C1 (ru) 2015-12-28 2015-12-28 Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2622041C1 true RU2622041C1 (ru) 2017-06-09

Family

ID=59032029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156565A RU2622041C1 (ru) 2015-12-28 2015-12-28 Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2622041C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1654920A1 (ru) * 1985-04-19 1991-06-07 Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского Устройство дл зар да аккумул торной батареи асимметричным током
EP0444617A3 (en) * 1990-02-28 1992-07-08 Hitachi Maxell Ltd. Method of charging secondary batteries
DE69222642T2 (de) * 1992-03-16 1998-04-23 Zip Charge Co Schnell-lader und schnell-lademethode für nickel kadmium batterie
RU2313864C1 (ru) * 2006-05-10 2007-12-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Способ ускоренного формирования и восстановления емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током
RU2319275C1 (ru) * 2006-08-15 2008-03-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током
US7573234B1 (en) * 2005-11-28 2009-08-11 Quallion Llc System having electronics for dropping current of battery pack
WO2014043615A1 (en) * 2012-09-15 2014-03-20 Texas Instruments Incorporated System and method for battery pack management using predictive balancing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1654920A1 (ru) * 1985-04-19 1991-06-07 Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского Устройство дл зар да аккумул торной батареи асимметричным током
EP0444617A3 (en) * 1990-02-28 1992-07-08 Hitachi Maxell Ltd. Method of charging secondary batteries
DE69222642T2 (de) * 1992-03-16 1998-04-23 Zip Charge Co Schnell-lader und schnell-lademethode für nickel kadmium batterie
US7573234B1 (en) * 2005-11-28 2009-08-11 Quallion Llc System having electronics for dropping current of battery pack
RU2313864C1 (ru) * 2006-05-10 2007-12-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Способ ускоренного формирования и восстановления емкости закрытых никель-кадмиевых аккумуляторных батарей при помощи заряда асимметричным током
RU2319275C1 (ru) * 2006-08-15 2008-03-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током
WO2014043615A1 (en) * 2012-09-15 2014-03-20 Texas Instruments Incorporated System and method for battery pack management using predictive balancing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3566281B1 (en) System and method for battery pack
CN1531770B (zh) 对具有非液体电解质的可充电电池进行充电的方法和设备
KR102376225B1 (ko) 변조된 펄스 충전
US3816806A (en) Method and apparatus for charging batteries
JPS6289430A (ja) 蓄電池の充電制御装置
CN102130666A (zh) 占空比调节电路及方法
US9853477B2 (en) Systems and methods of adaptive battery charging
MX2019012523A (es) Aparato y metodo de agregar y suministrar energia.
CN104126263A (zh) 电压平衡控制装置
CN106537749A (zh) 用于控制输出电压的方法和装置以及适配器
CN205693563U (zh) 基于Buck变换器的改进型脉冲序列控制装置
CN105553002B (zh) 一种移动电源的充放电管理方法及集成电路
US20210152008A1 (en) Battery device and control method thereof
RU2622041C1 (ru) Способ заряда аккумуляторных батарей асимметричным током и устройство для его осуществления
WO2016199008A1 (en) Method for controlling the battery capacity of a secondary battery and battery-driven household electrical appliance
KR102063949B1 (ko) 보호회로모듈을 이용한 배터리의 저온 방지 장치
JP2018133330A (ja) バッテリパックを充電するためのシステムおよび方法
CN205509552U (zh) 一种智能快速充电装置
CN105915143A (zh) 主轴电机驱动系统、装置以及方法
CN110212611A (zh) 一种随行食品加工机的充电控制方法
CN104009625A (zh) 响应于电容器上电荷来确定信号的特征
RU2521607C1 (ru) Способ ускоренного формирования и восстановления емкости никель-кадмиевых аккумуляторов переменным асимметричным током
CN204089310U (zh) 一种直流电机驱动电源
JP2018169237A (ja) 蓄電制御装置、蓄電制御システム、サーバ、蓄電制御方法及びプログラム
WO2016203234A1 (en) Voltage regulators

Legal Events

Date Code Title Description
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20181011

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171229