RU2626378C1 - Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки - Google Patents

Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки Download PDF

Info

Publication number
RU2626378C1
RU2626378C1 RU2016133997A RU2016133997A RU2626378C1 RU 2626378 C1 RU2626378 C1 RU 2626378C1 RU 2016133997 A RU2016133997 A RU 2016133997A RU 2016133997 A RU2016133997 A RU 2016133997A RU 2626378 C1 RU2626378 C1 RU 2626378C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
transformer
voltage
microcontroller
output
Prior art date
Application number
RU2016133997A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Васильевич Бахмутов
Юрий Александрович Сизов
Анатолий Матвеевич Ревонченков
Владимир Васильевич Чернокозов
Алексей Алексеевич Гордеев
Максим Евгеньевич Ким
Original Assignee
Сергей Васильевич Бахмутов
Юрий Александрович Сизов
Анатолий Матвеевич Ревонченков
Владимир Васильевич Чернокозов
Алексей Алексеевич Гордеев
Максим Евгеньевич Ким
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 Сергей Васильевич Бахмутов, Юрий Александрович Сизов, Анатолий Матвеевич Ревонченков, Владимир Васильевич Чернокозов, Алексей Алексеевич Гордеев, Максим Евгеньевич Ким filed Critical Сергей Васильевич Бахмутов
Priority to RU2016133997A priority Critical patent/RU2626378C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2626378C1 publication Critical patent/RU2626378C1/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
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • 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)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов в блоке, установленном на транспортном средстве. Устройство содержит источник питания в виде блока рабочих аккумуляторов (1), систему (2) режима потребления и зарядки блока аккумуляторов, согласующую цепочку, состоящую из параллельно подключенным разделительного конденсатора (3) и резистора (4), группу однопозиционных электромеханических ключей, общие электрические шины (6) и (7), двухпозиционный электромеханический ключ (8), два разнонаправленных параллельных диода (9), соединенных с одной из встречно включенных первичных обмоток трансформатора (10), параллельно к которым подсоединены сглаживающие конденсаторы (11) и (12), двухпозиционный электромеханический ключ (13), операционный усилитель (14), а его выход через переменный резистор (15) обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора (10) и к входам компараторов (16) и (17), вторые входы которых подключены к делителю напряжения 18, выходы компараторов 16 и 17 подключены к микроконтроллеру (19), который одной шиной связан с индикатором (20), а другой шиной с демультиплексором (21). Микроконтроллер (19) управляющим импульсом связан с входом схемы совпадения (22) и операционным усилителем (23), а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу (26), служащему для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания. Вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер (19) связан с входом триггера (24) выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход которого связан с входом операционного усилителя (25), а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу (26), обеспечивающему нужную полярность подключения резервного аккумулятора (28) к двум общим электрическим шинам (6) и (7), резервный аккумулятор (28) через постоянный резистор (29) подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора (27). 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов в блоке, установленном на транспортном средстве, например, гибридном автомобиле или электромобиле.
Из уровня техники известно устройство подзарядки аккумуляторных батарей гибридного автомобиля, установленных на транспортном средстве по патенту на изобретение (RU 2524352, МПК (2006.01): Н021М 10/48, H02J 7/2, Н02М 9/4, H02J 7/34, опубликованный 27.07.2014 г.), содержащее источник питания, накопительную емкость, датчик тока и электронные электромеханические ключи, причем, в режиме подзарядки аккумуляторная батарея в блоке одним из электронных ключей, подключается по сигналу датчика тока к предварительно заряженному конденсатору от источника питания. Устройство обеспечивает оценку состояния заряда каждой аккумуляторной батареи и их заряда посредством источника питания.
К недостаткам известного аналога относится то, что:
- устройство не позволяет контролировать аккумуляторные батареи в блоке с общим напряжением свыше сотен вольт, поскольку мультиплексоры и полевые транзисторы, используемые в этой схеме, не выдерживают такие большие напряжения;
- в устройстве используются специальные диоды, которые при постоянном включении значительно повышают внутреннее сопротивление батареи и вызывают дополнительные потери мощности батареи, идущей на их нагрев в открытом состоянии;
- устройство для своей реализации требует большое количество дополнительных компонентов, приходящихся на каждый аккумулятор батареи (датчики тока - L, конденсатор - С, полевой транзистор - VT, диод - VD), поэтому при большом количестве аккумуляторов в батарее, составляющем сотни штук в блоке, получается неоправданно громоздкая конструкция.
- устройство также не позволяет контролировать каждый отдельный аккумулятор в батарее.
Из уровня техники известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное по авторскому свидетельству на изобретение (SU 1408504, МПК4: Н02М 3/07, опубликованное 07.07.1988 г.), который содержит резервную аккумуляторную батарею GB1, задающий генератор на элементах (DD1.1-DD1.3), двухразрядный счетчик на D-триггерах (DD2.1, DD2.2), двойной четырехканальный мультиплексор (DD3) и емкостный накопитель-делитель - конденсаторы (С2-С5).
При наличии напряжения в бортовой сети устройство работает в режиме деления ее напряжения и подзарядки батареи GB1. Буферный режим обеспечен двунаправленным мультиплексором DD3, который поочередно подключает батарею параллельно одному из конденсаторов С2-С5 емкостного делителя напряжения. В результате батарея заряжается до напряжения, равного четверти напряжения бортовой сети.
В момент пропадания напряжения в сети преобразователь автоматически переходит в режим умножения напряжения резервной батареи. В этом режиме конденсаторы С2-С5 через мультиплексор DD3 последовательно заряжаются от батареи GB1, а поскольку они соединены последовательно, на выходе устройства создается напряжение, равное учетверенному напряжению батареи, которое питает не только обслуживаемое электронное устройство, но и микросхемы самого преобразователя.
Однако, у данного аналога, при использовании его в качестве устройства контроля и подзарядки блока аккумуляторов гибридной комбинированной энергетической установки (КЭУ) есть ряд недостатков:
- устройство не позволяет контролировать аккумуляторы в блоке с напряжением выше сотен вольт, поскольку мультиплексоры и полевые транзисторы, используемые в этой схеме, также не выдерживают такие большие напряжения;
- токи подзарядки малы по величине и подзаряд аккумуляторов осуществляется только в импульсном режиме.
- погрешность контроля параметров аккумуляторов увеличена из-за относительно высокого сопротивления открытых каналов мультиплексоров в сравнении с внутренним сопротивлением аккумуляторов.
Наиболее близко, по технической сущности, к предлагаемому изобретению относится устройство балансировки заряда с конденсаторным распределителем, описанное в книге (IntroductiontoHybridVehicleSystemModelingandControlCopyright © 2013 JohnWiley&Sons, Inc., Author(s): WeiLiuPublishedOnline: 14 MAR2013 10:41 AMEST, PrintISBN: 9781118308400 OnlineISBN: 9781118407400DOI: 10.1002/9781118407400AJOHNWILEY&SONS, INC., PUBLICATION, c. 181-185), принятое нами за прототип и содержащее систему выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов включающую микроконтроллер, источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, при этом все положительные полюса аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к одной общей электрической шине, а все положительные полюса блока аккумуляторов с четными номерами к другой общей электрической шине, группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей для коммутации проблемного аккумулятора, пару двухпозиционных электромеханических ключей осуществляющих коммутацию конденсатора к аккумулятору, конденсатор для выравнивания степени заряженности проблемного аккумулятора.
К недостаткам указанного устройства относится отсутствие возможности контроля степени заряженности и отсутствие технической реализации автоматизации работы данного устройства на транспортном средстве, в частности на гибридных автомобилях. Кроме того, из-за большого количества переключений надежность работы двухпозиционных электромеханических ключей в устройстве сильно ограничена.
Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации блока аккумуляторов, а также универсальности в режиме работы энергопотребления и зарядки блока аккумуляторов.
Технический результат заключается в том, что повысить надежность и увеличить срок эксплуатации блока из нескольких аккумуляторов возможно посредством эффективного автоматического контроля и управления процессом выравнивания степени заряженности каждого аккумулятора в блоке аккумуляторов, установленных на транспортном средстве гибридного автомобиля, а также универсальности в режиме работы энергопотребления и зарядки блока аккумуляторов.
Технический результат достигается за счет того, что устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов содержит систему выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов включающую микроконтроллер, источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, при этом все положительные полюса аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к одной общей электрической шине, а все положительные полюса блока аккумуляторов с четными номерами к другой общей электрической шине, группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей для коммутации проблемного аккумулятора, пару двухпозиционных электромеханических ключей, осуществляющих коммутацию накопительного конденсатора к рабочему аккумулятору, отличие, согласно изобретения состоит в том, что устройство дополнительно снабжено системой контроля и первичного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, состоящей из двух диодов, согласующего конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором, трансформатора с четырьмя обмотками, двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей, операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, переменного резистора регулирования коэффициента усиления тока обратной связи, делителя напряжения на трех переменных резисторах, подключенных к разнополярному относительно земли источнику опорного напряжения, двух компараторов, микроконтроллера, индикатора, сдвоенного демультиплексора, при этом два разнонаправленных параллельных диода через общую точку присоединения одними выводами через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа подключены к одной из общих шин (а), а другими выводами соединены один с верхней, другой с нижней первичными обмотками трансформатора; согласующая цепочка, состоящая из разделительного конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором своим нижним концом подключена к общей точке соединения первичных обмоток трансформатора, а верхним концом подключена к нормально замкнутому контакту двухпозиционного электромеханического ключа и через него ко второй общей электрической шине (б);
каждый из двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей подключен параллельно к первичным обмоткам трансформатора; средняя точка последовательно соединенных вторичных обмоток трансформатора заземлена;
нижний вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к повторителю на операционном усилителе, а его выход через переменный резистор обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора и к входам компараторов; вторые входы каждого из компараторов подключены к делителю напряжения источника разнополярного относительно земли опорного напряжения, причем один из компараторов настроен на срабатывание от положительных уровней входного напряжения, другой компаратор настроен на срабатывание отрицательных уровней входного напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора, а с помощью переменных резисторов делителя напряжения задаются положительные и отрицательные пороги срабатывания компараторов; выходы компараторов подключены к микроконтроллеру, который информационной шиной связан с индикатором, а управляющей шиной с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора, обеспечивающего последовательное подключение аккумуляторов в блоке к двум общим электрическим шинам через управляющие обмотки однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей при их попарном подключении к двум общим электрическим шинам, причем полярность подключения нечетных и четных аккумуляторов к двум общим электрическим шинам периодически изменяется на противоположную;
устройство снабжено системой управления процессом окончательного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов состоящей из микроконтроллера, триггера, устройства совпадения, двух операционных усилителей, пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам, четырех ограничительных резисторов тока управления обмотками двухпозиционных электромеханических ключей, накопительного конденсатора, резервного аккумулятора и постоянного резистора, ограничивающего ток выравнивания, при этом микроконтроллер выходом, вырабатывающим управляющий импульс, длительность которого соответствует времени задержки сигнала, связан с входом схемы совпадения и входом операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а выход операционного усилителя через ограничивающие ток резисторы на время длительности импульса задержки подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания; вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер связан с входом триггера выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход триггера связан со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения связан с входом другого операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам; накопительный конденсатор через контакты пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания и другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам при их замыкании, подсоединяется на время длительности импульса задержки соответственно к общим электрическим шинам, а резервный аккумулятор через резистор ограничивающий ток подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора.
Кроме того отличия также состоят в том, что первичные обмотки трансформатора включены встречно относительно средней точки; два сглаживающих конденсатора выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей подключены к первичным обмоткам трансформатора; индикатор выполнен с возможностью отображения порядкового номера проблемного аккумулятора в блоке и его состояния перезаряда или недозаряда; количество сдвоенных демультиплексоров и количество однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей может быть увеличено пропорционально количеству контролируемых аккумуляторов в блоке; время длительности импульса задержки от микроконтроллера является регулируемым и определяется опытным путем; переменный резистор обратной связи, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, выполняет функцию регулировки тока перезарядки аккумуляторов блока.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов.
Устройство по предложенному изобретению содержит источник питания в виде блока последовательно соединенных из (n) рабочих аккумуляторов 1 (A1, А2, A3, …, An-1, An), систему потребления и зарядки 2 (СПЗ) блока аккумуляторов 1 КЭУ в условиях эксплуатации, согласующую цепочку, состоящую из разделительного конденсатора 3 (С1) с параллельно подключенным к нему постоянным резистором 4 (R1), группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей 5 (SF1, SF2, SF3, SF4, …, SFn, SFn+1) с малым внутренним сопротивлением (например, герконы), общие электрические шины 6 (a) и 7 (б), причем положительные полюса блока из последовательно соединенных (n) рабочих аккумуляторов 1 с нечетными номерами (SF1, SF3, …), подключены к одной общей электрической шине 6 (a), а все положительные полюса блока из последовательно соединенных рабочих аккумуляторов 1 с четными номерами (SF2, SF4, …) к другой общей электрической шине 7 (б). К шине 6 (a) через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 8 (SFk1) подключены два разнонаправленных параллельных диода 9 (D1, D2), каждый из которых другим выводом последовательно соединен с одной из встречно включенных относительно средней точки первичных обмоток трансформатора 10 (Т), параллельно к которым подсоединены сглаживающие конденсаторы 11 (С2) и 12 (С3), а к общей точке соединения первичных обмоток трансформатора 10 (Т) подключена согласующая цепочка, состоящая из разделительного конденсатора 3 (С1) с параллельно подключенным к нему постоянным резистором 4 (R1), второй конец, указанной ранее цепочки, подключен через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 13 (SFk2) к общей электрической шине 7 (б), средняя точка вторичных обмоток трансформатора 10 (Т) заземлена, причем один конец вторичной обмотки трансформатора 10 (Т) подключен к повторителю на операционном усилителе 14 (ОУ1), а его выход через переменный резистор обратной связи 15 (Roc) подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора 10 (Т) и к входам компараторов 16 (К1) и 17 (К2), вторые входы каждого из компараторов 16 (К1) и 17 (К2), подключены к делителю напряжения 18 источника разнополярного относительно земли опорного напряжения, причем один из компараторов 16 (К1) настроен на срабатывание от положительных уровней входного напряжения, другой компаратор 17 (К2) настроен на срабатывание от отрицательных уровней входного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора, а с помощью переменных резисторов (R2, R3, R4) делителя напряжения 18 задаются положительные и отрицательные пороги срабатывания компараторов 16 (К1) и 17 (К2), выходы компараторов 16 (К1) и 17 (К2) подключены к микроконтроллеру 19 (МК), который информационной шиной связан с индикатором 20 (HG), а управляющей шиной с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора 21 (DMS), обеспечивающего последовательное подключение рабочих аккумуляторов 1 (А1, А2, А3, …, An-1, An) в блоке к двум общим электрическим шинам через управляющие обмотки нормально разомкнутых однопозиционных электромеханических ключей при их попарном подключении к двум общим электрическим шинам 6 (a), 7 (б), причем, полярность подключения нечетных и четных аккумуляторов к двум общим электрическим шинам 6 (a), 7б) периодически изменяется на противоположную, микроконтроллер 19 (МК), вырабатывающий управляющий импульс, длительностью соответствующей времени задержки сигнала, связан с входом схемы совпадения 22 (СС) и операционным усилителем 23 (ОУ2), включенным по схеме повторителя напряжения, а выход операционного усилителя 23 (ОУ2), через ограничивающие ток резисторы (R7, R8) на время длительности импульса задержки подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2), служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер 19 (МК) связан с входом триггера 24 (ТТ) выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход триггера 24 (ТТ) связан со вторым входом схемы совпадения 22 (СС), выход указанной схемы совпадения 22 (СС), связан со входом другого операционного усилителя 25 (ОУЗ), включенного по схеме повторителя напряжения, а его выход через ограничивающие ток резисторы (R5, R6), подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2), обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора 28 (G1) к двум общим электрическим шинам 6 (a) и 7 (б), накопительный конденсатор 27 (С4) через контакты пары двухпозиционных электромеханических ключей 8 (SFk1) и 13 (SFk2), служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, и другой пары двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2), обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам 6 (a) и 7 (б) при их замыкании, подсоединяется на время длительности импульса задержки соответственно к общим электрическим шинам, а резервный аккумулятор 28 (G1) через постоянный резистор 29 (R9), ограничивающий ток выравнивания, подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора 27 (С4).
Предложенное устройство работает следующим образом.
Система автоматического контроля и первичного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов.
По сигналам микроконтроллера 19, подаваемым на вход адресной коммутации сдвоенного демультиплексора 21 с числом выходов (n) в каждом демультиплексоре 21 осуществляется последовательное подключение рабочих аккумуляторов 1 в блоке КЭУ через однопозиционные нормально-разомкнутые электромеханические ключи (n+1) с малым внутренним сопротивлением к общим шинам 6 (a) и 7 (б), причем, все положительные полюса блока рабочих аккумуляторов 1 с нечетными номерами (SF1, SF3, …), подключены к одной общей электрической шине 6 (a), а все положительные полюса блока рабочих аккумуляторов 1 с четными номерами (SF2, SF4, …) к другой общей электрической шине 7 (б). В результате на электрических шинах 6 (a), и 7/б) происходит чередование положительных и отрицательных напряжений, которые от электрической шины 6 (a), через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 8 (SFk1), цепочку из двух разнонаправленных параллельных диодов 9 (D1, D2), подаются на встречно включенные, относительно общей точки, первичные обмотки трансформатора 10(Т) и от общей точки указанной первичной обмотки трансформатора 10 (Т) через параллельную цепочку из разделительного конденсатора 3 (C1) и постоянного резистора 4 (R1) и через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа 13 (SFk2) на общий электрический провод 7 (б), при этом, если в блоке у каждого рабочего аккумулятора 1 одинаковая степень заряженности, то на вторичной низковольтной обмотке трансформатора 10 (Т) напряжение будет близко к нулю и если хотя бы один рабочий аккумулятор 1 из блока окажется перезаряженным или недозаряженнным, то на вторичной низковольтной обмотке трансформатора 10 появится соответственно положительный или отрицательный импульс с амплитудой, пропорциональной величине разбаланса.
С помощью операционного усилителя 14 (ОУ1) осуществляется согласование выходного и входного сопротивлений вторичных обмоток трансформатора 10 (Т), а с помощью переменного резистора 15 (Roc) в цепи обратной связи производится плавная регулировка тока перезарядки и, следовательно, первичное выравнивание степени заряженности рабочих аккумуляторов блока 1, поскольку, например, при уменьшении сопротивления переменного резистора 15 (Roc) обратной связи происходит увеличение потребляемой мощности во вторичной обмотке трансформатора 10 (Т), ток выравнивания рабочих аккумуляторов 1, протекающий через первичную обмотку трансформатора 10 (Т), также возрастает и выравнивание степени заряженности рабочих аккумуляторов в блоке 1 будет происходить более эффективно.
С верхнего конца вторичной обмотки трансформатора 10 (Т) сигнал подается на первые входы двух компараторов 16 (К1) и 17 (К2), а на их вторые входы от источника разнополярного относительно земли источника опорного напряжения Еоп через делитель 18 на сопротивлениях резисторов (R2, R3, R4) задаются опорные напряжения порога срабатывания: положительные для компаратора 16 (К1) и отрицательные для компаратора 17 (К2).
При превышении амплитуды импульса рассогласования заданного на делителе напряжения 18, с помощью резисторов (R2, R3, R4) заданного положительного и отрицательного порогов срабатывания компараторов 16 (К1) и 17 (К2), на микроконтроллер 19 поступает сигнал сработавшего компаратора: если при срабатывании компаратора 16 (К1), выявляется перезаряженный рабочий аккумулятор из блока, а при срабатывании компаратора 17 (К2) выявляется недозаряженный аккумулятор из блока, то микроконтроллер 19 (МК) останавливает процесс опроса блока рабочих аккумуляторов 1, фиксируясь на i-ом проблемном рабочем аккумуляторе (Ai) через адресную коммутацию (АК) демультиплексора 21 и обмотки управления группы однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей 5 и индицирует на дисплее индикатора 20 (HG) его порядковый номер и вид неисправности (перезаряд или недозаряд), одновременно микроконтроллер 19 вырабатывает сигнал длительности времени задержки (Тзад.), который на время (Тзад) через операционный усилитель 23 (ОУ2), резисторы R7, R8, и управляющие обмотки двухпозиционных электромеханических ключей 8 (SFk1) и 13 (SFk2) переключает электрические шины 6 (a) и 7 (б) от режима контроля на режим выравнивания, подсоединяясь к контактам двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2). Таким образом, осуществляется переход в режим выравнивания с длительностью Тзад.
Сигнал от микроконтроллера 19 переводит триггер 24 (ТТ) из состояния 0 в 1 (0 - при четном аккумуляторе, 1 - при нечетном аккумуляторе,) в соответствии с выбором для контроля аккумуляторов 2 из блока. Сигнал от триггера 24 (ТТ) через схему совпадений 22 (СС1) на время равное (Тзад) передается сигнал нечетности-четности от триггера 24 (ТТ), который через операционный усилитель 25 (ОУЗ) и через резисторы (R5, R6), устанавливает контакты двухпозиционных электромеханических ключей 26 (SFd1 и SFd2) в соответствующее состояние, обеспечивающее нужную полярность подключения резервного аккумулятора 28 (G) подключает накопительную емкость 27 (С4) предварительно заряженную от резервного аккумулятора 28 (G) и через постоянный резистор 29 (R9) к общим шинам 6 (a) и 7 (б), через замкнутые на время Тзад контакты двухпозиционных электромеханических ключей 8 (SFk1), и 13 (SFk2).
Система управления процессом окончательного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов.
С этого момента начинается этап окончательного выравнивания проблемного рабочего аккумулятора (SFi) за счет перераспределения разницы потенциалов между напряжением накопительного конденсатора 27 (С4), предварительно заряженного от резервного аккумулятора 28 (G) и проблемного рабочего аккумулятора (SFi) и далее происходит выравнивание напряжения между проблемным и резервным аккумуляторами через сопротивление постоянного резистора 29 (R9), ограничивающего ток перезарядки.
Поскольку проблемные рабочие аккумуляторы (SFi) могут быть как перезаряженными, так и недозаряженными на резервном аккумуляторе 28 (G) будет поддерживаться заряженность, близкая к среднеарифметическому значению по всем рабочим аккумуляторам 1, входящим в состав блока рабочих аккумуляторов 1.
По окончании сигнала длительности времени задержки (Тзад.) от микроконтроллера 19 (МК), двухпозиционные электромеханические ключи 8 (SFk1), и 13 (SFk2) переключаются на режим контроля и первичного выравнивания блока рабочих аккумуляторов 1, начиная с i+1 рабочего аккумулятора по команде микроконтроллера 19 на продолжение опроса рабочих аккумуляторов 1 через демультиплексор 21 пока не обнаружится другой проблемный аккумулятор (SFi) и т.д.

Claims (7)

1. Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки, содержащее систему выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, включающую микроконтроллер, источник питания в виде блока последовательно соединенных аккумуляторов, при этом все положительные полюса аккумуляторов блока с нечетными номерами подключены к одной общей электрической шине, а все положительные полюса блока аккумуляторов с четными номерами к другой общей электрической шине, группу однопозиционных нормально разомкнутых электромеханических ключей для коммутации проблемного аккумулятора, пару двухпозиционных электромеханических ключей, осуществляющих коммутацию накопительного конденсатора к рабочему аккумулятору, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено системой контроля и первичного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, состоящей из двух диодов, согласующего конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором, трансформатора с четырьмя обмотками, двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей, операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, переменного резистора обратной связи, делителя напряжения на трех переменных резисторах, подключенных к разнополярному относительно земли источнику опорного напряжения, двух компараторов, микроконтроллера, индикатора, сдвоенного демультиплексора, при этом два разнонаправленных диода через общую точку присоединения одними выводами через нормально замкнутый контакт двухпозиционного электромеханического ключа подключены к одной из общих электрических шин (а), а другими выводами соединены один с верхней, другой с нижней первичными обмотками трансформатора; согласующая цепочка, состоящая из разделительного конденсатора с параллельно подключенным к нему постоянным резистором, своим нижним концом подключена к общей точке соединения первичных обмоток трансформатора, а верхним концом подключена к нормально замкнутому контакту двухпозиционного электромеханического ключа и через него ко второй общей электрической шине (б); каждый из двух сглаживающих конденсаторов выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей подключен параллельно к первичным обмоткам трансформатора; средняя точка последовательно соединенных вторичных обмоток трансформатора заземлена; нижний вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к повторителю на операционном усилителе, а его выход через переменный резистор обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора и к входам компараторов; вторые входы каждого из компараторов подключены к делителю напряжения источника разнополярного относительно земли опорного напряжения, причем один из компараторов настроен на срабатывание от положительных уровней входного напряжения, другой компаратор настроен на срабатывание от отрицательных уровней входного напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора, а с помощью переменных резисторов делителя напряжения задаются положительные и отрицательные пороги срабатывания компараторов; выходы компараторов подключены к микроконтроллеру, который информационной шиной связан с индикатором, а управляющей шиной с входом адресной коммутации сдвоенного демультиплексора, обеспечивающего последовательное подключение аккумуляторов в блоке к двум общим электрическим шинам через управляющие обмотки нормально разомкнутых однопозиционных электромеханических ключей при их попарном подключении к двум общим электрическим шинам, причем полярность подключения нечетных и четных аккумуляторов к двум общим электрическим шинам периодически изменяется на противоположную; и снабжено системой управления процессом окончательного выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов, состоящей из микроконтроллера, триггера, устройства совпадения, двух операционных усилителей, пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам, четырех ограничительных резисторов тока управления обмотками двухпозиционных электромеханических ключей, накопительного конденсатора, резервного аккумулятора и постоянного резистора, ограничивающего ток выравнивания, при этом микроконтроллер выходом, вырабатывающим управляющий импульс, длительность которого соответствует времени задержки сигнала, связан с входом схемы совпадения и входом операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а выход операционного усилителя через ограничивающие ток резисторы на время длительности импульса задержки подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания; вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер связан с входом триггера выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход триггера связан со вторым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения связан с входом другого операционного усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к обмоткам управления парой синхронно работающих двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам; накопительный конденсатор через контакты пары двухпозиционных электромеханических ключей, служащих для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания, и другой пары двухпозиционных электромеханических ключей, обеспечивающих нужную полярность подключения резервного аккумулятора к двум общим электрическим шинам, при их замыкании подсоединяется на время длительности импульса задержки соответственно к общим электрическим шинам, а резервный аккумулятор через резистор, ограничивающий ток выравнивания, подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первичные обмотки трансформатора включены встречно относительно средней точки.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что два сглаживающих конденсатора выбросов напряжения при коммутации однопозиционных электромеханических ключей подключены к первичным обмоткам трансформатора.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что индикатор выполнен с возможностью отображения порядкового номера проблемного аккумулятора в блоке и его состояния перезаряда или недозаряда.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество сдвоенных демультиплексоров и количество однопозиционных электромеханических ключей может быть увеличено пропорционально количеству контролируемых аккумуляторов в блоке.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что время длительности импульса от микроконтроллера является регулируемым и определяется опытным путем.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что переменный резистор обратной связи, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, выполняет функцию регулировки тока первичного выравнивания степени заряженности рабочих аккумуляторов блока.
RU2016133997A 2016-08-19 2016-08-19 Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки RU2626378C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133997A RU2626378C1 (ru) 2016-08-19 2016-08-19 Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133997A RU2626378C1 (ru) 2016-08-19 2016-08-19 Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626378C1 true RU2626378C1 (ru) 2017-07-26

Family

ID=59495685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016133997A RU2626378C1 (ru) 2016-08-19 2016-08-19 Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626378C1 (ru)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686072C1 (ru) * 2018-04-25 2019-04-24 Владимир Николаевич Горюнов Устройство автоматического мониторинга блока аккумуляторов с контролем температуры
RU2695081C1 (ru) * 2018-09-25 2019-07-19 Владимир Николаевич Горюнов Устройство непрерывного автоматического контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока
RU2695646C1 (ru) * 2019-02-20 2019-07-25 Владимир Николаевич Горюнов Устройство автоматического мониторинга и выравнивания степени заряженности параллельно-последовательного соединения аккумуляторов блока
RU2697185C1 (ru) * 2019-02-20 2019-08-13 Владимир Николаевич Горюнов Способ автоматического мониторинга и выравнивания степени заряженности параллельно-последовательного соединения аккумуляторов блока
WO2020170027A1 (de) 2019-02-20 2020-08-27 Goryunov Vladimir N Vorrichtung und verfahren der überwachung (monitoring) und des ausgleichens von blockakkumulatoren
RU202293U1 (ru) * 2020-11-10 2021-02-10 Сергей Андреевич Липицкий Аккумулятор транспортного средства с функцией диагностики и резервирования
RU2792305C1 (ru) * 2022-08-16 2023-03-21 Юрий Александрович Сизов Устройство мониторинга и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока акб

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1408504A1 (ru) * 1987-01-30 1988-07-07 Войсковая Часть 25871 Преобразователь посто нного напр жени в посто нное
WO2010145874A2 (de) * 2009-06-17 2010-12-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energiespeicher-ladesystem
RU2524352C1 (ru) * 2012-10-31 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Устройство подзарядки аккумуляторных батарей гибридного автомобиля

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1408504A1 (ru) * 1987-01-30 1988-07-07 Войсковая Часть 25871 Преобразователь посто нного напр жени в посто нное
WO2010145874A2 (de) * 2009-06-17 2010-12-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energiespeicher-ladesystem
RU2524352C1 (ru) * 2012-10-31 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Устройство подзарядки аккумуляторных батарей гибридного автомобиля

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686072C1 (ru) * 2018-04-25 2019-04-24 Владимир Николаевич Горюнов Устройство автоматического мониторинга блока аккумуляторов с контролем температуры
RU2695081C1 (ru) * 2018-09-25 2019-07-19 Владимир Николаевич Горюнов Устройство непрерывного автоматического контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока
RU2695646C1 (ru) * 2019-02-20 2019-07-25 Владимир Николаевич Горюнов Устройство автоматического мониторинга и выравнивания степени заряженности параллельно-последовательного соединения аккумуляторов блока
RU2697185C1 (ru) * 2019-02-20 2019-08-13 Владимир Николаевич Горюнов Способ автоматического мониторинга и выравнивания степени заряженности параллельно-последовательного соединения аккумуляторов блока
WO2020170027A1 (de) 2019-02-20 2020-08-27 Goryunov Vladimir N Vorrichtung und verfahren der überwachung (monitoring) und des ausgleichens von blockakkumulatoren
RU202293U1 (ru) * 2020-11-10 2021-02-10 Сергей Андреевич Липицкий Аккумулятор транспортного средства с функцией диагностики и резервирования
RU2792305C1 (ru) * 2022-08-16 2023-03-21 Юрий Александрович Сизов Устройство мониторинга и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока акб
RU2792226C1 (ru) * 2022-08-16 2023-03-21 Юрий Александрович Сизов Способ мониторинга и выравнивания степени заряженности аккумуляторов блока акб

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2626378C1 (ru) Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки
JP5764260B2 (ja) 電池システムおよび中間電圧を供給するための方法
CN107275691B (zh) 电池组管控系统及控制方法
US9620969B2 (en) Storage battery equalization device capable of charging battery pack including storage battery modules having different output voltages in short time
CN101606299B (zh) 均衡充电设备
US5821729A (en) Method and device for charge exchange between a plurality of energy stores or converters connected in series
KR101124725B1 (ko) 전하 균일 장치
CN102227645B (zh) 电池单体电压测量设备和方法
TWI484719B (zh) 電池充電器，電氣系統，以及可充電電池之充電方法
CN108134414B (zh) 一种模块化均衡电路及其均衡方式
CN101741118A (zh) 机动车辆的能量存储系统
JP2019514332A5 (ru)
CN101606300A (zh) 均衡充电设备
CN103683911A (zh) 充电装置及充电方法
JP2013078242A (ja) 電源装置
JP5100141B2 (ja) 車両用の電源装置
KR20130013108A (ko) 이차전지 배터리의 균등화 장치
Friansa et al. Battery module performance improvement using active cell balancing system based on Switched-Capacitor Boost Converter (S-CBC)
JP2009278709A (ja) 組電池の調整装置
US9142987B2 (en) Battery module with converter and decoupling switch
KR101969301B1 (ko) Ｄｃ 전력 계통용 배터리 충방전 제어 장치
KR20210022418A (ko) 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 운용 방법
WO2019123906A1 (ja) 管理装置、及び電源システム
CN108551180A (zh) 电池均衡方法及均衡器
JP2015180131A (ja) 均等化装置

Legal Events

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

Effective date: 20190820