RU2641098C1 - Solid-state contactor for batteries - Google Patents

Solid-state contactor for batteries Download PDF

Info

Publication number
RU2641098C1
RU2641098C1 RU2017102745A RU2017102745A RU2641098C1 RU 2641098 C1 RU2641098 C1 RU 2641098C1 RU 2017102745 A RU2017102745 A RU 2017102745A RU 2017102745 A RU2017102745 A RU 2017102745A RU 2641098 C1 RU2641098 C1 RU 2641098C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
solid
transistors
power field
charger
Prior art date
Application number
RU2017102745A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Никита Артемович Ханзадеев
Александр Николаевич Смирнов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭнСол Технологии" (ООО "ЭнСол Технологии")
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 Общество с ограниченной ответственностью "ЭнСол Технологии" (ООО "ЭнСол Технологии") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭнСол Технологии" (ООО "ЭнСол Технологии")
Priority to RU2017102745A priority Critical patent/RU2641098C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641098C1 publication Critical patent/RU2641098C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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: solid-state contactor for batteries comprises a switching unit of the battery and charger, consisting of a group of paralleled power field transistors, series-opposite connected second group of paralleled power field transistors, a transistor connection circuit with galvanic isolation, and the switching unit of the battery and load connected to it, consisting of paralleled power field transistors and transistor connection circuit with galvanic isolation.
EFFECT: providing switching of the load, charger and battery, complete limitation of the reverse current flow, galvanic isolation of control signals from the battery management system which increases the safety of the device operation and significantly increases the nominal value of the current.
1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройствам коммутации в аккумуляторных батареях, в том числе в тяговых литиевых аккумуляторных батареях.The invention relates to electronic equipment, namely, switching devices in rechargeable batteries, including traction lithium batteries.

Уровень техникиState of the art

Наиболее распространенными устройствами коммутации в аккумуляторных батареях (АКБ) являются электромеханические контакторы. Однако твердотельные контакторы в отличии от электромеханических обладают большим коммутационным ресурсом и меньшей стоимостью.The most common switching devices in batteries (battery) are electromechanical contactors. However, solid-state contactors, unlike electromechanical ones, have a large switching resource and lower cost.

Решения от Littlefuse (http://www.littelfuse.com/products/dc-solenoids-and-relays/solid-state-relays.aspx), Teledyne Relays (http://www.teledynerelays.com/pdf/military/m33-2n.pdf), Crydom (http://www.crydom.com/en/products) представляют из себя твердотельные реле, осуществляющие коммутацию с помощью силовых транзисторов и рассчитаны на токи до 100 А. Данные твердотельные реле являются реле общего назначения, схемотехника данных решений не оптимизирована для применения в аккумуляторных батареях, для коммутации АКБ зарядного устройства и нагрузки, при использовании известных решений, требуется два полноценных твердотельных реле, и предполагают работу только до 100 А, а также не обеспечивают полную защиту от протекания обратного тока.Solutions from Littlefuse (http://www.littelfuse.com/products/dc-solenoids-and-relays/solid-state-relays.aspx), Teledyne Relays (http://www.teledynerelays.com/pdf/military/ m33-2n.pdf), Crydom (http://www.crydom.com/en/products) are solid state relays that switch using power transistors and are designed for currents up to 100 A. These solid state relays are general purpose relays , the circuitry of these solutions is not optimized for use in rechargeable batteries, for switching the battery of the charger and load, when using known solutions, two full-fledged solid-state relays are required, and edpolagayut work only up to 100 A, and does not provide complete protection against reverse current flow.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническая задача заключается в разработке устройства твердотельного контактора, предназначенного для коммутации нагрузки и зарядного устройства с функцией защиты от протекания обратного тока.The technical task is to develop a solid-state contactor device designed to switch the load and the charger with the function of protection against reverse current flow.

Технический результат заключается в обеспечении коммутации нагрузки, зарядного устройства и батареи, в полном ограничении протекания обратного тока, обеспечении гальванической развязки сигналов управления от системы управления аккумуляторной батареи, увеличении проводимого тока.The technical result consists in providing switching of the load, charger and battery, in completely limiting the flow of reverse current, providing galvanic isolation of control signals from the control system of the battery, increasing the conducted current.

Технический результат достигается за счет того, что твердотельный контактор для аккумуляторных батарей содержит блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, состоящий из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, встречно последовательно включенной второй группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой, и связанный с ним блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, состоящий из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой.The technical result is achieved due to the fact that the solid-state contactor for batteries contains a switching unit for the battery and charger, consisting of a group of parallel-connected power field-effect transistors, a counter-connected series of a second group of parallel-connected power field-effect transistors, a connection circuit for transistors with galvanic isolation, and the associated battery and load switching unit, consisting of a group of parallel connected power fields transistors and switching transistors with galvanic isolation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фигуре показана схема твердотельного контактора.The figure shows a diagram of a solid state contactor.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Твердотельный контактор предназначен для коммутации АКБ, зарядного устройства и нагрузки. Коммутация в твердотельном контакторе осуществляется с помощью полупроводниковых ключей (силовые полевые МДП транзисторы - MOSFET) с номинальным рабочим напряжением, достаточным для работы с конкретной АКБ (конкретным напряжением).The solid-state contactor is designed for switching the battery, charger and load. Switching in a solid-state contactor is carried out using semiconductor switches (MOSFET power field-effect MOSFETs) with a rated operating voltage sufficient to operate with a specific battery (specific voltage).

Твердотельный контактор для аккумуляторной батареи, в том числе для тяговых литиевых аккумуляторных батарей, состоит из блока коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, который состоит из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов 1 (МДП транзисторы - MOSFET), встречно последовательно включенной другой группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов 2, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой 3, и блока коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, который состоит из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов 5 и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой 4.The solid-state contactor for the battery, including for lithium traction batteries, consists of a battery switching unit and a charger, which consists of a group of parallel-connected power field-effect transistors 1 (MOS transistors - MOSFETs), and another group of parallel-connected power transformers is connected in series field-effect transistors 2, switching circuits for galvanic isolated transistors 3, and a battery and load switching unit, which consists of a group included power field-effect transistors 5 and switching transistors with galvanic isolation 4.

Блоки коммутации связаны между собой через положительную силовую шину аккумуляторной батареи 6. Схемы включения транзисторов с гальванической развязкой 3 и 4 подключаются к внешней системе управления аккумуляторной батареи (BMS - Battery Management System). Блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства подключается через силовой разъем к зарядному устройству и через силовую шину 6 к аккумуляторной батарее. Блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки подключается через силовой разъем к электроприводу и через силовую шину 6 к аккумуляторной батарее.The switching units are interconnected via the positive power bus of the battery 6. The switching circuits for transistors with galvanic isolation 3 and 4 are connected to an external battery management system (BMS - Battery Management System). The switching unit of the battery and charger is connected through the power connector to the charger and through the power bus 6 to the battery. The battery and load commutation unit is connected through the power connector to the electric drive and through the power bus 6 to the battery.

При отсутствии разрешающего сигнала от системы управления аккумуляторной батареи на схему включения транзисторов 3 подключение к разъему зарядного устройства нагрузки либо источника напряжения с уровнем напряжения меньше уровня напряжения АКБ встречновключенная группа транзисторов 2 не позволяет протекать току от АКБ к разъему зарядного устройства.In the absence of a permissive signal from the battery control system to the transistor 3 switching circuit, connecting a load or a voltage source with a voltage level lower than the battery voltage to the charger connector, the transistor group 2 on-board does not allow current to flow from the battery to the charger connector.

Силовые полевые транзисторы имеют в своей структуре паразитный обратный диод, который при выключенном состоянии транзистора позволяет проводить разряд через зарядный разъем и заряд через разрядный разъем. В процессе эксплуатации АКБ возникают случаи ошибочного подключения нагрузки к разъему заряда, кроме того, некоторые виды зарядных устройств могут в выключенном состоянии быть нагрузкой по отношению к аккумуляторной батареи. Протекание обратного тока сопровождается повышенными потерями на обратном диоде и быстрому выходу из строя транзистора. Помимо этого, в целях безопасности разъем заряда не должен находиться под напряжением. Для предотвращения обратного тока через разъем заряда применяется последовательное встречное включение силовых полевых транзисторов 1, 2. Для разрядного разъема встречное включение силовых полевых транзисторов не требуется, так как при практическом использовании аккумуляторной батареи разрядный разъем коммутируется один раз при установке в систему, а зарядный разъем коммутируется регулярно.Power field-effect transistors have a parasitic reverse diode in their structure, which, when the transistor is off, allows discharge through the charging connector and charge through the discharge connector. During the operation of the battery, there are cases of erroneous connection of the load to the charge connector, in addition, some types of chargers in the off state can be a load in relation to the battery. The flow of reverse current is accompanied by increased losses on the reverse diode and the rapid failure of the transistor. In addition, for safety reasons, the charge connector must not be live. To prevent reverse current through the charge connector, the on-board switching on of power field-effect transistors 1, 2 is used. For the discharge connector, the on-board switching on of power field-effect transistors is not required, since in the practical use of the battery, the discharge connector is switched once during installation in the system, and the charging connector is switched regularly.

Для увеличения номинального тока контактора и снижения сопротивления транзистора в открытом состоянии применяется параллельное включение транзисторов. Благодаря положительному температурному коэффициенту силовых МДП транзисторов происходит выравнивание токов между параллельно включенными транзисторами.To increase the rated current of the contactor and reduce the resistance of the transistor in the open state, parallel connection of transistors is used. Due to the positive temperature coefficient of power MOS transistors, currents are aligned between transistors connected in parallel.

Твердотельный контактор имеет гальваническую развязку между драйвером транзисторов и управляющим сигналом для обеспечения изоляции цепей управления и силовых цепей.The solid-state contactor is galvanically isolated between the transistor driver and the control signal to ensure isolation of the control circuits and power circuits.

За счет выполнения заявленного устройства вышеуказанным образом, обеспечивается коммутация нагрузки, зарядного устройства и батареи, полное ограничение протекания обратного тока, гальваническая развязка сигналов управления от системы управления аккумуляторной батареи, увеличение проводимого тока, с возможностью проведения тока до 350 А в номинале и до 1000 А в пике.Due to the implementation of the claimed device in the above manner, switching of the load, the charger and the battery, a complete limitation of the reverse current flow, galvanic isolation of control signals from the control system of the battery, an increase in the conducted current, with the possibility of conducting current up to 350 A in nominal and up to 1000 A at the peak.

Claims (1)

Твердотельный контактор для аккумуляторных батарей, характеризующийся тем, что содержит блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, состоящий из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, встречно последовательно включенной второй группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой, и связанный с ним блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, состоящий из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой.     A solid-state contactor for batteries, characterized in that it contains a switching unit for the battery and charger, consisting of a group of parallel-connected power field-effect transistors, a counter-connected second group of parallel-connected power field-effect transistors, and a galvanic isolated transistor switching circuit battery and load switching unit, consisting of a group of parallel-connected power field-effect transistors and circuits Isolated transistors.
RU2017102745A 2017-01-27 2017-01-27 Solid-state contactor for batteries RU2641098C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017102745A RU2641098C1 (en) 2017-01-27 2017-01-27 Solid-state contactor for batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017102745A RU2641098C1 (en) 2017-01-27 2017-01-27 Solid-state contactor for batteries

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2641098C1 true RU2641098C1 (en) 2018-01-16

Family

ID=68235648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017102745A RU2641098C1 (en) 2017-01-27 2017-01-27 Solid-state contactor for batteries

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641098C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050037241A1 (en) * 2003-08-15 2005-02-17 Intersil Americas Inc. Power source selector and controller for multiple battery power supply
RU103427U1 (en) * 2010-10-28 2011-04-10 Томский Государственный Университет Систем Управления И Радиоэлектроники (Тусур) BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES
GB2479812A (en) * 2010-03-26 2011-10-26 Intel Corp PSU whereby load current is jointly provided by a rechargeable battery and an adapter in a boost power mode.
KR20130026765A (en) * 2011-09-06 2013-03-14 현대모비스 주식회사 Low voltage dc-dc converter for vehicle and electric power control method thereof
RU142215U1 (en) * 2013-09-02 2014-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли DEVICE FOR CHARGING AND DISCHARGE OF A LITHIUM-ION BATTERY
EP3024116A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-25 Star Engineers India Pvt. Ltd. A three phase regulator rectifier for automotive battery charging and control application suitable for a two wheeled vehicle
KR101654087B1 (en) * 2015-04-30 2016-09-05 현대엘리베이터 주식회사 Secondary battery charging circuit using asymmetric pulse width modulation synchronous driving

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050037241A1 (en) * 2003-08-15 2005-02-17 Intersil Americas Inc. Power source selector and controller for multiple battery power supply
GB2479812A (en) * 2010-03-26 2011-10-26 Intel Corp PSU whereby load current is jointly provided by a rechargeable battery and an adapter in a boost power mode.
RU103427U1 (en) * 2010-10-28 2011-04-10 Томский Государственный Университет Систем Управления И Радиоэлектроники (Тусур) BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES
KR20130026765A (en) * 2011-09-06 2013-03-14 현대모비스 주식회사 Low voltage dc-dc converter for vehicle and electric power control method thereof
RU142215U1 (en) * 2013-09-02 2014-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли DEVICE FOR CHARGING AND DISCHARGE OF A LITHIUM-ION BATTERY
EP3024116A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-25 Star Engineers India Pvt. Ltd. A three phase regulator rectifier for automotive battery charging and control application suitable for a two wheeled vehicle
KR101654087B1 (en) * 2015-04-30 2016-09-05 현대엘리베이터 주식회사 Secondary battery charging circuit using asymmetric pulse width modulation synchronous driving

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9130405B2 (en) Secure battery element
US8941264B2 (en) Apparatus for bi-directional power switching in low voltage vehicle power distribution systems
US8779735B2 (en) System and method for an overcurrent protection and interface circuit between an energy source and a load
RU2696539C2 (en) Onboard network for vehicle
CN107666017B (en) Battery system for hybrid vehicle
US9948086B2 (en) Protection of a power supply including a plurality of batteries in parallel against an external short circuit
EP2363936A1 (en) Reverse connection protecting device and backup power supply comprising the same
JP2012060764A (en) Charge and discharge control circuit, and battery device
CN103972949A (en) Charge/discharge control circuit and battery device
CA2871686A1 (en) Energy supply module as a two-port network, use of a separating device in such an energy supply module, and method for operating such an energy supply module
US9472799B2 (en) Switch arrangements and battery arrangements
JP2017118754A (en) DCDC converter
CN109075558A (en) Relay-set
US9401615B2 (en) Charging and discharging control circuit and battery device
US11600992B2 (en) Electric protection circuit
KR101791698B1 (en) Charge-discharge control circuit and battery device
KR102493181B1 (en) Disconnect device for interrupting direct current in the current path and for on-board electrical systems in vehicles
RU2641098C1 (en) Solid-state contactor for batteries
CN113196664A (en) Device and method for the direction-dependent operation of an electrochemical energy store
US20180226694A1 (en) Electronic switching device of a battery management system, and battery
JP2012054900A (en) Electric circuit, charge controller, charge control system, and control method
EP3817021A1 (en) Ultra-capacitor module
US10840731B2 (en) High power flash battery system and method thereof
EP4297262A1 (en) Multi-functional solid state switching circuit
US20230198519A1 (en) Relay driving circuit and battery system having the same

Legal Events

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

Effective date: 20200128