RU2699051C1 - Method of operating a lithium-ion accumulator battery in an autonomous power supply system - Google Patents
Method of operating a lithium-ion accumulator battery in an autonomous power supply system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699051C1 RU2699051C1 RU2018133762A RU2018133762A RU2699051C1 RU 2699051 C1 RU2699051 C1 RU 2699051C1 RU 2018133762 A RU2018133762 A RU 2018133762A RU 2018133762 A RU2018133762 A RU 2018133762A RU 2699051 C1 RU2699051 C1 RU 2699051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- charged
- batteries
- lithium
- battery
- Prior art date
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
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей автономных систем электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).The invention relates to the electrical industry and can be used in the development and operation of lithium-ion batteries autonomous power systems of the artificial Earth satellite (AES).
Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способ их эксплуатации, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанные в книге А.А. Таганова, Ю.И. Бубнова, С.Б. Орлова «Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации», Санкт-Петербург, Химиздат, 2005 г., глава 5, 7.Known lithium-ion batteries and the method of their operation, which consists in conducting charge-discharge cycles and monitoring the voltage of the batteries and described in the book A.A. Taganova, Yu.I. Bubnova, S.B. Orlova “Sealed chemical current sources. Elements and batteries. Equipment for testing and operation ”, St. Petersburg, Khimizdat, 2005,
Однако в данной работе не рассмотрены особенности технологии эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей.However, in this work, the features of the technology of operation of lithium-ion batteries are not considered.
Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способ их эксплуатации, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанный в книге Д.А. Хрусталева «Аккумуляторы», М., Изумруд, 2003 г., глава 4. В данной работе отмечается очень низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов и возможность управления процессами заряда-разряда только по текущим значениям напряжений аккумуляторов. При этом отмечается, что перезаряд и переразряд аккумуляторов категорически недопустим, и в аккумуляторных батареях должны быть предусмотрены средства защиты. Однако известная информация касается в основном наземного применения литий-ионных аккумуляторных батарей в мобильных телефонах и компьютерной технике и не решает вопросов надежной эксплуатации в течение длительного ресурса в составе ИСЗ.Known lithium-ion batteries and the method of their operation, which consists in conducting charge-discharge cycles and monitoring the voltage of the batteries and described in the book D.A. Khrustaleva “Batteries”, M., Izumrud, 2003,
Наиболее близким техническим решением является способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов, контроле напряжения аккумуляторов и проведении в процессе эксплуатации балансировки аккумуляторов по напряжению путем разряда аккумуляторов на резисторы до достижения их напряжения величины напряжения наиболее разряженного (наименее заряженного) аккумулятора («Батарея 6ЛИ-25, ЖЦПИ.563561.002ПС», разработки и изготовления предприятия ОАО "Сатурн", г. Краснодар).The closest technical solution is a method of operating a lithium-ion battery, which consists of conducting charge-discharge cycles, monitoring the voltage of the batteries and performing balancing the voltage of the batteries during operation by discharging the batteries into resistors until their voltage reaches the voltage of the most discharged (least charged) battery (“Battery 6LI-25, ZhTsPI.563561.002PS”, development and manufacture of the enterprise OJSC “Saturn”, Krasnodar).
В известной литий-ионной аккумуляторной батарее 6ЛИ-25, согласно ЖЦПИ. 563561.002 ПС, периодически контролируют напряжение аккумуляторов и, если разность поэлементных напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов превышает 25 мВ, проводят выравнивание аккумуляторов по емкости путем разряда более заряженных аккумуляторов на балансировочные резисторы до снижения отличия в напряжениях аккумуляторов не более 10 мВ.In the well-known lithium-ion rechargeable battery 6LI-25, according to ZHSPI. 563561.002 substations, periodically monitor the voltage of the batteries and, if the difference in the cell-by-cell voltages of the most charged and least charged batteries exceeds 25 mV, they align the batteries by capacity by discharging more charged batteries to the balancing resistors to reduce the difference in battery voltages of not more than 10 mV.
Этот способ принят за прототип заявляемого изобретения.This method is adopted as a prototype of the claimed invention.
Известный способ предполагает периодический контроль напряжения аккумуляторов, анализ разности поэлементных напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов и проведение балансировки, но не определяет периодичность и способ контроля, а так же средства для запуска процесса балансировки.The known method involves periodic monitoring of battery voltage, analysis of the difference in cell-by-cell voltages of the most charged and least charged batteries and balancing, but does not determine the frequency and method of control, as well as the means to start the balancing process.
Для заявленного способа эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания выявлены основные общие с прототипом существенные признаки, такие как: проведение зарядов, хранение в заряженном состоянии, подзаряды, при необходимости, разряды, контроль напряжения аккумуляторов и периодическая балансировка аккумуляторов по напряжению путем выбора аккумулятора с наименьшим напряжением, подключения к оставшимся аккумуляторам индивидуальных разрядных резисторов, с последующим отключением соответствующих резисторов при достижении напряжения на соответствующих аккумуляторах уровня напряжения первоначально выбранного аккумулятораFor the claimed method of operating a lithium-ion battery in an autonomous power supply system, the main essential features common with the prototype are identified, such as: carrying out charges, storing in a charged state, recharging, if necessary, discharges, monitoring the voltage of the batteries and periodically balancing the batteries by voltage by choosing the battery with the lowest voltage, connecting to the remaining batteries of individual discharge resistors, followed by disconnecting the corresponding resistors when voltage on the respective batteries reaches the voltage level of the originally selected battery
Технической проблемой заявляемого изобретения является упрощение эксплуатации и повышение эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания.The technical problem of the claimed invention is to simplify operation and increase the efficiency of using a lithium-ion battery in an autonomous power supply system.
Поставленная техническая проблема решается тем, что при проведении зарядов, хранении в заряженном состоянии, подзарядов, при необходимости, разрядов, контроль напряжения аккумуляторов и разности поэлементных напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов проводится бортовой ЭВМ с периодом контроля не реже 1 раза в 32 секунды и при превышении разности напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов заданной величины заложенной в бортовой ЭВМ запускается процесс балансировки по программе в бортовой ЭВМ, кроме того заданную величину разности напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумулятора выбирают не более 0,05 В.The technical problem posed is solved by the fact that when carrying out charges, storing in a charged state, recharging, if necessary, discharges, the voltage of the batteries and the difference in the element-cell voltages of the most charged and least charged batteries are monitored by an on-board computer with a monitoring period of at least 1 time in 32 seconds and when the voltage difference of the most charged and least charged batteries of a given value inherent in the on-board computer is exceeded, the balancing process starts according to the program in b mouths computer furthermore the voltage difference preset value the most and the least charged battery charged choose not more than 0.05 V.
Действительно, проведение контроля напряжения аккумуляторов целесообразно проводить с периодом не реже 1 раза в 32 секунды. Это позволяет обеспечить высокую эффективность использования литий-ионной аккумуляторной батареи без существенной загрузки бортовой ЭВМ сложными вычислительными процессами и позволит обеспечить заданную энергоемкость аккумуляторной батарей на весь расчетный период функционирования.Indeed, it is advisable to conduct battery voltage monitoring with a period of at least 1 time in 32 seconds. This makes it possible to ensure high efficiency of using a lithium-ion battery without significant loading of the onboard computer by complex computational processes and allows to provide the specified energy consumption of the battery for the entire estimated period of operation.
На чертеже, фиг. 1, приведена упрощенная функциональная схема автономной системы электропитания ИСЗ, поясняющая работу по предлагаемому способу.In the drawing, FIG. 1, a simplified functional diagram of an autonomous satellite power supply system is shown, explaining the work of the proposed method.
Устройство содержит солнечную батарею 1, подключенную к нагрузке 2, через преобразователь напряжения 3, аккумуляторную батарею 4, подключенную через зарядный преобразователь 5 к солнечной батарее 1, а через разрядный преобразователь 6 к входу выходного фильтра преобразователя напряжения 3.The device contains a
При этом нагрузка 2 в своем составе содержит бортовую ЭВМ, систему телеметрии и командно-измерительную радиолинию.At the same time,
Параллельно аккумуляторной батарее 4 подключено устройство контроля аккумуляторов 7 (в частности, напряжения аккумуляторов) аккумуляторной батареи, связанное входом с аккумуляторной батареей 4, а выходом с нагрузкой 2 (с бортовой ЭВМ).In parallel with the
В цепи заряда-разряда аккумуляторной батареи установлен измерительный шунт 8.A
Аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединенных аккумуляторов 4-1, параллельно которым подключены балансировочные резисторы 4-2 через замыкающиеся контакты 4-3 реле.The battery consists of series-connected batteries 4-1, in parallel with which balancing resistors 4-2 are connected through the closing contacts 4-3 of the relay.
Зарядный преобразователь 5 состоит из регулирующего ключа 9, управляемого схемой управления 10, вольтодобавочного узла, выполненного на трансформаторе 15, транзисторах 16 и выпрямителя на диодах 17.The
Разрядный преобразователь 6 состоит из регулирующего ключа 11, управляемого схемой управления 12.Bit Converter 6 consists of a
Преобразователь напряжения 3 состоит из регулирующего ключа 13, управляемого схемой управления 14, входного фильтра - конденсатор 18 и выходного фильтра на диоде 19, дросселе 20 и конденсаторе 21.The
Схемы управления 10, зарядного преобразователя 5, 12, разрядного преобразователя 6 и 14, преобразователя напряжения 3 выполнены в виде широтно-импульсных модуляторов, входом подключенных к шинам стабилизируемого напряжения. Схема управления 10 зарядного преобразователя 5 дополнительно связана с измерительным шунтом 8 и нагрузкой 2 в качестве обратных связей по величине зарядного тока и напряжения нагрузки соответственно.The
Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации аккумуляторная батарея 4 работает в основном в режиме хранения и периодических подзарядов от солнечной батареи 1 через зарядный преобразователь 5. Такой режим работы позволяет содержать ее в постоянной готовности для прохождения штатных теневых участков орбиты или на случай потери ориентации солнечной батареи ИСЗ на Солнце.The device operates as follows. During operation, the
Питание нагрузки 2 осуществляется при этом от солнечной батареи 1 через преобразователь напряжения 3.
При прохождении теневых участков орбиты либо при нарушении ориентации нагрузка 2 питается от аккумуляторной батареи 4 через разрядный преобразователь 6.When passing shadow portions of the orbit or in violation of the orientation, the
Устройство контроля аккумуляторов 7 контролирует напряжение аккумуляторов и передает информацию об их состоянии в нагрузку 2 (бортовую ЭВМ), в которой реализуются следующие технологические операции:The battery monitoring device 7 monitors the voltage of the batteries and transmits information about their condition to load 2 (on-board computer), which implements the following technological operations:
1. Обрабатываются данные по текущему значению напряжения аккумуляторов и разности поэлементных напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов с периодом контроля не реже 1 раза в 32 секунды.1. Data on the current value of the battery voltage and the difference in the cell-by-cell voltages of the most charged and least charged batteries with a monitoring period of at least 1 time in 32 seconds are processed.
2. При превышении разности напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов 4-1 заданной величины в бортовой ЭВМ, при наличии избыточной мощности солнечной батареи 1, включается заряд аккумуляторной батареи 4, при этом факт включения заряда фиксируется бортовой ЭВМ по появлению тока заряда -сигнал с шунта 8. После завершения заряда запускается процесс балансировки, по программе в бортовой ЭВМ, аккумуляторов по напряжению. К аккумуляторам 4-1 подключаются индивидуальные разрядные резисторы 4-2 (соответствующие контакты 4-3 замыкаются), за исключением аккумулятора, имеющего самое низкое напряжение (самого разряженного аккумулятора). После достижения напряжения соответствующего аккумулятора текущего значения напряжения самого разряженного аккумулятора соответствующий индивидуальный разрядный резистор 4-2 отключается посредством размыкания соответствующего контакта 4-3 реле2. If the voltage difference between the most charged and least charged batteries 4-1 of a predetermined value in the on-board computer is exceeded, in the presence of excess power of the
3. В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи, по результатам анализа телеметрических данных о величине напряжений аккумуляторов, периодически, по командам с Земли через командно-измерительную радиолинию корректируют при необходимости заданную величину разности напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумуляторов, по достижению которой запускается процесс балансировки. При этом заданную величину разности напряжений наиболее заряженного и наименее заряженного аккумулятора выбирают не более 0,05 В.3. During the operation of the battery, according to the analysis of telemetric data on the magnitude of the voltage of the batteries, periodically, according to commands from the Earth, through the command-measuring radio line, if necessary, the set value of the voltage difference of the most charged and least charged batteries is adjusted, upon reaching which the balancing process is started. In this case, the specified value of the voltage difference of the most charged and least charged battery is selected no more than 0.05 V.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить процесс эксплуатации и повысить эффективность использования литий-ионной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания.Thus, the proposed method allows to simplify the operation process and increase the efficiency of using a lithium-ion battery in an autonomous power supply system.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018133762A RU2699051C1 (en) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Method of operating a lithium-ion accumulator battery in an autonomous power supply system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018133762A RU2699051C1 (en) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Method of operating a lithium-ion accumulator battery in an autonomous power supply system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2699051C1 true RU2699051C1 (en) | 2019-09-03 |
Family
ID=67851669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018133762A RU2699051C1 (en) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Method of operating a lithium-ion accumulator battery in an autonomous power supply system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2699051C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783046C1 (en) * | 2022-05-13 | 2022-11-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Ship balancer with electric propulsion |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2372645A (en) * | 2001-02-22 | 2002-08-28 | Metrixx Ltd | Battery charging system |
WO2006075112A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Pellenc (Societe Anonyme) | Method for the balanced charging of a lithium-ion or lithium-polymer battery |
RU2637815C2 (en) * | 2016-04-11 | 2017-12-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of operation of lithium-ion storage battery as part of independent power supply system of artificial earth satellite |
RU2638825C2 (en) * | 2015-11-06 | 2017-12-18 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for operation of lithium-ion accumulator battery as part of autonomous system of power supply of artifical earth satellite |
RU2647128C2 (en) * | 2015-12-04 | 2018-03-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of lithium-ion accumulator battery charge |
-
2018
- 2018-09-24 RU RU2018133762A patent/RU2699051C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2372645A (en) * | 2001-02-22 | 2002-08-28 | Metrixx Ltd | Battery charging system |
WO2006075112A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Pellenc (Societe Anonyme) | Method for the balanced charging of a lithium-ion or lithium-polymer battery |
RU2638825C2 (en) * | 2015-11-06 | 2017-12-18 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for operation of lithium-ion accumulator battery as part of autonomous system of power supply of artifical earth satellite |
RU2647128C2 (en) * | 2015-12-04 | 2018-03-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of lithium-ion accumulator battery charge |
RU2637815C2 (en) * | 2016-04-11 | 2017-12-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method of operation of lithium-ion storage battery as part of independent power supply system of artificial earth satellite |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783046C1 (en) * | 2022-05-13 | 2022-11-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Ship balancer with electric propulsion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2461102C1 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system | |
US6043629A (en) | Modular control electronics for batteries | |
RU2411618C1 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous system of power supply of artificial earth satellite | |
US9184600B2 (en) | Method for balancing the voltages of electrochemical cells connected in several parallel branches | |
RU2479894C2 (en) | METHOD TO CHARGE LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS WITH BALANCING RESISTORS CONNECTED TO THEM VIA SWITCHBOARDS | |
RU2337452C1 (en) | Method of load supply with direct current in composition of autonomous system of earth power supply and autonomous power supply system for its implementation | |
CN103066671A (en) | Uniform charging method and uniform charging device for lithium battery packs | |
RU2535301C2 (en) | Method to control autonomous system of spacecraft power supply | |
RU2408958C1 (en) | Method of using lithium-ion accumulator battery in standalone electric power supply system for artificial earth satellite | |
US6377023B1 (en) | Charging control system for a battery of electric storage cells and in particular a battery of lithium cells | |
RU2510105C2 (en) | Method to charge set of accumulator batteries within autonomous system of spacecraft power supply | |
US20220239150A1 (en) | Method and device for energy harvesting and charging rechargeable energy storage devices | |
RU2699051C1 (en) | Method of operating a lithium-ion accumulator battery in an autonomous power supply system | |
RU2289179C1 (en) | Method for servicing nickel-hydrogen storage battery in off-line power supply system | |
RU2464675C2 (en) | METHOD TO CHARGE SET OF "n" LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERIES WITHIN GEOSTATIONARY MAN-MADE EARTH SATELLITE | |
RU2614514C2 (en) | METHOD OF CHARGING LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS | |
RU2461101C1 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system | |
RU2567930C2 (en) | Method of load power supply by direct current in self-contained system of power supply of space vehicle | |
RU2541512C2 (en) | Method to control autonomous system of spacecraft power supply | |
RU2638825C2 (en) | Method for operation of lithium-ion accumulator battery as part of autonomous system of power supply of artifical earth satellite | |
RU2637815C2 (en) | Method of operation of lithium-ion storage battery as part of independent power supply system of artificial earth satellite | |
RU2647128C2 (en) | Method of lithium-ion accumulator battery charge | |
RU2604207C1 (en) | Method of operation of lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system of artificial earth satellite | |
JPH03173323A (en) | Secondary battery charger | |
RU2460181C1 (en) | Method to operate lithium-ion accumulator battery in autonomous power supply system |