RU2722112C1

RU2722112C1 - Three-level battery control system

Info

Publication number: RU2722112C1
Application number: RU2019126166A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Александрович Колесников; Алексей Николаевич Ворошилов; Денис Геннадьевич Метальников; Михаил Юрьевич Грачев; Сергей Анатольевич Молокоедов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Системы накопления энергии"
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2020-05-26

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: technical solution relates to electrical engineering and can be used in designing high-voltage batteries for power and transport. Technical result is achieved due to that three-level battery control system, containing lower-level control units connected to cells of accumulator cells, including balancing resistors, switches, temperature sensors, accumulator element controllers including analogue measurement and control circuits, accumulator battery controllers are connected via communication channels to group controllers, which are connected via communication channels to main controller connected to external computer via communication channel, is characterized by that storage cells are installed in the housing of the structural module, accumulator battery adapters, including balancing resistors, keys, temperature sensors are located directly on storage cells, and the accumulator cells controllers, including analogue measurement and control circuits, are located outside the housing of the structural module of the battery cells and are connected to the battery cell adapters by the conductor lines.

EFFECT: high noise-immunity, including interference from heating.

1 cl, 3 dwg

Description

Техническое решение относится к относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей для нужд энергетики и транспорта.The technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used to create high-voltage batteries for the needs of energy and transport.

Известна «Интегрированная система мониторинга электроснабжения подстанции на литиево-фосфатной батарее» CN 203339807 [1], содержащая терминал мониторинга на уровне станции, интегрированный контроллер, систему управления литий-железо-фосфатной батареей BMS. Интегрированный контроллер соединен с сенсорным экраном, системой управления литий-железо-фосфатной батареей BMS, модулем мониторинга экрана постоянного тока и терминалом контроля уровня станции с помощью шины RS485.The well-known “Integrated monitoring system for power supply of a substation on a lithium phosphate battery” is CN 203339807 [1], which contains a monitoring terminal at the station level, an integrated controller, and a BMS lithium iron phosphate battery control system. The integrated controller is connected to the touch screen, the BMS lithium-iron-phosphate battery control system, the DC screen monitoring module and the station level control terminal using the RS485 bus.

Недостатками известной конструкции является узкая область применения, обусловленная одним типом батарей и низкой стабильностью работы.The disadvantages of the known design is a narrow scope, due to one type of battery and low stability.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ТРЕХУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ БАТАРЕЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ» RU 2539865 [2], включающую трехуровневую систему управления аккумуляторной батареей, содержащую связанные с борнами накопителей батареи блоки управления накопителями нижнего уровня управления, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, микроконтроллеры элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, микроконтроллеры элементов подключены по каналу связи к групповым контроллерам, которые подключены по каналу связи к главному контроллеру, подключенному к внешней ЭВМ по каналу связи.Closest to the claimed technical solution is the “HIERARCHICAL THREE-LEVEL HIGH-VOLTAGE ELECTRIC ENERGY STORAGE BATTERY CONTROL SYSTEM” RU 2539865 [2], which includes a three-level battery management system that contains batteries with switches for controlling the level of the batteries, which are connected to the control devices of the accumulators, temperature sensors, element microcontrollers, including analog measurement and control circuits, element microcontrollers are connected via a communication channel to group controllers, which are connected via a communication channel to the main controller connected to an external computer via a communication channel.

Недостатком известной конструкции являются низкая помехозащищенность.A disadvantage of the known design are low noise immunity.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение помехозащищенности, включая помехи от нагрева.The technical result of the proposed solution is to increase the noise immunity, including interference from heating.

Технический результат достигается тем, что трехуровневая система управления аккумуляторной батареей, содержащая связанные с борнами аккумуляторных элементов блоки управления нижнего уровня, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, контроллеры аккумуляторных элементов подключены по каналам связи к групповым контроллерам, которые подключены по каналам связи к главному контроллеру, подключенному к внешней ЭВМ по каналу связи, характеризуется тем, что аккумуляторные элементы установлены в корпус конструктивного модуля, адаптеры аккумуляторных элементов, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, расположены непосредственно на аккумуляторных элементах, а контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления расположены за пределами корпуса конструктивного модуля аккумуляторных элементов и связаны с адаптерами аккумуляторных элементов проводниковыми линиями.The technical result is achieved by the fact that a three-level battery management system containing lower level control units associated with the battery elements, including balancing resistors, keys, temperature sensors, battery controllers, including analog measurement and control circuits, battery controllers are connected via communication channels to group controllers that are connected via communication channels to the main controller connected to an external computer via a communication channel, characterized in that the battery cells are installed in the housing of the structural module, the battery cell adapters, including balancing resistors, keys, temperature sensors, are located directly on the battery elements, and battery cell controllers, including analog measurement and control circuits, are located outside the housing of the structural module of the battery cells and are connected to the battery adapters x elements with conductor lines.

Контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления вместе с каналами связи и с групповым контроллером могут располагаться внутри корпуса группового контролера. Размещение измерительных цепей и микроконтроллеров нижнего уровня в отдельном корпусе позволит дополнительно повысить их помехозащищенность в том числе и от неравномерного, от различающихся элементов аккумулятора, тепловыделения как при работе самих элементов аккумулятора так и балансировочных резисторов. Также повышается электромагнитная помехозащищенность каналов связи между контролерами аккумуляторных элементов и групповыми контролерами благодаря компактному расположению указанных контролеров.Controllers for battery cells, including analog measurement and control circuits together with communication channels and with a group controller, can be located inside the group controller case. The placement of the measuring circuits and microcontrollers of the lower level in a separate case will further increase their noise immunity, including from uneven, from different battery elements, heat dissipation during operation of the battery elements themselves and balancing resistors. Also, the electromagnetic noise immunity of communication channels between the battery controllers and group controllers is increased due to the compact arrangement of these controllers.

Корпус конструктивного модуля и корпус группового контроллера могут быть соединены механически и объединены в модуль аккумуляторного элемента, что позволит дополнительно повысить электромагнитную помехозащищенность благодаря компактности и снижению длины проводниковых линий.The housing of the structural module and the housing of the group controller can be mechanically connected and combined into a battery cell module, which will further increase the electromagnetic noise immunity due to its compactness and reduced length of the conductor lines.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемой системы в целом, на фиг. 2 схема расположения компонентов системы в аккумуляторном модуле, по П. 1 и 3 фиг. 3 схема расположения компонентов системы в аккумуляторном модуле, по П.1, 2 и 3; где:In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed system as a whole, in FIG. 2 arrangement of system components in the battery module, according to paragraphs 1 and 3 of FIG. 3 arrangement of system components in the battery module according to Claims 1, 2, and 3; Where:

1 – модули аккумуляторные;1 - battery modules;

2 – аккумуляторные элементы;2 - battery cells;

3 – контроллеры аккумуляторных элементов;3 - controllers of battery cells;

4 – групповые контроллеры;4 - group controllers;

5 – главный контроллер;5 - main controller;

6 – верхний уровень;6 - upper level;

7 – зарядное устройство с защитно-коммутационная аппаратура;7 - charger with protective switching equipment;

8 – линия связи между групповым и главным контроллерами;8 - communication line between group and main controllers;

9 – линия связи между главным контроллером и верхним уровнем;9 - communication line between the main controller and the upper level;

10 – аккумуляторная батарея;10 - rechargeable battery;

11 – адаптеры аккумуляторных элементов;11 - adapters of battery cells;

12 – балансировочный резистор;12 - balancing resistor;

13 – датчик температуры;13 - temperature sensor;

14 – ключ коммутации балансировочного резистора;14 - switch key balancing resistor;

15 – контроллер элемента с измерительными и управляющими цепями;15 - element controller with measuring and control circuits;

16 – проводниковые линии;16 - conductor lines;

17 – групповой контролер;17 - group controller;

18 – корпус группового контроллера;18 - group controller housing;

19 – силовая цепь аккумуляторной батареи;19 - power circuit of the battery;

20 – канал связи с главным контроллером.20 - communication channel with the main controller.

Устройство действует следующим образом: Аккумуляторные элементы 2 расположены в модулях аккумуляторных 1. К борнам – выводам аккумуляторных элементов подключены контроллеры аккумуляторных элементов 3, которые соединены с групповым контроллером 4. Групповые контролеры соединены линиями связи 8 с главным контроллером 5. Главный контроллер соединен линией связи 9 с верхним уровнем 6, в качестве которого может использоваться компьютер с ПО мониторинга или иная мониторинговая система. Главный контролер управляет зарядным устройством (преобразователем) с защитно-коммутационной аппаратурой 7, который осуществляет зарядку электроэнергии из сети в аккумуляторы и отдачу электроэнергии из аккумуляторов в сеть. Аккумуляторная батарея 10 состоит из модулей аккумуляторных 1.The device operates as follows: The battery cells 2 are located in the battery modules 1. Battery terminals 3 are connected to the battery terminals - the terminals of the battery cells, which are connected to the group controller 4. The group controllers are connected by communication lines 8 to the main controller 5. The main controller is connected by communication line 9 with the upper level 6, which can be used as a computer with monitoring software or other monitoring system. The main controller controls the charger (converter) with protective switching equipment 7, which charges electric power from the network to the batteries and transfers electricity from the batteries to the network. Battery 10 consists of battery modules 1.

Адаптеры аккумуляторных элементов 11, установлены на борнах аккумуляторных элементов 2. В состав адаптера аккумуляторных элементов входят балансировочный резистор 12, датчик температуры 13, ключ коммутации балансировочного резистора 14. Контроллер элемента с измерительными и управляющими цепями 15 соединен с адаптером аккумуляторного элемента проводниковой линией, например, шлейфом из серии проводников 16. Контроллеры аккумуляторных элементов соединены информационными линиями связи с групповым контроллером 17. Силовая цепь аккумуляторной батареи показана 19. Канал связи с главным контроллером показан 20. Согласно одному из вариантов выполнения контролеры аккумуляторных элементов и групповой контролер расположены в корпусе группового контролера.The adapters of the battery cells 11 are mounted on the bourne of the battery cells 2. The battery adapter includes a balancing resistor 12, a temperature sensor 13, a switch key of the balancing resistor 14. The cell controller with measuring and control circuits 15 is connected to the battery cell adapter by a conductor line, for example, a loop from a series of conductors 16. The battery cells controllers are connected by information lines of communication with the group controller 17. The power circuit of the battery is shown 19. The communication channel with the main controller is shown 20. According to one embodiment, the battery cells and the group controller are located in the group controller housing.

Технический результат – повышение помехозащищенности от температурных воздействий достигается тем, что выделяющие тепло аккумуляторные элементы и балансировочные резисторы расположены за пределами конструктивных модулей аккумуляторных элементов, при этом уменьшается влияние тепловыделения от аккумуляторных элементов и балансировочных резисторов на работу контролеров аккумуляторных элементов и измерительных цепей контролеров. Все контролеры аккумуляторных элементов находятся в близком температурном режиме, что уменьшает ошибки измерений, вызванных неравномерностью тепловыделения от различающихся аккумуляторных элементов и балансировочных резисторов. Повышение электромагнитной защищенности достигается тем, что контроллеры аккумуляторных элементов и групповой контроллер расположены в непосредственной близости и линии связи между ними имеют короткую длину, что существенно понижает их восприимчивость к электромагнитным помехам.EFFECT: increased noise immunity from temperature effects is achieved by the fact that the heat-generating battery elements and balancing resistors are located outside the structural modules of the battery cells, while the influence of heat generation from the battery cells and balancing resistors on the operation of the battery cell controllers and measuring circuits of the controllers is reduced. All controllers of battery cells are in close temperature conditions, which reduces measurement errors caused by uneven heat generation from different battery cells and balancing resistors. Increased electromagnetic immunity is achieved by the fact that the battery controllers and the group controller are located in close proximity and the communication lines between them have a short length, which significantly reduces their susceptibility to electromagnetic interference.

Промышленное применение. Изобретение может с успехом применяться для изготовления и эксплуатации систем управления аккумуляторными батареями.Industrial application. The invention can be successfully applied for the manufacture and operation of battery management systems.

Claims

1. A three-level battery management system, comprising lower-level control units connected to the battery elements, including balancing resistors, switches, temperature sensors, battery controllers, including analog measurement and control circuits, battery controllers connected via communication channels to group controllers, which are connected via communication channels to the main controller connected to an external computer via a communication channel, characterized in that the battery cells are installed in the housing of the structural module of the battery cells, battery cell adapters including balancing resistors, keys, temperature sensors are located directly on the battery cells, and battery cell controllers, including analog measurement and control circuits, are located outside the housing of the structural module of the battery cells and are connected to the adapters of the battery cells bottom lines.

2. The system according to claim 1, characterized in that the battery cell controllers, including analog measurement and control circuits together with communication channels and with a group controller, are located inside the group controller case.

3. The system according to claim 1, characterized in that the housing of the structural module of the battery cells and the housing of the group controller are connected mechanically and combined into a battery cell module.