RU92989U1

RU92989U1 - SYSTEM OF PROTECTION AGAINST OVERLOADING OF BATTERIES OF THE BUFFER STORAGE OF ENERGY OF THE COMBINED POWER INSTALLATION

Info

Publication number: RU92989U1
Application number: RU2009143620/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Ипатов; Николай Анатольевич Хрипач; Лев Юрьевич Лежнев; Алексей Александрович Авдеев
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2010-04-10

Abstract

Система защиты от перезаряда аккумуляторов буферного накопителя энергии комбинированной энергоустановки, содержащая совокупность устройств, устанавливаемых параллельно на каждый аккумулятор батареи и состоящих из шунтового регулятора, имеющего настраиваемый порог срабатывания, транзисторов усиливающих каскадов и силового транзистора, устанавливаемого на радиатор, охлаждаемый циркулирующей жидкостью, устройства подключены к защищаемому аккумулятору. The system of protection against overcharging of the accumulators of the buffer energy storage of a combined power plant, containing a set of devices installed in parallel on each battery of the battery and consisting of a shunt regulator having an adjustable response threshold, transistors of amplifying stages and a power transistor installed on a radiator cooled by a circulating liquid, the devices are connected to protected battery.

Description

Техническое решение относится к комбинированным энергоустановкам (КЭУ), оно касается управления буферным накопителем энергии (БНЭ), входящего в ее состав.The technical solution relates to combined power plants (KEU), it relates to the management of a buffer energy storage (BNE), which is part of it.

Автомобильный транспорт является одним из основных источников проблем, связанных с защитой окружающей среды и сохранением природных ресурсов. Снижение расхода топлива и выбросов парникового газа СО₂, устранение вредных выбросов с отработавшими газами продолжает оставаться актуальной проблемой, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в этой области. Одним из наиболее перспективных направлений решения существующей проблемы является разработка автотранспортных средств с комбинированными энергоустановками, в состав которых будут входить первичный источник электроэнергии, работающий на альтернативном виде топлива, буферный накопитель энергии и тяговый электропривод.Road transport is one of the main sources of problems associated with the protection of the environment and the conservation of natural resources. Reducing fuel consumption and greenhouse gas emissions of CO ₂ , eliminating harmful emissions from exhaust gases continues to be an urgent problem, despite the significant progress achieved in this area. One of the most promising directions for solving the existing problem is the development of vehicles with combined power plants, which will include a primary source of electricity operating on an alternative type of fuel, a buffer energy storage device and a traction electric drive.

Известны различные устройства для поддержания в рабочем состоянии накопителя энергии, состоящего из нескольких аккумуляторов, представленные в патентах РФ №№2096868, 2160954, 2178223, МПК Н01М 10/42.There are various devices for maintaining in working condition an energy storage device consisting of several batteries, presented in RF patents Nos. 2096868, 2160954, 2178223, IPC Н01М 10/42.

Задача - обеспечение шунтового выравнивания степени заряженности литиевых аккумуляторных батарей буферного накопителя энергии гибридного транспортного средства.The task is to provide shunt equalization of the degree of charge of lithium rechargeable batteries of the buffer energy storage device of a hybrid vehicle.

Решение задачи обеспечено тем, что система защиты от перезаряда аккумуляторов буферного накопителя энергии комбинированной энергоустановки содержит совокупность устройств, устанавливаемых параллельно на каждый аккумулятор батареи и состоящих из шунтового регулятора, имеющего настраиваемый порог срабатывания, транзисторов усиливающих каскадов и силового транзистора, устанавливаемого на радиатор, охлаждаемый циркулирующей жидкостью, устройства подключены к защищаемому аккумулятору.The solution to the problem is provided by the fact that the battery overcharge protection system of the buffer energy storage device of the combined power installation contains a set of devices installed in parallel on each battery of the battery and consisting of a shunt controller with a configurable threshold, amplifying transistors and a power transistor mounted on a radiator cooled by a circulating liquid, devices are connected to the protected battery.

На фигуре 1 приведена блок-схема системы шунтового выравнивания степени заряженности литиевых аккумуляторных батарей.The figure 1 shows a block diagram of a system of shunt equalization of the degree of charge of lithium batteries.

На фигуре 2 приведена блок - схема защиты и контроля аккумуляторов.The figure 2 shows the block diagram of the protection and control of the batteries.

На фигуре 3 показан блок измерения тока.Figure 3 shows a current measurement unit.

Аккумуляторы 1, соединенные последовательно в батарею БНЭ гибридного транспортного средства, соединены своими выводами с блоками защиты и контроля аккумуляторов. Датчик тока 2 соединен с дополнительным блоком измерения тока, который, как и блоки 3 защиты и контроля аккумуляторов соединены с информационной CAN шиной 4 автомобильного транспортного средства. Блок защиты и контроля аккумулятора содержит в себе полупроводниковый шунтовой регулятор 5 с усиливающими каскадами 6 с напряжением срабатывания настроенным на величину напряжения полностью заряженного аккумулятора, который управляет силовым, принудительно охлаждаемым, транзистором 7, осуществляющим ограничение максимального напряжения на защищаемом аккумуляторе 1, что позволяет предотвратить перезаряд аккумулятора и обеспечить выравнивание степени заряженности аккумуляторов батареи во время заряда. В состав блока защиты и контроля аккумулятора также входит микроконтроллер 8, содержащий аналогово-цифровой преобразователь и приемо-передатчик CAN шины, его функция, осуществлять по команде дополнительного блока 9 измерения тока замер напряжения на контролируемом аккумуляторе и передавать его значение в CAN шину 4, питание блока защиты и контроля аккумулятора осуществляется от контролируемого аккумулятора. Дополнительный блок измерения тока содержит в себе микроконтроллер 10, содержащий аналогово-цифровой преобразователь и приемо-передатчик CAN шины. Его функции - осуществлять питание датчика тока 2 и, преобразовывая аналоговый сигнал от датчика тока в цифровой, вычислять степень заряженности отдельных аккумуляторов, получая значения напряжения на аккумуляторах из CAN шины 4, из полученных значений степени заряженности вычислять среднее арифметическое значение и выдавать его в виде отдельной переменной в CAN шину 4 другим модулям системы управления комбинированной энергоустановкой автомобильного транспортного средства. Питание дополнительного блока измерения тока осуществляется от бортовой сети постоянного напряжения автотранспортного средства, напряжением 12-24 В.The batteries 1 connected in series to the battery of the BNE of the hybrid vehicle are connected by their terminals to the battery protection and control units. The current sensor 2 is connected to an additional current measuring unit, which, like the battery protection and control units 3, is connected to the CAN information bus 4 of a vehicle. The battery protection and control unit contains a semiconductor shunt controller 5 with amplifying stages 6 with a tripping voltage adjusted to the voltage value of a fully charged battery, which controls a power, forced-cooled transistor 7, which limits the maximum voltage on the protected battery 1, which prevents overcharging battery and ensure equalization of the state of charge of the battery during charging. The battery protection and control unit also includes a microcontroller 8, which contains an analog-to-digital converter and a CAN bus transceiver, its function is to measure the voltage on the battery being monitored by an additional current measuring unit 9 and transfer its value to the CAN bus 4, power The battery protection and control unit is provided by a controlled battery. An additional current measuring unit comprises a microcontroller 10, comprising an analog-to-digital converter and a CAN bus transceiver. Its functions are to power the current sensor 2 and, converting the analog signal from the current sensor to digital, calculate the degree of charge of individual batteries, get the voltage values on the batteries from CAN bus 4, calculate the arithmetic mean value from the received values of the degree of charge and give it as a separate variable in CAN bus 4 to other modules of the control system of the combined power plant of a vehicle. The power supply of the additional current measurement unit is carried out from the on-board DC network of a vehicle, with a voltage of 12-24 V.

Основными функциями системы шунтового выравнивания степени заряженности является осуществление индивидуальной защиты литиевых аккумуляторов, входящих в состав последовательно соединенной батареи буферного накопителя энергии гибридной энергоустановки автомобильного транспортного средства или тяговой батареи электрического автомобильного транспортного средства, от перезаряда, и реализация выравнивания степени заряженности отдельных аккумуляторов батареи. Такая защита позволяет при заряде батареи от источника, а главное, при рекуперативном торможении распределять поток электроэнергии на заряд защищаемого аккумулятора и на преобразование в рассеиваемую тепловую энергию. Благодаря чему, созданная система, реализующая защиту литиевого аккумулятора, объединяет в себе функции защиты аккумулятора, распределителя энергии рекуперативного торможения, тормозного нагружающего элемента, устройства выравнивания степени заряженности аккумуляторов батареи.The main functions of the system of shunt equalization of the degree of charge is the individual protection of lithium batteries that are part of the series-connected battery of the buffer energy storage of the hybrid power plant of a car vehicle or traction battery of an electric automobile vehicle from overcharging, and the implementation of leveling the degree of charge of individual battery batteries. This protection allows you to distribute the flow of electricity to charge the protected battery and to convert it into dissipated thermal energy when charging the battery from the source, and most importantly, during regenerative braking. Due to this, the created system that implements the protection of a lithium battery combines the protection functions of a battery, a distributor of regenerative braking energy, a brake load cell, and a device for leveling the state of charge of battery batteries.

Система реализуется устройствами, устанавливаемыми параллельно на каждый аккумулятор батареи. Каждое такое устройство состоит, в основном, из полупроводниковых приборов, а именно: из шунтового регулятора, имеющего настраиваемый порог срабатывания, транзисторов усиливающих каскадов и силового транзистора, устанавливаемого на радиатор, охлаждаемый циркулирующей жидкостью, устройство питается от защищаемого аккумулятора.The system is implemented by devices installed in parallel on each battery of the battery. Each such device consists mainly of semiconductor devices, namely: a shunt regulator with a configurable threshold, amplifying stage transistors and a power transistor mounted on a radiator cooled by circulating liquid, the device is powered by a protected battery.

Система работает следующим образом. При полном заряде аккумулятора и, следовательно, при достижении напряжением аккумулятора порогового значения, на которое заранее настраивается порог срабатывания шунтового регулятора, последний открывает транзисторы усиливающих каскадов, которые в свою очередь открывают силовой транзистор, преобразующий электроэнергию, подводимую к аккумулятору в тепловую энергию, отводимую в радиатор, охлаждаемый циркулирующей жидкостью. В результате, напряжение на защищаемом аккумуляторе перестает расти, заряд аккумулятора прекращается, при этом потребляемая аккумуляторной батареей электрическая мощность остается неизменной, соответственно сохраняется электрический тормозной момент на тяговом электроприводе автомобильного транспортного средства. В то же время, аккумуляторы, не достигшие полного заряда, продолжают заряжаться до момента срабатывания шунтовых регуляторов на их устройствах защиты, реализующих данную систему. Тем самым достигается выравнивание степени заряженности аккумуляторов батареи.The system operates as follows. When the battery is fully charged and, therefore, when the voltage reaches the threshold value, which the threshold of the shunt regulator is set in advance, the latter opens the amplifying cascades transistors, which in turn open the power transistor, which converts the electricity supplied to the battery into thermal energy, taken into circulating fluid radiator. As a result, the voltage on the protected battery stops growing, the battery charge stops, while the electric power consumed by the battery remains unchanged, accordingly, the electric braking torque is maintained on the traction electric drive of a vehicle. At the same time, batteries that do not reach full charge continue to be charged until the shunt regulators on their protection devices that implement this system operate. This ensures equalization of the degree of charge of the battery.

Claims

A battery overcharge protection system for a buffer energy storage device of a combined power plant, containing a set of devices installed in parallel on each battery of the battery and consisting of a shunt regulator with an adjustable threshold for operation, amplifying cascade transistors and a power transistor mounted on a radiator cooled by circulating liquid, the devices are connected to protected battery.