WO2014196899A1 - Systems for managing energy storage - Google Patents
Systems for managing energy storage Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014196899A1 WO2014196899A1 PCT/RU2014/000391 RU2014000391W WO2014196899A1 WO 2014196899 A1 WO2014196899 A1 WO 2014196899A1 RU 2014000391 W RU2014000391 W RU 2014000391W WO 2014196899 A1 WO2014196899 A1 WO 2014196899A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- energy
- control
- battery
- drive
- microcontroller
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
Definitions
- the proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used to create high-voltage batteries of electric energy storage devices for the needs of transport and energy.
- control level contains modules of electric energy storage devices with temperature sensors, units for specifying the identification numbers of storage devices and modules and indicators of their status, as well as alignment, switching, monitoring and control devices connected via a serial communication channel to the current measurement module and serial channel controller at an average level control connected via a serial communication channel with the upper-level battery control unit connected to the on-board charger device.
- An active leveling device at the lower control level is constructed using a transformer circuit that redistributes the energy inside the battery between the module drives (RF patent for utility model J4 ° 37884, publ. 05/10/2004).
- the well-known hierarchical control system for a battery of electric energy storage devices has the following main drawback, which is the difficulty of implementing an active alignment method using the transformer circuit proposed in it as applied to a high-voltage battery with a large number of series-connected drives (up to 160 pcs.) Intended for use in transport , since the transformer in the prototype must have working windings according to the number of drives on one core. It is really possible to cover with such a transformer no more than 8 - 10 drives in the module (in the prototype 8 pcs.), And therefore the problem of inter-module alignment remains unsolved.
- the hierarchical control system for batteries of electric energy storage devices in which each of the series-connected electric energy storage devices has a single drive control unit, powered from the drive and connected at an average control level through intramodular, is the closest to the claimed technical solution galvanically isolated serial communication channel with the corresponding control unit of the electronic module tricity drives, powered from the module and connected at the upper control level through an intermodular galvanically isolated serial communication channel with a battery-operated battery control side (RF patent for utility model N ° 123251, published on December 20, 2012).
- the drive control unit in a known system adopted for the prototype consists of a monitoring and control device based on a microcontroller and an active equalizing device based on a transformer circuit, made in the form of a bi-directional energy transfer device from a separate battery storage device to a battery through-line direct current line and vice versa as a flyback voltage converter.
- the well-known three-level battery management system for electric energy storage with an active equalization circuit and a storage line covers any number of storage devices and allows you to redistribute energy between them regardless of their location.
- a disadvantage of the known equalization device on bidirectional flyback converters for a hierarchical system for controlling the battery of electric energy storage devices using the storage line as a DC energy exchange electric line is the limitation on the power received from the line due to the inefficiency of the flyback converter for transmitting high power.
- the low transmitted power limits the use of the system only to compensation for the imbalance of battery drives due to self-discharge phenomena and does not allow to compensate for the variation in the capacity of the drives, leaving the discharge characteristic of the battery corresponding to the characteristic of the worst drive.
- the claimed solution has the technical task of creating a leveling device for a hierarchical battery management system for electric energy storage devices with an isolated DC energy exchange trunk, which makes it possible to fully use the battery’s energy potential, preventing the most unfavorable situation when the work on the load is interrupted due to discharge of the lowest capacity storage device.
- the technical result of the claimed solution is that due to the use of a more powerful forward-flow converter, it is possible to direct a large supporting current to a drive in need from an energy-exchange isolated DC bus, energy to which can be supplied from a large number of "donor” drives using less powerful flyback converters , which makes it possible to compensate for the charge deficit in several "worst" drives for a limited discharge time. Disclosure of invention
- a leveling device for each drive of the hierarchical control system of the battery of electric energy storage devices with an isolated energy exchange DC bus and drive control units, battery powered and containing a return DC / DC flyback converter connected to the input of the corresponding drive through microcontroller device for monitoring and control of the drive control unit, by the output to the energy exchange ma DC bus, and at the control input to the first control output of the microcontroller control and management unit of the drive control hierarchical battery management system.
- the equalization device contains a step-down direct-current DC / DC unregulated voltage converter with a hard transfer characteristic, connected at the input to the DC energy exchange main, at the output to the corresponding drive through a microcontroller for monitoring and control and at the control input to the second control output of the microcontroller device for monitoring and control of the drive control unit of the hierarchical system at board battery.
- the figure shows a functional block diagram of the claimed leveling device.
- the positions in the drawing indicate:
- the claimed equalizing device 1 for a hierarchical battery management system for electric energy storage 2 with an isolated energy exchange DC bus 3 and drive control units 4 contains a flyback up-and-down DC / DC voltage converter 5 and a forward-flow unregulated step-down DC / DC voltage converter 6.
- Return-through DC / DC converter voltage 5 at the input is connected through a microcontroller device for monitoring and control 7 of the drive control unit 4 of the hierarchical system topics of battery management to the corresponding battery drive 2 and to the output of the direct-current DC / DC voltage converter 6, the input of which is connected to the DC energy exchange line 3 connected to the output of the reverse DC / DC voltage converter 5, the control input of which is connected to the first control output of the microcontroller device control and management 7 drive control unit 4 hierarchical battery management system.
- the second control output of the microcontroller monitoring and control device 7 is connected to the control input of the direct-current DC / DC voltage converter 6, and the output of the serial interface is connected to the serial communication channel 8 of the hierarchical battery management system.
- the claimed leveling device for a hierarchical control system for a battery of electric energy storage devices with an isolated energy exchange DC bus and drive control units operates as follows. In the process of charging the battery from the charger, the charging current passes through all series-connected electrical drives 2 batteries, charging them to a voltage value controlled and controlled by microcontroller devices.
- the specified procedure for balancing the battery during charging allows you to achieve maximum charge in each drive 2 to the end of charging.
- the receipt of all energy from the battery is limited primarily by the moment of discharge of the drive with the lowest capacity, known in the hierarchical battery management system due to the accumulation of statistical data.
- Preventing the premature discharge of several drives 2 with the smallest capacity by adding a charge to them with a balancing current gives the greatest effect in winning the useful capacity of the battery. Support for such drives can be made during the discharge time, and when discharging for a short time, a significant current of "support" is required.
- the necessary energy for the specified support current can be distributed on a large number of "good” and “medium” drives, also known to the hierarchical battery management system due to the accumulation of statistical data.
- the task of balancing the charge is solved by combining in the balancing nodes 1 of the drive control units 4 two specialized converters: bypass in current mode (with fixed power) 5 for transferring energy to the energy exchange highway 3 and a powerful forward-flow DC / DC converter 6 for transferring energy from the energy exchange line 3 to the drive 2.
- the proposed equalizing device 1 allows one to achieve high transmitted power and a large balancing current by obtaining the required energy from a large number of drives and using a more efficient forward-pass converter, for example, a resonant or quasi-resonant type, as which modules IB050E120T32N1-00 4: 1: Up to 300 W Output or IB050E96T48N1-00 1: 5 500 W Output from Vicor Intermediate can be selected Buc Converter Module.
- a resonant or quasi-resonant type as which modules IB050E120T32N1-00 4: 1: Up to 300 W Output or IB050E96T48N1-00 1: 5 500 W Output from Vicor Intermediate can be selected Buc Converter Module.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
Abstract
The device relates to the field of electrical engineering and can be used in the creation of high-voltage batteries of electrical energy accumulators for use in transportation and energy generation. The essence of the invention is that the balancing unit of each accumulator consists of two separate specialized DC/DC converters: a low-power flyback converter operating in a power-limited mode for the transfer of energy from the accumulator to a direct current energy-exchange line, and a powerful forward voltage converter with a strictly set voltage gain (transformer ratio) for the transfer of energy from the line to the accumulator. The technical result of the claimed invention is that by using a more powerful forward converter, a large sustaining current can be sent to an accumulator in need from a direct current energy-exchange line, to which energy is supplied from a large number of "donor" accumulators with the aid of less powerful flyback converters, thus making it possible within a limited discharge time to compensate not only for leakage, but also for a charge deficit in a plurality of accumulators which are most depleted.
Description
СИСТЕМ Ы УП РАВЛ ЕН ИЯ ХРАН ЕН И ЕМ ЭН ЕРГИ И SYSTEMS UP EQUATION OF KHAN YEN AND EM N ERGI AND
Область техники Technical field
Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использована при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used to create high-voltage batteries of electric energy storage devices for the needs of transport and energy.
Предшествующий уровень техники State of the art
Проблема обеспечения длительного срока службы высоковольтных и высокоэнергоёмких аккумуляторных батарей, состоящих из большого числа последовательно соединённых аккумуляторов, является актуальной, поскольку даже небольшие различия в характеристиках отдельных аккумуляторов, имеющие место при комплектовании батарей, в процессе эксплуатации приводят к значительному разбалансу в степени заряженности отдельных аккумуляторов. Следствием этого является снижение уровня отдаваемой ёмкости батареей в нагрузку, перезаряд и переразряд отдельных элементов с возможностью их переполюсовки, разгерметизации и других необратимых и нежелательных явлений, что в итоге приводит к сокращению срока службы батарей. Одним из решений указанной проблемы является выравнивание разбаланса между отдельными элементами батареи (электрическими накопителями энергии) путём селективного шунтирования отдельных элементов батареи с помощью резисторов в системе управления батареей с пассивной балансировкой (патент РФ N° 2324263, опубл. 27.01.2008). The problem of ensuring the long service life of high-voltage and high-energy-consuming rechargeable batteries, consisting of a large number of series-connected batteries, is urgent, since even small differences in the characteristics of individual batteries that occur during the assembly of batteries during operation lead to a significant imbalance in the degree of charge of individual batteries. The consequence of this is a decrease in the level of the delivered capacity of the battery to the load, recharge and overdischarge of individual elements with the possibility of their reversal, depressurization and other irreversible and undesirable phenomena, which ultimately leads to a reduction in battery life. One solution to this problem is to balance the imbalance between individual battery cells (electrical energy storage devices) by selectively shunting individual battery cells using resistors in a passive-balanced battery control system (RF patent N ° 2324263, published January 27, 2008).
Однако данное техническое решение энергетически не эффективно, так как приводит к непроизводительным потерям энергии, а также вызывает нежелательный перегрев всей батареи, поскольку выравнивающая электрическая цепь, как правило, локализована в корпусе батареи. However, this technical solution is not energetically effective, as it leads to unproductive energy losses, and also causes undesirable overheating of the entire battery, since the equalizing electric circuit is usually localized in the battery case.
Известна иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии, запитанная от самой батареи (статья «Особенности построения аппаратуры контроля и защиты высоковольтных литий-ионных аккумуляторных батарей для систем электроснабжения космических аппаратов» / Труды НПП «ВНИИЭМ», 201 1, т. 123 J ° 4, с. 29-34 авторы М.Ф. Ганзбург, А.И Груздев, В. И. Трофименко (ОАО «АВЭКС»)). Известная система на нижнем
уровне управления содержит модули электрических накопителей энергии с датчиками температуры, блоками задания идентификационных номеров накопителей и модулей и индикаторами их состояния, а также устройствами выравнивания, коммутации, контроля и управления, связанными по последовательному каналу связи с модулем измерения тока и контроллером последовательного канала на среднем уровне управления, подключённым по последовательному каналу связи с блоком управления батареей верхнего уровня управления, подключенным к бортовому зарядному устройству. Устройство активного выравнивания на нижнем уровне управления построено с использованием трансформаторной схемы, осуществляющей перераспределение энергии внутри батареи между накопителями модуля (патент РФ на полезную модель J4° 37884, опубл. 10.05.2004 г.). A well-known hierarchical control system for a battery of electric energy storage devices, powered by the battery itself (article "Features of the construction of control equipment and protection of high-voltage lithium-ion batteries for power supply systems of spacecraft" / Transactions of NPP VNIIEM, 201 1, v. 123 J ° 4 , pp. 29-34 authors MF Ganzburg, A.I. Gruzdev, V.I. Trofimenko (JSC "AVEKS")). Known system on the bottom the control level contains modules of electric energy storage devices with temperature sensors, units for specifying the identification numbers of storage devices and modules and indicators of their status, as well as alignment, switching, monitoring and control devices connected via a serial communication channel to the current measurement module and serial channel controller at an average level control connected via a serial communication channel with the upper-level battery control unit connected to the on-board charger device. An active leveling device at the lower control level is constructed using a transformer circuit that redistributes the energy inside the battery between the module drives (RF patent for utility model J4 ° 37884, publ. 05/10/2004).
Однако известная иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии имеет следующий основной недостаток, заключающийся в сложности реализации активного метода выравнивания с помощью предложенной в ней трансформаторной схемы применительно к высоковольтной батарее с большим числом последовательно соединённых накопителей (до 160 шт.), предназначенной для использования на транспорте, поскольку трансформатор в прототипе должен иметь рабочие обмотки по числу накопителей на одном сердечнике. Реально удаётся охватить таким трансформатором не более 8 - 10 накопителей в модуле (в прототипе 8 шт.), в связи с чем остаётся не решённой проблема межмодульного выравнивания. However, the well-known hierarchical control system for a battery of electric energy storage devices has the following main drawback, which is the difficulty of implementing an active alignment method using the transformer circuit proposed in it as applied to a high-voltage battery with a large number of series-connected drives (up to 160 pcs.) Intended for use in transport , since the transformer in the prototype must have working windings according to the number of drives on one core. It is really possible to cover with such a transformer no more than 8 - 10 drives in the module (in the prototype 8 pcs.), And therefore the problem of inter-module alignment remains unsolved.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к заявляемому техническому решению является иерархическая система управления батарей электрических накопителей энергии, в которой каждый из последовательно соединённых электрических накопителей энергии имеет на нижнем уровне управления блок управления единичным накопителем, запитанный от накопителя и связанный на среднем уровне управления через внутримодульный гальванически развязанный последовательный канал связи с соответствующим блоком управления модулем электрических накопителей, запитанный от модуля и подключённый на верхнем уровне управления через межмодульный гальванически развязанный последовательный канал связи с запитанным от батареи боком управления батареей (патент РФ на полезную модель N° 123251, опубл. 20.12.2012 г.). Блок управления накопителем в известной системе, принятой за
прототип, состоит из устройства контроля и управления на основе микроконтроллера и активного выравнивающего устройства на основе трансформаторной схемы, выполненного в виде устройства двунаправленной передачи энергии от отдельного накопителя батареи в сквозную для батареи накопительную линию постоянного тока и обратно по типу обратноходового преобразователя напряжения. Известная трёхуровневая система управления батареей электрических накопителей энергии с активной схемой выравнивания и накопительной линией охватывает любое количество накопителей и позволяет перераспределять энергию между ними независимо от их месторасположения. By the set of similar essential features, the hierarchical control system for batteries of electric energy storage devices, in which each of the series-connected electric energy storage devices has a single drive control unit, powered from the drive and connected at an average control level through intramodular, is the closest to the claimed technical solution galvanically isolated serial communication channel with the corresponding control unit of the electronic module tricity drives, powered from the module and connected at the upper control level through an intermodular galvanically isolated serial communication channel with a battery-operated battery control side (RF patent for utility model N ° 123251, published on December 20, 2012). The drive control unit in a known system adopted for the prototype consists of a monitoring and control device based on a microcontroller and an active equalizing device based on a transformer circuit, made in the form of a bi-directional energy transfer device from a separate battery storage device to a battery through-line direct current line and vice versa as a flyback voltage converter. The well-known three-level battery management system for electric energy storage with an active equalization circuit and a storage line covers any number of storage devices and allows you to redistribute energy between them regardless of their location.
Однако недостатком известного выравнивающего устройства на двунаправленных обратноходовых преобразователях для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с использованием накопительной линии в качестве энергообменной электрической магистрали постоянного тока является ограничение на принимаемую из линии мощность из-за неэффективности обратноходового преобразователя для передачи большой мощности. Малая передаваемая мощность ограничивает применение системы только компенсацией разбаланса накопителей батареи из-за явлений саморазряда и не позволяет компенсировать разброс ёмкости накопителей, оставляя разрядную характеристику батареи соответствующей характеристике наихудшего накопителя. However, a disadvantage of the known equalization device on bidirectional flyback converters for a hierarchical system for controlling the battery of electric energy storage devices using the storage line as a DC energy exchange electric line is the limitation on the power received from the line due to the inefficiency of the flyback converter for transmitting high power. The low transmitted power limits the use of the system only to compensation for the imbalance of battery drives due to self-discharge phenomena and does not allow to compensate for the variation in the capacity of the drives, leaving the discharge characteristic of the battery corresponding to the characteristic of the worst drive.
Перед заявляемым решением поставлена техническая задача создания выравнивающего устройства для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока, позволяющего полностью использовать энергетический потенциал батареи, предотвращая наиболее неблагоприятную ситуацию, когда работа на нагрузку прекращается из-за разрядки накопителя наименьшей ёмкости. The claimed solution has the technical task of creating a leveling device for a hierarchical battery management system for electric energy storage devices with an isolated DC energy exchange trunk, which makes it possible to fully use the battery’s energy potential, preventing the most unfavorable situation when the work on the load is interrupted due to discharge of the lowest capacity storage device.
Технический результат заявлемого решения состоит в том, что благодаря использованию более мощного прямоходового преобразователя имеется возможность направлять большой поддерживающий ток в нуждающийся накопитель из энергообменной изолированной магистрали постоянного тока, энергия в которую может быть подана от большого числа «донорских» накопителей с помощью менее мощных обратноходовых преобразователей, что позволяет компенсировать дефицит заряда в нескольких «наихудших» накопителях за ограниченное время разряда.
Раскрытие изобретения The technical result of the claimed solution is that due to the use of a more powerful forward-flow converter, it is possible to direct a large supporting current to a drive in need from an energy-exchange isolated DC bus, energy to which can be supplied from a large number of "donor" drives using less powerful flyback converters , which makes it possible to compensate for the charge deficit in several "worst" drives for a limited discharge time. Disclosure of invention
Поставленная задача решается тем, что предложено выравнивающее устройство для каждого накопителя иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока и блоками управления накопителями, запитанное от батареи и содержащее повьппающий обратноходовый DC/DC преобразователь напряжения, подключенный по входу к соответствующему накопителю через микроконтроллерное устройство контроля и управления блока управления накопителем, по выходу к энергообменной магистрали постоянного тока, а по входу управления к первому управляющему выходу микроконтроллерного устройства контроля и управления блока управления накопителем иерархический системы управления батареей. Новым в предложенном выравнивающем устройстве является то, что выравнивающее устройство содержит понижающий прямоходовый DC/DC нерегулируемый преобразователь напряжения с жёсткой передаточной характеристикой, подключенный по входу к энергообменной магистрали постоянного тока, по выходу - к соответствующему накопителю через микроконтролерное устройство контроля и управления и по входу управления ко второму управляющему выходу микроконтроллерного устройства контроля и управления блока управления накопителем иерархической системы управления батареей. The problem is solved by the fact that a leveling device is proposed for each drive of the hierarchical control system of the battery of electric energy storage devices with an isolated energy exchange DC bus and drive control units, battery powered and containing a return DC / DC flyback converter connected to the input of the corresponding drive through microcontroller device for monitoring and control of the drive control unit, by the output to the energy exchange ma DC bus, and at the control input to the first control output of the microcontroller control and management unit of the drive control hierarchical battery management system. What is new in the proposed equalization device is that the equalization device contains a step-down direct-current DC / DC unregulated voltage converter with a hard transfer characteristic, connected at the input to the DC energy exchange main, at the output to the corresponding drive through a microcontroller for monitoring and control and at the control input to the second control output of the microcontroller device for monitoring and control of the drive control unit of the hierarchical system at board battery.
Описание чертежей Description of drawings
На фигуре представлена функциональная блок-схема заявленного выравнивающего устройства. Позициями на чертеже обозначены: The figure shows a functional block diagram of the claimed leveling device. The positions in the drawing indicate:
1 - выравнивающее устройство; 1 - leveling device;
2 - электрический накопитель энергии; 2 - electric energy storage device;
3 - энергообменная изолированная магистраль постоянного тока; 3 - energy exchange insulated DC bus;
4 - блок управления накопителем; 4 - drive control unit;
5 - обратноходовый DC/DC повышающий преобразователь напряжения; 5 - flyback DC / DC step-up voltage converter;
6 - прямоходовый DC/DC понижающий нерегулируемый преобразователь напряжения с жёсткой передаточной характеристикой; 6 - straight-through DC / DC step-down unregulated voltage converter with a hard transfer characteristic;
7 - микроконтроллерное устройство контроля и управления; 7 - microcontroller device for monitoring and control;
8 - последовательный канал связи иерархической системы управления батареей. 8 is a serial communication channel of a hierarchical battery management system.
Описание устройства
Заявленное выравнивающее устройство 1 для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии 2 с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока 3 и блоками управления накопителями 4 содержит обратноходовый повьпиающий DC/DC преобразователь напряжения 5 и прямоходовый нерегулируемый понижающий DC/DC преобразователь напряжения 6. Обратноходовый DC/DC преобразователь напряжения 5 по входу подключен через микроконтроллерное устройство контроля и управления 7 блока управления накопителем 4 иерархической системы управления батареей к соответствующему накопителю 2 батареи и к выходу прямоходового DC/DC преобразователя напряжения 6, вход которого подключен к энергообменной магистрали постоянного тока 3, подключенной к выходу обратноходового DC/DC преобразователя напряжения 5, вход управления которого соединён с первым управляющим выходом микроконтроллерного устройства контроля и управления 7 блока управления накопителем 4 иерархической системы управления батареей. Второй управляющий выход микроконтроллерного устройства контроля и управления 7 подключен к входу управления прямоходового DC/DC преобразователя напряжения 6, а выход последовательного интерфейса соединён с последовательным каналом связи 8 иерархической система управления батареей. Device description The claimed equalizing device 1 for a hierarchical battery management system for electric energy storage 2 with an isolated energy exchange DC bus 3 and drive control units 4 contains a flyback up-and-down DC / DC voltage converter 5 and a forward-flow unregulated step-down DC / DC voltage converter 6. Return-through DC / DC converter voltage 5 at the input is connected through a microcontroller device for monitoring and control 7 of the drive control unit 4 of the hierarchical system topics of battery management to the corresponding battery drive 2 and to the output of the direct-current DC / DC voltage converter 6, the input of which is connected to the DC energy exchange line 3 connected to the output of the reverse DC / DC voltage converter 5, the control input of which is connected to the first control output of the microcontroller device control and management 7 drive control unit 4 hierarchical battery management system. The second control output of the microcontroller monitoring and control device 7 is connected to the control input of the direct-current DC / DC voltage converter 6, and the output of the serial interface is connected to the serial communication channel 8 of the hierarchical battery management system.
Описание работы Work description
Заявленное выравнивающее устройство для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока и блоками управления накопителями работает следующим образом. В процессе зарядки батареи от зарядного устройства, зарядный ток проходит через все последовательно соединённые электрические накопители 2 батареи, заряжая их до контролируемой микроконтроллерными устройствами контроля и управления величины напряжения. При достижении этой величины на любом единичном накопителе 2 до заданного максимального значения, хранящегося в качестве уставок в памяти микроконтроллера блока управления батареей (на чертеже не показаны) верхнего уровня управления, последний разрывает зарядную цепь батареи с помощью имеющегося в иерархической системе управления батареей коммутатора (на чертеже не показан) и через последовательный канал связи 8 и соответствующее устройство контроля управления 7 запускает в работу обратноходовые DC/DC
преобразователи напряжения 5, соответствующие заряженным быстрее других накопителям 2, передавая энергию из них в другие недозаряженные накопители 2 через соответствующие прямоходовые преобразователи 6. После чего зарядное устройство батареи подключается снова. Таким образом осуществляется селективное выравнивание с перераспределением энергии между накопителями 2 батареи с накопление данных процесса зарядной балансировки. Указанная процедура балансировки батареи в процессе её зарядки позволяет достичь максимального заряда в каждом накопителе 2 к окончанию зарядки. При разрядке получение всей энергии из батареи ограничивается в первую очередь моментом разряда накопителя с наименьшей ёмкостью, известного в иерархической системе управления батареи за счёт накопления статистических данных. Предотвращение преждевременного разряда нескольких накопителей 2 с наименьшей ёмкостью путём добавления в них заряда балансировочным током даёт наибольший эффект в выигрыше полезной ёмкости батареи. Поддержка таких накопителей может производиться за время разрядки, при чём при разряде за непродолжительное время требуется значительный ток «поддержки». Необходимая энергия для указанного тока поддержки может быть распределена на большое количество «хороших» и «средних» накопителей, также известных иерархической системе управления батареей за счёт накопления статистических данных. При построении балансировочной системы с объединяющей энергообмненной магистралью постоянного тока 3 задача выравнивания заряда решается сочетанием в балансировочных узлах 1 блоков управления накопителями 4 двух специализированных преобразователей: обрати оходового в токовом режиме (с фиксированной мощностью) 5 для передачи энергии в энергообменную магистраль 3 и мощного прямоходового DC/DC преобразователя 6 для передачи энергии из энергообменной магистрали 3 в накопитель 2. Благодаря «мягкой» нагрузочной характеристике подающих энергию в энергообменную магистраль работающих в токовом режиме обратноходовых преобразователей 5 мощный нерегулируемый прямоходовой преобразователь 6 из магистрали 3 с жёстким коэффициентом преобразования по напряжению устанавливает в энергообменной магистрали 3 напряжение равным напряжению на накопителе 2, умноженному на его коэффициент преобразования. Поскольку для поддержки накопителя имеется возможность включать на отдачу энергии в магистраль постоянного тока 3, предположительно, до 80 % накопителей с избыточным и неиспользуемым
зарядом, можно устанавливать соотношение мощностей DC/DC преобразователей 5 и 6 от 1 :5 до 1 :30. По сравнению с системой с применением балансировочных узлов на симметричных двунаправленных обратноходовых преобразователях предложенное выравнивающее устройство 1 позволяет достичь высокой передаваемой мощности и большого балансировочного тока за счёт получения требуемой энергии из большого числа накопителей и применения более эффективного прямоходового преобразователя, например резонансного или квазирезонансного типа, в качестве которого могут быть выбраны модули IB050E120T32N1 -00 4:1 :Up to 300 W Output или IB050E96T48N1 -00 1 :5 500 W Output фирмы Vicor Intermediate Buc Converter Module.
The claimed leveling device for a hierarchical control system for a battery of electric energy storage devices with an isolated energy exchange DC bus and drive control units operates as follows. In the process of charging the battery from the charger, the charging current passes through all series-connected electrical drives 2 batteries, charging them to a voltage value controlled and controlled by microcontroller devices. When this value on any single drive 2 is reached to a predetermined maximum value stored as settings in the memory of the microcontroller of the battery control unit (not shown) of the upper control level, the latter breaks the battery charging circuit using the switch in the hierarchical battery management system (on not shown) and through a serial communication channel 8 and the corresponding control control device 7 starts flyback DC / DC voltage converters 5, corresponding to charged faster than other drives 2, transferring energy from them to other undercharged drives 2 through the corresponding forward-pass converters 6. Then the battery charger is connected again. Thus, selective alignment with energy redistribution between the accumulators 2 of the battery is carried out with the accumulation of data from the process of charging balancing. The specified procedure for balancing the battery during charging allows you to achieve maximum charge in each drive 2 to the end of charging. During discharge, the receipt of all energy from the battery is limited primarily by the moment of discharge of the drive with the lowest capacity, known in the hierarchical battery management system due to the accumulation of statistical data. Preventing the premature discharge of several drives 2 with the smallest capacity by adding a charge to them with a balancing current gives the greatest effect in winning the useful capacity of the battery. Support for such drives can be made during the discharge time, and when discharging for a short time, a significant current of "support" is required. The necessary energy for the specified support current can be distributed on a large number of "good" and "medium" drives, also known to the hierarchical battery management system due to the accumulation of statistical data. When constructing a balancing system with a combining energy exchange DC bus 3, the task of balancing the charge is solved by combining in the balancing nodes 1 of the drive control units 4 two specialized converters: bypass in current mode (with fixed power) 5 for transferring energy to the energy exchange highway 3 and a powerful forward-flow DC / DC converter 6 for transferring energy from the energy exchange line 3 to the drive 2. Due to the "soft" load characteristic of the power supply th line in the energy working in current mode flyback converters 5 powerful unregulated forward converter 6 of line 3 with a hard voltage conversion coefficient sets in the energy line 3 voltage equal to the voltage on the storage tank 2, multiplied by its conversion coefficient. Since, to support the drive, it is possible to include up to 80% of drives with redundant and unused drives for the return of energy to the DC bus 3 charge, you can set the power ratio of DC / DC converters 5 and 6 from 1: 5 to 1: 30. Compared with a system using balancing nodes on symmetric bi-directional flyback converters, the proposed equalizing device 1 allows one to achieve high transmitted power and a large balancing current by obtaining the required energy from a large number of drives and using a more efficient forward-pass converter, for example, a resonant or quasi-resonant type, as which modules IB050E120T32N1-00 4: 1: Up to 300 W Output or IB050E96T48N1-00 1: 5 500 W Output from Vicor Intermediate can be selected Buc Converter Module.
Claims
ФОРМУЛА FORMULA
Выравнивающее устройство для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока и блоками управления накопителями, запитанное от батареи и содержащее повышающий обратноходовый DC/DC преобразователь напряжения, подключённый по входу к соответствующему накопителю батареи через микроконтроллерное устройство контроля и управления блока управления накопителем, по выходу к энергообменной изолированной магистрали постоянного тока и по входу управления к первому управляющему выходу микроконтоллерного устройства контроля и управления блока управления накопителем, выход последовательного ин-терфейса которого соединён с последовательным каналом связи иерархической системы управления батареей, отличающееся тем, что выравнивающее устройство содержит прямоходовый DC/DC нерегулируемый понижающий преобразователь напряжения с жёсткой передаточной характеристикой, подключённый по входу к энергообменной изолированной магистрали постоянного тока, по выходу к соответствующему накопителю батареи через микроконтроллерное устройство контроля и управления блока управления накопителем и по входу управления ко второму управляющему выходу микроконтроллерного устройства контроля и управления блока управления накопителем иерархической системы управления батареей.
A leveling device for a hierarchical battery management system for electric energy storage devices with an isolated DC energy exchange and drive control units, battery powered and containing a step-up DC / DC voltage converter, connected to the input of the corresponding battery storage device via a microcontroller device for monitoring and control of the storage control unit , on the output to the energy-exchange insulated DC bus and on the control input to the first control output of the microcontroller device for monitoring and controlling the drive control unit, the output of the serial interface of which is connected to the serial communication channel of the hierarchical battery management system, characterized in that the equalization device contains a direct-current DC / DC unregulated step-down voltage converter with a hard transfer characteristic connected at the entrance to the energy-exchange isolated DC bus, at the exit to the corresponding drive batteries through the microcontroller control and management device of the drive control unit and at the control input to the second control output of the microcontroller control and management device of the drive control unit of the hierarchical battery management system.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013125619 | 2013-06-03 | ||
| RU2013125619 | 2013-06-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014196899A1 true WO2014196899A1 (en) | 2014-12-11 |
Family
ID=51929122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000391 WO2014196899A1 (en) | 2013-06-03 | 2014-05-28 | Systems for managing energy storage |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3006514B3 (en) |
| IT (1) | ITTO20140079U1 (en) |
| WO (1) | WO2014196899A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110265734A (en) * | 2019-06-14 | 2019-09-20 | 湖南科霸汽车动力电池有限责任公司 | 48V track battery voltage monitor |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109649217B (en) * | 2019-01-16 | 2021-01-26 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | Control method of electric vehicle supplementary power type lithium battery pack balancing device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2293417C2 (en) * | 2002-03-26 | 2007-02-10 | Сергей Николаевич Разумов | Device for powering load |
| GB2468559A (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-15 | Ford Global Tech Llc | Power system for electric vehicle |
| RU123251U1 (en) * | 2012-07-30 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | HIERARCHICAL SYSTEM OF ELECTRIC ENERGY STORAGE BATTERY MANAGEMENT |
| RU124992U1 (en) * | 2012-09-03 | 2013-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | HIERARCHICAL THREE-LEVEL SYSTEM FOR HIGH-VOLTAGE ELECTRIC ENERGY STORAGE BATTERY MANAGEMENT |
-
2014
- 2014-05-28 WO PCT/RU2014/000391 patent/WO2014196899A1/en active Application Filing
- 2014-06-03 IT ITTO2014U000079U patent/ITTO20140079U1/en unknown
- 2014-06-03 FR FR1455020A patent/FR3006514B3/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2293417C2 (en) * | 2002-03-26 | 2007-02-10 | Сергей Николаевич Разумов | Device for powering load |
| GB2468559A (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-15 | Ford Global Tech Llc | Power system for electric vehicle |
| RU123251U1 (en) * | 2012-07-30 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | HIERARCHICAL SYSTEM OF ELECTRIC ENERGY STORAGE BATTERY MANAGEMENT |
| RU124992U1 (en) * | 2012-09-03 | 2013-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") | HIERARCHICAL THREE-LEVEL SYSTEM FOR HIGH-VOLTAGE ELECTRIC ENERGY STORAGE BATTERY MANAGEMENT |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110265734A (en) * | 2019-06-14 | 2019-09-20 | 湖南科霸汽车动力电池有限责任公司 | 48V track battery voltage monitor |
| CN110265734B (en) * | 2019-06-14 | 2022-03-11 | 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 | Voltage monitor for 48V rail storage battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3006514B3 (en) | 2015-09-18 |
| ITTO20140079U1 (en) | 2015-12-03 |
| FR3006514A3 (en) | 2014-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7212650B2 (en) | Systems and methods for series battery charging and formation | |
| CN101741122B (en) | Series battery equalizing equipment | |
| US8330418B2 (en) | Power supply device capable of equalizing electrical properties of batteries | |
| EP2058918B1 (en) | Hybrid power source | |
| KR101677679B1 (en) | Power management circuit for rechargeable battery stack | |
| US8796992B2 (en) | Basic unit of lithium-ion battery, battery pack comprising the same, and charge/discharge equalizing method thereof | |
| KR102084926B1 (en) | Battery system and method for providing an intermediate voltage | |
| US6511764B1 (en) | Voltaic pile with charge equalizing system | |
| CN106170902B (en) | Power-supply system | |
| EP3314718B1 (en) | Battery balancing circuit | |
| US10008861B2 (en) | Charge balancing in a battery | |
| CN103329390B (en) | Chargeable cell system and rechargeable battery system operational | |
| CN115208005A (en) | Battery system | |
| CN106816884A (en) | Energy storage system | |
| CN102545291A (en) | Solar power storage system and solar power supply system | |
| EP3114749A1 (en) | Topology and control strategy for hybrid storage systems | |
| CN102823104A (en) | Charge equalization system for batteries | |
| JP2019106869A (en) | High voltage battery management and equilibration circuit and application thereof | |
| KR20150142673A (en) | Accumulator battery management system | |
| Yun et al. | High efficiency active cell balancing circuit with soft-switching technique for series-connected battery string | |
| Ketzer et al. | Evaluating circuit topologies for battery charge equalization | |
| WO2014196899A1 (en) | Systems for managing energy storage | |
| RU135190U1 (en) | LEVELING DEVICE FOR HIERARCHICAL SYSTEM OF CONTROL OF BATTERY OF ELECTRIC ENERGY STORES WITH ENERGY EXCHANGED DC CONNECTED MAINTENANCE AND STORAGE CONTROL UNITS | |
| CN116231875A (en) | Energy storage system and control method thereof | |
| Momayyezan et al. | A new multiple converter topology for battery/ultracapacitor hybrid energy system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14807193 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC ( EPO FORM 1205A DATED 16-03-2016 ) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14807193 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |