Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Михайлов Анатолий Александрович (RU)

H01M10/48 - аккумуляторы, комбинированные с устройствами для измерения, испытания или индикации, например для индикации уровня или плотности электролита (индикация или измерение уровня жидкости вообще G01F 23/00; измерение плотности G01N, например G01N 9/00; измерение электрических переменных G01R)

Владельцы патента RU 2610897:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" (RU)

Группа изобретений относится к области электротехники. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где обрабатываются для идентификации номера отказавшего элемента аккумуляторной батареи. Имеется также устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной аккумуляторной батареи. Группа изобретений обеспечивает высокую достоверность поэлементного контроля состояния батареи при отказе аккумуляторной батареи во всем диапазоне режимов работы системы автономного электроснабжения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля состояния аккумуляторных источников питания как отдельных аккумуляторов, так и батарей, состоящих из n параллельно соединенных последовательных групп из m включенных элементов.

Знание электрических параметров аккумуляторных батарей позволяет производить диагностирование технического состояния на различных стадиях эксплуатации, а также принимать решение о их восстановлении или списании. Это в первую очередь важно для Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах, для которых характерен критерий минимизации массогабаритных показателей элементов данных систем.

Особенность применения аккумулятора определяется:

А. Выбором типа элемента.

Так для Li-ion аккумулятора эксплуатация характеризуется [1, 2, 3] следующим:

1. Разряд Li-ion аккумулятора ниже 3 В (примерно, до 2.2 В) (данный порог варьируется в пределах 0,5 В в зависимости от химического состава и геометрической формы аккумулятора) приводит к необратимым химическим процессам внутри аккумулятора, что делает его непригодным для дальнейшего использования. При разряде Li-ion аккумулятора нужно контролировать его напряжение и силу тока в цепи.

2. Li-ion аккумуляторы имеют низкую устойчивость к перезаряду. На отрицательном электроде на поверхности углеродной матрицы при значительном перезаряде становится возможным осаждение металлического лития, обладающего большой реакционной способностью к электролиту, а на катоде начинается активное выделение кислорода. Возникает угроза теплового разгона, повышения давления и разгерметизации. Поэтому заряд Li-ion аккумуляторов можно вести только до напряжения, рекомендуемого производителем. При увеличенном зарядном напряжении ресурс аккумуляторов снижается.

3. Работа аккумулятора на токах, отличающихся от нормального режима, заданном в документации производителем аккумуляторов и превышающих его емкость, возможна в кратковременных режимах. При коротком замыкании в литий-ионном аккумуляторе возникает бурная реакция взрывного типа, получившей название "вентиляция с выбросом пламени".

Для внутренней защиты Li-ion аккумулятора используют дополнительно введенный в аккумулятор слой сепаратора. В этом случае, при коротком замыкании из-за прорастания дендритов лития к положительному электроду, за счет локального разогрева слой сепаратора подплавляется и становится непроницаемым, предотвращая дальнейшее прорастание дендритов.

Однако для повышения безопасности эксплуатации Li-ion аккумуляторов в составе батареи обязательно применяется также и внешняя электронная защита, цель которой не допустить возможность перезаряда и переразряда каждого аккумулятора, от внутренних коротких замыканий (а в отдельных случаях - и от внешних коротких замыканий) и чрезмерного разогрева.

В. Структурой соединения элементов в батареи.

В большинстве случаев аккумуляторы используются группами или батареями, количество элементов в батарее и их величина зависят от требований, предъявляемых эксплуатацией. Два фактора определяют выбор схемы соединения элементов: необходимый уровень напряжения, необходимая емкость. Когда элементы соединены последовательно, то напряжение всех элементов складывается, но емкость батареи последовательно соединенных элементов не превышает емкости одного элемента [Патент RU на изобретение №2470314, МПК G01R 31/36, Опубл. 20.12.2012]. Если элементы соединены параллельно [Патент RU на изобретение №2485639, МПК Н01М 10/48, Опубл. 27.04.2011], то напряжение батареи не выше напряжения одного элемента, но емкость такой батареи эквивалентна сумме емкостей отдельных элементов.

При смешанном соединении элементы могут быть собраны в последовательные ряды, а эти ряды затем соединяются параллельно. Параллельное соединение групп последовательно соединенных аккумуляторов применяется в случаях, когда требуется очень большая емкость или когда зарядное устройство не может обеспечить заряд батареи, если все элементы будут соединены последовательно.

Известен способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи [Патент RU на изобретение №2470314, МПК G01R 31/36, опубл. 20.12.2012], включающий обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, для этого нумеруют последовательно контрольные точки, масштабируют токи от каждого контролируемого аккумулятора аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки i, вычисляют предельное значение напряжение U_Σпр, соответствующее случаю, когда исправны все контролируемые аккумуляторы аккумуляторной батареи

токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение U_Σ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения U_Σпр, а по величине результирующего напряжения U_Σпр-U_Σ определяют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, по выражению

где , Е - напряжение аккумуляторов в батарее, R - величина элемента масштабирования (резистора).

Недостаток данного способа определяется тем, что достоверно отслеживается отказ элемента в последовательной аккумуляторной батареи, т.е. данный способ имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Известно устройство автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи [Патент RU на изобретение №2470314, опубл. 20.12.2012, МПК G01R 31/36], содержащее N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, причем устройство содержит блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации, содержит блок преобразования тока в напряжение, аналоговый и цифровой вычитатели, задатчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, причем вход органа обработки информации соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого соединен с первым входом аналогового вычитателя, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения, к информационным входам которого подключены входы задания предельного значения напряжения, а выход аналогового вычитателя к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первым входам цифрового вычитателя, вторые входы которого соединены с входами задания общего количества элементов в аккумуляторной батарее, а выход - к выходу органа обработки информации, являющимся выходом устройства.

В устройстве автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи блок суммирования токов состоит из n равных резисторов, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу.

Недостаток данного устройства определяется тем, что в данном устройстве достоверно отслеживается отказ элемента только в последовательной аккумуляторной батарее, т.е. устройство имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Наиболее близким техническим решением по способу (прототипом) является способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи [Патент RU№2485639, опубл. 20.06.2013, МПК Н01М 10/48], сводящийся к обработке информации результатов контроля в n+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, а также нумеруют последовательно контрольные точки, масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки i, вычисляют предельное значение напряжение U_Σпр, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи

масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение U_Σ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения U_Σпр, а по величине результирующего напряжения U_Σпр-U_Σ идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание.

Недостаток данного способа определяется тем, что достоверно отслеживается отказ элемента в параллельной аккумуляторной батарее, т.е. данный способ имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) по устройству является устройство автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи [Патент RU №2485639, опубл. 20.06.2013, МПК H01М 10/48], содержащее n+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит блок преобразования тока в напряжение, вычитатель, задатчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, причем вход органа обработки информации соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого соединен с первым входом вычитателя, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения, входы которого подключены к входам задания предельного значения напряжения, а выход вычитателя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходу органа обработки информации, являющимся выходом устройства, причем блок суммирования токов состоит из n резисторов, причем величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу.

Недостаток данного устройства определяется тем, что в данное устройство достоверно отслеживается отказ элемента только в параллельной аккумуляторной батареи, т.е. устройство по данному способу имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей. Техническим результатом является обеспечение высокой достоверности поэлементного контроля состояния батареи при отказе элемента аккумуляторной батареи в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи во всем диапазоне режимов работы системы автономного электроснабжения.

Обобщая проведенный выше анализ особенностей функционирования Li-ion аккумуляторной батареи можно отметить, что при организации процесса контроля состояния Li-ion аккумуляторной батареи должен быть использован принцип параллельного контроля, сводящийся к тому, что любой аккумулятор батареи должен быть доступен для контроля как короткого замыкания, так и превышения в нем тока в произвольный момент времени. В связи с этим особенностью данного решения является то, что при передаче информации о работоспособности гальванически связанных аккумуляторов, полученной в точках их контроля, необходимо использовать параллельный принцип организации процесса контроля, при котором структурно аккумуляторная батарея состоит из пронумерованных аккумуляторов, а процессу контроля в произвольный момент времени доступен любой аккумулятор батареи.

Для решения данной задачи в способе автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи, включающем обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключение контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумеруют последовательно контрольные точки i=1, …, N, масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки, суммируют масштабированные токи от каждой контрольной точки в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, вычисляют предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока

I_Σпред-I_{Σтекизм}

идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, причем нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N осуществляют двуиндексным номером путем присвоения индекса номера последовательных элементов в группах аккумуляторной батареи от 1 до , а также присваивают индекс номера к каждой из параллельных групп последовательных элементов от 1 до , причем

m×n=N,

при масштабировании токов от каждого элемента аккумуляторной батареи выбирают коэффициент масштабирования тока от каждой контрольной точки равным , предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, определяют по выражению

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батарее, а в органе обработки информации для идентификации номера элемента в аккумуляторной батареи, в котором возникло короткое замыкание, последовательно задают номер параллельной группы k от 1 до n, а затем индекс номера элемента от 1 до m в параллельной группе и по выражению

вычисляют разницу ΔI_выч предельного и текущего значения токов, сравнивают данное вычисленное значение разности ΔI_выч между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтеквыч} суммарными токами с измеренным значением разности ΔI_изм между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтекизм} суммарными токами и при условии

ΔI_выч-ΔI_изм≅0,

поиск номеров отказавшего элемента прекращается и полученные при этом значения и k принимаются равным номеру отказавшего элемента.

Кроме этого, устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение последовательных групп элементов) аккумуляторной батареи содержит N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит вычитатель, ко второму входу которого подключен задатчик, первый вход которого подключен к входу задания значения количества элементов в группе m, блок суммирования токов состоит из резисторов, величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу, причем орган обработки информации дополнительно содержит вычислитель, пороговый элемент, генератор импульсов, первый и второй делитель с устанавливаемым коэффициентом деления, элемент задержки импульсов и блок выходных портов, причем ко второму входу задатчика подключен вход задания значения количества групп n, а к первому входу вычитателя подключен вход органа обработки информации, к входу задания вычислителя подключен вход задания значения количества элементов в группе m, а выход вычитателя подключен к аналоговому входу вычислителя и через пороговый элемент к входу "ПУСК" вычислителя и к входу "ПУСК" генератора импульсов, вход "ОСТАНОВ" последнего соединен с выходом вычислителя и через элемент задержки импульса - с входом включения блока выходных портов, выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, входы задания коэффициента деления которых подключены к входами задания значений количества параллельных групп n в аккумуляторной батарее и количества элементов в группе m, информационные выходы обоих делителей с устанавливаемым коэффициентом деления подключены к первым и вторым информационным входам вычислителя, а через первые и вторые информационные входы блока входных портов - с выходами органа обработки информации, которые являются выходами всего устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.

На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема устройства, а на фиг. 2 приведена схема замещения аккумуляторной батареи, необходимая для анализа параллельного процесса контроля аккумуляторной батареи.

Для анализа параллельного процесса контроля аккумуляторной батареи воспользуемся схемой замещения группы параллельных ветвей с источником одной ветвью фиг. 2

где R_k - сопротивление масштабирования токов k-й параллельной ветви, E_k - напряжение элемента аккумуляторной батареи k-й параллельной ветви.

При этом суммарный ток в системе контроля аккумуляторной батареи равен

Поскольку напряжение в группах по уровням меняется в зависимости от номера в группе последовательных элементов, а ток от группы к группе меняется, изменяя масштабируемое сопротивление обратно пропорционально с коэффициентом k, то

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батареи.

Учтя выражение, приведенное в [4], предельное значение тока на выходе системы контроля аккумуляторной батареи, т.е. при условии, что все элементы исправны, равно

Текущее значение тока I_Σтек, при всех исправных элементах в батарее, будет равно предельному значению тока, т.е. при 100% исправности элементов аккумуляторной батареи

I_Σпред-I_Σтек=0.

В этом случае выражение для текущего значения тока для произвольного элемента может быть представлено в виде

Если элемент для тока годен, то выполняется данное равенство

I_Σтек-I_Σпред.

При отказе элемента в батарее ее текущий ток равен сумме токов от всех параллельных групп, где элементы все исправны, плюс ток от группы k_i, где отказал элемент. При этом данное выражение можно представить в виде

В данном выражении первое слагаемое описывает первые исправные k_i-1 параллельные группы с m последовательных элементов в группе, слагаемое определяет ток от k_i группы m последовательных элементов с отказавшим элементом, а третье слагаемое описывает все последующие годные параллельные группы последовательных элементов от k_i+1 до n.

Воспользовавшись выражением, приведенным в [4], и учтя, что

из данного выражения получаем

Вычтя из предельного значения тока I_Σпред текущее значение тока I_Σтек получаем

Величина тока , сформированного в k_i группе последовательных элементов аккумуляторной батареи, определяется тем, что отказавший элемент закорачивается на элемент, а все последующие напряжения на элементах уменьшаются на 1. В связи с этим ток от k_i группы элементов аккумуляторной батареи равен

Окончательно разница между предельным и текущим током батареи I_Σпред-I_Σтек после ряда простых преобразований имеет вид

Устройство содержит контролируемую аккумуляторную батарею (АБ) (на фиг. не обозначено) с N+1 выходных зажимов для подключения N контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, блок суммирования токов 1, канал связи 2, орган обработки информации 3. Орган обработки информации 3 в свою очередь включает вычитатель 4, задатчик 5, пороговый элемент 6, вычислитель 7, элемент задержки импульса 8, генератор импульсов 9, первый 10 и второй делитель 11 с устанавливаемым коэффициентом деления, блок выходных портов 12.

Входы блока суммирования токов 1 подключены к точкам контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ) (на фиг. 1 не обозначено), а выход - к входу канала связи 2. Выход канала связи 2 подключен к входу органа обработки информации 3. В органе обработки информации 3 его вход соединен с первым входом вычитателя 4, второй вход которого подключен к выходу задатчика 5. Первый вход задатчика 5 соединен с входом задания вычислителя 7 и с входом задания количества элементов в группе аккумуляторной батареи m, а второй вход задатчика 5 с входом задания количества групп n устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи. Выход вычитателя 4 соединен с входом порогового элемента 6 и с аналоговым входом вычислителя 7. Выход порогового элемента 6 соединен с входом "ПУСК" вычислителя 7 и с входом "ПУСК" генератора импульсов 9, вход "ОСТАНОВ" которого соединен с выходом вычислителя 7 и через элемент задержки импульсов 8 с входом включения блока выходных портов 12. Выход генератора импульсов 9 соединен со счетным входом первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления. Входы задания коэффициента деления делителей 10, 11 соединены соответственно с входами задания количества элементов в группе аккумуляторной батареи m и количества групп n в аккумуляторной батарее. Информационные выходы обоих делителей 10, 11 с устанавливаемым коэффициентом деления подключены соответственно к первым и вторым информационным входам вычислителя 7 и к первым и вторым информационным входам блока входных портов 12. Выходы последнего являются выходами органа обработки информации 3, которые являются выходами устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.

Рассмотрим работу устройства на примере реализации способа. Для автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ) через N+1 выходных зажима подключены контролируемые аккумуляторы к N контрольным точкам. В начальном состоянии нумеруют последовательно контрольные точки i=1, …, N двуиндексным номером путем присвоения индекса номера в группе последовательных элементов в аккумуляторной батарее от 1 до , а также присваивают индекс номера k каждой из параллельных групп последовательных элементов от 1 до , причем

m×n=N.

Масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально .

В исходном состоянии в устройстве автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение последовательных групп элементов) аккумуляторной батареи полученные значения m и n устанавливают на входах задания количества в группе последовательных элементов в аккумуляторной батарее m и количества параллельных групп последовательных элементов n задатчика 5 для вычисления предельного значения тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, по выражению:

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батареи.

Кроме этого значения m и n устанавливают на входах задания первого 10 m и второго 11 n делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, а значение m устанавливают также на входе задания вычислителя 7.

Масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в блоке суммирования токов 1 с коэффициентом масштабирования тока от каждой контрольной точки, равным в точке суммирования, и передают через канал связи 2 в орган обработки информации 3. В органе обработки информации 3 при возникновении короткого замыкания одного из элементов в аккумуляторной батарее в вычитателе 4 вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока

ΔI_Σизм=I_Σпред-I_{Σтекизм}

и на выходе вычитателя 4 формируется сигнал ΔI_изм. При появлении ΔI_изм на выходе вычитателя 4 срабатывает пороговый элемент 6, который включает по входу "ПУСК" вычислитель 7 и по входу "ПУСК" генератор импульсов 9. Импульсы с выхода генератора импульсов 9 поступают на счетный вход первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, последовательно увеличивая его объем. При достижении объема первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, равным устанавливаемому коэффициенту деления m на его выходе переноса, формируется импульс, который поступает на счетный вход второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления. При этом последовательно увеличивают индекс номера элемента от 1 до m в параллельной группе в первом делителе 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, а затем индекс номера одной из параллельных групп k от 1 до n во втором делителе 11 с устанавливаемым коэффициентом деления.

Для заданного по входу задания количества элементов в группе m вычислителя 7 параметра m и для каждого значения с выходов первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления и значения k с выходов второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления по выражению:

вычисляют разницу предельного и текущего значения токов.

Сравнивают в вычислителе 7 данное вычисленное значение разности ΔI_выч между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтеквыч} суммарными токами с измеренным значением разности ΔI_изм между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтекизм} суммарными токами.

При условии

ΔI_выч-ΔI_изм≅0,

на выходе вычислителя 7 формируется импульс, который поступает на вход "ОСТАНОВ" генератора импульсов 9, и поиск номеров отказавшего элемента прекращается. Полученные при этом значения и k в первом 10 и втором 11 делителях с устанавливаемым коэффициентом деления в виде кодов поступают на входы блока входных портов 12. Данный выходной импульс с выхода вычислителя 7, задержанный на элементе задержки импульса 8, открывает блок входных портов 12 и на его выходы поступают коды с входов блока входных портов 12, которые принимаются равными индексам номеров и k, и идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание.

Таким образом, осуществляется контроль состояния аккумуляторной батареи через поэлементный контроль аккумуляторов А с идентификацией номеров отказавшего элемента аккумуляторной батареи, что позволяет поддержать аккумуляторные батареи в готовности к применению при работе системы автономного электроснабжения. Причем любой элемент аккумуляторной батареи доступен для контроля в любой момент времени. Предложенный способ контроля состояния батареи Li-ion аккумуляторов может быть использован и для контроля состояния других типов аккумуляторных батарей. При получении информации о неисправном аккумуляторе на выходе устройства формируется номер отказавшего аккумулятора для принятия решения об устранении аварийной ситуации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб.: Химиздат - 2005. - 262 с.

2. Скундин A.M. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика - 2001. т. 1. С. 5-15.

3. Кедринский И.А., Дмитриенко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоиздат - 1992 - 247 с.

4. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Государственное изд-во физико-математической литературы. - 1963. - С. 15. формула 0.121.1.

1. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи, включающий обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки, масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, вычисляют предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока

I_Σпред-I_{Σтекизм}

идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, отличающийся тем, что нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N осуществляют двуиндексным номером путем присвоения индекса номера последовательных элементов по группам в аккумуляторной батарее от 1 до m , а также присваивают индекс номера k каждой из параллельных групп последовательных элементов от 1 до n , причем

m×n=N,

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батареи,

а в органе обработки информации для идентификации номера элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, последовательно задают номер параллельной группы k от 1 до n, а затем индекс номера элемента от 1 до m в параллельной группе и по выражению

вычисляют разницу предельного и текущего значения токов, сравнивают данное вычисленное значение разности ΔI_выч между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтеквыч} суммарными токами с измеренным значением разности ΔI_изм между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтекизм} суммарными токами и при условии

поиск номеров отказавшего элемента прекращается и полученные при этом значения и k принимаются равными номерам отказавшего элемента.

2. Устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи, содержащее N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит вычитатель, ко второму входу которого подключен выход задатчика, первый вход которого подключен к входу задания значения количества элементов в группе m, блок суммирования токов состоит из резисторов, величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов,

а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу, отличающееся тем, что орган обработки информации дополнительно содержит вычислитель, пороговый элемент, генератор импульсов, первый и второй делитель с устанавливаемым коэффициентом деления, элемент задержки импульсов и блок выходных портов, причем ко второму входу задатчика подключен вход задания значения количества групп n, а к первому входу вычитателя подключен вход органа обработки информации, к входу задания вычислителя подключен первый вход задатчика, а выход вычитателя подключен к аналоговому входу вычислителя и через пороговый элемент к входу "ПУСК" вычислителя и к входу "ПУСК" генератора импульсов, вход "ОСТАНОВ" последнего соединен с выходом вычислителя и через элемент задержки импульса с входом включения блока выходных портов, выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, входы задания коэффициента деления которых подключены к входам задания значений количества параллельных групп n в аккумуляторной батарее и количества элементов в группе m, информационные выходы обоих делителей с устанавливаемым коэффициентом деления подключены к первым и вторым информационным входам вычислителя, а через первые и вторые информационные входы блока входных портов с выходами органа обработки информации, которые являются выходами всего устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к модулю накопления электроэнергии, в котором множество электрических аккумуляторов электрически соединены проводящим элементом, содержащим плату индикации напряжения с проводником-индикатором напряжения, который указывает напряжение на зажимах электрического аккумулятора; модуль также содержит первый внешний резьбовой компонент, который соединяет проводник-индикатор напряжения платы индикации напряжения с проводящим элементом; и крышку, которая закрывает плату индикации напряжения, при этом крышка изготовлена из изоляционного материала, а проводящий элемент имеет первый внутренний резьбовой участок, в зацепление с которым путем ввинчивания входит первый внешний резьбовой компонент; причем расстояние между внутренней поверхностью крышки, которая обращена к головному участку первого внешнего резьбового компонента, и верхней поверхностью головного участка первого внешнего резьбового компонента является меньшим, чем расстояние между концом первого внутреннего резьбового участка, обращенным к крышке, и концом стержня первого внешнего резьбового компонента.

Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления // 2610147

Группа изобретений относится к области электротехники и может быть использована для контроля аккумуляторных источников питания. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (последовательное соединение групп параллельных элементов) аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где обрабатываются для идентификации номера отказавшего элемента аккумуляторной батареи.

Батарея, способ, устройство и система для защиты батареи // 2604646

Изобретение относится к области источников питания, в частности к батарее, способу и системе защиты батареи для мобильных телефонов. Предложена батарея для электронного устройства, которая содержит: перезаряжаемый источник питания и микросхему батареи, причем перезаряжаемый источник питания выполнен с возможностью подачи питания на электронное оборудование, и микросхема батареи выполнена с возможностью обнаруживать, начал ли перезаряжаемый источник питания подавать питание на электронное оборудование, и если результатом обнаружения является то, что перезаряжаемый источник питания начал подавать питание на электронное оборудование, то посылать индивидуально настроенный сигнал в электронное оборудование через предварительно определенный передающий контакт.

Устройство измерения остаточной электрической емкости химического источника тока // 2594334

Устройство измерения остаточной емкости химического источника тока относится к области измерительной техники и может использоваться для перманентного контроля аккумуляторной батареи или химического источника тока (ХИТ) которые используются в автомобилях, электромобилях, складских электрокарах и в других бытовых и промышленных приборах, для которых источником энергии служит ХИТ, что позволит предотвратить непредвиденный выход ХИТ из строя. Новым в устройстве измерения остаточной емкости ХИТ является разделение устройства на два блока и упрощение конструкции, таким образом, что в первом блоке содержится конденсатор с ключом заряда который жестко крепиться как можно ближе к клеммам ХИТ для наименьшей длинны подводящих проводов, во втором блоке располагаются остальные компоненты устройства с индикатором, на который будет выводиться информация об остаточной емкости ХИТ. Устройство измерения остаточной емкости ХИТ состоит из конденсатора известной емкости, электронных управляемых ключей заряда и разряда, устройства выборки-хранения, делителя напряжения, микроконтроллера, пульта управления, фильтра нижних частот, индикатора на который выводиться остаточная емкость ХИТ.

Способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления // 2569680

Изобретение относится к комплексным контрольно-проверочным системам, а именно к бортовым системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей, обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей, состоящих из n последовательно включенных элементов, и в первую очередь Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах.

Блок аккумуляторной батареи // 2563965

Изобретение относится к блоку аккумуляторной батареи для присоединения к электрическому инструменту. Техническим результатом является предоставление пользователю функции определения и отображения отклонения от нормы аккумуляторной батареи.

Система зарядки транспортного средства и способ зарядки транспортного средства // 2561162

Изобретение относится к зарядке транспортного средства. Система зарядки транспортного средства содержит зарядное устройство; устройство ввода для указания планируемого времени для окончания зарядки и контроллер управления зарядным устройством.

Устройство диагностики аккумулятора транспортного средства // 2544024

Изобретение относится к устройствам диагностирования и контроля, а именно к диагностированию аккумулятора транспортного средства. Устройство диагностики аккумулятора транспортного средства, которое диагностирует статистику состояния использования аккумуляторной батареи, и, которое представляет меру подавления ухудшения характеристик аккумулятора.

Способ контроля идентичности электрических параметров аккумуляторов при комплектовании батарей и устройство для его осуществления // 2543499

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при комплектовании батарей из аккумуляторов и диагностировании их технического состояния.

Устройство противодействия замене несертифицированной батареей для электрического транспортного средства // 2533623

Изобретение относится к технологическому противодействию замене несертифицированной батареей. Устройство противодействия замене несертифицированной батареей для электрического транспортного средства содержит средство определения особенности батареи и средство ограничения выходной мощности источника мощности, когда определено то, что батарея после замены является несертифицированной батареей.

Устройство электропитания носимых радиостанций // 2614036

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства для обеспечения надежного электропитания постоянным током носимых радиостанций, транспортных средств и др. Технический результат направлен на повышение зарядовой емкости аккумуляторных батарей систем электропитания. Технический результат достигается тем, что в устройство электропитания, содержащее аккумуляторные батареи, ключи электронные, соединяющие батареи с нагрузкой, дополнительно содержит реле времени, соединенное с управляющими входами электронных ключей, логический элемент «И», соединенный выходом с управляющим входом реле времени, реле напряжения, соединенные с выходами аккумуляторных батарей и с входами логического элемента «И». При использовании аккумуляторных батарей с меньшим отбором тока и при отборе тока с перерывами зарядовая емкость аккумуляторных батарей имеет большее значение, чем при больших и непрерывных нагрузках. Реле времени в схеме устройства электропитания носимых радиостанций осуществляет переключение аккумуляторов, увеличивая время разряда каждого аккумулятора устройства, что позволяет увеличить ресурс аккумуляторов на 10 процентов и тем самым увеличить время непрерывной работы носимой радиостанции. Предлагаемое устройство имеет малое энергопотребление. 1 ил.

Устройство автоматического контроля и выравнивания степени заряженности блока аккумуляторов комбинированной энергетической установки // 2626378

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для контроля и выравнивания степени заряженности аккумуляторов в блоке, установленном на транспортном средстве. Устройство содержит источник питания в виде блока рабочих аккумуляторов (1), систему (2) режима потребления и зарядки блока аккумуляторов, согласующую цепочку, состоящую из параллельно подключенным разделительного конденсатора (3) и резистора (4), группу однопозиционных электромеханических ключей, общие электрические шины (6) и (7), двухпозиционный электромеханический ключ (8), два разнонаправленных параллельных диода (9), соединенных с одной из встречно включенных первичных обмоток трансформатора (10), параллельно к которым подсоединены сглаживающие конденсаторы (11) и (12), двухпозиционный электромеханический ключ (13), операционный усилитель (14), а его выход через переменный резистор (15) обратной связи подключен к верхнему концу вторичной обмотки трансформатора (10) и к входам компараторов (16) и (17), вторые входы которых подключены к делителю напряжения 18, выходы компараторов 16 и 17 подключены к микроконтроллеру (19), который одной шиной связан с индикатором (20), а другой шиной с демультиплексором (21). Микроконтроллер (19) управляющим импульсом связан с входом схемы совпадения (22) и операционным усилителем (23), а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу (26), служащему для переключения с режима контроля и индикации на режим выравнивания. Вторым синхронизирующим выходом микроконтроллер (19) связан с входом триггера (24) выбора сигнала нечетного и четного порядкового номера аккумулятора в блоке, выход которого связан с входом операционного усилителя (25), а его выход через ограничивающие ток резисторы подключен к двухпозиционному электромеханическому ключу (26), обеспечивающему нужную полярность подключения резервного аккумулятора (28) к двум общим электрическим шинам (6) и (7), резервный аккумулятор (28) через постоянный резистор (29) подсоединен параллельно к выводам накопительного конденсатора (27). 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система управления аккумуляторной батареей и система управления транспортным средством // 2627240

Использование – в области электротехники. Технический результат – обеспечение достоверности решения о приведении в действие взрывозащитного механизма в батарейной установке. Представлена система управления аккумуляторной батареей, соединенная с батареей, оснащенной взрывозащитным механизмом для прерывания электрического тока при переходе батареи в состояние избыточной зарядки, и управляющая состояниями батареи. Система содержит: датчик напряжения элементов, который обнаруживает напряжение элементов батареи; накопитель, в котором хранится информация, касающаяся состояний батареи; блок принятия решений об избыточной зарядке, который принимает решение о том, находится ли батарея в состоянии избыточной зарядки; блок управления накопителем, который отдает накопителю команду сохранения информации об избыточной зарядке, касающейся состояния избыточной зарядки батареи, когда блок принятия решений об избыточной зарядке принимает решение о том, что батарея находится в состоянии избыточной зарядки; и блок принятия решений о взрывозащите, который принимает решение о том, что взрывозащитный механизм батареи был приведен в действие, если при запуске системы управления аккумуляторной батареей в накопителе хранится информация об избыточной зарядке, а напряжение элемента, обнаруженное датчиком напряжения элементов, является более низким, чем заданное нижнее предельное значение. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Система и способ регулирования работы металло-воздушной батареи // 2645988

Группа изобретений относится к аккумуляторам для транспортных средств с питанием от собственных источников. Способ регулирования работы металло-воздушной батареи заключается в том, что регулируют по меньшей мере один из следующих параметров: электрический ток, вырабатываемый батареей, температура батареи, температура электролита и напряжение, вырабатываемое батареей. Регулируют параметры таким образом, чтобы поддерживать предварительно заданную скорость коррозии металла, содержащегося в батарее. Система для регулирования работы металло-воздушной батареи содержит металло-воздушную батарею и контроллер. Электромобиль содержит метало-воздушную батарею, перезаряжаемое устройство и контроллер. Технический результат заключается в более оптимальном использовании энергии, аккумулированной в метало-воздушной батареи. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 7 ил.