Трехуровневая система управления аккумуляторной батареей
Владельцы патента RU 2722112:
Общество с ограниченной ответственностью "Системы накопления энергии" (RU)
Техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей для нужд энергетики и транспорта. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности, включая помехи от нагрева, и достигается тем, что трехуровневая система управления аккумуляторной батареей, содержащая связанные с борнами аккумуляторных элементов блоки управления нижнего уровня, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, контроллеры аккумуляторных элементов подключены по каналам связи к групповым контроллерам, которые подключены по каналам связи к главному контроллеру, подключенному к внешней ЭВМ по каналу связи, характеризуется тем, что аккумуляторные элементы установлены в корпус конструктивного модуля, адаптеры аккумуляторных элементов, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, расположены непосредственно на аккумуляторных элементах, а контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, расположены за пределами корпуса конструктивного модуля аккумуляторных элементов и связаны с адаптерами аккумуляторных элементов проводниковыми линиями. 3 ил.
Техническое решение относится к относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей для нужд энергетики и транспорта.
Известна «Интегрированная система мониторинга электроснабжения подстанции на литиево-фосфатной батарее» CN 203339807 [1], содержащая терминал мониторинга на уровне станции, интегрированный контроллер, систему управления литий-железо-фосфатной батареей BMS. Интегрированный контроллер соединен с сенсорным экраном, системой управления литий-железо-фосфатной батареей BMS, модулем мониторинга экрана постоянного тока и терминалом контроля уровня станции с помощью шины RS485.
Недостатками известной конструкции является узкая область применения, обусловленная одним типом батарей и низкой стабильностью работы.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ТРЕХУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ БАТАРЕЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ» RU 2539865 [2], включающую трехуровневую систему управления аккумуляторной батареей, содержащую связанные с борнами накопителей батареи блоки управления накопителями нижнего уровня управления, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, микроконтроллеры элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, микроконтроллеры элементов подключены по каналу связи к групповым контроллерам, которые подключены по каналу связи к главному контроллеру, подключенному к внешней ЭВМ по каналу связи.
Недостатком известной конструкции являются низкая помехозащищенность.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение помехозащищенности, включая помехи от нагрева.
Технический результат достигается тем, что трехуровневая система управления аккумуляторной батареей, содержащая связанные с борнами аккумуляторных элементов блоки управления нижнего уровня, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, контроллеры аккумуляторных элементов подключены по каналам связи к групповым контроллерам, которые подключены по каналам связи к главному контроллеру, подключенному к внешней ЭВМ по каналу связи, характеризуется тем, что аккумуляторные элементы установлены в корпус конструктивного модуля, адаптеры аккумуляторных элементов, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, расположены непосредственно на аккумуляторных элементах, а контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления расположены за пределами корпуса конструктивного модуля аккумуляторных элементов и связаны с адаптерами аккумуляторных элементов проводниковыми линиями.
Контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления вместе с каналами связи и с групповым контроллером могут располагаться внутри корпуса группового контролера. Размещение измерительных цепей и микроконтроллеров нижнего уровня в отдельном корпусе позволит дополнительно повысить их помехозащищенность в том числе и от неравномерного, от различающихся элементов аккумулятора, тепловыделения как при работе самих элементов аккумулятора так и балансировочных резисторов. Также повышается электромагнитная помехозащищенность каналов связи между контролерами аккумуляторных элементов и групповыми контролерами благодаря компактному расположению указанных контролеров.
Корпус конструктивного модуля и корпус группового контроллера могут быть соединены механически и объединены в модуль аккумуляторного элемента, что позволит дополнительно повысить электромагнитную помехозащищенность благодаря компактности и снижению длины проводниковых линий.
На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемой системы в целом, на фиг. 2 схема расположения компонентов системы в аккумуляторном модуле, по П. 1 и 3 фиг. 3 схема расположения компонентов системы в аккумуляторном модуле, по П.1, 2 и 3; где:
1 – модули аккумуляторные;
2 – аккумуляторные элементы;
3 – контроллеры аккумуляторных элементов;
4 – групповые контроллеры;
5 – главный контроллер;
6 – верхний уровень;
7 – зарядное устройство с защитно-коммутационная аппаратура;
8 – линия связи между групповым и главным контроллерами;
9 – линия связи между главным контроллером и верхним уровнем;
10 – аккумуляторная батарея;
11 – адаптеры аккумуляторных элементов;
12 – балансировочный резистор;
13 – датчик температуры;
14 – ключ коммутации балансировочного резистора;
15 – контроллер элемента с измерительными и управляющими цепями;
16 – проводниковые линии;
17 – групповой контролер;
18 – корпус группового контроллера;
19 – силовая цепь аккумуляторной батареи;
20 – канал связи с главным контроллером.
Устройство действует следующим образом: Аккумуляторные элементы 2 расположены в модулях аккумуляторных 1. К борнам – выводам аккумуляторных элементов подключены контроллеры аккумуляторных элементов 3, которые соединены с групповым контроллером 4. Групповые контролеры соединены линиями связи 8 с главным контроллером 5. Главный контроллер соединен линией связи 9 с верхним уровнем 6, в качестве которого может использоваться компьютер с ПО мониторинга или иная мониторинговая система. Главный контролер управляет зарядным устройством (преобразователем) с защитно-коммутационной аппаратурой 7, который осуществляет зарядку электроэнергии из сети в аккумуляторы и отдачу электроэнергии из аккумуляторов в сеть. Аккумуляторная батарея 10 состоит из модулей аккумуляторных 1.
Адаптеры аккумуляторных элементов 11, установлены на борнах аккумуляторных элементов 2. В состав адаптера аккумуляторных элементов входят балансировочный резистор 12, датчик температуры 13, ключ коммутации балансировочного резистора 14. Контроллер элемента с измерительными и управляющими цепями 15 соединен с адаптером аккумуляторного элемента проводниковой линией, например, шлейфом из серии проводников 16. Контроллеры аккумуляторных элементов соединены информационными линиями связи с групповым контроллером 17. Силовая цепь аккумуляторной батареи показана 19. Канал связи с главным контроллером показан 20. Согласно одному из вариантов выполнения контролеры аккумуляторных элементов и групповой контролер расположены в корпусе группового контролера.
Технический результат – повышение помехозащищенности от температурных воздействий достигается тем, что выделяющие тепло аккумуляторные элементы и балансировочные резисторы расположены за пределами конструктивных модулей аккумуляторных элементов, при этом уменьшается влияние тепловыделения от аккумуляторных элементов и балансировочных резисторов на работу контролеров аккумуляторных элементов и измерительных цепей контролеров. Все контролеры аккумуляторных элементов находятся в близком температурном режиме, что уменьшает ошибки измерений, вызванных неравномерностью тепловыделения от различающихся аккумуляторных элементов и балансировочных резисторов. Повышение электромагнитной защищенности достигается тем, что контроллеры аккумуляторных элементов и групповой контроллер расположены в непосредственной близости и линии связи между ними имеют короткую длину, что существенно понижает их восприимчивость к электромагнитным помехам.
Промышленное применение. Изобретение может с успехом применяться для изготовления и эксплуатации систем управления аккумуляторными батареями.
1. Трехуровневая система управления аккумуляторной батареей, содержащая связанные с борнами аккумуляторных элементов блоки управления нижнего уровня, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, контроллеры аккумуляторных элементов подключены по каналам связи к групповым контроллерам, которые подключены по каналам связи к главному контроллеру, подключенному к внешней ЭВМ по каналу связи, отличающаяся тем, что аккумуляторные элементы установлены в корпус конструктивного модуля аккумуляторных элементов, адаптеры аккумуляторных элементов, включающие балансировочные резисторы, ключи, датчики температуры, расположены непосредственно на аккумуляторных элементах, а контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления, расположены за пределами корпуса конструктивного модуля аккумуляторных элементов и связаны с адаптерами аккумуляторных элементов проводниковыми линиями.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что контроллеры аккумуляторных элементов, включающие аналоговые цепи измерения и управления вместе с каналами связи и с групповым контроллером, расположены внутри корпуса группового контролера.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что корпус конструктивного модуля аккумуляторных элементов и корпус группового контроллера соединены механически и объединены в модуль аккумуляторного элемента.
