Устройство выравнивания напряжения в батарее

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании и эксплуатации батарей электрических накопителей, например, аккумуляторных батарей.

Устройство выравнивания напряжения в батарее, состоящей по крайней мере из двух последовательно соединенных электрических накопителей, включает систему управления, управляющие ключевые элементы и снабжено внутренним накопителем энергии. Управляющие ключевые элементы соединены попарно и снабжены единым входом управления.

Система управления включает детектор максимального и минимального значения напряжения, переключатель, тактовый генератор и дешифратор, а внутренний накопитель энергии выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и ограничителя тока, например, резистора, 1 н.п.ф., 1 илл.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании и эксплуатации батарей электрических накопителей, например, аккумуляторных батарей.

Известно устройство выравнивания напряжения в батарее (аккумуляторе) электрических накопителей, включающее трансформатор, управляющие ключевые элементы, включенные последовательно с отдельными накопителями и систему управления [Патент РФ, на изобретение 2156533, опубл. 09.2000 г.].

Недостатком известного устройства выравнивания напряжения в батарее является нетехнологичность и ненадежность устройства, обусловленные наличием многообмоточного трансформатора, и требованием его размагничивания после каждого рабочего цикла. Например, для аккумуляторной батареи с напряжением порядка 100 В и, содержащей 23 аккумуляторных накопителей требуется трансформатор, содержащий 50 обмоток.

Наиболее близким к данной полезной модели является устройство выравнивания напряжений в батарее электрических накопителей (аккумуляторов или конденсаторов), включающее трансформатор, имеющий рабочие обмотки на одном сердечнике, число которых соответствует числу накопителей, управляющие ключевые элементы, последовательно соединенные с каждой рабочей обмоткой и систему управления [Патент РФ на полезную модель 37884].

Недостатком известного устройства выравнивания напряжения в батарее является нетехнологичность и ненадежность устройства, обусловленные наличием многообмоточного трансформатора. Например, для аккумуляторной батареи с напряжением порядка 100 В и, содержащей 23 аккумуляторных накопителей требуется трансформатор, содержащий 23 или 46 обмоток.

Задачей полезной модели является повышение надежности и упрощение устройства выравнивания.

Поставленная задача решается тем, что устройство выравнивания напряжения в батарее, состоящей по крайней мере из двух последовательно соединенных электрических накопителей, включающее систему управления и управляющие ключевые элементы, первые выводы которых предназначены для подключения к минусовым выводам накопителей, а выходы системы управления подключены к входам управления управляющих ключевых элементов, снабжено внутренним накопителем энергии, управляющие ключевые элементы соединены попарно и снабжены единым входом управления, вторые выводы УКЭ предназначены для подключения к положительным выводам электрических накопителей, третьи и четвертые выводы подключены к положительному и отрицательному выводам внутреннего накопителя энергии, соответственно, при этом УКЭ коммутирует выводы первый с четвертым, а второй с третьим.

Предусмотрено, что система управления включает детектор максимального и минимального значения напряжения, переключатель, тактовый генератор и дешифратор, при этом входы детектора предназначены для подключения к выводам электрических накопителей, выходы максимального и минимального значения детектора подключены к входам переключателя, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход с входом дешифратора, выходы которого являются выходами системы управления.

Предусмотрено, что внутренний накопитель энергии выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и ограничителя тока, например, резистора.

Предусмотрено, что управляющие ключевые элементы выполнены на оптореле, а система управления - на микроконтроллере.

На фигуре представлен пример выполнения устройства выравнивания напряжения в батарее, состоящей из последовательно соединенных электрических накопителей H1, H2 и Hn.

Устройство содержит:

- управляющие ключевые элементы УКЭ1, УКЭ2, УКЭn3 с выводами 1-4,

- электрические накопители H1, H2 и Hn.

- система управления СУ,

- внутренний накопитель энергии ВН в виде последовательно соединенных конденсатора C и резистора R,

- система управления СУ содержит детектор Д максимального и минимального значения напряжения на накопителях H1-Hn, переключатель П, тактовый генератор ТГ и дешифратор ДШ.

Устройство выравнивания напряжения в батарее работает следующим образом.

Дешифратор ДШ посредством переключателя П, переключаемого при каждом импульсе тактового генератора ТГ обеспечивает поочередное подключение внутреннего накопителя ДН к одному из накопителей (H1, H2 и Hn) с максимальным, а затем с минимальным значением напряжения, последовательно выравнивая напряжение между отдельными накопителями. При этом избыток энергии от накопителя с максимальным значением напряжения передается конденсатору внутреннего накопителя, ВН а от него накопителю с минимальным значением напряжения (H1, H2 и Hn). Вначале выравниваются (усредняются) напряжения крайних по уровню напряжений накопителей, затем процесс выравнивания переходит к очередным по отклонению от среднего значения напряжений накопителям.

Соединение попарно управляющих ключевых элементов и снабжение их единым входом управления позволяет снизить энергозатраты и упростить конструкцию.

В схеме полностью отсутствуют процессы преобразования энергии, а значит и потери энергии, что обеспечивает максимально возможный КПД системы и ее надежность за счет устранения основного ненадежного элемента прототипа - многообмоточного трансформатора.

1. Устройство выравнивания напряжения в батарее, состоящей по крайней мере из двух последовательно соединенных электрических накопителей, включающее систему управления и управляющие ключевые элементы (УКЭ), первые выводы которых предназначены для подключения к минусовым выводам накопителей, а выходы системы управления подключены к входам управления управляющих ключевых элементов, отличающееся тем, что устройство снабжено внутренним накопителем энергии, управляющие ключевые элементы соединены попарно и снабжены единым входом управления, вторые выводы УКЭ предназначены для подключения к положительным выводам электрических накопителей, третьи и четвертые выводы подключены к положительному и отрицательному выводам внутреннего накопителя энергии соответственно, при этом УКЭ коммутирует выводы первый с четвертым, а второй с третьим.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система управления включает детектор максимального и минимального значения напряжения, переключатель, тактовый генератор и дешифратор, при этом входы детектора предназначены для подключения к выводам электрических накопителей, выходы максимального и минимального значения детектора подключены к входам переключателя, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход с входом дешифратора, выходы которого являются выходами системы управления.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внутренний накопитель энергии выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и ограничителя тока, например резистора.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляющие ключевые элементы выполнены на оптореле, а система управления - на микроконтроллере.