Батарея электрических накопителей энергии

Использование: при изготовлении батарей электрических накопителей энергии (ЭНЭ): аккумуляторов, ионисторов, перезаряжаемых первичных ХИТ. Сущность изобретения. Батарея ЭНЭ, содержит множество единичных ЭНЭ или модулей из нескольких ЭНЭ, соединенных в последовательную электрическую цепь, система контроля и управления (СКУ), выравнивающее устройство, обеспечивающее выравнивание напряжений на отдельных ЭНЭ или модулях и питающееся от дополнительного источника постоянного тока (ИПТ). В качестве ИНТ может использоваться входящий в состав батареи дополнительный ХИТ или внешнее зарядное устройство, отключаемое от батареи при ее разряде и хранении. При использовании перезаряжаемого вспомогательного ХИТ его заряд производится одновременно с зарядом ЭИЭ. Батарея может иметь микропроцессорную СКУ, обеспечивающую индикацию степени заряженности батареи и ее сопряжение с ПЭВМ.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании батарей вторичных источников тока.

Наиболее близкой к данной полезной модели является батарея электрических накопителей энергии (ЭНЭ), содержащая множество единичных ЭНЭ или модулей из нескольких ЭНЭ, соединенных в последовательную электрическую цепь, система контроля и управления батареей, а также электронные блоки, обеспечивающие выравнивание напряжений на отдельных ЭНЭ или модулях, питание которых обеспечивается от дополнительного источника энергии [Патент РФ №2230418, опуб. 2004 г.].

Недостатком известной батареи является относительная сложность ее эксплуатации из-за наличия внешнего источника энергии, требующего дополнительного обслуживания, а в случае использования стационарного источника энергии - потеря автономности (мобильности) батареи.

Задачей изобретения является создание простой в эксплуатации батареи электрических накопителей энергии, обеспечивающей выравнивание напряжений на единичных ЭНЭ, соединенных в последовательную электрическую цепь в процессе заряда, разряда и хранения батареи.

Указанный технический результат достигается тем, что:

Вариант 1.

В батарее электрических накопителей энергии, содержащей множество соединенных в последовательную электрическую цепь единичных ЭНЭ или модулей, состоящих из нескольких ЭНЭ, систему контроля и управления работой батареи, по крайней мере одно электронное выравнивающее устройство, обеспечивающее выравнивание напряжений на отдельных ЭНЭ или модулях и питающееся от дополнительного источника постоянного тока,

отличающаяся тем, что в качестве дополнительного источника постоянного тока используется устройство для заряда батареи.

В батарее устройство для заряда батареи соединено с ее выводами, а для подачи питания на выравнивающее устройство от устройства для заряда батареи используется силовая цепь батареи таким образом, что цепь питания выравнивающего устройства подключена к одному или нескольким соседним ЭНЭ или модулям.

В батарее в качестве устройства для заряда батареи используется электронный преобразователь, питающийся от стационарной сети переменного тока или ветрогенераторной или гидрогенераторной установки.

В батарее в качестве устройства для заряда батареи используется электрохимический генератор на топливных элементах.

В батарее в качестве устройства для заряда батареи используется металло-воздушный источник тока.

В батарее в качестве устройства для заряда батареи используется батарея первичных ХИТ.

В батарее в качестве устройства для заряда батареи используется батарея фотоэлектрических, термоэлектрических или термоэлектрохимических преобразователей.

В силовой цепи батареи имеется коммутатор, обеспечивающий возможность ее отключения от устройства для заряда батареи или нагрузки.

В коммутаторе используются электронные ключи.

В коммутаторе используются электромагнитные реле.

Батарея содержит датчик тока, выходной сигнал которого поступает в систему контроля и управления.

В батарее система контроля и управления формирует информационные сигналы о степени заряженности и возникновении аварийной ситуации в батарее.

Для индикации информационных сигналов используются светодиодные или жидкокристаллические индикаторы.

В батарее система контроля и управления содержит хотя бы один микропроцессор.

Батарея имеет хотя бы один информационный разъем для подключения к персональной ЭВМ или внешней (относительно батареи) микропроцессорной системы управления.

Для подключения батареи использованы интерфейсы RS 232, RS 485 или CAN.

В батарее электрических накопителей энергии, содержащей множество соединенных в последовательную электрическую цепь единичных ЭНЭ или модулей, состоящих из нескольких ЭНЭ, систему контроля и управления работой батареи, по крайней мере одно электронное выравнивающее устройство, обеспечивающее выравнивание напряжений на отдельных ЭНЭ или модулях и питающееся от дополнительного источника постоянного тока, в качестве дополнительного источника постоянного тока используется электрически перезаряжаемый химический источник тока, один из выводов которого гальванически соединен с выводом батареи противоположной полярности, а заряд дополнительного источника постоянного тока производится от зарядного устройства одновременно с зарядом батареи таким образом, что дополнительный источник постоянного тока и батарея подключены последовательно к одному зарядному устройству.

В силовой цепи батареи имеется коммутатор, обеспечивающий возможность ее отключения от зарядного устройства или нагрузки.

Коммутатор позволяет отключать от зарядного устройства цепь дополнительного источника постоянного тока без прерывания заряда батареи или зарядную цепь батареи без прерывания заряда дополнительного источника постоянного тока.

В коммутаторе используются электронные ключи.

В коммутаторе используются электромагнитные реле.

Батарея содержит датчик тока, выходной сигнал которого поступает в систему контроля и управления.

В батарее система контроля и управления формирует информационные сигналы о степени заряженности и возникновении аварийной ситуации в батарее.

Для индикации информационных сигналов используются светодиодные или жидкокристаллические индикаторы.

В батарее система контроля и управления содержит хотя бы один микропроцессор.

Батарея имеет хотя бы один информационный разъем для подключения к персональной ЭВМ или внешней (относительно батареи) микропроцессорной системы управления.

Для подключения батареи использованы интерфейсы RS 232, RS 485 или CAN.

Примеры конкретного выполнения.

Конструкция батареи по варианту 1а.

Батарея электрических накопителей энергии (ЭНЭ) выполнена по электрической схеме, приведенной на фиг.1. Батарея имеет 4 соединенные последовательно ЭНЭ G1-G4, представляющие собой литий - ионные аккумуляторы, систему контроля и управления (СКУ) А1, устройство выравнивания (УВ) А2, нивелирующее напряжения на ЭНЭ, дополнительный источник постоянного тока (ИПТ) A3 (зарядное устройство), подключаемый к клеммам батареи U ₊ и U_- с помощью разъемного соединения для ее заряда и представляющий собой электронный преобразователь, питающийся от стационарной сети переменного тока, датчик тока ДТ, работающий на эффекте Холла, и электромагнитное реле К1, управляемое СКУ А1. УВ А2 подключено к каждому ЭНЭ G1-G4 с помощью электрического жгута. Через этот же жгут к ЭНЭ G1-G4 подключена и СКУ А1. Питание СКУ осуществляется от ЭНЭ G1-G4, а питание УВ А2 - от ИПТ A3 (зарядного устройства).

Алгоритм работы батареи 1а.

Заряд батареи осуществляется от ИПТ A3 (зарядного устройства), В процессе заряда осуществляется выравнивание напряжения на ЭНЭ G1-G4 за счет подзаряда от УВ А2. С помощью датчика тока ДТ в СКУ А1 вводится информация о величине зарядного тока. При превышении величины тока или напряжения на любом ЭНЭ G1-G4 заданных значений СКУ А1 разрывает зарядную цепь батареи с помощью реле К1. При этом УВ А2 может продолжать выравнивание напряжения в батарее, подзаряжая «отставшие» ЭНЭ. По окончании подзаряда ЭНЭ G1-G4 на время разряда и хранения батареи ИПТ A3 (зарядное устройство) с помощью разъемного соединения отключается от клемм батареи U₊ и U_-. При хранении и разряде выравнивание напряжения в батарее не производится.

Конструкция батареи по варианту 1.

Батарея электрических накопителей энергии (ЭНЭ) выполнена по электрической схеме, приведенной на фиг.2. Батарея имеет 4 соединенные последовательно ЭНЭ G1-G4, представляющие собой модули из 2-х соединенных параллельно литий - ионных аккумуляторов, систему контроля и управления (СКУ), выполненную в виде двух самостоятельных блоков А1.1 и А1.2, два устройства выравнивания (УВ) А2.1 и А2.2, нивелирующие напряжения на аккумуляторах батареи, дополнительный источник постоянного тока (ИПТ) A3 (зарядное устройство), подключаемый к клеммам батареи U₊ и U _- с помощью разъемного соединения для заряда батареи и представляющий собой металло-воздушный источник тока, электромагнитное реле К1, управляемое СКУ А1.1 и А1.2. УВ А2.1 и А2.2 подключены к ЭНЭ G1-G2 и к ЭНЭ G3-G4 с помощью электрических жгутов. Через эти же жгуты к ЭНЭ G1 -G4 подключена и СКУ А1.1 и А1.2. Питание СКУ А1.1 осуществляется от аккумуляторов G1-G2, а питание СКУ А1.2 - от ЭНЭ G3-G4. Питание УВ А2.1 осуществляется от ИПТ A3 (зарядного устройства), при использовании электрической цепи ЭНЭ G3-G4 для подключения к (-) ИПТ A3 (зарядного устройства). Питание УВ А2.2 осуществляется от ИПТ A3 (зарядного

устройства), при использовании электрической цепи ЭНЭ G1-G2 и электромагнитного реле К1 для подключения к (+) ИПТ A3 (зарядного устройства).

Алгоритм работы батареи 1.

Заряд батареи осуществляется от ИПТ A3 (зарядного устройства). В процессе заряда осуществляется выравнивание напряжения на ЭНЭ G1-G4 с помощью УВ А2.1 и А2.2. При превышении напряжения на любом ЭНЭ G1-G4 заданных значений, СКУ А1.1 и А1.2 разрывает зарядную цепь батареи с помощью реле К1, при этом заряд и выравнивание напряжения в батарее прекращается. На время разряда и хранения батареи ИПТ A3 (зарядное устройство) с помощью разъемного соединения отключается от клемм батареи U₊ и U _-. При хранении и разряде батареи в соответствии с алгоритмом работы СКУ А1.1 и А1.2 выравнивание напряжения в батарее может производиться при питании УВ А2.1 и А2.2 от ЭНЭ G1-G2 и G3-G4, соответственно.

Конструкция батареи по варианту 2.

Батарея электрических накопителей энергии (ЭНЭ) выполнена по электрической схеме, приведенной на фиг.3. Батарея имеет 4 соединенные последовательно ЭНЭ G1-G4, представляющие собой литий-ионные аккумуляторы, микропроцессорную систему контроля и управления (СКУ) А1, устройство выравнивания (УВ) А2, нивелирующее напряжение на аккумуляторах батареи. Питание УВ А2 осуществляется от дополнительного источника постоянного тока (ИПТ) A3, представляющего собой единичный литий-ионный аккумулятор. УВ А2 подключено к каждому ЭНЭ G1-G4 и ИПТ A3 с помощью электрического жгута. Через этот же жгут к ЭНЭ G1-G4 и ИПТ A3 подключена и СКУ А1. Питание СКУ А1 также осуществляется от ИПТ A3 через УВ А2. СКУ А1 имеет разъем X1 для подключения к персональной ЭВМ через интерфейс RS 232. СКУ А1 осуществляет управление электромагнитными реле К1 и К2, к которым по мере необходимости для заряда подключается через разъемное соединение зарядное устройство (ЗУ) А4.

Алгоритм работы батареи по варианту 2.

Для заряда ЭНЭ G1 - G4 подключаются к ЗУ А4 последовательно с ИПТ A3 через электромагнитные реле К1 и К2 и заряжаются одновременно с ним (реле К1 и К2 в положение, изображенном на фиг.3). В процессе заряда СКУ А1 контролирует напряжение на ЭНЭ G1-G4 и ИПТ A3. При достижении максимальной степени заряженности ИПТ A3 отключается от ЗУ А4 по команде СКУ А1 путем переключения электромагнитного реле К1, а заряд ЭНЭ G1-G4 продолжается. Если первыми достигнут максимальной степени заряженности ЭНЭ G1-G4, они отключаются от зарядного устройства путем переключения электромагнитного реле К2. В процессе заряда батареи УВ А2 по командам СКУ А1 обеспечивает выравнивание напряжения на ЭНЭ G1-G4, осуществляя дополнительный подзаряд отстающего ЭНЭ.

После отключения от батареи с помощью разъемного соединения зарядного устройства А4, батарея или подключается к нагрузке через клеммы U₊ и U_- , или находится в режиме хранения. В обоих случаях СКУ А1 контролирует напряжение на ЭНЭ G1-G4 и при необходимости подзаряжает ЭНЭ с большим саморазрядом с помощью УВ А2, используя энергию ИПТ A3.

1. Батарея электрических накопителей энергии (ЭНЭ), содержащая множество соединенных в последовательную электрическую цепь единичных ЭНЭ или модулей, состоящих из нескольких ЭНЭ, систему контроля и управления работой батареи, по крайней мере, одно электронное выравнивающее устройство, обеспечивающее выравнивание напряжений на отдельных ЭНЭ или модулях и питающееся от дополнительного источника постоянного тока, отличающаяся тем, что в качестве источника постоянного тока используется в устройство для заряда батареи.

2. Батарея ЭНЭ по п.1, отличающаяся тем, что устройство для заряда батареи соединено с ее выводами, а для подачи питания на выравнивающее устройство от источника постоянного тока используется силовая цепь батареи таким образом, что цепь питания выравнивающего устройства подключена к одному или нескольким соседним ЭНЭ или модулям.

3. Батарея ЭНЭ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства для заряда батареи используется электронный преобразователь, питающийся от стационарной сети переменного тока или ветрогенераторной или гидрогенераторной установки.

4. Батарея ЭНЭ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства для заряда батареи используется электрохимический генератор на топливных элементах.

5. Батарея ЭНЭ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства для заряда батареи используется металло-воздушный источник тока.

6. Батарея ЭНЭ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства для заряда батареи используется батарея первичных ХИТ.

7. Батарея ЭНЭ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства для заряда используется батарея фотоэлектрических, термоэлектрический или термоэлектрохимических преобразователей.

8. Батарея ЭНЭ по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что в силовой цепи батареи имеется коммутатор, обеспечивающий возможность ее отключения от устройства для заряда или нагрузки.

9. Батарея ЭНЭ по п.8, отличающаяся тем, что в коммутаторе используются электронные ключи.

10. Батарея ЭНЭ по п.8. отличающаяся тем, что в коммутаторе используются электромагнитные реле.

11. Батарея ЭНЭ по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что содержит датчик тока, выходной сигнал которого поступает в систему контроля и управления.

12. Батарея ЭНЭ по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что система контроля и управления формирует информационные сигналы о степени заряженности и возникновении аварийной ситуации в батарее.

13. Батарея ЭНЭ по п.12, отличающаяся тем, что для индикации информационных сигналов используются светодиодные или жидкокристаллические индикаторы.

14. Батарея ЭНЭ по любому из пп.1-7 отличающаяся тем, что система контроля и управления содержит, по меньшей мере, один микропроцессор.

15. Батарея ЭНЭ по п.14, отличающаяся чем, что батарея имеет, по меньшей мере, один информационный разъем для подключения к персональной ЭВМ или внешней относительно батареи микропроцессорной системы управления.

16. Батарея ЭНЭ по п.15, отличающаяся тем, что для подключения использованы интерфейсы RS 232, RS 485 или CAN.

17. Батарея электрических накопителей энергии, содержащая множество соединенных в последовательную электрическую цепь единичных ЭНЭ или модулей, состоящих из нескольких ЭНЭ, систему контроля и управления работой батареи, по крайней мере, одно электронное выравнивающее устройство, обеспечивающее выравнивание напряжений на отдельных ЭНЭ или модулях и питающееся от дополнительного источника постоянного тока, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного источника постоянного тока используется электрически перезаряжаемый химический источник тока, один из выводов гальванически соединен с выводом батареи противоположной полярности, а заряд источника постоянного тока производится от зарядного устройства одновременно с зарядом батареи таким образом, что источник постоянного тока и батарея подключены последовательно к одному зарядному устройству.

18. Батарея ЭНЭ по п.17, отличающаяся тем, что в силовой цепи батареи имеется коммутатор, обеспечивающий возможность ее отключения от зарядного устройства или нагрузки.

19. Батарея ЭНЭ по п.18, отличающаяся тем, что коммутатор позволят отключать от зарядного устройства цепь дополнительного источника постоянного тока без прерывания заряда батареи или зарядную цепь батареи без прерывания заряда дополнительного источника постоянного тока.

20. Батарея ЭНЭ по п.18, отличающаяся тем, что в коммутаторе используются электронные ключи.

21. Батарея ЭНЭ по п.18, отличающаяся тем, что в коммутаторе используются электромагнитные реле.

22. Батарея ЭНЭ по любому из пп.17-21, отличающаяся тем, что содержит датчик тока, выходной сигнал которого поступает в систему контроля и управления.

23. Батарея ЭНЭ по любому из пп.17-21, отличающаяся тем, что система контроля и управления формирует информационные сигналы о степени заряженности и возникновении аварийной ситуации в батарее.

24. Батарея ЭНЭ по п.23, отличающаяся тем, что для индикации информационных сигналов используются светодиодные или жидкокристаллические индикаторы.

25. Батарея ЭНЭ по любому из пп.17-21, отличающаяся тем, что система контроля и управления содержит хотя бы один микропроцессор.

26. Батарея ЭНЭ по п.25, отличающаяся тем, что батарея имеет хотя бы один информационный разъем для подключения к персональной ЭВМ или внешней относительно батареи микропроцессорной системы управления.

27. Батарея ЭНЭ по п.26, отличающаяся тем, что для подключения использованы интерфейсы RS 232, RS 485 пли CAN.