Устройство для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионных аккумуляторов

Полезная модель относится к электротехнике, более конкретно к устройствам для контроля изменения тока аккумуляторов и батарей на их основе, температуры внутри корпуса и напряжения на отдельных аккумуляторах аккумуляторной батареи. Новизна полезной модели заключается в конструктивном решении средства контроля электрических параметров. Средство контроля электрических параметров представляет собой систему электрически связанных между собой функциональных модулей управления и обработки информации, измерения величины тока, инверсии, ключей, обеспечивающие заряд-разряд аккумуляторов, при этом выход модуля управления и обработки информации соединен с входом модуля инверсии, выход которого соединен с входом модуля ключей, который через модуль измерителя величины текущего тока подсоединен к аккумуляторной батареи, которая своим выходом соединена с входом модуля управления и обработки информации, имеющего выход-вход на пользователя информации о параметрах аккумуляторной батареи; модуль инверсии представляет собой делитель напряжения и два компаратора электрически связанных с электронными ключами и через ограничительный резистор с модулем управления и обработки информации. В формуле полезной модели приведены также различные варианты конструктивного решения модуля инверсии. По предлагаемому устройству были изготовлены опытные образцы, которые в результате производственных испытаний показали достоверность сведений, заложенных в нормативно-технической документации на изготовление на предприятии-заявителе литий-ионных аккумуляторов.

Полезная модель относится к электротехнике, более конкретно к устройствам для контроля изменения тока, температуры внутри корпуса и напряжения на отдельных литий-ионных аккумуляторах и батареях на их основе.

Известен патент Германии № 19959019 «Диагностика химического источника тока». Опубликован 13.06.2001 г. В патенте предлагается техническое решение непрерывного слежения за состоянием аккумулятора «заряжен-разряжен», базирующееся на оценке параметров текущего состояния по изменению тока, напряжения и температуры. Отклонения измеренных значений параметров от начальных сравниваются с вычисленными процессором приращениями. Процедура сравнения исключает ложный результат. Если результат выходит из поля допусков, измерение повторяют чтобы своевременно обнаружить внезапный выход аккумулятора из строя. Процедуру проводят достаточно часто.

Такое техническое решение в определенной степени является технологически усложненным при эксплуатации из-за временного фактора.

За прототип полезной модели принят патент России №20443678. Опубликован 10.09.1995. Б.№25 «Химический источник тока». Изобретение относится к ХИТ (с плоскими электродами и корпусом из непроводящего немагнитного материала), комбинированному с индикаторами состояния, сигнализирующими о начале аварийного режима аккумуляторов при тепловом разгоне.

Целью изобретения является повышение достоверности температурного контроля аккумуляторов. Это достигается тем, что в батарее внутри каждого аккумулятора между стороной электрода и корпусом аккумулятора помещен слой из электропроводящего материала с термозависимым сопротивлением. Аккумуляторная батарея состоит из аккумуляторов с плоскими электродами и корпусом из немагнитного непроводящего материала, устройства для контроля аккумуляторов, включающее генератор переменного напряжения, плоскую обмотку, подключенную к выводам генератора, размещенную внутри платы из немагнитного материала, установленную между аккумуляторами, пороговый элемент, соединенный с выходом генератора, сигнализатор, связанный с выходом порогового элемента и источник стабильного напряжения постоянного тока.

Упомянутое в патенте № 0443678 устройство для контроля аккумуляторов усложняет конструкцию источника тока, а также не обладает требуемыми

характеристиками для работы с большими токами разряда и заряда аккумуляторных батарей, а это ограничивает ресурс устройств и снижает надежность его работы.

Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения функциональных возможностей, упрощение конструкции и повышение надежности устройства для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионных аккумуляторных батарей (устройства для контроля аккумуляторов).

Для достижения этого технического результата устройство контроля аккумуляторов (в отличие от прототипа) выполнено в виде набора электрически связанных между собой функциональных модулей:

- управления и обработки информации;

- приема и передачи данных;

- измерения напряжения;

- измерения температуры;

- измерения тока;

- ключей, обеспечивающих заряд и разряд аккумуляторной батареи;

- инверсии.

При этом модуль управления и обработки информации своим выходом соединен с модулем инверсии, выход которого соединен с ключами, которые через модуль измерения тока соединены с аккумуляторами, выход с информацией о напряжении и температуре которых соединен с модулем управления и обработки информации, модуль ключей, обеспечивающий заряд и разряд аккумуляторной батареи, представляет собой N-канальные полевые транзисторы, а модуль инверсии выполнен в виде компараторов, подключенных к N-канальным полевым транзисторам.

На Фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионных аккумуляторных батарей, где:

1 - аккумуляторный блок;

2 - модуль измерения величины текущего тока;

3 - модуль ключей, обеспечивающий заряд и разряд батареи;

4 - модуль инверсии, обеспечивающий преобразование сигнала;

5 - модуль управления и обработки информации;

6 - пользователь, является потребителем энергии аккумуляторной батареи.

На Фиг.2 приведена принципиальная электрическая схема модулей 3, 4, 5, где:

7, 8 - выходы с модуля управления и обработки информации (5), обеспечивающие управление ключевыми элементами;

9, 10 - ограничивающие резисторы;

11, 12 - резисторы, задающие уровень сравнения для компараторов;

13, 14 - компараторы, сравнивающие входные сигналы от делителя напряжения, обеспеченного резисторами 11,12 и сигналы идущие с выходов 7 и 8 модуля 5;

15, 16 - ключевые элементы, выполненные N-канальными полевыми транзисторами, обеспечивающими безопасный заряд и разряд батареи.

Устройство для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионных аккумуляторных батарей работает следующим образом:

Уставки определяющие пороги отключения аккумулятора от процесса заряда или разряда пользователем 6 задается им же до начала эксплуатации через канал связи непосредственно на модуль управления и обработки информации 5. В процессе эксплуатации аккумуляторной батареи пользователем 6 модуль управления и обработки информации 5 производит непрерывное измерение напряжения U и температуры t°C аккумуляторов 1, а так же величину текущего тока через модуль измерения величины текущего тока 2. В случае превышения значения по любому из установленных порогов модуль управления и обработки информации 5, через модуль инверсии 4 управляет ключевыми элементами - модулем ключей, обеспечивающий заряд и разряд батареи 3. А именно, в зависимости от направления текущего тока - заряд или разряд - с модуля управления и обработки информации 5 подается низкий уровень сигнала либо с выхода управления 7, либо с выхода управления 8, сигнал которого может управлять Р-канальными полевыми транзисторами в оригинальной схеме через ограничивающие резисторы 9 и 10. Для управления N-канальными полевыми транзисторами 15 и 16 модуля ключей 3, обеспечивающий заряд и разряд батареи, введенный модуль инверсии 4 с помощью компараторов 13 и 14, на инверсные входы которых поступает сигнал низкого уровня с модуля управления и обработки информации 5 и напряжение с делителя напряжения 11 и 12 на неинверсные входы. В результате, на выходе компараторов 13 и 14 будет сигнал высокого уровня, в то время как на выходе с модуля управления и обработки информации 5 сигнал низкого уровня и на выходе компараторов 13 и 14 будет сигнал низкого уровня, в то время как на выходе с модуля 5 сигнал высокого уровня. Выходы компараторов 13 и 14 непосредственно управляют затворами N-канальных полевых транзисторов.

По предлагаемому устройству были изготовлены опытные образцы, которые в результате производственных испытаний показали достоверность сведений, заложенных в

нормативно-технической документации на изготовление на предприятии-заявителе литий-ионных аккумуляторов.

Примечание: при составлении и формулировании предмета полезной модели были приняты во внимание следующие источники информации.

1. Патент Германии № 19959019 «Диагностика химических источников тока»

2. Патент России №2044378 «Химический источник тока».

3. Вайлов A.M., Эйгель Ф.И. «Автоматизация контроля и обслуживания аккумуляторных батарей», М.: Связь, 1975. - 152с.

4. Зорохович А.Е. и др. «Устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей», М.:

Энергия, 1975.-208с.

5. Бухаров А.И. и др. «Средства заряда аккумуляторов и аккумуляторных батарей», Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 288с.

6. Николаев А.Г. «Определение и совершенствование энергетических показателей систем заряда аккумуляторов» Электричество, 1984. № 11, 61-64с.

1. Устройство для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионных аккумуляторов, содержащее средство контроля электрических параметров аккумуляторов, отличающееся тем, что средство контроля представляет собой систему электрически связанных между собой функциональных модулей управления и обработки информации, измерения величины текущего тока, инверсии, ключей, обеспечивающих заряд-разряд аккумуляторов, при этом выход модуля управления и обработки информации соединен с входом модуля инверсии, выход которого соединен с входом модуля ключей, который через модуль измерителя величины текущего тока подсоединен к аккумуляторной батареи, которая своим выходом соединена с входом модуля управления и обработки информации, имеющего выход-вход на пользователя информации о параметрах аккумуляторной батареи; модуль инверсии представляет собой делитель напряжения и два компаратора электрически связанных с электронными ключами и через ограничительный резистор с модулем управления и обработки информации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль инверсии выполнен на операционных усилителях включенных таким образом, что выходы с блока управления и обработки информации через ограничительные резисторы подключены к инвертирующим входам операционных усилителей, а неинвертирующие входы - к делителю напряжения, выходы операционных усилителей подключены к входам модуля ключей.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль инверсии выполнен на инвертирующих триггерах таким образом, что выходы с блока управления и обработки информации через ограничительные резисторы подключены к входам инвертирующих триггеров, а их выходы подключены к входам модуля ключей.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль инверсии выполнен на транзисторах.