Балансир напряжений для батареи заряженных химических источников тока
Полезная модель относится к области электротехники. Выравнивающее устройство предназначено для использования с батареей заряженных химических источников тока, содержащей множество единичных химических источников тока (ХИТ) или модулей из нескольких ХИТ, соединенных в последовательную электрическую цепь. Выравнивающее устройство для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, обеспечивающее выравнивание напряжений для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, выходы которого подключены параллельно ХИТ или модулю из нескольких ХИТ. и блок управления выравнивающим устройством. Выравнивающее устройство для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ представляет собой балансир для нивелирования разбаланса напряжений на ХИТ, выполненный из дросселя, подключенного к точке последовательного соединения двух ХИТ или двух модулей ХИТ, и через ключи к другим полюсам последовательно соединенных ХИТ или двух модулей ХИТ, а параллельно к ключам подключены диоды, открытые в направлении протекания тока от минуса ХИТ к его плюсу или от минуса модуля ХИТ к его плюсу. 1 ил.
Полезная модель относится к области электротехники и касается конструкции устройства, выравнивающего напряжения на смежно расположенных и последовательно соединенных двух единичных химических источников тока или модулей из нескольких химических источников тока, соединенных в последовательную электрическую цепь.
Аккумуляторные батареи характеризуются тем, что их характеристики со временем могут неравномерно ухудшаться. Это приводит к тому, что емкость батареи в целом существенно снижается, равняясь на самый худший аккумулятор, несмотря на то, что не исчерпана емкость остальных аккумуляторов в батарее. Для избежания этой ситуации используются так называемые "балансиры". Задача балансира - добиться одинаковой зарядки аккумуляторов в батарее, то есть нивелирования разбаланса напряжений на отдельных аккумуляторах или модулях аккумуляторов. Фактически для этого используются дополнительные сопротивления, которые автоматически уменьшают ток заряда на хороших батареях, рассеивая его в тепло и выравнивая напряжение на всех батареях одновременно. Этот способ не решает проблемы неравномерного разряда батарей. Т.е. батарея считается разряженной, если разрядился один из аккумуляторов всей батареи.
Известна аккумуляторная батарея с устройством нивелирования разбаланса напряжений на отдельных аккумуляторах или модулях аккумуляторов. Устройство нивелирования разбаланса содержит трансформатор с рабочими обмотками на одном сердечнике, число которых соответствует числу аккумуляторов или модулей, управляющий ключевой элемент, последовательно соединенный с каждой рабочей обмоткой, систему управления в виде коммутирующего элемента питания, соединенного с выводами аккумуляторной батареи, генератор импульсов и формирователь
импульсов управления ключевыми элементами в виде емкости (RU 2156533, опубл. 2000 г.).
Недостатком известной батареи являются сложность электрической схемы выравнивания напряжения на отдельных аккумуляторах в батарее, а также необходимость использования относительно мощных трансформаторов.
Так же известно выравнивающее устройство для батареи первичных или вторичных химических источников тока (ХИТ), содержащих множество единичных ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, соединенных в последовательную электрическую цепь, обеспечивающее при работе батареи выравнивание напряжений на отдельных ХИТ или модулях, состоящее из одного или нескольких источников постоянного тока, выходы которых подключены параллельно каждому единичному ХИТ или модулю таким образом, что их полярности совпадают, блок управления выравнивающим устройством, в качестве источников постоянного тока используются вспомогательные ХИТ, топливные элементы или электронные блоки, питание которых осуществляется от внешних (относительно батареи) источников энергии. В этой батарее ХИТ в качестве электронных блоков используется трансформатор с одной или несколькими вторичными обмотками, которые подключены к единичным ХИТ или модулям и имеют в цепях подключения по крайней мере один элемент с однонаправленной проводимостью, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к внешней сети переменного тока (RU 2230418, H02J 7/00, Н01М 10/44, опубл. 2004.06.10).
Недостатком известной батареи так же являются сложность электрической схемы выравнивания напряжения на отдельных аккумуляторах в батарее, а также необходимость использования относительно мощных трансформаторов.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по изменению схемы нивелирования напряжения и упрощение схемы.
Достигаемый при этом технический результат заключается в упрощении схемы и улучшении массогабаритных показателей путем изменения связей.
Указанный технический результат достигается тем, что балансир напряжений для батареи заряженных химических источников тока, представляющей собой более одного единичного химического источника тока
или более одного модуля из нескольких химических источников тока, соединенных в последовательную электрическую цепь, характеризующийся тем, что для каждых двух заряженных химических источников тока или модулей из нескольких заряженных химических источников тока представляет собой устройство для нивелирования разбаланса напряжений на этих источниках тока с блоком управления им, выполненное из дросселя, подключаемого к точке последовательного соединения двух заряженных химических источников тока или двух модулей заряженных химических источников тока, и через нормально открытые ключи к другим полюсам последовательно соединенных заряженных химических источников тока или двух модулей заряженных химических источников тока, а параллельно к ключам подключены диоды, открытые в направлении протекания тока от от минуса заряженного химического источника тока к его плюсу или от минуса модуля заряженных химических источников тока к его плюсу, а блок управления этим устройством выполнен с функцией замыкания нормально открытого ключа, подключенного параллельно химическому источнику тока через дроссель, который заряжен по отношению к смежно подключенному разряженному химическому источнику тока, на время, равное выравниванию напряжения на полюсах двух смежно подключенных химических источников тока.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - принципиальная схема балансира напряжений для батареи заряженных химических источников тока.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается балансир напряжений для батареи заряженных аккумуляторных элементов, который позволяет без потерь в тепло перераспределять как энергию заряда батарей, так и энергию разряда батарей, что позволяет уменьшить потери на
балансировку, а также существенно повысить как срок службы всей аккумуляторной батареи в целом, так и отдельных ее элементов.
Под аккумуляторной батареей имеются в виду литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы. В общем смысле также имеются в виду любые электрические источники, соединенные в батарею, характеристики элементов которой в процессе эксплуатации могут стать различными.
Батарея химических источников тока с балансом напряжений может содержать множество единичных ХИТ 1, 2, 3... или модулей из нескольких ХИТ, соединенных в последовательную электрическую цепь,
Балансир напряжений или выравнивающее устройство 4 (БЛОК 1 и/или БЛОК 2) для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, которое обеспечивает выравнивание напряжений для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ, выходы которого подключены параллельно ХИТ или модулю из нескольких ХИТ. и блок управления выравнивающим устройством.
Выравнивающее устройство 4 для каждых двух ХИТ или модулей из нескольких ХИТ представляет собой балансир для нивелирования разбаланса напряжений на ХИТ, выполненный из дросселя 5, подключенного к точке последовательного соединения двух ХИТ или двух модулей ХИТ, и через нормально открытые ключи 6 к другим полюсам последовательно соединенных ХИТ или двух модулей ХИТ, а параллельно к этим ключам 6 подключены диоды 7, открытые в направлении протекания тока от минуса ХИТ к его плюсу или от минуса модуля ХИТ к его плюсу.
Блок управления выравнивающим устройством выполнен с функцией замыкания нормально открытого ключа, подключенного через дроссель параллельно ХИТ, которая более заряжена по отношению ко второму смежно подключенному ХИТ, на время, необходимое для передачи энергии из более заряженного источника в дроссель. Затем ключ размыкается, и энергия из дросселя передается через открытый диод на менее заряженный источник. Цикл замыкания - размыкания повторяется до тех пор, пока разбаланс напряжений не будет нивелирован.
Задача устройства заключается в обеспечении в любом режиме работы (заряд или разряд) РАВЕНСТВА напряжений на всех элементах аккумуляторной батареи.
Принцип работы схемы:
БЛОК 1 (выравнивающее устройство 2 для первой пары смежно подключенных ХИТ 1 и 2) обеспечивает РАВЕНСТВО напряжений VI и V2.
БЛОК 2 (выравнивающее устройство 2 для второй пары смежно подключенных ХИТ 2 и 3) обеспечивает РАВЕНСТВО напряжений V3 и V4.
Так как V2=V3, то при совместной работе БЛОКОВ 1 и 2 будет обеспечено равенство: VI=V2=V3=V4.
В случае разбаланса ХИТ 1 и ХИТ 2 появится разность напряжений VI и V2. Например, батарея ХИТ 1 более разряжена, чем ХИТ 2. Тогда напряжение VI будет меньше, чем V2.
Управляющее устройство блока управления замыкает на некоторое время ключ К2 и через дроссель L1 начинает протекать ток по направлению от «-» к «+». Управляя временем открытия, можно менять количество энергии, отобранной у батареи ХИТ 2. Далее, как только К2 размыкается, то энергия, накопленная в L1 будет заряжать батарею ХИТ 1 через открытый диод VD1.
Точно также работает схема балансировки в БЛОКЕ 2.
На каждый новый элемент батареи добавляется балансировочный блок.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как основана на использовании стандартных элементов и приборов и основано на новой взаимосвязи этих элементов и приборов.
Балансир напряжений для батареи заряженных химических источников тока, представляющей собой более одного единичного химического источника тока или более одного модуля из нескольких химических источников тока, соединенных в последовательную электрическую цепь, характеризующийся тем, что для каждых двух заряженных химических источников тока или модулей из нескольких заряженных химических источников тока представляет собой устройство для нивелирования разбаланса напряжений на этих источниках тока с блоком управления им, выполненное из дросселя, подключаемого к точке последовательного соединения двух заряженных химических источников тока или двух модулей заряженных химических источников тока, и через нормально открытые ключи к другим полюсам последовательно соединенных заряженных химических источников тока или двух модулей заряженных химических источников тока, а параллельно к ключам подключены диоды, открытые в направлении протекания тока от минуса заряженного химического источника тока к его плюсу или от минуса модуля заряженных химических источников тока к его плюсу, а блок управления этим устройством выполнен с функцией замыкания нормально открытого ключа, подключенного параллельно химическому источнику тока через дроссель, который заряжен по отношению к смежно подключенному разряженному химическому источнику тока на время, равное выравниванию напряжения на полюсах двух смежно подключенных химических источников тока.
