СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2013 года по МПК H01M10/44 

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при наземной эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, например, в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способ их эксплуатации, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанные в книге Д.А.Хрусталев, Аккумуляторы, М., Изумруд, 2003 г., глава 4. В данной работе отмечается очень низкое внутреннее сопротивление аккумуляторов и возможность управления процессами заряда-разряда только по текущим значениям напряжений аккумуляторов. При этом отмечается, что перезаряд и переразряд аккумуляторов категорически недопустим и в аккумуляторных батареях должны быть предусмотрены средства защиты. Однако, известная информация касается в основном наземного применения литий-ионных аккумуляторных батарей в мобильных телефонах и компьютерной технике и не решает вопросов надежной эксплуатации в течение длительного ресурса в составе ИСЗ.

Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способ их эксплуатации, заключающийся в проведении заряд-разрядных циклов и контроле напряжения аккумуляторов и описанные в книге А.А. Таганова, Ю.И. Бубнов, С.Б. Орлов, Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации, Санкт-Петербург, Химиздат, 2005 г., глава 5, 7.

В данной работе отмечается, что хранение литий-ионных аккумуляторных батарей проводится в подзаряженном на 30-50% состоянии с целью исключения опасного для них снижения напряжения на аккумуляторах ниже минимального уровня (их переразряда). В то же время отмечаются некоторые негативные факторы (например, рост внутреннего сопротивления при хранении больше при большей заряженности), которые делают предпочтительным хранение с меньшей величиной заряженности.

Наиболее близким техническим решением является способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов и периодической балансировки аккумуляторов по напряжению, хранении в подзаряженном состоянии («Батарея 23ЛИ-50, ЖЦПИ.563563.001 ТО», разработки и изготовления предприятия ОАО "Сатурн", г.Краснодар).

В известной литий-ионной аккумуляторной батарее 6ЛИ-25, согласно ЖЦПИ.563563.001 ТО, перед постановкой на хранение проводят заряд на 40% от номинальной емкости. При этом батарея может храниться в течение года без проведения дополнительных работ.

Этот способ принят за прототип заявляемому изобретению.

Недостатком известного способа реализованного известной аккумуляторной батареей является то, что он не оптимизирует состояние аккумуляторной батареи в режиме хранения, что снижает надежность и эффективность использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее эксплуатации.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности и эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее наземной эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что при проведении контроля напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировки аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранения в подзаряженном состоянии, перед постановкой аккумуляторной батареи на хранение после проведения ее подзаряда проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов для нивелирования разбаланса аккумуляторов по напряжению в конце периода хранения аккумуляторной батареи. При этом, предлагается рассчитывать величину разбалансировки напряжения для каждого аккумулятора относительно напряжения аккумулятора, имеющего наименьшее значение напряжения за предшествующий межбалансировочный период, и после проведения подзаряда аккумуляторной батареи проводить упреждающую разбалансировку ее аккумуляторов по напряжению прямо пропорционально рассчитанным значениям величины их разбалансировки. Кроме того, величину упреждающей разбалансировки для каждого аккумулятора предлагается рассчитывать по формуле:

ΔUyб_i=(ΔU_i/Тп/б)·Тхр,

где - ΔUyб_i - величина напряжения упреждающей разбалансировки i-того аккумулятора, В;

- ΔU_i - величина напряжения разбалансировки i-того аккумулятора в предшествующий межбалансировочный период, В;

- Тп/б - длительность предшествующего межбалансировочного периода, сутки;

- Тхр - длительность панируемого срока хранения, сутки.

Действительно, введение упреждающей разбалансировки позволяет снизить степень заряженности большинства аккумуляторов, что благотворно отразится на сохранении их технических характеристик в процессе хранения аккумуляторной батареи и повысит надежность эксплуатации аккумуляторной батареи. Кроме того, к концу периода хранения аккумуляторы будут выравнены по напряжению, что повышает эффективность последующей эксплуатации аккумуляторной батареи.

На фиг.1 представлена структурная схема рабочего места для автономной работы с аккумуляторными батареями в составе ИСЗ в наземных условиях.

Рабочее место содержит:

- Зарядно-разрядный комплекс 1 состоящий из устройств зарядно-разрядных 2, устройств контроля напряжения аккумуляторов 3 и устройства расширения интерфейса 4;

- ПЭВМ 5;

- ИСЗ 6 с установленными аккумуляторными батареями 7.

В процессе наземной эксплуатации аккумуляторная батарея 7 подвергается хранению в подзаряженном состоянии.

Для повышения надежности и эффективности последующего использования литий-ионной аккумуляторной батареи 7 после проведения ее подзаряда от устройств зарядно-разрядных 2, с контролем напряжения устройствами контроля напряжения аккумуляторов 3 проводят упреждающую разбалансировку ее аккумуляторов по напряжению прямо пропорционально рассчитанным значениям величины их разбалансировки.

При этом, так как рабочее место для автономной работы с аккумуляторными батареями 7 в составе ИСЗ 6 оснащено ПЭВМ 5, имеющей связь через «устройство расширения интерфейса» 4 с «Устройствами зарядно-разрядными» 2 и «Устройствами контроля напряжения аккумуляторов» 3, то задача расчета упреждающей разбалансировки для каждого аккумулятора по формуле: ΔUyб_i=ΔU_i/Тп/б·Тхр и последующего управления балансировочными резисторами, входящими в состав аккумуляторной батареи, решается простыми программными средствами и с учетом имеющихся в ПЭВМ данных о предшествующем межбалансировочным периоде.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить надежность и эффективность использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее наземной эксплуатации.

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при наземной эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, например, в составе автономной системы электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ). Технический результат - повышение надежности и эффективности использования литий-ионной аккумуляторной батареи при ее наземной эксплуатации. Предлагается способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировке аккумуляторов по напряжению, проведении подзаряда и хранения в подзаряженном состоянии. Поставленная задача решается тем, что перед постановкой аккумуляторной батареи на хранение после проведения ее подзаряда проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов для нивелирования разбаланса аккумуляторов по напряжению в конце периода хранения аккумуляторной батареи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов, проведении зарядов, разрядов, периодической балансировки аккумуляторов по напряжению, проведения подзаряда и хранения в подзаряженном состоянии, отличающийся тем, что перед постановкой аккумуляторной батареи на хранение после проведения ее подзаряда проводят упреждающую разбалансировку аккумуляторов для нивелирования разбаланса аккумуляторов по напряжению в конце периода хранения аккумуляторной батареи.

2. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи по п.1, отличающийся тем, что рассчитывают величину разбалансировки напряжения для каждого аккумулятора относительно напряжения аккумулятора, имеющего наименьшее значение напряжения за предшествующий межбалансировочный период, и после проведения подзаряда аккумуляторной батареи проводят упреждающую разбалансировку ее аккумуляторов по напряжению прямо пропорционально рассчитанным значениям величины их разбалансировки.

3. Способ эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи по п.1 или 2, отличающийся тем, что величину упреждающей разбалансировки для каждого аккумулятора рассчитывают по формуле: ΔUyб_i=(ΔU_i/Тп/б)·Txp, где
- ΔUyб_i - величина напряжения упреждающей разбалансировки i-го аккумулятора, В;
- ΔU_i - величина напряжения разбалансировки i-го аккумулятора в предшествующий межбалансировочный период, В;
- Тп/б - длительность предшествующего межбалансировочного периода, сутки;
- Тхр - длительность планируемого срока хранения, сутки.