СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СМЕШАННОЙ (ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ГРУПП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ) АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H01M10/48 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля состояния аккумуляторных источников питания как отдельных аккумуляторов, так и батарей, состоящих из n параллельно соединенных последовательных групп из m включенных элементов.

Знание электрических параметров аккумуляторных батарей позволяет производить диагностирование технического состояния на различных стадиях эксплуатации, а также принимать решение о их восстановлении или списании. Это в первую очередь важно для Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах, для которых характерен критерий минимизации массогабаритных показателей элементов данных систем.

Особенность применения аккумулятора определяется:

А. Выбором типа элемента.

Так для Li-ion аккумулятора эксплуатация характеризуется [1, 2, 3] следующим:

1. Разряд Li-ion аккумулятора ниже 3 В (примерно, до 2.2 В) (данный порог варьируется в пределах 0,5 В в зависимости от химического состава и геометрической формы аккумулятора) приводит к необратимым химическим процессам внутри аккумулятора, что делает его непригодным для дальнейшего использования. При разряде Li-ion аккумулятора нужно контролировать его напряжение и силу тока в цепи.

2. Li-ion аккумуляторы имеют низкую устойчивость к перезаряду. На отрицательном электроде на поверхности углеродной матрицы при значительном перезаряде становится возможным осаждение металлического лития, обладающего большой реакционной способностью к электролиту, а на катоде начинается активное выделение кислорода. Возникает угроза теплового разгона, повышения давления и разгерметизации. Поэтому заряд Li-ion аккумуляторов можно вести только до напряжения, рекомендуемого производителем. При увеличенном зарядном напряжении ресурс аккумуляторов снижается.

3. Работа аккумулятора на токах, отличающихся от нормального режима, заданном в документации производителем аккумуляторов и превышающих его емкость, возможна в кратковременных режимах. При коротком замыкании в литий-ионном аккумуляторе возникает бурная реакция взрывного типа, получившей название "вентиляция с выбросом пламени".

Для внутренней защиты Li-ion аккумулятора используют дополнительно введенный в аккумулятор слой сепаратора. В этом случае, при коротком замыкании из-за прорастания дендритов лития к положительному электроду, за счет локального разогрева слой сепаратора подплавляется и становится непроницаемым, предотвращая дальнейшее прорастание дендритов.

Однако для повышения безопасности эксплуатации Li-ion аккумуляторов в составе батареи обязательно применяется также и внешняя электронная защита, цель которой не допустить возможность перезаряда и переразряда каждого аккумулятора, от внутренних коротких замыканий (а в отдельных случаях - и от внешних коротких замыканий) и чрезмерного разогрева.

В. Структурой соединения элементов в батареи.

В большинстве случаев аккумуляторы используются группами или батареями, количество элементов в батарее и их величина зависят от требований, предъявляемых эксплуатацией. Два фактора определяют выбор схемы соединения элементов: необходимый уровень напряжения, необходимая емкость. Когда элементы соединены последовательно, то напряжение всех элементов складывается, но емкость батареи последовательно соединенных элементов не превышает емкости одного элемента [Патент RU на изобретение №2470314, МПК G01R 31/36, Опубл. 20.12.2012]. Если элементы соединены параллельно [Патент RU на изобретение №2485639, МПК Н01М 10/48, Опубл. 27.04.2011], то напряжение батареи не выше напряжения одного элемента, но емкость такой батареи эквивалентна сумме емкостей отдельных элементов.

При смешанном соединении элементы могут быть собраны в последовательные ряды, а эти ряды затем соединяются параллельно. Параллельное соединение групп последовательно соединенных аккумуляторов применяется в случаях, когда требуется очень большая емкость или когда зарядное устройство не может обеспечить заряд батареи, если все элементы будут соединены последовательно.

Известен способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи [Патент RU на изобретение №2470314, МПК G01R 31/36, опубл. 20.12.2012], включающий обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, для этого нумеруют последовательно контрольные точки, масштабируют токи от каждого контролируемого аккумулятора аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки i, вычисляют предельное значение напряжение U_Σпр, соответствующее случаю, когда исправны все контролируемые аккумуляторы аккумуляторной батареи

токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение U_Σ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения U_Σпр, а по величине результирующего напряжения U_Σпр-U_Σ определяют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, по выражению

где , Е - напряжение аккумуляторов в батарее, R - величина элемента масштабирования (резистора).

Недостаток данного способа определяется тем, что достоверно отслеживается отказ элемента в последовательной аккумуляторной батареи, т.е. данный способ имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Известно устройство автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи [Патент RU на изобретение №2470314, опубл. 20.12.2012, МПК G01R 31/36], содержащее N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, причем устройство содержит блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации, содержит блок преобразования тока в напряжение, аналоговый и цифровой вычитатели, задатчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, причем вход органа обработки информации соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого соединен с первым входом аналогового вычитателя, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения, к информационным входам которого подключены входы задания предельного значения напряжения, а выход аналогового вычитателя к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первым входам цифрового вычитателя, вторые входы которого соединены с входами задания общего количества элементов в аккумуляторной батарее, а выход - к выходу органа обработки информации, являющимся выходом устройства.

В устройстве автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи блок суммирования токов состоит из n равных резисторов, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу.

Недостаток данного устройства определяется тем, что в данном устройстве достоверно отслеживается отказ элемента только в последовательной аккумуляторной батарее, т.е. устройство имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Наиболее близким техническим решением по способу (прототипом) является способ автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи [Патент RU№2485639, опубл. 20.06.2013, МПК Н01М 10/48], сводящийся к обработке информации результатов контроля в n+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, а также нумеруют последовательно контрольные точки, масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки i, вычисляют предельное значение напряжение U_Σпр, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи

масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение U_Σ и вычитают данное напряжение из предельного значения напряжения U_Σпр, а по величине результирующего напряжения U_Σпр-U_Σ идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание.

Недостаток данного способа определяется тем, что достоверно отслеживается отказ элемента в параллельной аккумуляторной батарее, т.е. данный способ имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Наиболее близким техническим решением к изобретению (прототипом) по устройству является устройство автоматического контроля технического состояния элементов параллельной аккумуляторной батареи [Патент RU №2485639, опубл. 20.06.2013, МПК H01М 10/48], содержащее n+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит блок преобразования тока в напряжение, вычитатель, задатчик напряжения и аналого-цифровой преобразователь, причем вход органа обработки информации соединен с входом блока преобразования тока в напряжение, выход которого соединен с первым входом вычитателя, ко второму входу которого подключен задатчик напряжения, входы которого подключены к входам задания предельного значения напряжения, а выход вычитателя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходу органа обработки информации, являющимся выходом устройства, причем блок суммирования токов состоит из n резисторов, причем величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу.

Недостаток данного устройства определяется тем, что в данное устройство достоверно отслеживается отказ элемента только в параллельной аккумуляторной батареи, т.е. устройство по данному способу имеет ограничение в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей. Техническим результатом является обеспечение высокой достоверности поэлементного контроля состояния батареи при отказе элемента аккумуляторной батареи в случае смешанного соединения элементов аккумуляторной батареи во всем диапазоне режимов работы системы автономного электроснабжения.

Обобщая проведенный выше анализ особенностей функционирования Li-ion аккумуляторной батареи можно отметить, что при организации процесса контроля состояния Li-ion аккумуляторной батареи должен быть использован принцип параллельного контроля, сводящийся к тому, что любой аккумулятор батареи должен быть доступен для контроля как короткого замыкания, так и превышения в нем тока в произвольный момент времени. В связи с этим особенностью данного решения является то, что при передаче информации о работоспособности гальванически связанных аккумуляторов, полученной в точках их контроля, необходимо использовать параллельный принцип организации процесса контроля, при котором структурно аккумуляторная батарея состоит из пронумерованных аккумуляторов, а процессу контроля в произвольный момент времени доступен любой аккумулятор батареи.

Для решения данной задачи в способе автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи, включающем обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключение контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумеруют последовательно контрольные точки i=1, …, N, масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки, суммируют масштабированные токи от каждой контрольной точки в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, вычисляют предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока

I_Σпред-I_{Σтекизм}

идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, причем нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N осуществляют двуиндексным номером путем присвоения индекса номера последовательных элементов в группах аккумуляторной батареи от 1 до , а также присваивают индекс номера к каждой из параллельных групп последовательных элементов от 1 до , причем

m×n=N,

при масштабировании токов от каждого элемента аккумуляторной батареи выбирают коэффициент масштабирования тока от каждой контрольной точки равным , предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, определяют по выражению

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батарее, а в органе обработки информации для идентификации номера элемента в аккумуляторной батареи, в котором возникло короткое замыкание, последовательно задают номер параллельной группы k от 1 до n, а затем индекс номера элемента от 1 до m в параллельной группе и по выражению

вычисляют разницу ΔI_выч предельного и текущего значения токов, сравнивают данное вычисленное значение разности ΔI_выч между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтеквыч} суммарными токами с измеренным значением разности ΔI_изм между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтекизм} суммарными токами и при условии

ΔI_выч-ΔI_изм≅0,

поиск номеров отказавшего элемента прекращается и полученные при этом значения и k принимаются равным номеру отказавшего элемента.

Кроме этого, устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение последовательных групп элементов) аккумуляторной батареи содержит N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит вычитатель, ко второму входу которого подключен задатчик, первый вход которого подключен к входу задания значения количества элементов в группе m, блок суммирования токов состоит из резисторов, величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов, а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу, причем орган обработки информации дополнительно содержит вычислитель, пороговый элемент, генератор импульсов, первый и второй делитель с устанавливаемым коэффициентом деления, элемент задержки импульсов и блок выходных портов, причем ко второму входу задатчика подключен вход задания значения количества групп n, а к первому входу вычитателя подключен вход органа обработки информации, к входу задания вычислителя подключен вход задания значения количества элементов в группе m, а выход вычитателя подключен к аналоговому входу вычислителя и через пороговый элемент к входу "ПУСК" вычислителя и к входу "ПУСК" генератора импульсов, вход "ОСТАНОВ" последнего соединен с выходом вычислителя и через элемент задержки импульса - с входом включения блока выходных портов, выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, входы задания коэффициента деления которых подключены к входами задания значений количества параллельных групп n в аккумуляторной батарее и количества элементов в группе m, информационные выходы обоих делителей с устанавливаемым коэффициентом деления подключены к первым и вторым информационным входам вычислителя, а через первые и вторые информационные входы блока входных портов - с выходами органа обработки информации, которые являются выходами всего устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.

На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема устройства, а на фиг. 2 приведена схема замещения аккумуляторной батареи, необходимая для анализа параллельного процесса контроля аккумуляторной батареи.

Для анализа параллельного процесса контроля аккумуляторной батареи воспользуемся схемой замещения группы параллельных ветвей с источником одной ветвью фиг. 2

где R_k - сопротивление масштабирования токов k-й параллельной ветви, E_k - напряжение элемента аккумуляторной батареи k-й параллельной ветви.

При этом суммарный ток в системе контроля аккумуляторной батареи равен

Поскольку напряжение в группах по уровням меняется в зависимости от номера в группе последовательных элементов, а ток от группы к группе меняется, изменяя масштабируемое сопротивление обратно пропорционально с коэффициентом k, то

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батареи.

Учтя выражение, приведенное в [4], предельное значение тока на выходе системы контроля аккумуляторной батареи, т.е. при условии, что все элементы исправны, равно

Текущее значение тока I_Σтек, при всех исправных элементах в батарее, будет равно предельному значению тока, т.е. при 100% исправности элементов аккумуляторной батареи

I_Σпред-I_Σтек=0.

В этом случае выражение для текущего значения тока для произвольного элемента может быть представлено в виде

Если элемент для тока годен, то выполняется данное равенство

I_Σтек-I_Σпред.

При отказе элемента в батарее ее текущий ток равен сумме токов от всех параллельных групп, где элементы все исправны, плюс ток от группы k_i, где отказал элемент. При этом данное выражение можно представить в виде

В данном выражении первое слагаемое описывает первые исправные k_i-1 параллельные группы с m последовательных элементов в группе, слагаемое определяет ток от k_i группы m последовательных элементов с отказавшим элементом, а третье слагаемое описывает все последующие годные параллельные группы последовательных элементов от k_i+1 до n.

Воспользовавшись выражением, приведенным в [4], и учтя, что

из данного выражения получаем

Вычтя из предельного значения тока I_Σпред текущее значение тока I_Σтек получаем

Величина тока , сформированного в k_i группе последовательных элементов аккумуляторной батареи, определяется тем, что отказавший элемент закорачивается на элемент, а все последующие напряжения на элементах уменьшаются на 1. В связи с этим ток от k_i группы элементов аккумуляторной батареи равен

Окончательно разница между предельным и текущим током батареи I_Σпред-I_Σтек после ряда простых преобразований имеет вид

Устройство содержит контролируемую аккумуляторную батарею (АБ) (на фиг. не обозначено) с N+1 выходных зажимов для подключения N контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, блок суммирования токов 1, канал связи 2, орган обработки информации 3. Орган обработки информации 3 в свою очередь включает вычитатель 4, задатчик 5, пороговый элемент 6, вычислитель 7, элемент задержки импульса 8, генератор импульсов 9, первый 10 и второй делитель 11 с устанавливаемым коэффициентом деления, блок выходных портов 12.

Входы блока суммирования токов 1 подключены к точкам контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ) (на фиг. 1 не обозначено), а выход - к входу канала связи 2. Выход канала связи 2 подключен к входу органа обработки информации 3. В органе обработки информации 3 его вход соединен с первым входом вычитателя 4, второй вход которого подключен к выходу задатчика 5. Первый вход задатчика 5 соединен с входом задания вычислителя 7 и с входом задания количества элементов в группе аккумуляторной батареи m, а второй вход задатчика 5 с входом задания количества групп n устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи. Выход вычитателя 4 соединен с входом порогового элемента 6 и с аналоговым входом вычислителя 7. Выход порогового элемента 6 соединен с входом "ПУСК" вычислителя 7 и с входом "ПУСК" генератора импульсов 9, вход "ОСТАНОВ" которого соединен с выходом вычислителя 7 и через элемент задержки импульсов 8 с входом включения блока выходных портов 12. Выход генератора импульсов 9 соединен со счетным входом первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления. Входы задания коэффициента деления делителей 10, 11 соединены соответственно с входами задания количества элементов в группе аккумуляторной батареи m и количества групп n в аккумуляторной батарее. Информационные выходы обоих делителей 10, 11 с устанавливаемым коэффициентом деления подключены соответственно к первым и вторым информационным входам вычислителя 7 и к первым и вторым информационным входам блока входных портов 12. Выходы последнего являются выходами органа обработки информации 3, которые являются выходами устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.

Рассмотрим работу устройства на примере реализации способа. Для автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи (АБ) через N+1 выходных зажима подключены контролируемые аккумуляторы к N контрольным точкам. В начальном состоянии нумеруют последовательно контрольные точки i=1, …, N двуиндексным номером путем присвоения индекса номера в группе последовательных элементов в аккумуляторной батарее от 1 до , а также присваивают индекс номера k каждой из параллельных групп последовательных элементов от 1 до , причем

m×n=N.

Масштабируют токи от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально .

В исходном состоянии в устройстве автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение последовательных групп элементов) аккумуляторной батареи полученные значения m и n устанавливают на входах задания количества в группе последовательных элементов в аккумуляторной батарее m и количества параллельных групп последовательных элементов n задатчика 5 для вычисления предельного значения тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, по выражению:

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батареи.

Кроме этого значения m и n устанавливают на входах задания первого 10 m и второго 11 n делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, а значение m устанавливают также на входе задания вычислителя 7.

Масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в блоке суммирования токов 1 с коэффициентом масштабирования тока от каждой контрольной точки, равным в точке суммирования, и передают через канал связи 2 в орган обработки информации 3. В органе обработки информации 3 при возникновении короткого замыкания одного из элементов в аккумуляторной батарее в вычитателе 4 вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока

ΔI_Σизм=I_Σпред-I_{Σтекизм}

и на выходе вычитателя 4 формируется сигнал ΔI_изм. При появлении ΔI_изм на выходе вычитателя 4 срабатывает пороговый элемент 6, который включает по входу "ПУСК" вычислитель 7 и по входу "ПУСК" генератор импульсов 9. Импульсы с выхода генератора импульсов 9 поступают на счетный вход первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, последовательно увеличивая его объем. При достижении объема первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, равным устанавливаемому коэффициенту деления m на его выходе переноса, формируется импульс, который поступает на счетный вход второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления. При этом последовательно увеличивают индекс номера элемента от 1 до m в параллельной группе в первом делителе 10 с устанавливаемым коэффициентом деления, а затем индекс номера одной из параллельных групп k от 1 до n во втором делителе 11 с устанавливаемым коэффициентом деления.

Для заданного по входу задания количества элементов в группе m вычислителя 7 параметра m и для каждого значения с выходов первого делителя 10 с устанавливаемым коэффициентом деления и значения k с выходов второго делителя 11 с устанавливаемым коэффициентом деления по выражению:

вычисляют разницу предельного и текущего значения токов.

Сравнивают в вычислителе 7 данное вычисленное значение разности ΔI_выч между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтеквыч} суммарными токами с измеренным значением разности ΔI_изм между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтекизм} суммарными токами.

При условии

ΔI_выч-ΔI_изм≅0,

на выходе вычислителя 7 формируется импульс, который поступает на вход "ОСТАНОВ" генератора импульсов 9, и поиск номеров отказавшего элемента прекращается. Полученные при этом значения и k в первом 10 и втором 11 делителях с устанавливаемым коэффициентом деления в виде кодов поступают на входы блока входных портов 12. Данный выходной импульс с выхода вычислителя 7, задержанный на элементе задержки импульса 8, открывает блок входных портов 12 и на его выходы поступают коды с входов блока входных портов 12, которые принимаются равными индексам номеров и k, и идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание.

Таким образом, осуществляется контроль состояния аккумуляторной батареи через поэлементный контроль аккумуляторов А с идентификацией номеров отказавшего элемента аккумуляторной батареи, что позволяет поддержать аккумуляторные батареи в готовности к применению при работе системы автономного электроснабжения. Причем любой элемент аккумуляторной батареи доступен для контроля в любой момент времени. Предложенный способ контроля состояния батареи Li-ion аккумуляторов может быть использован и для контроля состояния других типов аккумуляторных батарей. При получении информации о неисправном аккумуляторе на выходе устройства формируется номер отказавшего аккумулятора для принятия решения об устранении аварийной ситуации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб.: Химиздат - 2005. - 262 с.

2. Скундин A.M. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика - 2001. т. 1. С. 5-15.

3. Кедринский И.А., Дмитриенко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоиздат - 1992 - 247 с.

4. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Государственное изд-во физико-математической литературы. - 1963. - С. 15. формула 0.121.1.

Группа изобретений относится к области электротехники. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где обрабатываются для идентификации номера отказавшего элемента аккумуляторной батареи. Имеется также устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной аккумуляторной батареи. Группа изобретений обеспечивает высокую достоверность поэлементного контроля состояния батареи при отказе аккумуляторной батареи во всем диапазоне режимов работы системы автономного электроснабжения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи, включающий обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования для каждой контрольной точки пропорционально номеру контрольной точки, масштабированные токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, вычисляют предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, вычитают из предельного значения измеренный суммарный ток и по величине результирующего тока

I_Σпред-I_{Σтекизм}

идентифицируют номер элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, отличающийся тем, что нумерацию последовательно контрольных точек i=1, …, N осуществляют двуиндексным номером путем присвоения индекса номера последовательных элементов по группам в аккумуляторной батарее от 1 до m , а также присваивают индекс номера k каждой из параллельных групп последовательных элементов от 1 до n , причем

m×n=N,

при масштабировании токов от каждого элемента аккумуляторной батареи выбирают коэффициент масштабирования тока от каждой контрольной точки равным , предельное значение тока, соответствующее случаю, когда исправны все элементы контролируемой аккумуляторной батареи, определяют по выражению

,

где R₁ - начальное сопротивление масштабирования токов, E₁ - напряжение элемента аккумуляторной батареи,

а в органе обработки информации для идентификации номера элемента в аккумуляторной батарее, в котором возникло короткое замыкание, последовательно задают номер параллельной группы k от 1 до n, а затем индекс номера элемента от 1 до m в параллельной группе и по выражению

вычисляют разницу предельного и текущего значения токов, сравнивают данное вычисленное значение разности ΔI_выч между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтеквыч} суммарными токами с измеренным значением разности ΔI_изм между предельным I_Σпред и текущим I_{Σтекизм} суммарными токами и при условии

поиск номеров отказавшего элемента прекращается и полученные при этом значения и k принимаются равными номерам отказавшего элемента.

2. Устройство автоматического контроля технического состояния элементов смешанной (параллельное соединение групп последовательных элементов) аккумуляторной батареи, содержащее N+1 выходных зажимов для подключения контролируемых аккумуляторов в N контрольных точках и орган обработки информации, вход которого подключен к выходу канала связи, а также блок суммирования токов с коэффициентом масштабирования по каждому входу, пропорциональным номеру этого входа, причем i-й вход блока суммирования токов подключен к i-й точке контроля технического состояния соответствующих элементов аккумуляторной батареи, а выход блока суммирования токов соединен с входом канала связи, орган обработки информации содержит вычитатель, ко второму входу которого подключен выход задатчика, первый вход которого подключен к входу задания значения количества элементов в группе m, блок суммирования токов состоит из резисторов, величина i-го резистора обратно пропорциональна его номеру i, первый конец i-го резистора подключен к i-му входу блока суммирования токов,

а вторые концы всех резисторов блока суммирования токов объединены и подключены к его выходу, отличающееся тем, что орган обработки информации дополнительно содержит вычислитель, пороговый элемент, генератор импульсов, первый и второй делитель с устанавливаемым коэффициентом деления, элемент задержки импульсов и блок выходных портов, причем ко второму входу задатчика подключен вход задания значения количества групп n, а к первому входу вычитателя подключен вход органа обработки информации, к входу задания вычислителя подключен первый вход задатчика, а выход вычитателя подключен к аналоговому входу вычислителя и через пороговый элемент к входу "ПУСК" вычислителя и к входу "ПУСК" генератора импульсов, вход "ОСТАНОВ" последнего соединен с выходом вычислителя и через элемент задержки импульса с входом включения блока выходных портов, выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, выход переноса которого соединен со счетным входом второго делителя с устанавливаемым коэффициентом деления, входы задания коэффициента деления которых подключены к входам задания значений количества параллельных групп n в аккумуляторной батарее и количества элементов в группе m, информационные выходы обоих делителей с устанавливаемым коэффициентом деления подключены к первым и вторым информационным входам вычислителя, а через первые и вторые информационные входы блока входных портов с выходами органа обработки информации, которые являются выходами всего устройства автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи.