ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ КОНТАКТОР ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Российский патент 2018 года по МПК H02J7/10 H02M3/155 H01M10/46 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройствам коммутации в аккумуляторных батареях, в том числе в тяговых литиевых аккумуляторных батареях.

Уровень техники

Наиболее распространенными устройствами коммутации в аккумуляторных батареях (АКБ) являются электромеханические контакторы. Однако твердотельные контакторы в отличии от электромеханических обладают большим коммутационным ресурсом и меньшей стоимостью.

Решения от Littlefuse (http://www.littelfuse.com/products/dc-solenoids-and-relays/solid-state-relays.aspx), Teledyne Relays (http://www.teledynerelays.com/pdf/military/m33-2n.pdf), Crydom (http://www.crydom.com/en/products) представляют из себя твердотельные реле, осуществляющие коммутацию с помощью силовых транзисторов и рассчитаны на токи до 100 А. Данные твердотельные реле являются реле общего назначения, схемотехника данных решений не оптимизирована для применения в аккумуляторных батареях, для коммутации АКБ зарядного устройства и нагрузки, при использовании известных решений, требуется два полноценных твердотельных реле, и предполагают работу только до 100 А, а также не обеспечивают полную защиту от протекания обратного тока.

Раскрытие изобретения

Техническая задача заключается в разработке устройства твердотельного контактора, предназначенного для коммутации нагрузки и зарядного устройства с функцией защиты от протекания обратного тока.

Технический результат заключается в обеспечении коммутации нагрузки, зарядного устройства и батареи, в полном ограничении протекания обратного тока, обеспечении гальванической развязки сигналов управления от системы управления аккумуляторной батареи, увеличении проводимого тока.

Технический результат достигается за счет того, что твердотельный контактор для аккумуляторных батарей содержит блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, состоящий из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, встречно последовательно включенной второй группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой, и связанный с ним блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, состоящий из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой.

Краткое описание чертежей

На фигуре показана схема твердотельного контактора.

Осуществление изобретения

Твердотельный контактор предназначен для коммутации АКБ, зарядного устройства и нагрузки. Коммутация в твердотельном контакторе осуществляется с помощью полупроводниковых ключей (силовые полевые МДП транзисторы - MOSFET) с номинальным рабочим напряжением, достаточным для работы с конкретной АКБ (конкретным напряжением).

Твердотельный контактор для аккумуляторной батареи, в том числе для тяговых литиевых аккумуляторных батарей, состоит из блока коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, который состоит из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов 1 (МДП транзисторы - MOSFET), встречно последовательно включенной другой группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов 2, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой 3, и блока коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, который состоит из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов 5 и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой 4.

Блоки коммутации связаны между собой через положительную силовую шину аккумуляторной батареи 6. Схемы включения транзисторов с гальванической развязкой 3 и 4 подключаются к внешней системе управления аккумуляторной батареи (BMS - Battery Management System). Блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства подключается через силовой разъем к зарядному устройству и через силовую шину 6 к аккумуляторной батарее. Блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки подключается через силовой разъем к электроприводу и через силовую шину 6 к аккумуляторной батарее.

При отсутствии разрешающего сигнала от системы управления аккумуляторной батареи на схему включения транзисторов 3 подключение к разъему зарядного устройства нагрузки либо источника напряжения с уровнем напряжения меньше уровня напряжения АКБ встречновключенная группа транзисторов 2 не позволяет протекать току от АКБ к разъему зарядного устройства.

Силовые полевые транзисторы имеют в своей структуре паразитный обратный диод, который при выключенном состоянии транзистора позволяет проводить разряд через зарядный разъем и заряд через разрядный разъем. В процессе эксплуатации АКБ возникают случаи ошибочного подключения нагрузки к разъему заряда, кроме того, некоторые виды зарядных устройств могут в выключенном состоянии быть нагрузкой по отношению к аккумуляторной батареи. Протекание обратного тока сопровождается повышенными потерями на обратном диоде и быстрому выходу из строя транзистора. Помимо этого, в целях безопасности разъем заряда не должен находиться под напряжением. Для предотвращения обратного тока через разъем заряда применяется последовательное встречное включение силовых полевых транзисторов 1, 2. Для разрядного разъема встречное включение силовых полевых транзисторов не требуется, так как при практическом использовании аккумуляторной батареи разрядный разъем коммутируется один раз при установке в систему, а зарядный разъем коммутируется регулярно.

Для увеличения номинального тока контактора и снижения сопротивления транзистора в открытом состоянии применяется параллельное включение транзисторов. Благодаря положительному температурному коэффициенту силовых МДП транзисторов происходит выравнивание токов между параллельно включенными транзисторами.

Твердотельный контактор имеет гальваническую развязку между драйвером транзисторов и управляющим сигналом для обеспечения изоляции цепей управления и силовых цепей.

За счет выполнения заявленного устройства вышеуказанным образом, обеспечивается коммутация нагрузки, зарядного устройства и батареи, полное ограничение протекания обратного тока, гальваническая развязка сигналов управления от системы управления аккумуляторной батареи, увеличение проводимого тока, с возможностью проведения тока до 350 А в номинале и до 1000 А в пике.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройству коммутации в аккумуляторных батареях, в том числе в тяговых литиевых аккумуляторных батареях. Твердотельный контактор для аккумуляторных батарей содержит блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, состоящий из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, встречно последовательно включенной второй группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой, и связанный с ним блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, состоящий из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой. Технический результат заключается в обеспечении коммутации нагрузки, зарядного устройства и батареи, в полном ограничении протекания обратного тока, обеспечении гальванической развязки сигналов управления от системы управления аккумуляторной батареи, что повышает безопасность работы устройства и позволяет значительно увеличить номинальное значение тока. 1 ил.

Твердотельный контактор для аккумуляторных батарей, характеризующийся тем, что содержит блок коммутации аккумуляторной батареи и зарядного устройства, состоящий из группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, встречно последовательно включенной второй группы параллельно соединенных силовых полевых транзисторов, схемы включения транзисторов с гальванической развязкой, и связанный с ним блок коммутации аккумуляторной батареи и нагрузки, состоящий из группы параллельно включенных силовых полевых транзисторов и схемы включения транзисторов с гальванической развязкой.