ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСПРАВНОСТИ АККУМУЛЯТОРА БЕЗ ОТКЛЮЧЕНИЯ ЕГО БЕЗ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G01R31/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к определению исправности аккумулятора наряду с предотвращением отключение аккумулятора без предупреждения.

Уровень техники

Определение исправности аккумуляторов является важным фактором для электрических велосипедов, электрических мотоциклов, электрических транспортных средств, электрических вилочных погрузчиков и систем сохранения энергии, для которых требуется большой диапазон и динамическое использование энергии аккумулятора, используемого в качестве источника питания. Отсутствие соответствующего механизма определения исправности аккумуляторов может привести к отключению (или отказу) аккумуляторной системы без предупреждения во время обслуживания. Обычно отключение (или отказ) аккумуляторной системы без предупреждения бывает вызвано одним из аккумуляторов (или набором аккумуляторов), подключенных последовательно, который имеет меньшую емкость или более высокое сопротивление. Эта проблема, в частности, является особенно острой для систем литий-ионных аккумуляторов, поскольку абсолютное значение напряжения отключения обычно устанавливается для каждого аккумулятора (или набора аккумуляторов), подключенного последовательно. Один сценарий, который может привести к отключению аккумуляторной системы без предупреждения, представляет собой сценарий, в котором один из аккумуляторов (или наборов аккумуляторов), включенных последовательно, достигает условия отключения до того, как будет достигнут рабочий уровень отключения аккумулятора в аккумуляторной системе. В таком случае отключение аккумуляторной системы может произойти без уведомления.

С другой стороны, определение исправности может быть трудновыполнимым без сложной и длительной процедуры. Например, контактное измерение емкости отдельного аккумулятора или набора аккумуляторов по отдельности приводит к циклической проверке каждого аккумулятора. Это представляет собой длительную и сложную процедуру, которая не может выполняться ежедневно, и, следовательно, это повышается риск отключения аккумуляторной системы без предупреждения во время ежедневного использования системы пользователем.

Сущность изобретения

В одном объекте изобретения контролируемая аккумуляторная система содержит множество аккумуляторных блоков, составляющих аккумуляторную систему; и контроллер, соединенный с множеством аккумуляторных блоков; контроллер выполнен с возможностью отслеживания, для каждого аккумуляторного модуля, первого напряжения и второго напряжения, первое напряжение соответствует абсолютному значению напряжения отключения, и второе напряжение соответствует напряжению предупреждения, причем первое напряжение меньшее, чем второе напряжение; в ответ на достижение одним из аккумуляторных блоков второго напряжения, контроллер выполнен с возможностью подачи первого предупредительного сигнала, прежде чем любой из аккумуляторных блоков достигнет первого напряжения.

Краткое описание чертежей

Множество аспектов систем и способов, соответствующих изобретению, будут более понятными со ссылкой на следующие чертежи. Компоненты на чертежах не обязательно представлены в масштабе, при этом акцент сделан на ясную иллюстрацию принципов настоящего изобретения. Кроме того, на чертежах, одинаковыми номерами ссылочных позиций обозначены соответствующие части на нескольких видах.

На фиг. 1А в качестве примера показана блок-схема, представляющая аккумуляторную систему, которая воплощает вариант контролируемой аккумуляторной системы.

На фиг. 1В в качестве примера показана другая аккумуляторная система, в которой воплощен вариант осуществления контролируемой аккумуляторной системы.

На фиг. 2 показана блок-схема последовательности операций, представляющая один вариант способа контроля аккумулятора.

На фиг. 3 показана блок-схема последовательности операций, представляющая другой вариант способа контроля аккумулятора.

На фиг. 4 показан график, представляющий один пример способа контроля аккумулятора, используемого в электрическом гольф-каре.

Осуществление изобретения

Здесь раскрыты варианты осуществления изобретения, которые относятся к контролируемой аккумуляторной системе и к способу контроля аккумулятора, которые обеспечивают определение исправности аккумулятора, предотвращая отключение аккумулятора без предупреждения. В одном варианте контролируемая аккумуляторная система содержит один или больше контроллеров, которые отслеживают множество напряжений каждого аккумулятора аккумуляторной системы, включая абсолютное значение напряжения отключения и напряжение предупреждения, и предупреждают пользователя о предстоящем отключении аккумуляторной системы. Другими словами, определенные варианты контролируемой аккумуляторной системы предупреждают пользователя (или устройство в некоторых вариантах, где требуется автоматизированное управление) о необходимости предпринять определенные действия, в ответ на достижение одним или больше аккумуляторами напряжения предупреждения, и, следовательно, исключают или предотвращают достижение одним или больше аккумуляторами абсолютного значения напряжения отключения. В некоторых вариантах контролируемая аккумуляторная система также обеспечивает определение состояния исправности, как подробно описано ниже.

Кратко отвлекаясь, обычные системы часто работают таким образом, что отключение системы происходит без уведомления, как описано ранее. Помимо отключения аккумуляторной системы без предупреждения, идентификация состояния исправности аккумулятора или аккумуляторов (или наборов аккумуляторов), подключенных последовательно, которые имеют меньшую емкость, также является важной. Например, предположим электрический мотоцикл, который обычно проезжает 50 миль на заряд. Если пробег в милях короче, чем ожидается, предупреждение пользователя об этом состоянии является важным для предотвращения внезапного отключения аккумулятора без предупреждения и имеет первый приоритет при уведомлении пользователя, является ли аккумуляторная система исправной. Предоставление этой информации о низкой емкости заряда и об исправности аккумулятора (или наборов аккумуляторов) обеспечивает для пользователя возможность исключения риска отключения без предупреждения и одновременно заставляет пользователя выполнить соответствующие действия, такие как выполнить техническое обслуживание аккумулятора. В определенных вариантах настоящего изобретения простой и пригодный для выполнения на практике способ, а также устройство (и система) введены для отслеживания состояния исправности аккумулятора, которое может выполняться на ежедневной основе (на регулярной основе) без возникновения отключения аккумулятора без предупреждения.

После краткого описания некоторых свойств контролируемых аккумуляторных систем в соответствии с настоящим изобретением, далее будет сделана подробная ссылка на описание изобретения, которое представлено на чертежах. Хотя изобретение будет описано в связи с этими чертежами, не предполагается ограничить его вариантами осуществления, раскрытыми здесь. Кроме того, хотя описание идентифицирует или описывает особенности одного или больше вариантов осуществления, такие особенности не обязательно представляют собой часть каждого варианта осуществления изобретения, и не все из любых различных упомянутых преимуществ обязательно связаны с одним вариантом осуществления изобретения. Наоборот, здесь предполагается охват всех альтернатив, модификаций и эквивалентов, включенных в пределы сущности и объема изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения. Кроме того, следует понимать в контексте настоящего изобретения, что формула изобретения не обязательно ограничена конкретными вариантами, представленными в описании.

Следует отметить, что здесь ссылка на аккумулятор относится к одному аккумуляторному элементу, а ссылка на набор аккумуляторных элементов (или набор аккумуляторов) относится к нескольким аккумуляторным элементам, включенным параллельно. Для того чтобы помочь пониманию представленного ниже описания, аккумуляторный блок, используемый здесь, представляет собой либо аккумуляторный элемент или набор аккумуляторных элементов. Кроме того, следует отметить, что сделанная здесь ссылка на модуль относится к аккумуляторным элементам, которые соединены последовательно и/или параллельно (например, литиево-железный аккумулятор 13,3В 40А⋅ч содержит модуль, который состоит из четырех наборов аккумуляторных элементов, включенных последовательно, каждый набор состоит из четырех аккумуляторных элементов по 10А⋅ч, включенных параллельно). Аккумуляторная система, используемая здесь, относится к аккумуляторным модулям, которые соединены последовательно и параллельно. Вся упомянутая выше терминология будет использоваться в настоящем изобретении.

На фиг. 1А показана блок-схема, которая иллюстрирует пример аккумуляторной системы 10, в которой воплощен вариант контролируемой аккумуляторной системы. Для специалиста в данной области техники должно быть понятно, в контексте настоящего изобретения, что аккумуляторная система 10, представленная на фиг. 1А (и 1В) является просто иллюстративной, и что другие аккумуляторные системы с другим размещением компонентов могут использоваться, и они могут объединять некоторые варианты контролируемой аккумуляторной системы. Система 10 аккумуляторов содержит множество аккумуляторных блоков, включающих в себя аккумуляторные блоки 12-26, включенные последовательно, как представлено на фиг. 1А. Множество аккумуляторных блоков 12-26 может в общем быть обозначено цифровой позицией 28. Чтобы способствовать пониманию различных вариантов контролируемой аккумуляторной системы, предполагается, что аккумуляторные блоки 28 воплощены как аккумуляторные элементы, с пониманием того, что в некоторых вариантах аккумуляторные блоки 28 могут быть воплощены как наборы аккумуляторов. Кроме того, множество аккумуляторных блоков 28 совместно определяет один модуль в данном примере. Аккумуляторная система 10 также содержит контроллер 30, соединенный с каждым из множества аккумуляторных блоков 28. Множество аккумуляторных блоков 28 также соединено последовательно с нагрузкой 32. В одном варианте контролируемая аккумуляторная система содержит контроллер 30 и множество аккумуляторных блоков 28, хотя некоторые варианты могут включать в себя меньше или больше компонентов. В некоторых вариантах модуль и контроллер 30 могут быть упакованы в одно и то же интегрированное устройство, и в некоторых вариантах модуль и контроллер могут быть соединены, хотя они и являются отдельными устройствами.

В представленном варианте на фиг. 1А контроллер 30 используется при отслеживании напряжения каждого аккумуляторного блока 12-26, соединенных последовательно. Для каждого аккумуляторного блока 12-26 отслеживаются два напряжения: первое напряжение представляет собой абсолютное значение напряжения отключения, и второе напряжение представляет собой напряжение предупреждения, которое выше, чем первое напряжение. Следует отметить, что для аккумуляторных блоков, выполненных, как наборы аккумуляторов, отслеживание набора должно выполняться только при условии параллельной компоновки набора аккумуляторов. В то же время общее напряжение на всех аккумуляторных блоках 28, соединенных последовательно, также отслеживается как напряжение системы. Используя транспортное средство в качестве примера среды, где может использоваться аккумуляторная система 10, с пониманием того, что аккумуляторная система 10 может использоваться в других вариантах, во время разряда аккумуляторной системы 10, если достигается второе напряжение, первое предупреждение (например, сигнал), поступает пользователю транспортного средства через механизмы, такие как звуковой сигнал, световой индикатор или любые аналоговые или цифровые механизмы. В этот момент пользователь транспортного средства должен уменьшить нагрузку 32 (например, уменьшить скорость или количество оборотов двигателя) для предотвращения постоянного генерирования первого предупредительного сигнала. Если снижение нагрузки не предотвращает непрерывное генерирование первого предупредительного сигнала, это состояние называется "концом" разряда. В этот момент напряжение системы (например, отслеживаемое в аккумуляторном модуле) может использоваться при определении состояния исправности аккумуляторных блоков 28, соединенных последовательно. Если это напряжение все еще выше, чем напряжение системы, что означает, что напряжение системы еще не было достигнуто (например, обычно напряжение системы выше, чем произведение второго напряжения на количество аккумуляторных блоков 28, включенных последовательно), это означает, что один из аккумуляторных блоков 28, соединенных последовательно, имеет более низкую емкость, что вынуждает аккумуляторную систему 10 окончить рабочий цикл. В таких обстоятельствах генерируется второе предупреждение, представляющее (или отображающее) "требуется техническое обслуживание", и поступает пользователю или в транспортное средство, используя любой механизм, такой как разные звуки, такие, как гудки, световые индикаторы или любые аналоговые или цифровые формы. В отличие от представленной выше ситуации, если напряжение системы достигается перед продолжением первого предупредительного сигнала, или если напряжение достигает напряжения системы и понижается дальше (то есть, становится ниже напряжения системы), когда постоянно поступает первое предупреждение, тогда предупреждение "требуется техническое обслуживание" не генерируется.

На фиг. 1В показана блок-схема, которая иллюстрирует другой пример аккумуляторной системы 10А, в которой воплощается вариант контролируемой аккумуляторной системы. И снова, предполагая один аккумуляторный элемент для каждого аккумуляторного блока, понимая, что аккумуляторный блок может также представлять собой набор аккумуляторных элементов, в некоторых вариантах, примерная аккумуляторная система 10А содержит частично аналогичные свойства, как показано на фиг. 1А. Например, множество аккумуляторных блоков 28 показаны последовательно соединенными вместе, при этом каждый аккумуляторный блок 28 отслеживается контроллером 30А для детектирования первого и второго напряжений. Также, на фиг. 1В, показано другое множество аккумуляторных блоков 34, включенных последовательно, при этом контроллер 36 отслеживает в каждом аккумуляторном блоке 34 первое и второе напряжения. Множество аккумуляторных блоков 28 и 34 соединены вместе последовательно, и каждый из них также соединен с нагрузкой 38. Множество аккумуляторных блоков 28 составляют модуль 40, и множество аккумуляторных блоков 34 составляют другой модуль 42. В некоторых вариантах модуль 40 и контроллер 30А (и модуль 42 и контроллер 36) могут быть упакованы в одном интегрированном устройстве. В некоторых вариантах модуль 40 и контроллер 30А могут быть упакованы в одном интегрированном устройстве, и модуль 42 и контроллер 36 могут быть упакованы в одном интегрированном устройстве, которое является другим, чем интегрированное устройство, содержащее модуль 40 и контроллер 30А. В некоторых вариантах модули и контроллеры могут быть соединены, хотя и представляют собой отдельные устройства. В отличие от контроллера 30 в первом примере на фиг. 1А, контроллеры 30А и 36 на фиг. 1В выполнены без возможности отслеживания состояния исправности и напряжений системы. Следует отметить, что в некоторых вариантах контроллеры 30А и 36 могут быть выполнены с возможностью отслеживания состояния исправности и напряжений системы, и при этом они не работают таким образом (например, функционально деактивированы или отключены). Контроллер 44 включен в примерную аккумуляторную систему 10А, и выполнен с возможностью отслеживать нагрузку 38 и, следовательно, напряжение системы и обеспечивает определение состояния исправности (например, проблем с недостаточной емкостью). Контроллеры 30А, 36 и 44 связываются (например, через проводную или беспроводную среду) друг с другом (например, как представлено пунктирной линией), для обеспечения функции предупреждения пользователя или устройства (например, транспортного средства), когда достигается напряжение предупреждения одним или больше аккумуляторными блоками 28 и 34, и выполняют это перед достижением напряжения отключения, которое, если оно возникнет, может привести к отключению или отказу без предупреждения. Другими словами, при использовании контролируемой аккумуляторной системы, как описано на фиг. 1А-1В, первое напряжение не будет достигнуто неожиданно. Информация о емкости аккумуляторного блока (например, емкость или информация о емкости, в отличие от емкости, используемой в разделе Уровень техники настоящего изобретения, относится к знанию или показателю недостатка емкости) между вторым напряжением и первым напряжением, обеспечивает для пользователя или устройства возможность выполнения соответствующих действий перед тем, как произойдет отключение аккумуляторной системы 10 (или 10А). Например, в случае последовательного гибридного электрического транспортного средства, генератор (обычно приводимый в движение двигателем внутреннего сгорания) может быть включен прежде, чем произойдет отказ аккумуляторных систем 10 или 10А.

Следует отметить, что контроллеры 30, 30А и 36 используются для отслеживания (например, детектирования) первого и второго напряжений каждого аккумуляторного блока среди множества аккумуляторных блоков 28 и 34, соответственно, и контроллер 44 (и 30) используется для отслеживания напряжения системы и обеспечения определения состояния исправности каждого из множества аккумуляторных блоков 28 и 34, включенных последовательно. В некоторых вариантах контроллеры 30А и 36 могут быть выполнены с возможностью отслеживать напряжения модуля для сравнения с напряжением системы, которое отслеживается контроллером 44. В некоторых вариантах контроллер 44 может быть соединен с или может быть интегрирован с одним или больше модулями аккумуляторных блоков, при этом контролируемая аккумуляторная система может быть воплощена в каждом аккумуляторном модуле путем отслеживания напряжения каждого аккумуляторного блока (например, элемента или набора аккумуляторов) и сравнения с напряжением аккумуляторной системы, которая содержит несколько таких аккумуляторных модулей (или, в некоторых вариантах, контроллер 44 не содержит один или больше аккумуляторных модулей).

В одном варианте контроллеры 30, 30А, 36 и 44 (и один или больше модулей аккумуляторных блоков в некоторых вариантах) могут быть все интегрированы в одном едином устройстве, таком как интегральная схема (IС), блок микроконтроллера (MCU) или контроллер с программируемой логикой (PLC), наряду с другими упакованными блоками. В некоторых вариантах контроллеры 30, 30А, 36 и 44 могут быть дискретными и отдельными упакованными модулями. Другими словами, одновременное детектирование общего напряжения и определение состояния исправности (например, такое, как выполняется контроллером 44) могут быть воплощены с помощью отдельной IС, MCU или PLC (то есть отдельной от контроллеров 30А и 36). Предполагается, что любое устройство или система, которая используется для предотвращения отключения аккумулятора без предупреждения, и определения состояния исправности посредством отслеживания напряжения аккумуляторного элемента и отслеживания общего напряжения аккумуляторной системы, находится в пределах объема настоящего изобретения.

Несколько наблюдений могут быть выполнены с учетом изложенного выше описания, включая в себя следующее: (а) во время описанной выше процесса контроля аккумуляторов, состояние исправности аккумулятора может отслеживаться, и может быть диагностировано во время ежедневной процедуры; (b) контролируемая аккумуляторная система и способ, описанные выше, могут быть воплощены локально в каждом аккумуляторном модуле, что исключает необходимость использования сложных датчиков, передачи данных и/или объемных расчетов для отслеживания состояния заряда аккумулятора; (с) простота контролируемых аккумуляторных систем, описанных здесь, обеспечивают более надежную и эффективную работу электронного блока управления (ECU) транспортного средства (или устройства), чем у обычной системы. Например, в некоторых вариантах, единственные данные, которые требуется передавать, могут представлять исключительно либо "снизить скорость" (например, связанные с первым предупреждением) или "требуется техническое обслуживание" (например, связанные со вторым предупреждением); и (d) контролируемые аккумуляторные системы используют только детектирование напряжения и позволяют обеспечить как "предотвращение отключения аккумуляторной системы без предупреждения", так и "определение состояния исправности". В общем, некоторые варианты контролируемых аккумуляторных систем являются простыми и надежными, и могут применяться в любых вариантах применения, которые требуют емких и динамически используемых источников питания.

Как следует понимать в контексте настоящего изобретения, определенные варианты контролируемых аккумуляторных систем и способов могут быть воплощены в каждом аккумуляторном модуле, который отслеживает каждый аккумуляторный блок (например, аккумуляторной элемент или набор аккумуляторов) и сравнивает с напряжением модуля или может быть воплощен в аккумуляторной системе, которая содержит контролируемую аккумуляторную систему, в которой отслеживается напряжение каждого аккумуляторного модуля и сравнивается с напряжением аккумуляторной системы. В некоторых вариантах контролируемые аккумуляторные системы и способы могут быть воплощены в каждом аккумуляторном модуле путем отслеживания напряжений каждого аккумуляторного блока (например, аккумуляторного элемента или набора), и сравнения с напряжением аккумуляторной системы, которая содержит несколько таких аккумуляторных модулей.

С учетом представленного выше описания, следует понимать, что один способ 10В контроля аккумуляторов, как представлено на фиг. 2, и воплощенный с использованием одного или больше контроллеров, включает отслеживание каждого аккумуляторного блока (например, аккумуляторного элемента батареи или набора элементов) среди множества аккумуляторных блоков (46), и определение, имеет ли какой-либо из множества аккумуляторных блоков напряжение, которое достигло напряжения (48) предупреждения. Если это не так, отслеживание продолжается (например, возврат к отслеживанию (46). Если напряжение любого из множества аккумуляторных блоков равно напряжению предупреждения ("Да"), тогда вырабатывается первое предупреждение (предупреждение №1) (50), которое может включать в себя или может быть связано с командой уменьшить нагрузку (например, уменьшить скорость или количество оборотов транспортного средства). Способ 10В контроля аккумуляторов затем определяет, было ли устранено первое предупреждение в ответ на снижение нагрузки (52), и если это так, процесс возвращается к отслеживанию (46), и если нет, состояние соответствует окончанию разряда, и процесс продолжает отслеживать общее состояние исправности системы (54). С помощью способа 10В контроля определяется, было ли достигнуто напряжение системы (56). Например, как описано выше, процесс (56)включает в себя определение, упало ли напряжение или находится ниже, чем напряжение системы. Если это так, согласно способу 10В контроля аккумуляторов, происходит воздержание, т.е. не выполняется подача предупреждения (62), в противном случае, подается второе предупреждение (например, предупреждение №2) (60). Другими словами, если напряжение системы достигается перед непрерывным первым предупреждением, или если напряжение достигает напряжения системы и опускается дальше (то есть становится ниже напряжения системы), когда непрерывно поступает первое предупреждение, тогда не требуется подавать предупреждение "требуется техническое обслуживание". Следует отметить, что предупреждение, когда оно генерируется, может сопровождать или может включать в себя сообщение о том, что требуется техническое обслуживание.

Другой вариант способа, который называется способом 10С контроля аккумуляторов и который показан на фиг. 3, включает отслеживание с помощью контроллера каждого аккумуляторного блока среди множества аккумуляторных блоков аккумуляторной системы (64), определение, равно ли напряжение какого-либо из аккумуляторных блоков напряжению предупреждения, причем напряжение предупреждения установлено для каждого аккумуляторного блока выше абсолютного напряжения отключения, установленного для каждого аккумулятора (66); и в ответ на достижение одним из аккумуляторных блоков напряжения предупреждения, формируется первое предупреждение для уменьшения нагрузки, подключенной к множеству аккумуляторных блоков, прежде чем любой из множества аккумуляторных блоков достигнет абсолютного напряжения отключения (68).

Несколько примеров могут помочь в иллюстрации некоторых примерных режимов с использованием раскрытой здесь контролируемой аккумуляторной системы. Следует понимать, что значения, используемые в этих примерах, являются только иллюстративными, и что другие значения могут быть достигнуты, в зависимости от обстоятельств. В одном примере, со ссылкой на Пример I, предполагается аккумуляторная система, воплощенная в гольф-мобиле, этот гольф-мобиль оборудован двумя модулями, включенными последовательно. Каждый модуль содержит восемь (8) аккумуляторных блоков, реализованных как набор аккумуляторных элементов, включенных последовательно, и каждый набор аккумуляторных элементов содержит восемь аккумуляторов емкостью 8 А⋅ч, включенных параллельно. В настоящем примере используются литий-железные аккумуляторы. Как будет понятно для специалиста обычного уровня в данной области техники, литий-железными аккумуляторами называются аккумуляторы, в которых используются LiFePO₄ или нестехиометрическая форма LiFePO₄, в качестве катодного материала, как раскрыто, например, в US 7494744 (В2), US 7585593 (В2), US 7629084 (В2) и US 7718320 (В2). В каждом аккумуляторном модуле используется контроллер для отслеживания восьми наборов аккумуляторных элементов, включенных последовательно. Второе напряжение (например, напряжение предупреждения) установлено равным 2,8 В, и первое напряжение (напряжение отключения) установлено равным 2,0 В для каждого набора аккумуляторов. Напряжение системы в данном случае отслеживается и установлено равным 48 В. На фиг. 4 показаны результаты рабочих испытаний, которые продолжались на расстоянии 22 км (эквивалентно 13,8 милям).

Как отмечено со ссылкой на фиг. 4, непрерывный звуковой сигнал, слышимый во время рабочих испытаний, включился в районе точки, которая помечена "Самое низкое напряжение 45,59 во время разряда". В этот момент, поскольку 45,59 В ниже, чем заданное напряжение системы 48 В, предупреждение "требуется техническое обслуживание" (например, сигнал) не генерируется. Это означает, что аккумуляторные блоки по существу имеют одинаковую емкость, таким образом, общее напряжение меньше, чем заданное напряжение 48 В системы. Другими словами, будет достигнуто показание напряжения 45,59, поскольку один из аккумуляторных элементов достиг 2,8 В, и остальные наборы аккумуляторных элементов составляют (45,59-2,8)=42,79 В. Если получить среднее от 42,79 по оставшимся 15 наборам аккумуляторов, каждый набор аккумуляторов имел напряжение 2,85 В, что очень близко к напряжению, которое инициировало предупреждение 2,8 В. Если один из наборов аккумуляторных элементов достиг 2,8 В, когда напряжение системы находится на уровне 50 В (выше, чем заданное напряжение 48 В системы), тогда среднее значение от (50-2,8)=47,2 В для оставшихся 15 наборов аккумуляторов составляет 47,2/15=3,15 В, что очень отличается от 2,8 В, таким образом, должно быть сгенерировано сообщение "требуется техническое обслуживание". Следует отметить, что только напряжение системы может не отражать реальное напряжение отдельного аккумулятора. Более надежно использовать напряжение отдельного аккумулятора (второе напряжение), как основание для первого предупредительного сигнала, и использовать напряжение системы как контрольную сумму состояния исправности аккумулятора.

В качестве другого примера, называемого Примером II и который описан в контексте электрического транспортного средства, для демонстрации использовалось электрическое транспортное средство TOYOTA® COMS. Аккумуляторная система, воплощенная в COMS, состоит из трех модулей, включенных последовательно. Каждый модуль содержит 8 аккумуляторных блоков, выполненных как наборы, включенные последовательно, и каждый из наборов аккумуляторов содержит аккумуляторы емкостью пять по 10А⋅ч, включенных параллельно. Литий-железные аккумуляторы снова используются в данном случае. В каждом аккумуляторном модуле используется контроллер при отслеживании восьми наборов аккумуляторов, включенных последовательно. Второе напряжение установлено равным 2,8 В, и первое напряжение (напряжение отключения) установлено равным 2,0 В для каждого набора аккумуляторов. Напряжение системы, в данном случае, отслеживается и установлено равным 72 В. После пробега 64,7 км включился звуковой сигнал. В этом случае скорость движения была понижена до 20 км/час, и звуковой сигнал прекратился. После движения на расстояние 4 км звуковой сигнал постоянно включился в транспортном средстве. Сигнал "требуется техническое обслуживание" не был сгенерирован в это время, и напряжение аккумуляторных модулей было измерено, как равное 21,3 В, 24,16 В и 23,72 В, что ниже, чем заданное напряжение системы 72В.

Считается, что такая же технология может использоваться для отслеживания напряжения трех модулей и для сравнения с напряжением системы. Если один из модулей имеет более низкое напряжение (например, 20 В) и генерирует сигнал тревоги, и общее напряжение выше, чем 72 В (например, 75 В), может быть идентифицирована существенная несбалансированность между модулями, поскольку другие два блока должны иметь среднее напряжение (75-20)/2=27,5 В, и, таким образом, должно генерироваться предупреждение (например, сигнал) "требуется техническое обслуживание" для привлечения внимания пользователя.

Еще в одном примере, который называется здесь Примером III, блок бесперебойного питания (UPS) используется в качестве примера среды для варианта контролируемой аккумуляторной системы. В этом примере для демонстрации используется UPS мощностью 3 кВт. Аккумуляторная система, воплощенная в UPS, состоит только из одного модуля. Модуль содержит 16 наборов аккумуляторов, включенных последовательно, и каждый набор аккумуляторов содержит четыре аккумулятора емкостью 10 А⋅ч, включенные параллельно (модуль емкостью 2 кВт/ч). Литий-железные аккумуляторы снова используются в данном случае. В аккумуляторном модуле используются два контроллера при отслеживании 16 наборов аккумулятора (8 каналов в каждом), которые включены последовательно. Второе напряжение установлено равным 2,8 В, и первое напряжение (напряжение отключения) установлено равным 2,0 В для каждого набора аккумуляторов. Напряжение системы отслеживается и установлено равным 48 В для включения сигнала тревоги. Наблюдалось, что, если один из наборов аккумуляторов разряжался на 20% сильнее, чем другие наборы аккумуляторов, и сигнал тревоги по второму напряжению (2,8 В) был отключен, сигнал тревоги 48 В мог не включаться до инициирования отключения системы по первому напряжению (2,0 В, напряжение отключения набора аккумуляторов). Это демонстрирует недостаток использования только напряжения системы в качестве тревоги. Поскольку обычный UPS работает следующим образом: подается сигнал тревоги, когда напряжение системы ниже 48 В, отключается, когда напряжение системы ниже 45 В. Таким образом, можно идеально скомбинировать другие сигналы тревоги, генерируемые по второму напряжению, для уведомления пользователей перед отключением системы. Если сигнал тревоги по второму напряжению непрерывно звучит до достижения сигнала тревоги по напряжению системы (48 В), состояние исправности набора аккумуляторов определяют, как NG, и должно быть сгенерировано "требуется техническое обслуживание" для привлечения внимания пользователя.

Следует отметить, что альтернативные воплощения могут быть включены в объем изобретения, в которых функции могут выполняться не в том порядке, который представлен или который был описан со ссылкой на фиг. 2-3, включая в себя, по существу, одновременное выполнение или в обратном порядке, в зависимости от используемой функции, как будет понятно для специалистов достаточного уровня в данной области техники.

Следует подчеркнуть, что описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения представляют собой только возможные примеры воплощения, представленные здесь только для ясного понимания принципов контролируемой аккумуляторной системы и вариантов осуществления способа. Множество вариантов и модификаций могут быть выполнены в отношении описанного выше варианта (вариантов) воплощения, без выхода, по существу, за пределы его сущности и принципов. Предполагается, что все такие модификации и вариации должны быть включены здесь в пределах объема данного изобретения и должны быть защищены следующей формулой изобретения.

Изобретение относится к контролю исправности аккумулятора. Сущность: аккумуляторная система содержит множество аккумуляторных блоков и контроллер, соединенный с множеством аккумуляторных блоков. Контроллер выполнен с возможностью отслеживать для каждого аккумуляторного блока первое напряжение и второе напряжение. При этом первое напряжение соответствует абсолютному значению напряжения отключения, а второе напряжение соответствует напряжению предупреждения, причем первое напряжение меньшее, чем второе напряжение. Контроллер выполнен с возможностью в ответ на достижение одним из аккумуляторных блоков второго напряжения подавать первый предупредительный сигнал, прежде чем любой из аккумуляторных блоков достигнет первого напряжения. Контроллер также выполнен с возможностью вызывать команду уменьшения нагрузки в ответ на указанный первый предупредительный сигнал. Причем, если снижение нагрузки не приводит к прекращению указанного предупредительного сигнала, контроллер выполнен с возможностью контролировать состояние исправности аккумуляторной системы. Если напряжение системы аккумуляторной системы не достигнуто, контроллер воздерживается от подачи второго предупредительного сигнала. В противном случае контроллер выполнен с возможностью подачи указанного второго предупредительного сигнала. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Контролируемая аккумуляторная система, содержащая

множество аккумуляторных блоков, образующих аккумуляторную систему, и

контроллер, соединенный с указанным множеством аккумуляторных блоков, причем контроллер выполнен с возможностью отслеживать для каждого аккумуляторного блока первое напряжение и второе напряжение, при этом первое напряжение соответствует абсолютному значению напряжения отключения, а второе напряжение соответствует напряжению предупреждения, указанное первое напряжение меньшее, чем указанное второе напряжение, при этом контроллер выполнен с возможностью, в ответ на достижение одним из аккумуляторных блоков указанного второго напряжения, подавать первый предупредительный сигнал, прежде чем любой из аккумуляторных блоков достигнет указанного первого напряжения, при этом контроллер также выполнен с возможностью вызывать команду уменьшения нагрузки в ответ на указанный первый предупредительный сигнал, причем, если снижение нагрузки не приводит к прекращению указанного предупредительного сигнала, контроллер выполнен с возможностью контролировать состояние исправности аккумуляторной системы, при этом, если напряжение системы указанной аккумуляторной системы не достигнуто, контроллер воздерживается от подачи второго предупредительного сигнала, в противном случае контроллер выполнен с возможностью подачи указанного второго предупредительного сигнала.

2. Система по п. 1, в которой каждый аккумуляторный блок содержит аккумуляторный элемент.

3. Система по п. 1, в которой каждый аккумуляторный блок содержит набор аккумуляторных элементов.

4. Система по п. 1, в которой контроллер выполнен с возможностью подачи указанных первого и второго предупредительных сигналов в виде звукового, визуального, или тактильного сигнала, или в виде комбинации двух или больше сигналов из звукового, визуального и тактильного.

5. Система по п. 1, дополнительно содержащая второй контроллер, соединенный с возможностью обмена данными с указанным контроллером и выполненный с возможностью отслеживания напряжения системы, при этом указанное множество аккумуляторных блоков содержит один или больше модулей, указанное множество аккумуляторных блоков включено параллельно и последовательно, причем второй контроллер и первый контроллер размещены в одном едином устройстве.

6. Система по п. 5, в которой указанный контроллер дополнительно выполнен с возможностью вызывать команду уменьшения нагрузки в ответ на первый предупредительный сигнал, при этом, если уменьшение нагрузки не приводит к прекращению указанного предупредительного сигнала, указанный второй контроллер выполнен с возможностью контролировать состояние исправности аккумуляторной системы.

7. Система по п. 6, в которой, если указанное напряжение системы аккумуляторной системы не достигнуто, указанный контроллер или второй контроллер воздерживаются от подачи второго предупредительного сигнала, в противном случае указанный контроллер или второй контроллер выполнены с возможностью подачи второго предупредительного сигнала.

8. Система по п. 7, в которой указанный контроллер или второй контроллер выполнены с возможностью подачи первого и второго предупредительных сигналов в виде звукового, визуального, или тактильного сигнала, или в комбинации двух или больше сигналов из звукового, визуального и тактильного.

9. Система по п. 7, в которой второй предупредительный сигнал соответствует сообщению о том, что требуется техническое обслуживание.

10. Система по п. 1, в которой каждый аккумуляторный блок содержит литий-ионный аккумулятор.

11. Способ контроля аккумуляторов, характеризующийся тем, что

с помощью контроллера отслеживают каждый аккумуляторный блок из множества аккумуляторных блоков аккумуляторной системы,

определяют, равно ли напряжение на каком-либо из аккумуляторных блоков напряжению предупреждения, причем напряжение предупреждения установлено для каждого аккумуляторного блока выше абсолютного напряжения отключения, установленного для каждого аккумулятора, и

в ответ на достижение одним из аккумуляторных блоков напряжения предупреждения подают первый предупредительный сигнал уменьшения нагрузки, подключенной к указанному множеству аккумуляторных блоков, прежде чем любой из множества аккумуляторных блоков достигнет абсолютного значения напряжения отключения, и

в ответ на указанный первый предупредительный сигнал подают команду уменьшения нагрузки, причем, если уменьшение нагрузки не приводит к прекращению указанного предупредительного сигнала, контролируют состояние исправности аккумуляторной системы, при этом, если напряжение системы указанной аккумуляторной системы не достигнуто, воздерживаются от подачи второго предупредительного сигнала, в противном случае подают второй предупредительный сигнал.

12. Способ по п. 11, в котором первый и второй предупредительные сигналы подают в виде звукового, визуального, или тактильного сигнала, или комбинации двух или больше сигналов из звукового, визуального и тактильного.

13. Способ по п. 12, в котором первый предупредительный сигнал содержит команду уменьшения нагрузки, в ответ на первый предупредительный сигнал, при этом, если уменьшение нагрузки не приводит к прекращению предупредительного сигнала, с помощью второго контроллера, связанного с указанным контроллером, контролируют состояние исправности аккумуляторной системы.

14. Способ по п. 13, в котором, если указанное напряжение системы на аккумуляторной системе не достигнуто, воздерживаются от подачи второго предупредительного сигнала, в противном случае подают второй предупредительный сигнал.

15. Способ по п. 14, в котором первый и второй предупредительные сигналы подают в виде звукового, визуального, или тактильного сигнала, или в комбинации двух или больше сигналов из звукового, визуального и тактильного, при этом второй предупредительный сигнал соответствует сообщению о том, что требуется техническое обслуживание.

16. Контролируемая аккумуляторная система, содержащая

множество аккумуляторных модулей, соединенных с нагрузкой, причем каждый аккумуляторный модуль содержит аккумуляторные блоки, включенные в последовательной и в параллельной конфигурации, аккумуляторные модули представляют собой часть аккумуляторной системы; и

множество контроллеров в указанной аккумуляторной системе, каждый соединен с соответствующим множеством аккумуляторных модулей, указанное множество контроллеров выполнено с возможностью отслеживать первое напряжения и второе напряжение для каждого аккумуляторного блока в каждом модуле, причем первое напряжение соответствует абсолютному значению напряжения отключения, второе напряжение соответствует напряжению предупреждения и первое напряжение меньше, чем второе напряжение; при этом один или больше контроллеров из указанного множества контроллеров выполнены с возможностью подачи первого предупредительного сигнала, прежде чем любой из аккумуляторных блоков достигнет указанного первого напряжения, при условии, если один из аккумуляторных блоков достиг указанного второго напряжения; один или больше контроллеров также выполнены с возможностью подачи команды уменьшения нагрузки в ответ на первый предупредительный сигнал, причем, если снижение нагрузки не приводит к прекращению предупредительного сигнала, то указанные контроллеры воздерживаются от подачи второго предупредительного сигнала, соответствующего сообщению о том, что требуется техническое обслуживание, если суммарное напряжение указанного множества аккумуляторных модулей меньше, чем заданное напряжение системы указанной аккумуляторной системы; при этом указанное множество контроллеров содержится в одном едином устройстве.

17. Система по п. 16, в которой каждый аккумуляторный блок содержит аккумуляторный элемент.

18. Система по п. 16, в которой каждый аккумуляторный блок содержит набор аккумуляторных элементов.