СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРОВ БУФЕРНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

Техническое решение относится к комбинированным энергоустановкам (КЭУ), оно касается управления буферным накопителем энергии (БНЭ), входящего в ее состав.
2
Автомобильный транспорт является одним из основных источников проблем, связанных с защитой окружающей среды и сохранением природных ресурсов. Снижение расхода топлива и выбросов парникового газа СО, устранение вредных выбросов с отработавшими газами продолжает оставаться актуальной проблемой, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в этой области. Одним из наиболее перспективных направлений решения существующей проблемы является разработка автотранспортных средств с комбинированными энергоустановками, в состав которых будут входить первичный источник электроэнергии, работающий на альтернативном виде топлива, буферный накопитель энергии и тяговый электропривод.
Известны различные устройства для поддержания в рабочем состоянии накопителя энергии, состоящего из нескольких аккумуляторов, представленные в патентах РФ №№2096868, 2160954, 2178223, МПК Н01М 10/42.
Задача - обеспечение шунтового выравнивания степени заряженности литиевых аккумуляторных батарей буферного накопителя энергии гибридного транспортного средства.
Решение задачи обеспечено тем, что система защиты от перезаряда аккумуляторов буферного накопителя энергии комбинированной энергоустановки содержит совокупность устройств, устанавливаемых параллельно на каждый аккумулятор батареи и состоящих из шунтового регулятора, имеющего настраиваемый порог срабатывания, транзисторов усиливающих каскадов и силового транзистора, устанавливаемого на радиатор, охлаждаемый циркулирующей жидкостью, устройства подключены к защищаемому аккумулятору.
На фигуре 1 приведена блок-схема системы шунтового выравнивания степени заряженности литиевых аккумуляторных батарей.
На фигуре 2 приведена блок - схема защиты и контроля аккумуляторов.
На фигуре 3 показан блок измерения тока.
Аккумуляторы 1, соединенные последовательно в батарею БНЭ гибридного транспортного средства, соединены своими выводами с блоками защиты и контроля аккумуляторов. Датчик тока 2 соединен с дополнительным блоком измерения тока, который, как и блоки 3 защиты и контроля аккумуляторов соединены с информационной CAN шиной 4 автомобильного транспортного средства. Блок защиты и контроля аккумулятора содержит в себе полупроводниковый шунтовой регулятор 5 с усиливающими каскадами 6 с напряжением срабатывания настроенным на величину напряжения полностью заряженного аккумулятора, который управляет силовым, принудительно охлаждаемым, транзистором 7, осуществляющим ограничение максимального напряжения на защищаемом аккумуляторе 1, что позволяет предотвратить перезаряд аккумулятора и обеспечить выравнивание степени заряженности аккумуляторов батареи во время заряда. В состав блока защиты и контроля аккумулятора также входит микроконтроллер 8, содержащий аналогово-цифровой преобразователь и приемо-передатчик CAN шины, его функция, осуществлять по команде дополнительного блока 9 измерения тока замер напряжения на контролируемом аккумуляторе и передавать его значение в CAN шину 4, питание блока защиты и контроля аккумулятора осуществляется от контролируемого аккумулятора. Дополнительный блок измерения тока содержит в себе микроконтроллер 10, содержащий аналогово-цифровой преобразователь и приемо-передатчик CAN шины. Его функции - осуществлять питание датчика тока 2 и, преобразовывая аналоговый сигнал от датчика тока в цифровой, вычислять степень заряженности отдельных аккумуляторов, получая значения напряжения на аккумуляторах из CAN шины 4, из полученных значений степени заряженности вычислять среднее арифметическое значение и выдавать его в виде отдельной переменной в CAN шину 4 другим модулям системы управления комбинированной энергоустановкой автомобильного транспортного средства. Питание дополнительного блока измерения тока осуществляется от бортовой сети постоянного напряжения автотранспортного средства, напряжением 12-24 В.
Основными функциями системы шунтового выравнивания степени заряженности является осуществление индивидуальной защиты литиевых аккумуляторов, входящих в состав последовательно соединенной батареи буферного накопителя энергии гибридной энергоустановки автомобильного транспортного средства или тяговой батареи электрического автомобильного транспортного средства, от перезаряда, и реализация выравнивания степени заряженности отдельных аккумуляторов батареи. Такая защита позволяет при заряде батареи от источника, а главное, при рекуперативном торможении распределять поток электроэнергии на заряд защищаемого аккумулятора и на преобразование в рассеиваемую тепловую энергию. Благодаря чему, созданная система, реализующая защиту литиевого аккумулятора, объединяет в себе функции защиты аккумулятора, распределителя энергии рекуперативного торможения, тормозного нагружающего элемента, устройства выравнивания степени заряженности аккумуляторов батареи.
Система реализуется устройствами, устанавливаемыми параллельно на каждый аккумулятор батареи. Каждое такое устройство состоит, в основном, из полупроводниковых приборов, а именно: из шунтового регулятора, имеющего настраиваемый порог срабатывания, транзисторов усиливающих каскадов и силового транзистора, устанавливаемого на радиатор, охлаждаемый циркулирующей жидкостью, устройство питается от защищаемого аккумулятора.
Система работает следующим образом. При полном заряде аккумулятора и, следовательно, при достижении напряжением аккумулятора порогового значения, на которое заранее настраивается порог срабатывания шунтового регулятора, последний открывает транзисторы усиливающих каскадов, которые в свою очередь открывают силовой транзистор, преобразующий электроэнергию, подводимую к аккумулятору в тепловую энергию, отводимую в радиатор, охлаждаемый циркулирующей жидкостью. В результате, напряжение на защищаемом аккумуляторе перестает расти, заряд аккумулятора прекращается, при этом потребляемая аккумуляторной батареей электрическая мощность остается неизменной, соответственно сохраняется электрический тормозной момент на тяговом электроприводе автомобильного транспортного средства. В то же время, аккумуляторы, не достигшие полного заряда, продолжают заряжаться до момента срабатывания шунтовых регуляторов на их устройствах защиты, реализующих данную систему. Тем самым достигается выравнивание степени заряженности аккумуляторов батареи.