БАТАРЕЙНЫЙ АККУМУЛЯТОРНЫЙ МОДУЛЬ

Настоящая полезная модель относится к устройству батарейного аккумуляторного модуля накопления электрической энергии, методам контроля и управления аккумуляторными элементами, а именно контроля величин токов, напряжения, температуры и управления зарядным устройством.
Существующие аккумуляторные батареи, например свинцово-кислотные, используются уже давно и в широких областях применения. Например, в гарантированном энергообеспечении потребителей электроэнергией системы накопления используют свинцово-кислотные аккумуляторы для обеспечения энергией в случаях потери питания в сети. Свинцово-кислотные аккумуляторы также широко используются для обеспечения энергией складской техники. Последние достижения в области аккумуляторных технологий привели к большей удельной энергоемкости, быстрому заряду, большему сроку службы и большей дружелюбности к природе по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Одним из обладателей таких достижений является литий-ионные аккумуляторы. К сожалению аккумуляторы такого высокого уровня не так просты в использовании и не безопасны при простой замене уже используемых свинцово-кислотных.
Благодаря химическим свойствам свинцово-кислотных батарей, существующие системы заряда, которые в настоящее время используются для различных свинцово-кислотных батарей относительно просты. Так как свинцово-кислотные батареи имеют одинаковое номинальное напряжение на элементе - 2В и не требуют выравнивания по напряжению каждого элемента при заряде, они могут быть легко использованы в различных системах без дополнительных устройств контроля и заряжаться универсальными зарядными устройствами. В противоположность этому, литий-ионные аккумуляторы требуют точного контроля напряжения на каждом элементе и в зависимости от типа литиевого элемента требуется зарядное устройство соответствующего напряжения батареи. Соответственно, для того, чтобы заменить существующие свинцово-кислотные батареи на литий-ионные батареи необходимо оснастить батарейный аккумуляторный модуль дополнительными средствами.
Близким по технической сущности и достигаемым результатам является патент US 2013/0300373 А1, содержащий - аккумуляторную батарею состоящую из аккумуляторных элементов, систему индивидуального контроля и управления за аккумуляторными элементами, а также контроля напряжения и токов зарядного устройства и средство управления зарядным устройством. Однако при использовании данной системы, например, в складской технике потребуется оснащение ее средствами защиты силовых цепей при переполюсовки или коротком замыкании.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является обеспечение безопасного использования литиевых источников тока за счет использования средств защиты силовых цепей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является техническое решение RU 53818U в котором автор использовал в качестве средств защиты электронные ключи и дополнительный источник питания отдельных аккумуляторных элементов или модулей (так называемая активная BMS) которые снижают надежность и безопасность использования литиевых источников тока поскольку в электрической схеме дополнительно используются силовые коммутационные ключи и силовые провода на каждый аккумуляторный элемент или группу элементов, что приводит также к значительному удорожанию системы. Вместе с этим использование качественных аккумуляторных элементов с наиболее близким внутренним сопротивлением не требует использования данных элементов и т.н. активной BMS.
В данном батарейном аккумуляторном модуле (Фиг. 1) состоящим и соединенным между собой в определенной последовательности из: 1 - аккумуляторная батарея состоящая из аккумуляторных элементов; 2 - система индивидуального контроля и управления за аккумуляторными элементами, а также контроля направления и величин токов в цепи и управления зарядным устройством; 3 - средство защиты силовых цепей; 4 -элементы системы термостатирования, представленная задача решается тем, что средство защиты силовых цепей (Фиг. 2) выполнено с использованием и соединением с ними:
- быстродействующих предохранителей (5) - служат для защиты от короткого замыкания. Это позволяет предотвратить выход из строя аккумуляторных элементов, и защитить от возгорания проводки;
- датчика тока (6) - служит для контроля зарядного и разрядного токов аккумуляторных элементов;
- силовых контакторов (7) по плюсу и минусу - позволяют коммутировать высокое напряжение и дополнительно служат для защиты аккумуляторных элементов и силовой цепи при выходе рабочих параметров за допустимые пределы;
- цепи предзаряда (реле - 8, резистор - 9) - позволяет предварительно зарядить емкостные нагрузки силовых высоковольтных цепей малым током. Это делает возможным реализовать "мягкое" включение, а также продлить срок службы силовых контакторов (7);
- сервисного (силового) размыкателя (10) - предназначен для проведения ремонтных работ и обслуживания батарейного аккумуляторного модуля. С помощью него можно разомкнуть цепь высокого напряжения не зависимо оттого, включены ли силовые контакторы (7) или нет.
Принцип действия средства защиты силовых цепей состоит в следующим. При помощи минусового контактора (7) и реле (8) в силовую цепь подается высокое напряжение через соединенный с ними токоограничивающий резистор (9). Это позволяет предварительно зарядить все емкостные нагрузки, т.е. уменьшить ток включения до нуля. На этом этапе при помощи соединенного с ними датчика тока (6) анализируется ток предзаряда. Если величина тока выше установленной или ток остается достаточно большим в течении длительного времени, то это состояние определяется как нештатное и батарейный аккумуляторный модуль не переходит в рабочий режим. Если предзаряд прошел успешно, то дополнительно замыкается соединенный с ним плюсовой контактор (7), переводя батарейный аккумуляторный модуль в рабочее состояние.
В случае возникновения неисправности, средство защиты силовых цепей сообщает об этом внешнему оборудованию - батарейному аккумуляторному модулю и отключает высокое напряжение от силовой цепи.
Указанные задача достигаются тем, что батарейный аккумуляторный модуль включает в себя аккумуляторную батарею состоящую из аккумуляторных элементов соединенных между собой посредством перемычек и лазерной сварки (1), соединенную с ним систему индивидуального контроля и управления за аккумуляторными элементами, а также контроля направления и величин токов в цепи и управления зарядным устройством (2), отличающийся тем, что средство защиты силовых цепей (3) которое содержит датчик величины силы тока (6) соединенный с силовым размыкателем (10) с предохранителями (5), два предохранителя выходных цепей на «+» и на «-», выходные контакторы (7), один или два из которых оснащены цепями предзаряда (реле - 8 и резистор - 9) и проверки на короткое замыкание.
Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что аккумуляторная батарея, состоящая из аккумуляторных элементов (1), выполнена из одного или более параллельно соединенных между собой аккумуляторных блоков.
Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что система индивидуального контроля и управления за аккумуляторными элементами, а так же контроля направления и величин токов в цепи и управления зарядным устройством (2) выполнена из двух функциональных блоков которые конструктивно исполнены как минимум двумя разными платами и соединенными между собой.
Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что аккумуляторные элементы аккумуляторной батареи (1) соединены между собой и установлены на элементах системы термостатирования (4).
Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что система (2) индивидуального контроля и управления за аккумуляторными элементами управляет также системой термостатирования (4) аккумуляторных элементов батареи (1).
Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что аккумуляторная батарея состоящая из аккумуляторных элементов (1) соединенных между собой посредством перемычек и лазерной сваркой и состоит из литий-титанатных аккумуляторных элементов.