RU2704116C1 - Method of charging lithium-ion accumulator batteries from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them through switches - Google Patents
Method of charging lithium-ion accumulator batteries from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them through switches Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704116C1 RU2704116C1 RU2019107204A RU2019107204A RU2704116C1 RU 2704116 C1 RU2704116 C1 RU 2704116C1 RU 2019107204 A RU2019107204 A RU 2019107204A RU 2019107204 A RU2019107204 A RU 2019107204A RU 2704116 C1 RU2704116 C1 RU 2704116C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- balancing
- batteries
- voltage
- charging
- lithium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, преимущественно, в автономных системах электропитания мобильных систем.The claimed invention relates to the electrical industry and can be used in the development and operation of lithium-ion batteries, mainly in stand-alone power systems of mobile systems.
Известны литий-ионные аккумуляторные батареи и способы их заряда, заключающиеся в контроле напряжения аккумуляторов и ограничении заряда по максимальной величине напряжения аккумуляторов и описанные в книге А.А. Таганова, Ю.И. Бубнова, С.Б. Орлова «Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации». Санкт-Петербург: Химиздат, 2005 г., глава 5, 7, а также в патенте Виссемборски Рюдигер (DE), Бюлер Гуннар (DE), Маркманн Йоахим (DE), Кюммет Давид (DE) «ОРТОФОСФАТ ЖЕЛЕЗА(III) ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ» (2C 5849742 UR).Known lithium-ion batteries and methods for their charge, consisting in monitoring the voltage of the batteries and limiting the charge by the maximum voltage of the batteries and described in the book A.A. Taganova, Yu.I. Bubnova, S.B. Orlova “Sealed chemical current sources. Elements and batteries. Equipment for testing and operation. " St. Petersburg: Khimizdat, 2005,
Недостатком описанных способов является то, что они не решают вопроса повышения эффективности использования многоэлементной литий-ионной аккумуляторной батареи при длительной ее эксплуатации.The disadvantage of the described methods is that they do not solve the issue of increasing the efficiency of using a multi-cell lithium-ion battery during long-term operation.
Наиболее близким техническим решением является способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторами, заключающийся в контроле напряжения аккумуляторов и отключении заряда по достижении напряжением любого из аккумуляторов заданного максимального значения, отличающийся тем, что при включении заряда выбирают аккумулятор с наименьшим текущим напряжением, а к остальным аккумуляторам подключают балансировочные резисторы на время, индивидуальное для каждого аккумулятора и пропорциональное величине его разбаланса по напряжению относительно выбранного аккумулятора с наименьшим текущим напряжением (Способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через коммутаторы балансировочными резисторам, RU 2479894 С2, разработки авторов Коротких Виктор Владимирович (RU), Нестеришин Михаил Владленович (RU), Опенько Сергей Иванович (RU), патентообладателя: Открытое акционерное общество «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва» (RU)).The closest technical solution is the method of charging a lithium-ion battery from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them through the switches, which consists in monitoring the voltage of the batteries and disconnecting the charge when any of the batteries reaches the specified maximum value, which differs in that when turned on charge select the battery with the lowest current voltage, and balance resistors are connected to the remaining batteries individual time for each battery and proportional to its voltage unbalance relative to the selected battery with the lowest current voltage (Method of charging a lithium-ion battery from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them via switches, RU 2479894 C2, developed by authors Korotkikh Victor Vladimirovich (RU), Nesterishin Mikhail Vladlenovich (RU), Openko Sergey Ivanovich (RU), patent holder: Open Joint Stock Company “Information spu Academician MF nicknames system Reshetnyova ”(RU)).
Данный способ заряда литий-ионной аккумуляторной батареи заключается в том, что время ti подключения резистора к каждому аккумулятору рассчитывают исходя из соотношения ti=(1-Umin/Ui)*k*R, где Umin - наименьшее текущее напряжение аккумулятора в аккумуляторной батарее, B; Ui - напряжение i-го аккумулятора из числа оставшихся, В; k - коэффициент пересчета разницы напряжений аккумуляторов в емкость разбаланса, А*ч/В; R - сопротивление балансировочных резисторов, Ом.This method of charging a lithium-ion battery is that the time t i of connecting the resistor to each battery is calculated based on the relation t i = (1-U min / U i ) * k * R, where U min is the smallest current battery voltage in battery, B; U i - voltage of the i-th battery from among the remaining, V; k is the conversion factor of the voltage difference of the batteries into the unbalance capacity, A * h / V; R is the resistance of the balancing resistors, Ohm.
Этот способ принят за прототип заявляемого изобретения.This method is adopted as a prototype of the claimed invention.
Недостатком известного способа заряда литий-ионной аккумуляторной батареи является то, что проведение балансировки аккумуляторов по предложенному алгоритму при эксплуатации тяговых литий-железо-фосфатных аккумуляторных ячеек повлечет за собой значительные потери энергии и неэффективное использование временных ресурсов, вследствие продолжительной стадии балансировки.A disadvantage of the known method of charging a lithium-ion battery is that balancing the batteries according to the proposed algorithm when operating traction lithium-iron-phosphate battery cells will entail significant energy losses and inefficient use of time resources due to the long stage of balancing.
Техническая проблема заявляемого изобретения заключается в необходимости повышения эффективности использования и упрощения эксплуатации тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи.The technical problem of the claimed invention lies in the need to increase the efficiency of use and simplify the operation of the traction lithium-ion battery.
Поставленная проблема решается тем, что при проведении заряда литий-ионной аккумуляторной батареи из n последовательно соединенных аккумуляторов с подключенными к ним через ключи балансировочными резисторами, с контролем напряжения аккумуляторов и ограничением заряда по достижению напряжения любой из ячеек аккумуляторной заданного максимального значения, при включении балансировки выбирают аккумуляторы с текущим напряжением, превышающим минимальное напряжение среди аккумуляторов на задаваемую уставку. К этим аккумуляторам подключают балансировочные резисторы до тех пор, пока их напряжение не окажется в задаваемом диапазоне, т.е. будет удовлетворять условию:The problem posed is solved by the fact that when carrying out a charge of a lithium-ion battery from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them via keys, monitoring the voltage of the batteries and limiting the charge to achieve the voltage of any of the cells of the battery at a predetermined maximum value, when balancing is selected batteries with a current voltage exceeding the minimum voltage among the batteries to the specified setting. Balancing resistors are connected to these batteries until their voltage is within the specified range, i.e. will satisfy the condition:
Ui≤Umin+∂,U i ≤U min + ∂,
где Umin - наименьшее текущее напряжение аккумулятора в аккумуляторной батарее, B; Ui - напряжение i-го аккумулятора, В; ∂ - задаваемая уставка, В.where U min - the smallest current battery voltage in the battery, B; U i - voltage of the i-th battery, V; ∂ - set point, V.
Действительно, вследствие различия внутренних свойств отдельных аккумуляторов при эксплуатации многоэлементной последовательно соединенной аккумуляторной батареи некоторые ячейки будут заряжаться быстрее, достигая критического максимального напряжения, в то время как несколько аккумуляторов значительно не достигнут заряженного состояния. При разряде на этих нескольких элементах критическое минимальное напряжение достигается быстрее, в то время как напряжение на остальных ячейках накопителя будет далеко от критического минимального напряжения. Это приведет к недоиспользованию ресурсов аккумулятора. Задачей является уменьшение разницы между максимальным и минимальным напряжением среди всех последовательно соединенных аккумуляторных ячеек по окончании заряда.Indeed, due to the difference in the internal properties of individual batteries during operation of a multi-cell series-connected battery, some cells will charge faster, reaching a critical maximum voltage, while several batteries will not significantly reach the charged state. When discharging on these several elements, the critical minimum voltage is reached faster, while the voltage on the remaining cells of the drive will be far from the critical minimum voltage. This will lead to underutilization of battery resources. The objective is to reduce the difference between the maximum and minimum voltage among all series-connected battery cells at the end of the charge.
Для реализации этой проблемы в процессе заряда многоэлементной аккумуляторной батареи по достижении какой-либо аккумуляторной ячейки максимального критического напряжения необходимо запускать стадию балансировки ячеек. Стадия балансировки представляет собой подключение балластного сопротивления к ячейкам, напряжение на которых превышает минимальное напряжение среди ячеек на задаваемый диапазон. Процесс балансировки прекращается после того, как буду отсутствовать ячейки с напряжением, превышающим минимальное напряжение среди ячеек на задаваемый диапазон. В этом случае запускается стадия зарядки. Процесс заряда батареи продолжается до тех пор, пока по завершении стадии заряда стадия балансировки не запустится, вследствие отсутствия ячеек с напряжением, превышающим минимальное напряжение среди ячеек на заданный диапазон.To implement this problem, in the process of charging a multi-cell battery, when any battery cell reaches its maximum critical voltage, it is necessary to start the cell balancing stage. The balancing stage is the connection of the ballast resistance to the cells, the voltage on which exceeds the minimum voltage among the cells for a given range. The balancing process stops after there are no cells with a voltage exceeding the minimum voltage among the cells for a given range. In this case, the charging stage is started. The battery charging process continues until, at the end of the charging stage, the balancing stage starts, due to the absence of cells with a voltage exceeding the minimum voltage among the cells by a predetermined range.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена упрощенная функциональная схема, поясняющая работу по предлагаемому способу.The invention is illustrated in the drawing, which shows a simplified functional diagram explaining the work of the proposed method.
Для реализации заявляемого способа предложено устройство, содержащее аккумуляторную батарею 1, модуль балансировки 2, устройство контроля 3, зарядное устройство 4, датчик тока 5, силовой контактор 6.To implement the proposed method, a device is proposed comprising a
При этом, аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединенных ячеек, к которым посредством ключей 2-2 подключаются балластные резисторы 2-1.At the same time, the battery consists of series-connected cells, to which ballasts 2-1 are connected by means of keys 2-2.
Параллельно аккумуляторной батарее подключено устройство контроля 3 и зарядное устройство 4. В цепи заряда аккумуляторной батареи установлен датчик тока 5 и силовой контактор 6.In parallel with the battery, a
Устройство контроля собирает информацию о напряжениях на ячейках аккумуляторной батареи 1, величине тока, протекающего через датчик тока 5. Устройство контроля осуществляет управление подключением балластных резисторов 2-1 к ячейкам аккумуляторной батареи 1 по средствам ключей 2-2, подключением зарядного устройства 4 к аккумуляторной батареи 1 посредством силового контактора 6.The control device collects information about the voltages on the cells of the
Способ осуществляют следующим образом. В процессе заряда аккумуляторной батареи 1 устройство контроля 3 замыкает силовой контактор 6, получает информацию о состоянии параметров заряда от зарядного устройства 4 и датчика тока 5, осуществляет контроль напряжений на ячейках аккумуляторной батареи 1. По достижении одной из ячеек заданного напряжения устройство контроля 3 отключает зарядное устройство 4 от аккумуляторной батареи 1 посредством силового контактора 6 и подключает балластные резисторы 2-1 через соответствующие ключи 2-2 к ячейкам, напряжение на которых превышает минимальное напряжение среди всех ячеек на заданный диапазон. По завершении стадии балансировки устройство контроля 3 подключает зарядное устройство 4 к аккумуляторной батарее 1 посредством силового контактора 6. Количество аккумуляторов с подключенными балансировочными резисторами определяют в соответствии с уровнем их напряжений, превышающим значение суммы напряжения аккумулятора с наименьшим текущим напряжением и задаваемым диапазоном, который определяет продолжительность последующего разряда выбранных аккумуляторов до момента совпадения этого уровня с текущим напряжением аккумуляторов, когда происходит отключение балансировочного резистора, при этом цикл балансировки завершают отключением последнего из включенных балансировочных резисторов. Количество циклов балансировки определяют моментом, когда при очередном отключении заряда по достижении напряжений любого из них заданного максимального значения не происходит ни одного подключения балансировочного резистора.The method is as follows. In the process of charging the
Пример практической реализации с решением проблемы.An example of practical implementation with a solution to the problem.
Предложенный способ зарядки многоэлементного литий-ионного аккумулятора с процессом балансировки был применен для зарядки накопителя энергии электротранспортного средства напряжением 48 В и емкостью 300 Ач, состоящего из 15 аккумуляторных ячеек. Применение разработки свидетельствует об улучшении эксплуатационных характеристик накопителя в среднем на 8-10%.The proposed method of charging a multi-cell lithium-ion battery with a balancing process was used to charge the energy storage device of an electric vehicle with a voltage of 48 V and a capacity of 300 Ah, consisting of 15 battery cells. Application of the development indicates an improvement in the operational characteristics of the drive by an average of 8-10%.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107204A RU2704116C1 (en) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | Method of charging lithium-ion accumulator batteries from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them through switches |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107204A RU2704116C1 (en) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | Method of charging lithium-ion accumulator batteries from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them through switches |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2704116C1 true RU2704116C1 (en) | 2019-10-24 |
Family
ID=68318597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019107204A RU2704116C1 (en) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | Method of charging lithium-ion accumulator batteries from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them through switches |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2704116C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2743789C1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | Вадим Валериевич Селиванов | Balancer of voltages of electric energy accumulators and a method of charge voltage alignment on series connected n electric energy accumulators |
RU2747530C1 (en) * | 2020-10-14 | 2021-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Литэко" | Method for controlling balancing system of lithium-ion battery |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464675C2 (en) * | 2011-01-12 | 2012-10-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | METHOD TO CHARGE SET OF "n" LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERIES WITHIN GEOSTATIONARY MAN-MADE EARTH SATELLITE |
RU2479894C2 (en) * | 2011-06-16 | 2013-04-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | METHOD TO CHARGE LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS WITH BALANCING RESISTORS CONNECTED TO THEM VIA SWITCHBOARDS |
RU2510105C2 (en) * | 2012-03-26 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method to charge set of accumulator batteries within autonomous system of spacecraft power supply |
JP2014176244A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Cell balancing circuit |
CN106100048A (en) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 桂林理工大学 | Ternary lithium battery big current balance DSP control system |
CN106450523A (en) * | 2016-11-11 | 2017-02-22 | 桂林理工大学 | ARM control based high current equalization method for lithium manganese oxide battery |
RU2633533C2 (en) * | 2016-03-16 | 2017-10-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Operating method of lithium-ion storage battery |
CN108695570A (en) * | 2018-05-07 | 2018-10-23 | 首都师范大学 | A kind of lithium battery physical model and charge and discharge pyroelectric monitor system based on self-healing feature |
-
2019
- 2019-03-13 RU RU2019107204A patent/RU2704116C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464675C2 (en) * | 2011-01-12 | 2012-10-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | METHOD TO CHARGE SET OF "n" LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERIES WITHIN GEOSTATIONARY MAN-MADE EARTH SATELLITE |
RU2479894C2 (en) * | 2011-06-16 | 2013-04-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | METHOD TO CHARGE LITHIUM-ION ACCUMULATOR BATTERY FROM n SERIALLY CONNECTED ACCUMULATORS WITH BALANCING RESISTORS CONNECTED TO THEM VIA SWITCHBOARDS |
RU2510105C2 (en) * | 2012-03-26 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method to charge set of accumulator batteries within autonomous system of spacecraft power supply |
JP2014176244A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Cell balancing circuit |
RU2633533C2 (en) * | 2016-03-16 | 2017-10-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Operating method of lithium-ion storage battery |
CN106100048A (en) * | 2016-07-19 | 2016-11-09 | 桂林理工大学 | Ternary lithium battery big current balance DSP control system |
CN106450523A (en) * | 2016-11-11 | 2017-02-22 | 桂林理工大学 | ARM control based high current equalization method for lithium manganese oxide battery |
CN108695570A (en) * | 2018-05-07 | 2018-10-23 | 首都师范大学 | A kind of lithium battery physical model and charge and discharge pyroelectric monitor system based on self-healing feature |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747530C1 (en) * | 2020-10-14 | 2021-05-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Литэко" | Method for controlling balancing system of lithium-ion battery |
RU2743789C1 (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | Вадим Валериевич Селиванов | Balancer of voltages of electric energy accumulators and a method of charge voltage alignment on series connected n electric energy accumulators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8339100B2 (en) | Systems and methods for cell balancing | |
CN101826745B (en) | Lithium ion power battery lossless charger | |
CN101953016A (en) | Charging method for an assembled cell and an assembled cell system | |
CN102170154A (en) | An active equalizing system and an equalizing method of power lithium ion battery | |
US20100207577A1 (en) | Assembled battery and battery system | |
CN105391113A (en) | Power battery active lossless bidirectional equalization method, device, and circuit | |
WO2019162748A1 (en) | Method and system for fast-charging an electrochemical cell and fast-charging controller implemented in this system | |
CN103066671A (en) | Uniform charging method and uniform charging device for lithium battery packs | |
CN103001288B (en) | Battery set charge/discharge equalization methods, balancer and attending device | |
CN101976876A (en) | Device and method for equalizing batteries in charging process | |
KR101567557B1 (en) | Voltage balancing apparatus and method of secondary battery cells | |
CN109435777A (en) | Battery equalization system, vehicle, battery equalization method and storage medium | |
JP2023501115A (en) | Method for charging and/or discharging a rechargeable energy storage device | |
RU2704116C1 (en) | Method of charging lithium-ion accumulator batteries from n series-connected batteries with balancing resistors connected to them through switches | |
CN202309119U (en) | Single inductance type storage battery equalizing circuit | |
WO2019008367A1 (en) | Battery management | |
CN103036277B (en) | Equalizer circuit of dynamic and energy storage battery pack | |
CN108767940B (en) | Active equalization device and active equalization method for parallel charging of series rechargeable batteries | |
CN104393631A (en) | Electric quantity balancing system and balancing method | |
KR20110121367A (en) | Battery charge and discharge management device and its operation method | |
CN2922234Y (en) | Over-discharge protecting circuit for power lithium ion cell | |
CN109193863A (en) | Battery voltage balance control method and circuit | |
KR101741303B1 (en) | Voltage balancing apparatus and method between battery racks | |
JP2002135989A (en) | Control method for charging and discharging storage battery | |
CN113875120A (en) | Method for operating an electrical energy store, electrical energy store and device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20200518 |