[1]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.
[2]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.
[3]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.
[4]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.
[5]Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является обеспечение безопасного использования литиевых источников тока за счет использования средств защиты силовых цепей.
[6]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.
[7]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:
[8]- быстродействующих предохранителей (5) - служат для защиты от короткого замыкания. Это позволяет предотвратить выход из строя аккумуляторных элементов, и защитить от возгорания проводки;
[9]- датчика тока (6) - служит для контроля зарядного и разрядного токов аккумуляторных элементов;
[10]- 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;
[11]- 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);
[12]- 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.
[13]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.
[14]В случае возникновения неисправности, средство защиты силовых цепей сообщает об этом внешнему оборудованию - батарейному аккумуляторному модулю и отключает высокое напряжение от силовой цепи.
[15]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.
[16]Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что аккумуляторная батарея, состоящая из аккумуляторных элементов (1), выполнена из одного или более параллельно соединенных между собой аккумуляторных блоков.
[17]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.
[18]Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что аккумуляторные элементы аккумуляторной батареи (1) соединены между собой и установлены на элементах системы термостатирования (4).
[19]Батарейный аккумуляторный модуль, отличающийся тем, что система (2) индивидуального контроля и управления за аккумуляторными элементами управляет также системой термостатирования (4) аккумуляторных элементов батареи (1).
[20]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.
