(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: ,PCT/SE96/01390 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , W097/16879, PCT Gazette nr 20/97 (51) IntCl7 H02J 7/00 (54) Układ do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorze (30) Pierwszeństwo: (73) Uprawniony z patentu: ,SE, XICON BATTERY ELECTRONICS AB, Mälmo, SE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 19/98 (72) Twórcy wynalazku: Bo Wikström, Asmundtorp, SE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/01 (74) Pełnomocnik: Muszyński Andrzej, POLSERVICE PL B1 (57) 1. Układ do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorze zawierającym połączone szeregowo ogniwa lub bloki akumulatora, znamienny tym, że zawiera sterowane przetworniki napięcia (4), które z jednej strony dołączone są do pojedynczych ogniw (3) akumulatora lub w grupach, do bloków (9) akumulatora, zaś z drugiej strony dołączone są do wspólnego toru prądowego (5, 6), którego przewód dodatni (5) połączony jest z biegunem dodatnim (1) akumulatora a przewód ujemny (6) połączony jest z biegunem ujemnym (2) akumulatora.

2 Układ do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorze Zastrzeżenia patentowe 1. Układ do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorze zawierającym połączone szeregowo ogniwa lub bloki akumulatora, znamienny tym, że zawiera sterowane przetworniki napięcia (4), które z jednej strony dołączone są do pojedynczych ogniw (3) akumulatora lub w grupach, do bloków (9) akumulatora, zaś z drugiej strony dołączone są do wspólnego toru prądowego (5, 6), którego przewód dodatni (5) połączony jest z biegunem dodatnim (1) akumulatora a przewód ujemny (6) połączony jest z biegunem ujemnym (2) akumulatora. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sterowane przetworniki napięcia (4) zawierają urządzenia pomiarowe napięć poszczególnych zacisków ogniw (3) akumulatora lub bloków (9) akumulatora, przy czym sterowane przetworniki napięcia (4) dołączone są do układu sterującego umieszczonego centralnie względem konstrukcji akumulatora. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sterowane przetworniki napięcia (4) zawierają urządzenia pomiarowe temperatur poszczególnych ogniw (3) akumulatora lub bloków (9) akumulatora, przy czym sterowane przetworniki napięcia (4) dołączone są do układu sterującego umieszczonego centralnie względem konstrukcji akumulatora. * * * Przedmiotem wynalazku jest układ do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorze zawierającym połączone szeregowo ogniwa lub bloki akumulatorowe. Najczęściej spotykanym sposobem ładowania i rozładowywania akumulatora jest dołączenie ładowarki lub obciążenia do śrub zaciskowych całego akumulatora. Akumulator składa się zwykle z pewnej liczby ogniw, które są połączone szeregowo, przy czym przy ładowaniu lub rozładowywaniu ogniw, przez wszystkie ogniwa płynie ten sam prąd. Przy ładowaniu lub rozładowywaniu akumulatorów stosuje się zwykle układy o różnym stopniu skomplikowania, które sterują procesem ładowania lub rozładowania odbywającym się przez doprowadzanie lub pobieranie prądu akumulatora. Wartość tego prądu kontroluje się za pośrednictwem pewnej liczby parametrów, na przykład aktualnego napięcia akumulatora, temperatury wewnątrz akumulatora, sprawności akumulatora czy poziomu prądu ładowania. Jednym z problemów wynikających przy eksploatacji akumulatorów połączonych szeregowo jest to, że ogniwa akumulatora mają różne napięcia na zaciskach, wartości temperatury, sprawność i poziomy naładowania. Jednym ze sposobów stosowanych w celu zminimalizowania tego problemu jest wyrównywanie stopnia naładowania akumulatora. To znaczy, że cały akumulator opróżnia się z energii w celu nadania ogniwom możliwie jednakowego poziomu ładowania w następnym cyklu. W miarę wzrostu wymagań dotyczących dostępności i trwałości, opracowywano układy ładujące, realizujące wyrównywanie stopnia naładowania. Taki układ ma połączenie elektryczne z każdym ogniwem lub blokiem akumulatora. Znaczy to, że główny prąd ładowania podawany jest zwykle za pośrednictwem śrub zaciskowych, a ponadto do ogniw lub bloków akumulatora, wymagających dodatkowego ładowania dla osiągnięcia poziomu pełnego naładowania można podawać prądy dodatkowe, za pom ocą oddzielnych połączeń. Jedną z wad tego typu układu jest to, że połączenia stają się bardzo złożone, zaś wyrównanie może się odbywać tylko przy ładowaniu. Istota układu do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorze, według wynalazku zawierającego połączone szeregowo ogniwa lub bloki akumulatora, jest to, że zawiera sterowane przetworniki napięcia, które z jednej strony dołączone są do pojedynczych ogniw akumulatora lub w grupach, do bloków akumulatora, zaś z drugiej strony dołączone są do

3 wspólnego toru prądowego, którego przewód dodatni połączony jest z biegunem dodatnim akumulatora a przewód ujemny połączony jest z biegunem ujemnym akumulatora. Korzystnie sterowane przetworniki napięcia zawierają urządzenia pomiarowe napięć poszczególnych zacisków ogniw akumulatora lub bloków akumulatora, przy czym sterowane przetworniki napięcia dołączone są do układu sterującego umieszczonego centralnie względem konstrukcji akumulatora. Korzystnie sterowane przetworniki napięcia zawierają urządzenia pomiarowe temperatur poszczególnych ogniw akumulatora lub bloków akumulatora, przy czym sterowane przetworniki napięcia dołączone są do układu sterującego umieszczonego centralnie względem konstrukcji akumulatora. Zaletą układu według wynalazku jest to, że zapewnia on wyrównywanie bezpośrednich prądów ładowania między różnymi ogniwami lub blokami akumulatora, bez niewygodnej instalacji kablowej. Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu wyrównywania poziomu naładowania dołączonego do każdego ogniwa akumulatora, fig. 2 - schemat układu do wyrównywania poziomu naładowania dołączonego do każdego bloku w akumulatorze, fig. 3 - schemat układu do wyrównywania poziomu naładowania, w którym liczba sterowanych przetworników napięcia jest mniejsza od liczby ogniw akumulatora, zaś fig. 4 - schemat układu do wyrównywania poziomu naładowania ze sterowanymi przetwornikami napięcia dołączonymi do wspólnej ziemi. Na fig. 1 przedstawiono schemat układu do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorach, przy czym układ jest dołączony do każdego ogniwa 3 akumulatora. Akumulator z biegunem dodatnim 1 i biegunem ujemnym 2 zawiera pewną liczbę ogniw 3 połączonych szeregowo. Układ do wyrównywania poziomu naładowania zawiera z kolei pewną liczbę sterowanych przetworników napięcia 4, które są sterowane zewnętrznie z bloku sterującego umieszczonego centralnie względem akumulatora. Każdy ze sterowanych przetworników napięcia 4 jest z jednej strony połączony, odpowiednio, z biegunem dodatnim 8 i biegunem ujemnym 7 ogniwa 3 akumulatora, bądź biegunem dodatnim 10 i biegunem ujemnym 11 bloku akumulatora. Sterowane przetworniki napięcia 4 są z drugiej strony dołączone do przewodu dodatniego 5 i przewodu ujemnego 6 wspólnego toru prądowego. Przewód dodatni 5 wspólnego toru prądowego 5, 6 połączony jest z biegunem dodatnim 1 akumulatora. Przewód ujemny 6 wspólnego toru prądowego 5, 6 połączony jest z biegunem ujemnym 2 akumulatora. Sterowane przetworniki napięcia 4 można projektować na otrzymanie energii z jednego lub więcej ogniw 3 akumulatora i przekazywanie energii do wspólnego toru prądowego 5, 6. Na fig. 2 przedstawiono schemat układu do wyrównywania poziomu naładowania, przy czym układ dołączony jest do każdego bloku 9 akumulatora. Działanie tego układu jest równoważne działaniu układu opisanego w odniesieniu do fig. 1, z tym wyjątkiem, że ogniwa 3 akumulatora zostały zastąpione blokami 9 akumulatora. Układ do wyrównywania poziomu naładowania w akumulatorze może być sterowany według różnych algorytmów, co oznacza, że podczas fazy ładowania całego akumulatora m i- mo połączeń szeregowych część prądu ładowania może być kierowana do innych ogniw 3 lub bloków 9 akumulatora. Dzięki temu mogą one zostać naładowane indywidualnie do zamierzonego poziomu napięcia. Również przy rozładowaniu akumulatora, mimo połączeń szeregowych, prąd może być kierowany do odpowiedniego ogniwa 3 lub bloku 9 akumulatora. Sterowane przetworniki napięcia 4 zaopatrzone są również, w urządzenia pomiarowe poszczególnych napięć zaciskowych i temperatury ogniw 3 lub bloków 9 akumulatora oraz są sterowane z umieszczonego centralnie względem zespołu akumulatora bloku sterującego mającego połączenie przewodowe lub bezprzewodowe ze sterowanymi przetwornikami napięciowymi 4. Ponadto sterowane przetworniki napięciowe 4 mogą również być połączone w inny sposób z każdym ogniwem 3 lub blokiem 9 akumulatora. Na fig. 3 przedstawiono przykład z tak zwanym połączeniem skróconym, w którym ładowanie każdego ogniwa 3 akumulatora może być kontrolowane mimo mniejszej liczby sterowanych przetworników napięciowych 4 niż ogniw 3 akumulatora. Z kolei na fig. 4 przedstawiono schemat układu, w którym sterowane przetworniki napięciowe dołączone są do wspólnej ziemi. Takie rozwiązanie jest szczególnie korzystne w zespołach akumulatorów niskonapięciowych.

4 FIG.3 FIG.4

5 FIG.2

6 FIG.I Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.