В недавнем обсуждении в очередной раз всплыла тема щедрости Илона Маска в виде безвозмездной (т.е. даром) раздачи патентов. Так же в очередной раз всплыли и сомнения в этой щедрости. Ради корректировки и поддержания объективной картины мира нужно не только читать многомегабайтные цепочки комментариев на Хабре, но и изредка заглядывать в первоисточники.
Первоисточник этот US 2014/0152260 RESPONSE TO DETECTION OF AN OVERDISCHARGE EVENT IN A SERIES CONNECTED BATTERY ELEMENT — A system and method for identifying and responding to exceptional charge events of series-connected energy storage elements ( www.patentsencyclopedia.com/app/20140152260 ).
«Реакция на событие переразряда последовательно соединённого элемента батареи — Система и метод определения и реакции на исключительные события при заряде последовательно соединённых элементов»
Хочу поблагодарить Belking за ссылку на список патентов ( www.patentsencyclopedia.com/assignee/tesla-motors-inc ). Сам я ни за что не пошёл бы их искать.
Для чтения был выбран один патент методом «на что глаз упадёт». Мне показалось интересным, что можно нового придумать в ответ на обнаружение переразряда кроме очевидных сигнализации и ограничения (отключения) нагрузки.
Суть начинается с абзаца [0076]. А пока…
Вводная часть
Первое что бросается в глаза — большое количество «воды» в начале. Патент обильно, но не очень подробно описывает базовые вещи в устройстве аккумуляторных батарей. Последовательное и параллельное соединение элементов. Существование и назначение систем контроля батарей (BMS). Возможность разбалансировки и необходимость поэлементного контроля. Эта информация, хотя и является полезной для начинающего аккумуляторщика, но не является сколь нибудь новой. Достаточно провести немного времени в среде самодельщиков. endless-sphere.com/forums, electrotransport.ru/ussr/index.php (Осторожно! В таких местах встречаются сомнительные личности с альтернативной физикой) или electricvogue.blogspot.com (на мой взгляд прекрасный проект). Все три ссылки значительно старше чем рассматриваемый патент (2014-06-05).
Детальность изложения можно оценить по FIG.1 (КДПВ) — Система хранения энергии.
Второе поверхностное наблюдение — очень много «or» (или) в тексте. Почти каждое утверждение сопровождается списком из потенциальных объектов или способов применения: или стационарно, или в движении в автомобиле, или в стоящем автомобиле, или в тормозящем автомобиле, или в солнечной установке, или в солнечной установке в электромобиле (тут передразниваю и преувеличиваю, но не сильно). С концептуальной точки зрения мне это кажется нарушением инкапсуляции. Аккумулятор должен хранить энергию, а не размышлять над её применением. С физической точки зрения BMS так же (в большинстве случаев) безразлично, что находится вокруг.
Эти две особенности порождены скорее всего патентным законодательством и к делу отношения не имеют. Далее следует краткий пересказ с комментариями заметных частей патента, но большая часть не имеет отношения к названию патента.
По всей видимости текст патента является общим для группы, на что намекает существование патента US 2014/0152259 RESPONSE TO DETECTION OF AN OVERCHARGE EVENT IN A SERIES CONNECTED BATTERY ELEMENT, который отличается одним предлогом в названии и младшим разрядом номера от рассматриваемого.
Абзац [0035] содержит первое утверждение близкое к сути. Предлагается отключать зарядное устройство при обнаружении перезаряда. Инновационно! Это был сарказм. Возможно это даже был сарказм авторов патента, а не мой.
Абзац [0038] содержит интересную информацию. Согласно ему перезаряженный (120%) литиевый аккумулятор испытывает резкое падение напряжения, что можно использовать для обнаружения разбалансировки в последовательных сборках, не прибегая к поэлементному измерению. Есть небольшой недостаток — срабатывание при 120% заряда позволяют определить повреждение элемента, но не позволяет его предотвратить.
Иллюстрации приведены на FIG.2 — Зависимость напряжения на элементе от степени заряда
и на FIG.3 — Производная от предыдущего.
Сам метод не является новым — это стандартный метод прекращения быстрой зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов (в отличие от Li-Ion, Ni-Cd не получает существенного ущерба при перезаряде). Упоминается в заметке AN64 ( www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an64f.pdf ) 1996-го года.
Новым (для меня) здесь является использование его применительно к Li-Ion. Но не факт, что это является новым для людей ближе знакомых с темой. В любом случае — это не является темой патента.
Абзац [0039] утверждает, что аналогичный метод применим и при переразряде, но соответствующий участок отсутствует на FIG.2 и FIG.3. Отсутствие этих данных прямо указывается в абзаце. Здесь наблюдается лёгкая халтура в оформлении или попытка скрыть интересную (уникальную?) информацию.
Абзацы [0051..0057] описывают возможность калибровки (или самокалибровки) BMS на основе измерений параметров контролируемой батареи. И в общих чертах описывают возможность применения статистических методов для оценки состояния. Полезных на практике подробностей нет.
Абзац [0059] содержит «неожиданное» утверждение — BMS может реагировать на обнаруженные события. И что ещё более неожиданно — она может по разному реагировать на события перезаряда и переразряда. Понимаю — иногда очевидные утверждения необходимы для обеспечения связности текста, но не могу удержатся и не съязвить.
Абзац [0062] повторно предлагает отключать зарядное устройство при перезаряде. Повторю: это инновационно. Да, как и в прошлый раз, это сарказм.
Абзац [0063] предлагает зажигать аварийную лампочку.
Абзац [0064] предлагает блокировать зарядку до вмешательства сервисной службы. «Новизна» предложения подчёркивается «привычкой» ноутбучных аккумуляторов пережигать одноразовый управляемый предохранитель при перенапряжении. Такая функциональность предусмотрена в контроллере BQ29312 www.ti.com/lit/ds/symlink/bq29312.pdf (2003 год).
Абзац [0065] предлагает «спустить» (bleed) перезаряженный элемент. Основной перевод предложенный translate.google.com — кровоточить. Данный метод является фундаментальным принципом работы большинства балансировщиков литиевых аккумуляторов (ввиду простоты реализации). Используется вышеупомянутой BQ29312 (2003 год) и сотнями самоделок по всему миру.
Абзацы [0066] и [0067] предлагают корректировать текущее состояние батареи (State-Of-Charge) и пороги обнаружения заряда. У владельцев ноутбуков эта процедура обычно называется «калибровка контроллера батареи».
Абзац [0068] предлагает записывать обнаруженное в журнал.
Абзац [0069] действительно меня удивил. BMS должна заняться самообманом и подстроить коэффициенты преобразования таким образом, чтобы сделать аномалии незаметными. Абсурдность предложения заставляет меня думать, что я что-то не так понял.
Абзац [0070] предлагает активировать систему охлаждения в ответ на перезаряд.
Абзац [0073] предлагает использовать обнаружение событий перезаряда как резервный метод контроля при отказе прямого измерения напряжения на элементе. Указывается, что в противном случае может быть полностью заблокирована возможность движения электромобиля. Попытка запатентовать переход на резервную систему?
Здесь, на конец (в прямом и переносном смысле) начинается заявленное в названии содержимое.
Реакции на событие переразряда
Абзац [0076] предлагает блокировать разряженный аккумулятор до вмешательства сервисной службы аналогично [0064]. Как выше упоминалось — это распространённое поведение ноутбучных аккумуляторов, что позволяет оценить этот пункт как «патентование колеса».
Абзац [0077] и [0078] аналогично [0066] и [0067] предлагают автокалибровку. «Патентование колеса».
Абзац [0079] снова предлагает записывать в журнал. «Патентование колеса».
Абзац [0080] аналогично [0069] предлагает BMS заняться самообманом.
Абзац [0081] аналогично [0073] предлагает использовать разные методы для взаимного резервирования. «Патентование колеса».
Абзац [0082]. Вот оно! Предложение ограничивать разряд при обнаружении переразряда. Здесь можно только сделать вывод, что инженеры в Tesla иногда поступают логично. Это радует.
Далее следуют предложения по реализации вышеуказанных «алгоритмов».
Абзац [0083] предлагает использовать «вычислительную систему, которая имеет память и процессор».
На FIG.6 изображена программа, исполняемая «вычислительной системой».
Итог
Если коротко то TESLA MOTORS, INC. успешно запатентовала ограничение нагрузки при переразряде аккумулятора.
Чтение данного документа заставило меня вновь вспомнить не столько о щедрости Маска (в конце концов дарёному коню в зубы не смотрят) сколько о бессмысленности патентной системы. Если за этим патентом и скрываются ценные исследования/конструкции, то они недоступны для повторения.
Хм. Аварийную лампочку при переразряде забыли. Самому запатентовать, что ли?
