RU124983U1 - Устройство защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок - Google Patents

Abstract

Устройство защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок, состоящее из аккумуляторной батареи (АКБ), батареи электрохимических конденсаторов (БЭК), блока управления (БУ) и коммутатора, который своими с первого по третий портами соединен соответственно с узлом АКБ и первым портом узла БУ, со вторым портом узла БУ и с выходом узла БЭК, и выполненное с возможностью электропитания нагрузки от узла АКБ или узла БЭК, подключаемых/переключаемых без нарушения электроснабжения упомянутой нагрузки, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введен датчик тока (ДТ), который своими с первого по третий портами соединен соответственно с нагрузкой, с четвертым портом коммутатора и с третьим портом узла БУ, который четвертым портом соединен с выходом узла БЭК, при этом узел БУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ, идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН) и синхронного с их обнаружением переключения источников электропитания нагрузки, предусматривающего отключение и подключение соответственно узла АКБ и узла БЭК на время действия ПТН или до тех пор, пока выходное напряжение на узле БЭК поддерживается в пределах допустимых значений, а также обнаружения моментов окончания ПТН для обратного переключения электроснабжения упомянутой нагрузки с узла БЭК на узел АКБ.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам поддержания в рабочем состоянии вторичных элементов (аккумуляторов), и может быть использована в составе систем электропитания различных технических средств (ТС) для обеспечения высокого уровня работоспособности аккумуляторных батарей путем их защиты от токовых перегрузок, возникающих в процессе эксплуатации упомянутых ТС.

Работоспособность технических устройств и систем, функционирующих в автономном режиме, наиболее часто обеспечивается с помощью химических источников тока (ХИТ) - аккумуляторов, как правило, объединенных в аккумуляторную батарею (АКБ).

Исправная аккумуляторная батарея может обеспечивать питание потребительского устройства/системы (ПУС) в течение длительного промежутка времени, особенно, когда она разряжается номинальным (рабочим) током. В таком режиме работы может быть использована максимальная емкость АКБ и обеспечена высокая надежность функционирования как АКБ, так и ПУС.

Однако, многие из ПУС работают в режимах, предусматривающих, как номинальную токовую нагрузку (НТН) на АКБ, как и и максимальную/пиковую токовою нагрузку (ПТН), при которой величина разрядного тока АКБ может значительно превышать ее номинальное значение. Воздействие на АКБ больших ПТН вызывает ускоренную потерю емкости и снижение надежности работы аккумуляторов, что может служить причиной выхода из строя (отказов) как АКБ, так и ПУС. «Опасные ситуации», приводящие к отказам ПУС, наиболее часто возникают при воздействии ПТН на АКБ, которые в значительной мере выработали свой ресурс или достаточно (но не полностью) разряжены. Следует также учесть, что аккумулятор является инерционным источником тока с большим временем доступа к запасенной энергии, поэтому, при возникновении ПТН, могут возникать задержки с подачей или падение уровня выходного напряжения АКБ и, как следствие, выход из строя и/или отказ ПУС.

Частые разряды аккумулятора большим/пиковым током и эксплуатация недозаряженного аккумулятора приводят к его быстрому выходу из строя. Поскольку АКБ является важным элементом, который существенным образом влияет на работоспособность и надежность устройств и систем, которые от нее получают электропитание, то возникает задача поддержки высокого уровня работоспособности аккумуляторной батареи в процессе ее эксплуатации. При этом, по мнению авторов, повышение уровня работоспособности АКБ и надежности функционирования, как систем электропитания, так и технических устройств/систем, получающих от АКБ электропитание, может быть достигнуто на основе защиты АКБ от токовых перегрузок.

Исследования показали, что известные технические решения имеют существенные недостатки и обеспечивают низкий уровень защиты АКБ от пиковых токовых нагрузок, поэтому, поиск более эффективных решений является актуальной задачей.

Из техники [Л1] известен способ защиты АКБ от пиковых токовых нагрузок, предусматривающий использование алюминиевых электролитических конденсаторов, устанавливаемых параллельно выводам ХИТ/АКБ.

Использование этого способа частично снижает пагубное воздействие на АКБ пиковых разрядных токов и способствует повышению работоспособности аккумуляторов, входящих в состав упомянутой АКБ.

Недостатком данного способа является низкий уровень защиты АКБ от пиковых токовых нагрузок. Это обусловлено тем, что данный способ обеспечивает «смягчение» нагрузки на аккумуляторную батарею со стороны пиковых токов в течении крайне малого времени, измеряемого миллисекундами. Этого времени недостаточно, чтобы обеспечить эффективную защиту АКБ от деградации, вызванной ПТН.

В процессе исследований установлено, что более перспективной альтернативой, относительно упомянутых конденсаторов, является использование ионисторов [Л2].

Ионисторы характеризуются высокой плотностью энергии, допускают быстрый заряд большим током (десятки ампер) и заряд током различного уровня, допускают глубокий разряд, имеют длительный срок эксплуатации (число рабочих циклов может превышать нескольких миллионов), имеют сверхнизкое стабильное сопротивление ESR, могут работать в широком диапазоне рабочих температур, имеют малый вес и габариты, оборудованы предохранительным клапаном избыточного давления (взрывобезопасны) и виброустойчивы.

По плотности мощности и плотности энергии ионисторы заполняют нишу между аккумуляторными батареями и электролитическими конденсаторами и могут более эффективно использоваться для обеспечения пиковой мощности источников питания, и тем самым, облегчать токовую нагрузку на ХИТ/АКБ.

Как показали исследования, защиту АКБ от пиковых токовых нагрузок можно рассматривать, как использование (подключение) резервного источника тока в течении действия ПТН. Так, из [Л3] известно устройство резервного электропитания (далее - устройство), состоящее из источника питания (АКБ), коммутатора, ограничителя тока (ОТ) и ионистора, который первым портом соединен со входом нагрузки и первым портом узла ОТ, который вторым портом соединен с первым портом коммутатора, который вторым портом соединен с первым выходом источника питания, который вторым выходом соединен со вторым портом ионистора и выходом нагрузки, при этом, узел коммутатора выполнен в виде диода, узел ОТ выполнен в виде резистора.

Устройство функционирует следующим образом. В исходном состоянии от источника питания поступает напряжение на нагрузку, в качестве которой используется ПУС, и на ионистор. При этом происходит электропитание ПУС и заряд ионистора. Узел коммутатора предотвращает разряд ионистора через цепь подачи питающего напряжения, а узел ОТ ограничивает зарядный ток ионистора, защищая источник питания (ИП) от перегрузки в начальный момент его подключения к ионистору. При отключении источника питания, запасенная в ионисторе электрическая энергия поддерживает работоспособность ПУС, подключенной к устройству в качестве нагрузки. Кроме того, при возникновении пиковых токов в нагрузке напряжение на выходе источника питания «проседает»/снижается, что может быть вызвано чрезмерно большим ПТН, не поддерживаемым узлом ИТ, и/или тем, что АКБ (узел ИТ) уже потеряла работоспособность/разряжена и не может обеспечить на своем выходе стабильное напряжение с отдачей в нагрузку большого тока. Образно говоря, на помощь источнику питания приходит ионистор, который при возникновении ПТН «поддерживает» АКБ: ионистор начинает разряжаться и обеспечивает электропитание ПУС с необходимым уровнем напряжения и тока. После окончания действия ПТН устройство возвращается в исходное состояние. К достоинствам данного устройства можно отнести его простоту и практически неограниченное число циклов заряда-разряда ионистора, который, к тому же не требует ухода в течении всего срока эксплуатации устройства.

Недостатком данного устройства является низкий уровень защиты АКБ от пиковых токовых нагрузок. Это обусловлено тем, что данное устройство только лишь частично снижает нагрузку на аккумуляторную батарею со стороны пиковых токов, поскольку ионистор подключен к нагрузке постоянно и начинает разряжаться только лишь при снижении выходного напряжения АКБ, то есть, после того как воздействие ПТН на АКБ уже произошло. Кроме того, длительность действия ионистора (длительность защиты АКБ от действия ПТН) весьма кратковременна. Это обусловлено тем, что разряд ионистора сопровождается быстрым снижением напряжения на нем. В его разрядной характеристике отсутствует уплощенный участок, как у типовых аккумуляторов, поэтому, отдав в нагрузку несколько процентов запасенной энергии, ионистор переходит в состояние, когда его выходное напряжение оказывается ниже допустимого напряжения питания для ПУС. То есть, коэффициент использования энергии, запасенной в ионисторе, очень маленький, что существенно снижает эффективность работы данного устройства.

Из техники [Л4] известен резервированный блок электроники для литий-ионной аккумуляторной батареи (далее - устройство), состоящий из нагрузки, датчика тока (ДТ), аккумуляторной батареи (АКБ), устройства контроля и управления (УКУ) и коммутатора, который первым и вторым портами соединен, соответственно, с выходом узла УКУ и первым портом узла АКБ, который вторым портом соединен с первым портом узла ДТ, который своими вторым и третьим портами соединен, соответственно, со входом нагрузки и вторым портом узла УКУ, и выполненный с возможностью формирования АКБ в виде последовательно соединенных аккумуляторов, согласования элементов АКБ балансировочными резисторами, контроля напряжения на каждом аккумуляторе, контроля тока в нагрузке и балансировки аккумуляторов в процессе их работы в зависимости от тока в нагрузке.

Данное устройство функционирует следующим образом. При включении нагрузки уровень тока, потребляющего от АКБ, фиксируется узлом ДТ. Результаты измерения тока поступают на устройство контроля и управления, которое посредством узла коммутатора управляет балансировкой аккумуляторов, входящих в АКБ. Необходимость этого возникает из-за того что разрядные характеристики аккумуляторов отличаются друг от друга, поэтому напряжение на их выходе тоже может отличаться в процессе работы АКБ под нагрузкой.

Данное устройство частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Это достигается за счет того, что ПТН регистрируются узлом ДТ, контролируется состояние каждого из аккумуляторов, входящих в АКБ, и выполняется их балансировка в процессе действия токовой нагрузки.

Данное устройство имеет те же недостатки, как и у предыдущего устройства. Это объясняется тем, что воздействие ПТН не устраняется, а лишь в некоторой степени ослабляется за счет более точного согласования элементов АКБ. ПТН при этом, перераспределяется между элементами АКБ.

По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известный из техники [Л5], комбинированный источник бесперебойного электропитания (далее - устройство), состоящий из аккумуляторной батареи (АКБ), батареи электрохимических конденсаторов (ионисторов) (БЭК), блока управления (БУ) и коммутатора, который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ и первым портом узла БУ, со вторым портом узла БУ, с узлом БЭК и с нагрузкой, при этом, узел коммутатора выполнен с возможностью подключения источников электрической энергии к нагрузке без прерывания ее электропитания, узел БУ выполнен с возможностью контроля напряжения на выходе узла АКБ и его отключения с одновременным подключением БЭК, когда напряжение на АКБ снижается ниже допустимого значения, узел БЭК выполнен с возможностью заряда от узла АКБ.

Функциональная схема устройства представлена на фиг.1. Устройство (фиг.1) состоит из узла АКБ 2, узла БУ 5, узла БЭК 4 и узла коммутатора 3, который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с узлом АКБ 2 и узлом БУ 5, с узлом БЭК 4 и с нагрузкой 1. При этом, узел коммутатора 3 выполнен с возможностью подключения источников электрической энергии АКБ 2 и БЭК 4 к нагрузке 1 без прерывания ее электропитания, узел БЭК 4 выполнен с возможностью заряда от узла АКБ 2.

Устройство (фиг 1) функционирует следующим образом. При включении электропитания ПУС, выполняющего роль нагрузки для данного устройства, начинает работать узел АКБ 2. То есть, электропитание нагрузки осуществляется от узла АКБ 2 через открытый канал узла коммутатора 3. Одновременно с этим, осуществляется подзарядка узла БЭК 4. В процессе работы ПУС узлом БУ 5 осуществляется контроль напряжения на выходе узла АКБ 2 и если напряжение на нем снижается ниже допустимого значения, например, при разряде АКБ 2, или при воздействии на нее ПТН, которые не может обеспечить АКБ 2, то узел БУ 5 переключает коммутатор 3 в такое состояние, при котором для электропитания нагрузки включается узел БЭК 4. Поскольку узел коммутатора 3 выполнен с возможностью подключения/отключения источников электрической энергии (АКБ 2 и БЭК 4) к нагрузке без прерывания ее электропитания, то работоспособность ПУС, питаемых от данного устройства, осуществляется без сбоев в функционировании упомянутого ПУС.

Устройство частично устраняет недостатки предыдущего устройства. То есть, в данном ТР обеспечивается более высокий уровень защиты узла АКБ 2 от пиковых токовых нагрузок. Это достигается за счет того, что при возникновении в нагрузке 1 ПТН, вызывающих снижение выходного напряжения АКБ 2 ниже допустимого значения, этот факт регистрируетя узлом БУ 5, который посредством коммутатора 3 отключает АКБ 2 от нагрузки 1 и подключает узел БЭК 4, который обеспечивает электропитание нагрузки 1 (ПУС) с необходимым ПТН. В результате этого пагубное влияние ПТН на узел АКБ 2 - снижается.

Недостатком данного технического решения является низкий уровень защиты аккумуляторной батареи (АКБ 2) от пиковых токовых нагрузок. Это обусловлено тем, что защита узла АКБ 2 включается только тогда, когда ПТН вызывает снижение ее выходного напряжения, в противном случае - узел АКБ 2 может длительное время (пока выдерживает АКБ 2) интенсивно разряжаться под воздействием стрессовой токовой нагрузки в виде ПТН. В результате этого может происходить ускоренная деградация электрических параметров узла АКБ 2 (снижение работоспособности/емкости) и повышение вероятности возникновения неисправности/выхода из строя, как узла АКБ, так и ПУС.

По мнению авторов, низкий уровень защиты АКБ 2 от действия ПТН обусловлен тем, что обнаружение фактов возникновения в нагрузке токов, превышающих номинальное значение, осуществляется уже после того, когда они выполнили «свое черное дело». То есть, возможность своевременного обнаружения ПТН и своевременного включения защиты АКБ от действия ПТН, в данном техническом решении - не обеспечивается.

Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей известного устройства, направленных на повышение уровня работоспособности аккумуляторной батареи путем защиты ее от пиковых токовых нагрузок.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известное устройство, состоящее из аккумуляторной батареи (АКБ), батареи электрохимических конденсаторов/ионисторов (БЭК), блока управления и коммутатора, который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с узлом АКБ и первым портом узла БУ, со вторым портом узла БУ и с выходом узла БЭК, и выполненное с возможностью контроля напряжения на выходе АКБ и подключения узла БЭК к нагрузке без прерывания ее электропитания, при снижении напряжения на АКБ ниже допустимого значения, дополнительно введен датчик тока (ДТ), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с нагрузкой, с четвертым портом коммутатора и с третьим портом узла БУ, который четвертым портом соединен с выходом узла БЭК, при этом, узел БУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ, идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН), превышающих допустимое/номинальное значение разрядного тока аккумуляторной батареи, отключения узла АКБ от нагрузки и подключения к ней через коммутатор узла БЭК на время действия ПТН или до тех пор, пока выходное напряжение на узле БЭК соответствует допустимой величине, а также обратного переключения источников электропитания нагрузки после окончания действия ПТН или после разряда узла БЭК.

В предлагаемом устройстве обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.

В состав устройства дополнительно введен датчик тока (ДТ), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с нагрузкой, с четвертым портом коммутатора и с третьим портом узла БУ, который четвертым портом соединен с выходом узла БЭК.

Узел БУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ, идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН), превышающих допустимое/номинальное значение разрядного тока аккумуляторной батареи, отключения узла АКБ от нагрузки и подключения к ней через коммутатор узла БЭК на время действия ПТН или до тех пор, пока выходное напряжение на узле БЭК соответствует допустимой величине, а также обратного переключения источников электропитания нагрузки после окончания действия ПТН или после разряда узла БЭК.

Введение дополнительных признаков и использование новых свойств позволяет своевременно обнаруживать факты возникновения ПТН и оберегать АКБ от их разрушительного действия путем отключения АКБ от нагрузки и подключения узла БЭК для электропитания нагрузки на время действия ПТН. Это обеспечивает существенное (по сравнению с прототипом) повышение уровня защиты АКБ от действия ПТН, что позволяет повысить уровень работоспособности и надежности узла АКБ.

Указанные признаки и свойства позволяют существенно расширить функциональные возможности устройства-прототипа, связанные с обеспечением высокого уровня работоспособности аккумуляторной батареи путем защиты ее от пиковых токовых нагрузок.

Сочетание отличительных признаков и свойств, предлагаемого устройства защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок, из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по расширению функциональных возможностей данного устройства, связанных с повышением уровня работоспособности аккумуляторной батареи путем защиты ее от пиковых токовых нагрузок, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.

Функциональная схема устройства защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок (далее - устройство) приведена на фиг.2.

Устройство (фиг.2) состоит из датчика тока (ДТ) 2, микроконтроллера (МК) 3, аккумуляторной батареи (АКБ) 5, блока электрохимических конденсаторов (ионисторов) (БЭК) 6 и коммутатора 4, который своими с первого по четвертый портами соединен соответственно, с выходом узла БЭК 6 и первым портом узла МК 3, с узлом АКБ и вторым портом узла МК 3, с третьим портом узла МК 3 и с первым портом узла ДТ, который вторым и третьим портами соединен с нагрузкой 1 и четвертым портом узла МК 3. При этом, узел МК 3, функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ 2, идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН) 1 и отключения узла АКБ 5 от нагрузки 1 с подключением к ней через коммутатор 4 узла БЭК 6 на время действия упомянутых ПТН или до тех пор, пока выходное напряжение на узле БЭК 6 поддерживается в пределах допустимой величины, а также обратного переключения источников электропитания нагрузки 1 после окончания действия ПТН или после разряда узла БЭК 6.

Устройство (фиг.2) функционирует следующим образом. В исходном состоянии устройство работает подобно устройству-прототипу. При этом, в ионисторах, входящих в состав узла БЭК 6, обеспечивается накоплении энергии от узла АКБ 3. При включении нагрузки в виде ПУС, через узел ДТ 2 протекает ток, который измеряется узлом ДТ 2 и полученные данные поступают на узел МК 3. Узел МК 3 функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке 1 путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ 2 и идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН), превышающих допустимое/номинальное значение разрядного тока аккумуляторной батареи 5. Если значение тока, потребляемого нагрузкой 1 от АКБ 5, превысит допустимый/номинальный разрядный ток АКБ 5, то этот факт фиксируется узлом МК 3, который переключает узел коммутатора 4 таким образом, что электропитание в нагрузку 1 начинает подаеться от узла БЭК 6. Если уровень тока в нагрузке 1 снизится до номинального/допустимого значения (которое, например, меньше порогового/допустимого значения), то коммутатор 4 переводится в такое состояние, при котором узел БЭК 6 - отключается, а узел АКБ 5 - подключается обратно к нагрузке 1. Таким образом, ПТН, возникающие в нагрузке 1, своевременно обнаруживаются (идентифицируются) и их разрушающее действие на узел АКБ 5 - устраняется, поскольку требуемый ток в нагрузке 1 обеспечивается узлом БЭК 4, подключение которого происходит корректно, то есть, без разрыва энергоснабжения нагрузки 1. Ообратное переключение источников электропитания нагрузки 1 осуществляется после окончания действия ПТН или после разряда узла БЭК. После включения узла АКБ 5 в работу по обеспечению электропитанием нагрузки 1, также включается подзарядка узла БЭК 6, аналогично, как в устройстве-прототипе.

Достигаемым техническим результатом является повышение эффективности работы аккумуляторной батареи (АКБ 5), с точки зрения максимального использования ее энергоресурса/емкости и надежности функционирования, что достигается за счет снижения времени действия на АКБ 5 пиковых токовых нагрузок (ПТН), идентифицируемых с помощью узлов ДТ 2 и МК 3, действе которых на узел АКБ 5 устраняется или снижается путем отключения АКБ 5 от нагрузки 1 и обеспечения бесперебойного энергоснабжения нагрузки 1 во время действия ПТН от узла БЭК 6.

Обобщенный алгоритм функционирования устройства может быть представлен в следующем виде.

- Шаг - 1. Начало;

- Шаг - 2. Подготовка к работе: заряд узла БЭК 6 от узла АКБ 5. Включение нагрузки.

- Шаг - 3. Проверка №1: значение тока в нагрузке - допустимое? Если Да, то - возврат, если Нет, то переход к процедуре переключения источников электропитания нагрузки (ИЭН).

- Шаг - 4. Процедура переключения ИЭН: переключение коммутатора, подача энергии в нагрузку от узла БЭК 6;

- Шаг - 5. Проверка №2: значение тока в нагрузке - допустимое? Если Да, то - возврат к проверке - 1 (шаг - 3), если Нет, то переход к проверке №3 (шаг - 6);

- Шаг - 6. Проверка №3: значение напряжение на выходе узла БЭК 4 - допустимое? Если да, то возврат к проверке №2 (шаг - 5), если - Нет, то переход к процедуре подключения к нагрузке 1 узла АКБ 5 (шаг - 7).

- Шаг - 7. Процедура переключения ИЭН: переключение коммутатора, подача энергии в нагрузку от узла АКБ 5.

- Шаг - 8. Процедура подзарядки узла БЭК 6.

- Шаг - 9. Проверка №4: значение напряжение на выходе узла БЭК 4 - допустимое? Если да, то переход к шагу - 3, иначе - возврат к шагу - 8.

- Шаг - 10. Конец.

При создании предлагаемого технического решения узлы коммутатора 4, АКБ 5 и БЭК 6 могут быть аналогичными соответствующим признакам и свойствам прототипа и не требуют значительной доработки при его реализации.

Узел МК 3 может быть реализован на основе PIC-контроллеров, известных из [Л6, Л7].

Узел ДТ 2 может быть реализован на основе датчиков для измерения тока компании National Semiconductor, типа LM3824MM-1,0 [Л8], представляющих собой миниатюрные микросхемы для измерения тока с ШИМ-выходом, которые позволяют реализовать достаточно точный измеритель тока, легко сопрягаемый с микроконтроллером и избежать применения шунта и АЦП. Эти изделия отличаются тем, что содержат интегрированный токоизмерительный шунт, измеряемый ток усредняется на достаточном интервале (6-50 мс), скважность импульсов на ШИМ-выходе изменяется дискретно (количество градаций равно 1024), схема измерения чувствительна к направлению тока, протекающего через внутренний шунт, кроме того, микросхемы этого семейства могут быть включены в плюсовую цепь «верхнее включение», либо в минусовую «нижнее включение», что упрощает схемотехнические решения, используемые при реализации узла ДТ2.

Для реализации алгоритмов, необходимых для функционирования узла МК 3, могут быть использованы процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л9-Л12].

Для реализации основных узлов предлагаемого устройства могут быть также использованы решения, известные из авторских изобретений и полезных моделей [Л13-Л17].

На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель устройства защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет существенно расширить функциональные возможности известного устройства-прототипа, связанные с повышением уровня работоспособности аккумуляторной батареи путем защиты ее от пиковых токовых нагрузок.

Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.

Основные узлы предлагаемой полезной модели устройства защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов.

Производимые изделия могут быть интегрированы в системы электропитания различных устройств и систем, функционирующих в автономном режиме, который обеспечивается с помощью аккумуляторных батарей.

Таким образом, разработанное авторами техническое решение, обеспечивает успешное решение поставленной задачи, связанной с поддержкой высокого уровня работоспособности аккумуляторной батареи (АКБ) на основе эффективной ее защиты от пиковых токовых нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации технических устройств и систем, питающихся от упомянутой АКБ.

Предлагаемое устройства защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок (ПТН) будет широко востребовано для интеграции в системы энергоснабжения различной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), функционирующей в автономном режиме с электропитанием от аккумуляторных батарей (АКБ), особенно для применений, где требуется обеспечить сохранение высокого уровня работоспособности АКБ в условиях воздействия на нее ПТН, возникающим в процессе эксплуатации упомянутой РЭА.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Ультраконденсаторы (ионисторы) серии UltraCap, журнал «Компоненты для силовой электроники корпорации Epcos AG», часть 4, http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_02/stat_8.htm

2. Ионистор, http://rn.wikipedia.org/wiki

3. Справочные данные на ионисторы, http://radio.cybernet.name/cond/ion.html

4. Резервированный блок электроники для литий-ионной аккумуляторной батареи, патент на полезную модель №83657, дата публикации 10.06.2009 г.

5. Комбинированный источник бесперебойного электропитания, заявка на изобретение RU 2004138836, дата публикации 10.06.2006 г.

6. Обзор PIC-контроллеров, http://elanina.narod.ru/lanina/index.files/avrpic

7. Семейство микроконтроллеров PIC18FX5XX с поддержкой шины USB2.0, http://www.trt.ru/products/microchip/pic18_2.htm

8. Датчики для измерения тока, http://www.rtcs.ru/hwsubtype.asp?id=204

9. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менеджер сенсора», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2009610444 от 20.11.2008 г.

10. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа приема и обработки аналоговых сигналов», Свидетельство о регистрации в ФИПС РФ №2011610486 от 11.01.2011 г.

11. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менеджер преобразователя напряжения», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2008614983 от 16 октября 2008 г.

12. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа автоматизированной обработки данных», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2009613019 от 10.06.2009 г.

13. Войсковая часть 11135 (RU), Патент на изобретение №2289856 «Устройство индикации», зарегистрирован 20.12.2006 г.

14. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №98641 «Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности», зарегистрирован от 20 октября 2010 г.

15. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114226 «Устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности», зарегистрирован от 10 марта 2012 г.

16. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114227 «Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 марта 2012 г.

17. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114228 «Устройство заряда элемента аккумулятора с ограничением и сигнализацией его токовых прегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.03.2012 г.

Claims (1)

1. Устройство защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок, состоящее из аккумуляторной батареи (АКБ), батареи электрохимических конденсаторов (БЭК), блока управления (БУ) и коммутатора, который своими с первого по третий портами соединен соответственно с узлом АКБ и первым портом узла БУ, со вторым портом узла БУ и с выходом узла БЭК, и выполненное с возможностью электропитания нагрузки от узла АКБ или узла БЭК, подключаемых/переключаемых без нарушения электроснабжения упомянутой нагрузки, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введен датчик тока (ДТ), который своими с первого по третий портами соединен соответственно с нагрузкой, с четвертым портом коммутатора и с третьим портом узла БУ, который четвертым портом соединен с выходом узла БЭК, при этом узел БУ выполнен в виде микроконтроллера (МК), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока в нагрузке путем обработки сигналов, поступающих от узла ДТ, идентификации пиковых токов в нагрузке (ПТН) и синхронного с их обнаружением переключения источников электропитания нагрузки, предусматривающего отключение и подключение соответственно узла АКБ и узла БЭК на время действия ПТН или до тех пор, пока выходное напряжение на узле БЭК поддерживается в пределах допустимых значений, а также обнаружения моментов окончания ПТН для обратного переключения электроснабжения упомянутой нагрузки с узла БЭК на узел АКБ.

   

Images