RU2474832C2 - Automated system of control and diagnostics of ship-based accumulator batteries - Google Patents
Automated system of control and diagnostics of ship-based accumulator batteries Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474832C2 RU2474832C2 RU2011103036/28A RU2011103036A RU2474832C2 RU 2474832 C2 RU2474832 C2 RU 2474832C2 RU 2011103036/28 A RU2011103036/28 A RU 2011103036/28A RU 2011103036 A RU2011103036 A RU 2011103036A RU 2474832 C2 RU2474832 C2 RU 2474832C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- input
- output
- interface
- batteries
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к комплексным автоматизированным системам, а именно к системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей различных (подвижных и стационарных) объектов на базе средств вычислительной техники. Изобретение может быть использовано в различных отраслях (судостроение, энергетика, нефтеперерабатывающая промышленность и т.д.).The invention relates to integrated automated systems, and in particular to systems for monitoring the health and diagnosing malfunctions of serviced and unattended batteries of various (mobile and stationary) objects based on computer technology. The invention can be used in various industries (shipbuilding, energy, oil refining industry, etc.).
Известна система диагностики аккумуляторной батареи Battery Diagnostic System (BDS), состоящая из измерительно-коммутационного блока, вычислительного блока (персональный компьютер) и печатающего устройства (Интернет-ресурс http://overview.narod.ru/accu.htm. Особенности эксплуатации, методы содержания и диагностики новых типов аккумуляторных батарей. В.В.Косулин). Измерительно-коммутационный блок содержит измерительные аналого-цифровые преобразователи, аварийные выключатели нагрузки батареи, интерфейс на базе однокристальной микроЭВМ и светодиодную сигнализацию - "BDS-исправно", "Разряд батарей", "Авария батареи", "Критическая остаточная емкость". Такая система позволяет накапливать и анализировать информацию о состоянии батарей и выводить ее в удобном виде.A known system for diagnosing a battery Battery Diagnostic System (BDS), consisting of a measuring and switching unit, a computing unit (personal computer) and a printing device (Internet resource http://overview.narod.ru/accu.htm. Features of operation, methods contents and diagnostics of new types of rechargeable batteries. V.V.Kosulin). The measuring-switching unit contains measuring analog-to-digital converters, emergency battery load switches, an interface based on a single-chip microcomputer, and an LED alarm - “BDS-OK”, “Battery Discharge”, “Battery Alarm”, and “Critical Residual Capacity”. Such a system allows you to accumulate and analyze information about the state of the batteries and display it in a convenient form.
Недостатком системы являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие осуществлять контроль уровня и температуры электролита в банках аккумуляторной батареи, а также определять плотность электролита (являющуюся важным дополнительным параметром текущего состояния аккумулятора), значения которых необходимы для объективной оценки состояния аккумуляторной батареи как в нормальных, так и в критических режимах эксплуатации (форсированный заряд, глубокий разряд).The disadvantage of the system is the limited functionality that does not allow monitoring the level and temperature of the electrolyte in the banks of the battery, as well as determining the density of the electrolyte (which is an important additional parameter of the current state of the battery), the values of which are necessary for an objective assessment of the state of the battery in both normal and in critical operating modes (forced charge, deep discharge).
Известно также устройство для определения параметров свинцового аккумулятора, предназначенное для определения напряжения, плотности, уровня и температуры электролита, остаточной емкости и диагностического параметра свинцового аккумулятора, позволяющего оценивать сопротивление диффузии электролита и устанавливать время проведения профилактических мероприятий (перезарядки или лечебного цикла) (Патент РФ на изобретение №2127010 «Устройство для определения параметров свинцового аккумулятора» от 18.12.1995, МПК6 Н01М 10/48, G01R 31/36 и G06F 17/00, патентообладатель: Маслаков Михаил Дмитриевич).There is also known a device for determining the parameters of a lead battery, designed to determine the voltage, density, level and temperature of the electrolyte, the residual capacity and the diagnostic parameter of the lead battery, which allows to evaluate the diffusion resistance of the electrolyte and set the time for preventive measures (recharge or treatment cycle) (RF Patent for invention No. 2127010 "Device for determining the parameters of a lead battery" dated 12/18/1995, IPC6 Н01М 10/48, G01R 31/36 and G06F 17/00, patent the holder: Maslakov Mikhail).
Устройство содержит блок обработки результатов измерений с оперативной памятью, памятью программ и энергонезависимой памятью с электрическим стиранием, измеритель уровня электролита, цифровой вольтметр с аналого-цифровым преобразователем, интерфейсным блоком, модулем гальванической развязки и блоком питания. При этом ЭВМ вычисляет остаточную емкость и диагностический параметр аккумулятора по расчетным формулам.The device comprises a processing unit for the measurement results with RAM, program memory and non-volatile memory with electric erasure, an electrolyte level meter, a digital voltmeter with an analog-to-digital converter, an interface unit, a galvanic isolation module and a power supply. In this case, the computer calculates the residual capacity and the diagnostic parameter of the battery according to the calculation formulas.
Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие использовать устройство для проверки сопротивления изоляции аккумуляторов, объединенных в группы аккумуляторных батарей, а также недостаточная достоверность определения остаточной емкости аккумулятора (аккумуляторных батарей) в связи с невозможностью контроля токов нагрузки и токов заряда.The disadvantage of this device is the limited functionality that does not allow the device to be used to check the insulation resistance of batteries combined into groups of batteries, as well as the insufficient reliability of determining the residual capacity of the battery (batteries) due to the inability to control load currents and charge currents.
Известна система контроля параметров аккумуляторов и диагностирования судовых аккумуляторных батарей (Система контроля параметров аккумуляторов и диагностирования судовых аккумуляторных батарей. А.С.Дордий, В.Г.Шуляк, И.А.Еланцев, А.Ф.Горовой. - Кибернетика электрических систем: Материалы XXII сессии семинара "Диагностика электрооборудования", 25-27 сент. 2000 г. / Юж-Рос.гос.тех. ун-т. Новочеркасск: Ред. журн. "Изв. вузов. Электромеханика", 2000. С.97-98). Система состоит из ЭВМ верхнего уровня, устройства контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, включающего контроллер (блок обработки информации), датчики напряжения и тока аккумуляторной батареи, аккумуляторной батареи, подключенной через датчик тока к нагрузке и одновременно к зарядному устройству аккумуляторной батареи и включающей аккумуляторы (банки аккумуляторов), отдельные блоки подсистемы контроля параметров аккумуляторов (устройства контроля параметров аккумуляторов), установленные на каждой банке аккумуляторной батареи и объединенные в единую локальную вычислительную сеть (интерфейсная магистраль RS-232/485 или CAN-bus) с контроллером (блоком обработки информации) устройства контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи и с ЭВМ верхнего уровня, измеряющие значения напряжения аккумулятора и получающие контрольные сигналы от датчиков плотности, уровня и температуры электролита, погруженных в межэлектродное пространство аккумулятора.A known system for monitoring the parameters of batteries and diagnosing marine batteries (System for monitoring the parameters of batteries and diagnosing marine batteries. A. Dordiy, V. G. Shulyak, I. A. Elantsev, A. F. Gorova. - Cybernetics of electrical systems: Materials of the XXII session of the seminar "Diagnostics of electrical equipment", September 25-27, 2000 / South-Russian State Technical University, Novocherkassk: Editorial journal "Izv. Universities. Electromechanics", 2000. P.97- 98). The system consists of a top-level computer, a battery current and voltage control device, including a controller (information processing unit), battery voltage and current sensors, a battery connected through a current sensor to the load, and simultaneously to the battery charger and including batteries ( battery banks), individual blocks of the battery parameter monitoring subsystem (battery parameter monitoring devices) installed on each battery bank carts and integrated into a single local area network (RS-232/485 interface bus or CAN bus) with a controller (information processing unit) of the battery current and voltage control device and with a top level computer that measure the battery voltage values and receive control signals from sensors of density, level and temperature of the electrolyte immersed in the interelectrode space of the battery.
Недостатком системы является отсутствие возможности передачи необходимой информации о состоянии аккумуляторной батареи во внешнюю систему управления объектом (в том числе и для управления аккумуляторной батареей) для дистанционного контроля, отсутствие сигнализации (световой и звуковой) для привлечения внимания вахтенного персонала при возникновении аварийных ситуаций при эксплуатации аккумуляторной батареи объекта, отсутствие возможности документирования всех необходимых событий, происходящих при эксплуатации аккумуляторных батарей, а также недостаточная достоверность параметров плотности электролита в банках аккумуляторов, формируемых датчиками плотности.The disadvantage of the system is the inability to transmit the necessary information about the state of the battery to an external facility control system (including for controlling the battery) for remote monitoring, and the absence of an alarm (light and sound) to attract the attention of the watch personnel in case of emergency during battery operation the battery of the facility, the inability to document all the necessary events that occur during the operation of the battery batteries, as well as insufficient reliability of the parameters of the density of the electrolyte in the banks of the batteries formed by the density sensors.
Кроме этого в системе отсутствует возможность самоконтроля (тестирования) каналов ввода аналоговых сигналов напряжения, что существенно снижает достоверность измерения значений напряжения каждого аккумулятора в аккумуляторной батарее, значений напряжения аккумуляторной батареи в целом, определения сопротивления изоляции аккумуляторной батареи, измерения тока нагрузки и тока заряда аккумуляторной батареи.In addition, the system lacks the ability to self-control (test) the input channels of analog voltage signals, which significantly reduces the reliability of measuring the voltage values of each battery in the battery, the voltage of the battery as a whole, determining the insulation resistance of the battery, measuring the load current and battery charge current .
Известно устройство (Патент РФ №2131158 «Устройство автоматического контроля технического состояния элементов аккумуляторной батареи» от 24.12.2007, МПК6 Н01М 10/48 и G01R 31/36, патентообладатель: Кубанский государственный технологический университет (RU)).A device is known (RF Patent No. 2111158 "Device for automatic control of the technical condition of battery cells" dated 12.24.2007, MPK6 Н01М 10/48 and G01R 31/36, patent holder: Kuban State Technological University (RU)).
Сущность изобретения: емкость аккумуляторной батареи определяется путем измерения разности двух напряжений нагружаемой импульсом стабилизированного тока батареи и при ее несоответствии допустимому значению для данного типа аккумуляторной батареи по сигналу с блока управления осуществляется поэлементный контроль ее технического состояния и при необходимости ее подзаряд. Сравнение эталонной кривой с действующим значением осуществляется блоком сравнения, сигнал с которого поступает на вход блока управления. Сигналы с выхода блока управления поступают на блок коммутации и зарядное устройство. По сигналу с блока управления осуществляется подзаряд аккумулятора, признанного разряженным. После окончания заряда блок управления выдает сигнал на контроль емкости аккумуляторной батареи. Использование изобретения позволяет поддерживать АБ в готовности к применению во всех режимах работы системы автономного электроснабжения.The essence of the invention: the capacity of the battery is determined by measuring the difference between the two voltages loaded by the pulse of the stabilized current of the battery and if it does not correspond to the permissible value for this type of battery, the signal from the control unit performs step-by-step control of its technical condition and, if necessary, its recharging. The comparison of the reference curve with the actual value is carried out by the comparison unit, the signal from which is fed to the input of the control unit. The signals from the output of the control unit are sent to the switching unit and charger. At a signal from the control unit, the battery is recognized as discharged. After the charge is completed, the control unit gives a signal to monitor the battery capacity. The use of the invention allows to maintain the battery in readiness for use in all operating modes of the autonomous power supply system.
Недостатками устройства являются реализация в нем контроля только двух параметров (остаточная емкость и внутреннее сопротивление) и отсутствие возможности контроля температуры и уровня электролита в банках аккумуляторов, а также отсутствие возможности регистрации текущих параметров аккумуляторной батареи с их последующим архивированием.The disadvantages of the device are the implementation in it of monitoring only two parameters (residual capacity and internal resistance) and the inability to control the temperature and electrolyte level in the battery banks, as well as the inability to register the current parameters of the battery with their subsequent archiving.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является автоматизированная система (Патент РФ №2283504 «Автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей» от 28.06.2005, МПК G01R 31/36 (2006.01), патентообладатель: Закрытое акционерное общество «ИРИС» (RU)).The closest in technical essence to the claimed solution is an automated system (RF Patent No. 2283504 "Automated system for monitoring and diagnostics of batteries" dated 06/28/2005, IPC G01R 31/36 (2006.01), patent holder: Closed Joint-Stock Company IRIS (RU) )
Автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей состоит из ЭВМ, подключенной к внешней системе управления объектом; принтера, сигнального устройства, устройства контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, включающего блок обработки информации, датчик напряжения, датчик тока, эталонный источник напряжения; аккумуляторной батареи, подключенной через датчик тока к нагрузке и одновременно к зарядному устройству аккумуляторной батареи и включающей аккумуляторы; устройств контроля параметров аккумуляторов, установленных на каждой банке аккумуляторной батареи, датчиков уровня и температуры электролита, датчиков ЭДС аккумуляторов, установленных в межэлектродное пространство банок аккумуляторов, и эталонных источников напряжения.An automated battery monitoring and diagnostics system consists of a computer connected to an external facility control system; a printer, a signal device, a device for monitoring the current and voltage of the battery, including an information processing unit, a voltage sensor, a current sensor, a reference voltage source; a battery connected via a current sensor to the load and simultaneously to the battery charger and including batteries; devices for monitoring the parameters of batteries installed on each bank of the battery, level and temperature sensors of electrolyte, sensors EMF batteries installed in the interelectrode space of the banks of batteries, and reference voltage sources.
Преимуществом данной системы является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности результатов контроля и диагностики за счет охвата комплексной проверкой всех аккумуляторов по напряжению на банке, выделенной части аккумуляторов по ЭДС, уровню и температуре электролита, по напряжению аккумуляторной батареи в целом, по току нагрузки и току заряда аккумуляторной батареи, дополненной расчетом значений плотности электролита, сопротивления изоляции, емкости, времени до окончания разряда аккумуляторной батареи, прогнозом остаточного ресурса и срока службы аккумуляторной батареи и в связи с автоматизацией процесса эксплуатации аккумуляторных батарей в целом.The advantage of this system is the expansion of functionality and increasing the reliability of the results of monitoring and diagnostics due to the comprehensive verification of all batteries by the voltage on the bank, the selected part of the batteries by EMF, electrolyte level and temperature, by the battery voltage as a whole, by the load current and charge current the battery, supplemented by the calculation of the values of the density of the electrolyte, insulation resistance, capacity, time until the end of the discharge of the battery, prog Oz residual resource and battery life, and in connection with the automation of the process of use of the battery as a whole.
Недостатками данной системы является:The disadvantages of this system are:
- применение (помимо датчиков температуры и уровня электролита) датчиков ЭДС, требующих дополнительной доработки конструкции выделенной части банок аккумулятора (при выборочном контроле) или всех банок (при сплошном контроле) для их установки и закрепления на крышках банок;- the use (in addition to temperature and electrolyte sensors) of EMF sensors, which require additional refinement of the design of the selected part of the battery cans (for selective monitoring) or all cans (for continuous monitoring) for their installation and fixing on the lids of the cans;
- погружение в межэлектродное пространство банки дополнительных измерительных элементов, в общем случае несколько снижающих надежность работы аккумулятора;- immersion in the interelectrode space of the can of additional measuring elements, in the general case, slightly reducing the reliability of the battery;
- отсутствие контроля и оперативного оповещения эксплуатационного персонала о предельном понижении напряжения на борнах аккумуляторов в процессе разряда, что может привести к так называемому глубокому разряду с необратимым повреждением пластин в банках аккумуляторов;- the lack of control and operational notification of operating personnel about the maximum decrease in voltage on the battery burners during the discharge process, which can lead to the so-called deep discharge with irreversible damage to the plates in the battery banks;
- отсутствие контроля и оперативного оповещения эксплуатационного персонала о предельно низком или о предельно высоком уровне электролита в банках аккумулятора, то есть о событиях, являющихся потенциально взрывопожароопасными для объекта базирования;- lack of control and operational notification of operating personnel about the extremely low or extremely high level of electrolyte in the banks of the battery, that is, about events that are potentially explosive and fire hazardous to the home base;
- использование эксплуатационным персоналом для управления системой компьютерной клавиатуры (в составе ЭВМ) с контактным принципом действия, являющейся ненадежным компонентом;- use by operating personnel to control the computer keyboard system (as part of a computer) with a contact operating principle, which is an unreliable component;
- отсутствие возможности ведения электронного паспорта аккумуляторной батареи с представлением текущих параметров аккумуляторной батареи в реальном масштабе времени, а также с систематизированными данными по аккумуляторной батарее в течение всего срока ее службы.- the lack of the ability to maintain an electronic passport of the battery with the presentation of the current parameters of the battery in real time, as well as with systematized data on the battery throughout its life.
Техническим результатом, достигаемым данным изобретением, является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности результатов контроля и диагностики за счет охвата комплексной проверкой всех аккумуляторов по напряжению на банке, выделенной части аккумуляторов по ЭДС, уровню и температуре электролита, по напряжению аккумуляторной батареи в целом, по току нагрузки и току заряда аккумуляторной батареи, дополненной расчетом значений плотности электролита, сопротивления изоляции, емкости, времени до окончания разряда аккумуляторной батареи, прогнозом остаточного ресурса и срока службы аккумуляторной батареи и в связи с автоматизацией процесса эксплуатации аккумуляторных батарей в целом.The technical result achieved by this invention is to expand the functionality and increase the reliability of the results of monitoring and diagnostics due to a comprehensive check of all batteries by voltage on the bank, the selected part of the batteries by EMF, electrolyte level and temperature, by the voltage of the battery as a whole, by current load and battery charge current, supplemented by calculation of electrolyte density, insulation resistance, capacity, time to discharge battery, the forecast of residual life and service life of the battery and in connection with the automation of the operation of batteries in general.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей автоматизированной системы для повышения достоверности результатов комплексной проверки аккумуляторной батареи корабельного базирования в автоматизированном режиме (контроль работоспособности батареи и диагностика неисправностей ее составных частей) и повышение надежности работы аккумуляторной батареи.The aim of the invention is to expand the functionality of an automated system to increase the reliability of the results of a comprehensive check of a ship-based battery in an automated mode (monitoring the battery and diagnosing malfunctions of its components) and improving the reliability of the battery.
Поставленная цель достигается тем, что в автоматизированную систему контроля и диагностики аккумуляторных батарей корабельного базирования, содержащую сигнальное устройство, внешнюю систему управления объектом (в том числе и управления зарядом-разрядом аккумуляторной батареи), шину информационного обмена на базе интерфейса MIL-STD-1553В, устройство сопряжения, адаптер интерфейса MIL-STD-1553B, принтер; выход устройства сопряжения подключен к входу сигнального устройства, адаптер интерфейса MIL-STD-1553B через шину информационного обмена на базе интерфейса MIL-STD-1553B подключен к внешней системе управления объектом;This goal is achieved by the fact that in an automated monitoring and diagnostics system for ship-based batteries containing a signal device, an external facility control system (including charge-discharge control of the battery), an information exchange bus based on the MIL-STD-1553V interface, interface device, interface adapter MIL-STD-1553B, printer; the output of the interface device is connected to the input of the signaling device, the adapter of the MIL-STD-1553B interface is connected to the external object management system via the data exchange bus based on the MIL-STD-1553B interface;
ЭВМ, состоящую из одноплатной ЭВМ и адаптера интерфейса CAN-bus, первый вход-выход одноплатной ЭВМ, являющийся одновременно первым входом-выходом ЭВМ, подключен к адаптеру интерфейса MIL-STD-1553B, выход одноплатной ЭВМ, являющийся одновременно выходом ЭВМ подключен к принтеру, второй вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus, являющийся одновременно вторым входом-выходом ЭВМ, образует интерфейсную магистраль CAN-bus; устройство контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, содержащее датчики напряжения и тока, эталонный источник напряжения и блок обработки информации, состоящий из памяти энергонезависимой, часов реального времени, микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, первого и второго устройства сопряжения, при этом вход-выход памяти энергонезависимой и выход часов реального времени блока обработки информации подключены соответственно к первому входу-выходу и первому входу микроконтроллера, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus подключен ко второму входу-выходу микроконтроллера, выходы первого и второго устройства сопряжения подключены соответственно ко второму и третьему входам микроконтроллера, выход микроконтроллера, являющийся одновременно выходом блока обработки информации, подключен к устройству сопряжения, второй вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus, являющийся одновременно входом-выходом блока обработки информации, образует интерфейсную магистраль CAN-bus, входы первого и второго устройства сопряжения являются одновременно первым и вторым входами блока обработки информации, четвертый вход микроконтроллера является одновременно третьим входом блока обработки информации; аккумуляторную батарею, включающую первый, второй,… и «n»-й аккумулятор, первый, второй, … и «n»-й эталонные источники напряжения, первое, второе, … и «n»-е устройства контроля параметров аккумуляторов, установленные непосредственно на верхнюю часть банки каждого аккумулятора аккумуляторной батареи и состоящие из памяти энергонезависимой, часов реального времени, адаптера интерфейса CAN-bus, микроконтроллера, второго устройства сопряжения и блока питания, причем вход-выход памяти энергонезависимой и выход часов реального времени подключены соответственно к первому входу-выходу и первому входу микроконтроллера, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus подключен ко второму входу-выходу микроконтроллера, выход второго устройства сопряжения подключен к третьему входу микроконтроллера, второй вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus, являющиеся одновременно входом-выходом первого, второго,… и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов, образуют интерфейсную магистраль CAN-bus, первый и второй входы второго устройства сопряжения являются одновременно третьим и четвертым входами первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов, выход блок питания подключен к входам (обеспечивающим питание) адаптера интерфейса CAN-bus, микроконтроллера и второго устройства сопряжения; первый, второй, … и «n»-й датчик уровня и температуры электролита, помещенные в межэлектродное пространство банок аккумуляторов; ко второму входу-выходу ЭВМ через интерфейсную магистраль CAN-bus подключены входы-выходы блока обработки информации и входы-выходы первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов, к первому входу блока обработки информации подключен выход датчика напряжения, ко второму входу - второй информационный выход датчика тока, к третьему - выход эталонного источника напряжения, первый, второй, … и «n»-й аккумуляторы соединены в аккумуляторную батарею последовательно (отрицательный борн первого аккумулятора подсоединен к положительному борну второго и т.д.), положительный борн первого аккумулятора подключен к входу датчика тока, выход датчика тока подключен к первому входу датчика напряжения и положительному полюсу нагрузки и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи корабельной электроэнергетической системы, отрицательный борн «n»-го аккумулятора подключен к третьему входу датчика напряжения и отрицательному полюсу нагрузки (и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи) корабельной электроэнергетической системы, ко второму входу датчика напряжения подключен корпус объекта, к третьим входам первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно первый, второй, … и «n»-й эталонные источники напряжения, к четвертым входам -соответственно по паре положительных и отрицательных борнов первого, второго, … и «n»-го аккумуляторов введены блок контроля предельно низкого значения напряжения на борнах аккумуляторов аккумуляторной батареи, блок контроля предельно низкого и предельно высокого значения уровня электролита в банках аккумуляторов аккумуляторной батареи, сенсорный экран, блок организации интеллектуального информационного обмена с блоком обработки информации и с устройствами контроля параметров аккумуляторов и блок ведения электронного паспорта аккумуляторной батареи, подключенные соответственно ко второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входу-выходу одноплатной ЭВМ, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus (из состава ЭВМ) подключен ко второму входу-выходу блока организации интеллектуального информационного обмена с блоком обработки информации и с устройствами контроля параметров аккумуляторов; в состав первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов введено первое устройство сопряжения, выход первого устройства сопряжения подключен ко второму входу микроконтроллера, первый и второй входы первого устройства сопряжения являются одновременно первым и вторым входами первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов, второй вход второго устройства сопряжения первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов объединен с входом блока питания, выход которого подключен к входу (обеспечивающему питание) первого устройства сопряжения, к первым и вторым входам первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно первые и вторые выходы первого, второго, … и «n»-го датчика уровня и температуры электролита.A computer consisting of a single-board computer and a CAN-bus interface adapter, the first input-output of a single-board computer, which is simultaneously the first input-output of a computer, is connected to the adapter of the MIL-STD-1553B interface, the output of a single-board computer, which is simultaneously the output of a computer, is connected to the printer, the second input-output of the CAN-bus interface adapter, which is also the second computer input-output, forms the CAN-bus interface; a battery current and voltage monitoring device comprising voltage and current sensors, a reference voltage source and an information processing unit consisting of a non-volatile memory, a real-time clock, a microcontroller, a CAN-bus interface adapter, a first and second interface device, with input and output non-volatile memory and real-time clock output of the information processing unit are connected respectively to the first input-output and the first input of the microcontroller, the first input-output of the CAN-bus interface adapter connected to the second input-output of the microcontroller, the outputs of the first and second interfaces are connected respectively to the second and third inputs of the microcontroller, the output of the microcontroller, which is simultaneously the output of the information processing unit, is connected to the interface, the second input-output of the CAN-bus interface adapter, which is simultaneously input-output of the information processing unit, forms the CAN-bus interface, the inputs of the first and second interface devices are simultaneously the first and second inputs of the block Single information processing, the fourth input of the microcontroller is also the third input information processing unit; a battery including the first, second, ... and the "n" -th battery, the first, second, ... and the "n" -th standard voltage sources, the first, second, ... and the "n" -th battery monitoring devices installed directly to the top of the banks of each battery of the battery and consisting of a non-volatile memory, a real-time clock, a CAN-bus interface adapter, a microcontroller, a second interface device and a power supply, the non-volatile memory input and output and the real-time clock output s respectively to the first input-output and the first input of the microcontroller, the first input-output of the CAN-bus interface adapter is connected to the second input-output of the microcontroller, the output of the second interface device is connected to the third input of the microcontroller, the second input-output of the CAN-bus interface adapter, which are simultaneously the input-output of the first, second, ... and "n" -th battery parameter monitoring devices form the CAN-bus interface, the first and second inputs of the second interface are simultaneously the third and fourth m inputs of the first, second, ... and "n" -th device for monitoring the parameters of the batteries, the output of the power supply is connected to the inputs (providing power) of the CAN-bus interface adapter, microcontroller and the second interface device; the first, second, ... and the "n" -th electrolyte level and temperature sensor, placed in the interelectrode space of the battery banks; the inputs-outputs of the information processing unit and the inputs and outputs of the first, second, ... and "n" -th battery control parameters are connected to the second input-output of the computer via the CAN-bus interface, the voltage sensor output is connected to the first input of the information processing unit, to the second input - the second information output of the current sensor, to the third - the output of the reference voltage source, the first, second, ... and the "n" th batteries are connected in series to the battery (the negative bourne of the first battery is connected to positive bourne of the second, etc.), the positive bourne of the first battery is connected to the input of the current sensor, the output of the current sensor is connected to the first input of the voltage sensor and the positive pole of the load and at the same time the battery charger of the ship’s electric power system, negative bourne of the “n” the battery is connected to the third input of the voltage sensor and the negative pole of the load (and at the same time the battery charger) of the ship electric power system, w the input of the voltage sensor is connected to the housing of the object, to the third inputs of the first, second, ... and "n" -th device for monitoring the parameters of the batteries are connected, respectively, the first, second, ... and "n" -th reference voltage sources, to the fourth inputs, respectively, in pairs positive and negative bourns of the first, second, ... and "n" -th batteries introduced a control unit for the extremely low voltage value on the Born batteries of the rechargeable battery, a control unit for the extremely low and extremely high value of the electro level ita in the battery banks of the rechargeable battery, a touch screen, an intelligent data exchange organization unit with an information processing unit and with battery parameter monitoring devices and an electronic passport battery maintenance unit connected to a second, third, fourth, fifth and sixth input-output of a single-board computer, respectively , the first input-output of the CAN-bus interface adapter (from the computer) is connected to the second input-output of the block of intellectual information exchange with the block m information processing and control parameters of battery devices; the first, second, ... and "n" -th battery parameter monitoring devices incorporate the first interface device, the output of the first interface device is connected to the second input of the microcontroller, the first and second inputs of the first interface device are simultaneously the first and second inputs of the first, second, ... and the "n" -th device for monitoring the parameters of the batteries, the second input of the second interface device of the first, second, ... and the "n" -th device for controlling the parameters of the batteries is combined with the input of the power supply, the output of which connected to the input (providing power) of the first interface device, to the first and second inputs of the first, second, ... and "n" -th device for monitoring the parameters of the batteries are connected, respectively, the first and second outputs of the first, second, ... and "n" -th level sensors and electrolyte temperature.
Кроме этого в автоматизированной системе контроля и диагностики аккумуляторных батарей корабельного базирования микроконтроллер первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумулятора выполнен с возможностью определения значения ЭДС первого, второго, … и «n»-го аккумуляторов по команде от ЭВМ с помощью устройства сопряжения первого, второго, … и «n»-го устройства контроля параметров аккумулятора, осуществляющего измерение значения напряжения на борнах первого, второго, и «n»-го аккумулятора в момент отключения аккумуляторной батареи от нагрузки (и одновременно от зарядного устройства аккумуляторной батареи) корабельной электроэнергетической системы, а шина информационного обмена и соединенный с ней адаптер интерфейса выполнены на базе одного из интерфейсов: RS-232, RS-485, CAN-bus 2.0 и Ethernet.In addition, in an automated ship-based battery monitoring and diagnostic system, the microcontroller of the first, second, ... and "n" -th battery parameter control devices is configured to determine the EMF of the first, second, ... and "n" -th batteries by a command from a computer using the interface device of the first, second, ... and "n" -th device for monitoring the parameters of the battery, which measures the voltage on the first, second, and "n" -th batteries at the time of disconnecting the battery yatornoy battery from the load (and also from the battery charger) the ship's power system, and a tire information exchange and connected to it the interface adapter is carried out on the basis of one of the interfaces: RS-232, RS-485, CAN-bus 2.0 and Ethernet.
Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемой автоматизированной системе реализованы такие функциональные возможности, которые обеспечивают повышенную достоверность результатов контроля работоспособности и диагностики неисправностей за счет охвата комплексной проверкой всех банок аккумуляторной батареи: по напряжению и по ЭДС на каждой банке, по уровню и температуре электролита в каждой банке, а также по напряжению аккумуляторной батареи в целом, по току нагрузки и току заряда аккумуляторной батареи. Кроме этого системой осуществляется контроль в реальном масштабе времени с оперативным оповещением эксплуатационного персонала о фактах предельного понижения в процессе разряда напряжения на борнах аккумуляторов и предельно низкого или предельно высокого уровня электролита в банках аккумулятора, а также реализовано ведение электронного паспорта аккумуляторной батареи в течение всего срока ее службы. Причем обеспечение контроля функционирования предлагаемой автоматизированной системы производится с минимальным «вмешательством» в конструкцию аккумуляторной батареи, так как в межэлектродное пространство банок аккумуляторов устанавливается только по одному датчику уровня и температуры электролита, что наряду с повышением достоверности результатов контроля работоспособности и диагностики неисправностей обеспечивает повышение надежности работы аккумуляторной батареи корабельного базирования в целом.The essence of the invention lies in the fact that the proposed automated system implements such functionality that provides increased reliability of the results of health monitoring and troubleshooting due to comprehensive verification of all cans of the battery: voltage and EMF on each bank, electrolyte level and temperature in each bank, as well as the voltage of the battery as a whole, the load current and the charge current of the battery. In addition, the system monitors in real time with operational notification of operating personnel about the facts of the maximum decrease in voltage during the discharge of batteries and the extremely low or extremely high level of electrolyte in the banks of the battery, as well as the electronic passport of the battery is maintained throughout its life service. Moreover, the functioning of the proposed automated system is controlled with minimal “interference” in the design of the battery, since only one electrolyte level and temperature sensor is installed in the interelectrode space of the battery banks, which, along with increasing the reliability of the results of operability monitoring and fault diagnosis, provides increased reliability ship-based battery in general.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.
На фиг.1 представлена функционально-структурная схема автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей корабельного базирования.Figure 1 presents the functional structural diagram of an automated system for monitoring and diagnosing ship-based batteries.
На фиг.2 представлена функционально-структурная схема ЭВМ.Figure 2 presents the functional structural diagram of a computer.
На фиг.3 представлена функционально-структурная схема блока обработки информации.Figure 3 presents the functional structural diagram of the information processing unit.
На фиг.4 представлена функционально-структурная схема устройства контроля параметров аккумуляторов.Figure 4 presents the functional structural diagram of a device for monitoring the parameters of the batteries.
Согласно фиг.1 автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей корабельного базирования содержит сигнальное устройство 1, внешнюю систему управления объектом 2, шину информационного обмена на базе интерфейса MIL-STD-1553B 3, устройство сопряжения 4, адаптер интерфейса MIL-STD-1553В 5, ЭВМ 6, принтер 7, устройство контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи 8, блок обработки информации 9, интерфейсную магистраль CAN-bus 10, датчик напряжения 11, эталонный источник напряжения 12, аккумуляторную батарею 13, первое 14, второе 15, … и «n»-е 16 устройство контроля параметров аккумуляторов, датчик тока 17, первый 18, второй 19, … и «n»-й 20 эталонные источники напряжения, первый 21, второй 22, … и «n»-й 23 аккумулятор, первый 24, второй 25, … и «n»-й 26 датчик уровня и температуры электролита.According to Fig. 1, an automated ship-based battery monitoring and diagnostic system contains a signal device 1, an external object control system 2, an information exchange bus based on the MIL-STD-1553B 3 interface, an interface device 4, an MIL-STD-
Выход устройства сопряжения 4 подключен к входу сигнального устройства 1, адаптер интерфейса MIL-STD-1553B 5 через шину информационного обмена на базе интерфейса MIL-STD-1553B 3 подключен к внешней системе управления объектом 2.The output of the interface device 4 is connected to the input of the signal device 1, the adapter of the MIL-STD-
Первый вход-выход ЭВМ 6 подключен к адаптеру интерфейса MIL-STD-1553B 5, выход ЭВМ 6 подключен к принтеру 7, второй вход-выход ЭВМ 6 образует интерфейсную магистраль CAN-bus 10.The first input-output of the
Устройство контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи 8 содержит датчики напряжения 11 и тока 17, эталонный источник напряжения 12 и блок обработки информации 9. Выход блока обработки информации 9 подключен к устройству сопряжения 4, вход-выход блока обработки информации 9 образует интерфейсную магистраль CAN-bus 10.The device for monitoring the current and voltage of the battery 8 contains
Аккумуляторная батарея 13 включает первый 21, второй 22, … и «n»-й 23 аккумулятор, первый 18, второй 19, … и «n»-й 20 эталонные источники напряжения, первое 14, второе 15, … и «n»-е 16 устройства контроля параметров аккумуляторов, первый 24, второй 25, … и «n»-й 26 датчик уровня и температуры электролита.Battery 13 includes the first 21, second 22, ... and the "n" th 23 battery, the first 18, the second 19, ... and the "n" th 20 standard voltage sources, the first 14, second 15, ... and "n" - e 16 devices for monitoring the parameters of the batteries, the first 24, the second 25, ... and the "n" -th 26 sensor level and temperature of the electrolyte.
Входы-выходы первого 14, второго 15, … и «n»-го 16 устройства контроля параметров аккумуляторов образуют интерфейсную магистраль CAN-bus 10.The inputs and outputs of the first 14, second 15, ... and “n” th 16 of the battery parameter monitoring device form the CAN-
Ко второму входу-выходу ЭВМ 6 через интерфейсную магистраль CAN-bus 10 подключены входы-выходы блока обработки информации 9 и входы-выходы первого 14, второго 15, … и «n»-го 16 устройства контроля параметров аккумуляторов, к первому входу блока обработки информации 9 подключен выход датчика напряжения 11, ко второму входу - второй информационный выход датчика тока 17, к третьему - выход эталонного источника напряжения 12, первый 21, второй 22, … и «n»-й 23 аккумуляторы соединены в аккумуляторную батарею 13 последовательно (отрицательный борн первого 21 аккумулятора подсоединен к положительному борну второго 22 и т.д.), положительный борн первого аккумулятора 21 подключен к входу датчика тока 17, выход датчика тока 17 подключен к первому входу датчика напряжения 11 и положительному полюсу нагрузки и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи корабельной электроэнергетической системы, отрицательный борн «n»-го аккумулятора 23 подключен к третьему входу датчика напряжения 11 и отрицательному полюсу нагрузки (и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи) корабельной электроэнергетической системы, ко второму входу датчика напряжения 11 подключен корпус объекта, к первым и вторым входам первого 14, второго 15, … и «n»-го 16 устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно первые и вторые выходы первого 24, второго 25, … и «n»-го 26 датчика уровня и температуры электролита, к третьим входам - соответственно первый 18, второй 19, … и «n»-й 20 эталонные источники напряжения, к четвертым входам - соответственно по паре положительных и отрицательных борнов первого 21, второго 22, … и «n»-го 23 аккумуляторов.The inputs / outputs of the
Согласно фиг.2 ЭВМ 6 (фиг.1) состоит из одноплатной ЭВМ 27, адаптера интерфейса CAN-bus 33, а также блока контроля предельно низкого значения напряжения на борнах аккумуляторов аккумуляторной батареи 28, блока контроля предельно низкого и предельно высокого значения уровня электролита в банках аккумуляторов аккумуляторной батареи 29, сенсорного экрана 30, блока организации интеллектуального информационного обмена с блоком обработки информации и с устройствами контроля параметров аккумуляторов 31 и блока ведения электронного паспорта аккумуляторной батареи 32, подключенных соответственно ко второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входу-выходу одноплатной ЭВМ 27. Первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus 33 подключен ко второму входу-выходу блока организации интеллектуального информационного обмена с блоком обработки информации и с устройствами контроля параметров аккумуляторов 31.According to figure 2, the computer 6 (figure 1) consists of a single-
Согласно фиг.3 блок обработки информации 9 (фиг.1) состоит из памяти энергонезависимой 34, часов реального времени 35, микроконтроллера 36, адаптера интерфейса CAN-bus 37, первого 38 и второго 39 устройства сопряжения. Причем вход-выход памяти энергонезависимой 34 и выход часов реального времени 35 блока обработки информации 9 подключены соответственно к первому входу-выходу и первому входу микроконтроллера 36, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus 37 подключен ко второму входу-выходу микроконтроллера 36, выходы первого 38 и второго 39 устройства сопряжения подключены соответственно ко второму и третьему входам микроконтроллера 36.According to figure 3, the information processing unit 9 (figure 1) consists of a
Согласно фиг.4 устройство контроля параметров аккумуляторов 14, 15 и 16 (фиг.1) состоит из памяти энергонезависимой 40, часов реального времени 41, адаптера интерфейса CAN-bus 42, микроконтроллера 43, первого 44 и второго 45 устройства сопряжения и блока питания 46. Причем вход-выход памяти энергонезависимой 40 и выход часов реального времени 41 подключены соответственно к первому входу-выходу и первому входу микроконтроллера 43, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus 42 подключен ко второму входу-выходу микроконтроллера 43, выходы первого 44 и второго 45 устройства сопряжения подключены соответственно ко второму и третьему входам микроконтроллера 43. Блок питания 46 обеспечивает питание адаптера интерфейса CAN-bus 42, микроконтроллера 43, первого 44 и второго 45 устройства сопряжения.According to figure 4, the battery monitoring device 14, 15 and 16 (figure 1) consists of a
Автоматизированная система работает следующим образом.Automated system operates as follows.
1. Устройства контроля параметров аккумуляторов 14-16 установлены непосредственно на верхнюю часть банки каждого аккумулятора 21-23, подключены к положительным и отрицательным борнам аккумуляторов 21-23 и постоянно находятся в работе. Устройства контроля параметров аккумуляторов 14-16 являются аппаратно-программными средствами самого нижнего (третьего) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей с программами, установленными в памяти энергонезависимой 40 и после подачи питания загружаемыми в оперативную память микроконтроллера 43.1. The control parameters of the batteries 14-16 are installed directly on the upper part of the banks of each battery 21-23, connected to the positive and negative bourne of the batteries 21-23 and are constantly in operation. The battery monitoring devices 14-16 are hardware and software of the lowest (third) level of an automated battery monitoring and diagnostics system with programs installed in
Устройства контроля параметров аккумуляторов 14-16 обеспечивают выполнение следующих функций:The battery monitoring devices 14-16 provide the following functions:
- периодический опрос датчиков уровня и температуры электролита 24-26 (в датчиках 24-26 конструктивно объединены два измерительных элемента, каждый из которых имеет свой выход, в частности элемент, контролирующий температуру, формирует информацию о значении температуры электролита на первом выходе датчиков уровня и температуры электролита 24-26, а элемент, контролирующий уровень электролита - на втором выходе), помещенных в межэлектродное пространство банок аккумуляторов 21-23;- periodic interrogation of the level and temperature sensors of the electrolyte 24-26 (in the sensors 24-26 two measuring elements are structurally combined, each of which has its own output, in particular, the temperature control element generates information about the value of the electrolyte temperature at the first output of the level and temperature sensors electrolyte 24-26, and the element that controls the level of electrolyte at the second output), placed in the interelectrode space of the battery banks 21-23;
- периодический контроль значений напряжения на клеммах аккумуляторов 21-23;- periodic monitoring of voltage values at the terminals of the batteries 21-23;
- при отключении аккумуляторной батареи 13 от нагрузки (или от зарядного устройства) контроль (по команде от внешней системы управления 2) значений ЭДС аккумуляторов 21-23;- when the battery 13 is disconnected from the load (or from the charger), control (by command from an external control system 2) of the EMF values of the batteries 21-23;
- периодическое тестирование каналов измерения напряжения и ЭДС от эталонных источников напряжения 18-20;- periodic testing of channels for measuring voltage and EMF from standard voltage sources 18-20;
- расчет плотности электролита в каждой банке аккумулятора 21-23;- calculation of the density of the electrolyte in each bank of the battery 21-23;
- перерасчет плотности электролита на номинальный уровень и температуру электролита для каждой банки аккумулятора 21-23;- recalculation of electrolyte density at the nominal level and temperature of the electrolyte for each battery bank 21-23;
- первичная обработка контрольной информации для среднего (второго) и верхнего (первого) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей;- primary processing of control information for the middle (second) and upper (first) level of an automated system for monitoring and diagnosing batteries;
- передача контрольной информации на средний (второй) и верхний (первый) уровень по интерфейсной магистрали CAN-bus 10.- transfer of control information to the middle (second) and upper (first) level via the CAN-
Расчет плотности электролита (являющегося важным дополнительным параметром текущего состояния аккумулятора) в теории электрохимии выполняется по известному значению ЭДС аккумулятора по классической эмпирической формуле (см. Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика, М.: Энергоиздат, 1991):The calculation of the density of the electrolyte (which is an important additional parameter of the current state of the battery) in the theory of electrochemistry is carried out according to the known value of the emf of the battery according to the classical empirical formula (see Korovin N.V. Electrochemical energy, M .: Energoizdat, 1991):
начальная плотность=(ЭДС-0,84)×температурный коэффициент.initial density = (EMF-0.84) × temperature coefficient.
В предлагаемой системе для уменьшения погрешности вычисления значения текущей плотности при расчете плотности электролита в каждой банке аккумулятора 21-23, выполняемом в микроконтроллере 43 устройства контроля параметров аккумуляторов 14-16, производится корректировочная поправка по уровню и температуре электролита. Кроме этого в ЭВМ 6 при уточнении значений плотности электролита по данным, полученным от устройства контроля параметров аккумуляторов 14-16, используется также поправка, учитывающая уникальные характеристики каждого конкретного аккумулятора в виде аппроксимирующей зависимости ареометрической плотности электролита от текущей емкости аккумулятора, которая предварительно получена эксплуатационным персоналом при проведении регламентных работ по техническому обслуживанию аккумуляторной батареи 13 и зафиксирована в блоке ведения электронного паспорта аккумуляторной батареи 32 ЭВМ 6.In the proposed system, in order to reduce the error in calculating the current density value when calculating the electrolyte density in each battery bank 21-23, performed in the
Значение ЭДС аккумулятора определяется путем измерения значения напряжения на штатных борнах аккумуляторов 21-23 при разомкнутой цепи. Данный режим при эксплуатации аккумуляторной батареи 13 на отдельных объектах зачастую является недопустимым. Однако, если размыкание цепи аккумуляторной батареи 13 (отключении от нагрузки или от зарядного устройства) электроэнергетической системой объекта все же произведено, ЭВМ 6, получившая информацию из внешней системы управления объектом 2 о вынужденном отключении аккумуляторной батареи 13, выдает, в свою очередь, команду микроконтроллеру 43 устройств контроля параметров аккумулятора 14-16 на выполнение измерения значения напряжения (эквивалентного в данном случае значению ЭДС) на борнах аккумуляторов 14 с помощью устройства сопряжения 45. Отметим, что на объектах, имеющих по две (основная и резервная) аккумуляторные батареи, размыкание цепи одной из аккумуляторных батарей для определения значения ЭДС аккумулятора с целью последующего расчета такого важного параметра аккумуляторов, как плотность электролита, является уже вполне возможным, что значительно повышает эффективность и достоверность результатов работы в целом предлагаемой системы.The EMF value of the battery is determined by measuring the voltage value on the standard Bourne batteries 21-23 with an open circuit. This mode when operating the battery 13 at individual sites is often unacceptable. However, if the opening of the battery 13 circuit (disconnection from the load or from the charger) by the electric power system of the object is still performed, the
2. Блок обработки информации 9 является аппаратно-программным средством среднего (второго) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей с программами, установленными в памяти энергонезависимой 34. После включения электропитания происходит загрузка программ в оперативную память микроконтроллера 36 блока обработки информации 9.2. The
Блок обработки информации 9 обеспечивает выполнение следующих функций:The
- опрос датчика напряжения 11;- interrogation of the
- расчет сопротивления изоляции аккумуляторной батареи 13;- calculation of the insulation resistance of the battery 13;
- опрос датчика тока 17;- interrogation of the
- периодическое тестирование каналов измерения напряжения от эталонного источника напряжения 12;- periodic testing of voltage measurement channels from a
- определение, в каком из трех режимов находится аккумуляторная батарея 13:- determining which of the three modes is the battery 13:
разряд, заряд или контроль ЭДС (контроль значения напряжения в разомкнутой цепи);discharge, charge or EMF control (open circuit voltage value control);
- расчет зарядной емкости аккумуляторной батареи 13;- calculation of the charging capacity of the battery 13;
- расчет разрядной емкости аккумуляторной батареи 13;- calculation of the discharge capacity of the battery 13;
- прогноз остаточной емкости и времени до окончания разряда аккумуляторной батареи 13;- forecast residual capacity and time until the end of the discharge of the battery 13;
- прогноз остаточного ресурса и срока службы аккумуляторной батареи 13;- forecast residual life and service life of the battery 13;
- первичная обработка контрольной информации для нижнего (третьего) и верхнего (первого) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей;- primary processing of control information for the lower (third) and upper (first) levels of an automated system for monitoring and diagnosing batteries;
- передача обработанной контрольной информации на нижний (третий) уровень в устройства контроля параметров аккумуляторов 14-16 и на верхний (первый) уровень в ЭВМ 6 по интерфейсной магистрали CAN-bus 10;- transfer of the processed control information to the lower (third) level in the battery monitoring device 14-16 and to the upper (first) level in the
- формирование сигнала эксплуатационному персоналу объекта об аварийных ситуациях, происходящих с аккумуляторной батареей 13 через устройство сопряжения 4 с помощью сигнального устройства 1.- the formation of a signal to the operating personnel of the object about emergency situations occurring with the battery 13 through the interface device 4 using the signal device 1.
3. ЭВМ 6 является аппаратно-программным средством верхнего (первого) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей с программами, установленными в одноплатной ЭВМ 27. После включения электропитания ЭВМ 6 происходит инициализация одноплатной ЭВМ 27 в ЭВМ 6.3.
ЭВМ 6 обеспечивает выполнение следующих функций:
- калибровка каналов измерения напряжения в устройствах контроля параметров аккумуляторов 14-16 (калибровка измерительных аналого-цифровых преобразователей, встроенных в микроконтроллер 43 устройств контроля параметров аккумуляторов 14-16) на основе оценки значений заранее известных значений напряжения от эталонных источников напряжения 18-20;- calibration of voltage measurement channels in battery control devices 14-16 (calibration of analog-to-digital converters built into the
- калибровка каналов измерения напряжения в блоке обработки информации 9 (калибровка измерительных аналого-цифровых преобразователей, встроенных в микроконтроллер 36 блока обработки информации 9) на основе оценки заранее известного значения напряжения от эталонного источника напряжения 12;- calibration of voltage measurement channels in the information processing unit 9 (calibration of measuring analog-to-digital converters built into the
- формирование с помощью блока контроля 28 сигналов о достижении предельно низкого значения напряжения на борнах аккумуляторов 14-16 аккумуляторной батареи 13;- the formation using the
- формирование с помощью блока контроля 29 сигналов о достижении предельно низкого и предельно высокого значения уровня электролита в банках аккумуляторов 14-16 аккумуляторной батареи 13;- the formation using the
- формирование интерактивного информационно-управляющего интерфейса оператора (ввод исходных данных, ввод команд и запросов, вывод знако-символьной и графической информации, вывод предупредительных и аварийных сообщений о техническом состоянии аккумуляторной батареи 13 и т.д.), реализуемого на базе широких возможностей сенсорного экрана 30;- the formation of an interactive information-control interface of the operator (input of initial data, input of commands and queries, output of familiar character and graphic information, output of warning and alarm messages about the technical condition of battery 13, etc.), implemented on the basis of wide
- организацию с помощью блока 31 так называемого интеллектуального информационного обмена с блоком обработки информации 9 и с устройствами контроля параметров аккумуляторов 14-16;- the
- планирование мероприятий по техническому обслуживанию аккумуляторной батареи 13;- planning measures for maintenance of the battery 13;
- выдача в наглядном (графическом, знако-символьном) и текстовом виде рекомендаций оператору по оптимальному использованию аккумуляторной батареи 13 на сенсорный экран 30;- issuance of visual (graphic, sign-symbolic) and textual recommendations to the operator on the optimal use of the battery 13 on the
- ведение с помощью блока 32 электронного паспорта, фиксирующего в реальном масштабе времени весь комплекс технических параметров для каждого из аккумуляторов 14-16, а также накопление статистических данных по аккумуляторной батарее 13 в целом за весь период срока ее службы (количество зарядов и разрядов, сумма наработки в условно полных циклах, остаточная емкость аккумуляторной батареи 13, сведения о выявленных неисправностях в аккумуляторной батарее 13 и непосредственно в составных частях автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей, количество электричества, полученное аккумуляторной батареей 13 за заряд или полученной нагрузкой от аккумуляторной батареи 13 за разряд, и т.д.);- maintaining using
- формирование и распечатка необходимых протоколов и наглядных графических материалов (графики, гистограммы, картограммы и т.д.) с помощью принтера 7;- the formation and printing of the necessary protocols and visual graphic materials (graphs, histograms, cartograms, etc.) using the
- передача контрольной информации во внешнюю систему управления объектом 2 по шине информационного обмена на базе интерфейса MIL-STD-1553B 3.- transfer of control information to an external object management system 2 via the information exchange bus based on the MIL-STD-1553B 3 interface.
Суть интеллектуального информационного обмена, реализованного в блоке 31 ЭВМ 6, с блоком обработки информации 9 и с устройствами контроля параметров аккумуляторов 14-16 заключается в следующем. Блок организации интеллектуального информационного обмена 31 посылает запрос (например, запрос текущих значений напряжения на борнах аккумуляторов 23-23) одновременно всем абонентам интерфейсной магистрали CAN-bus 10. Каждый абонент в данном случае устройства контроля параметров аккумуляторов 14-16 независимо друг от друга выполняет измерение запрошенного параметра и передачу полученного значения по интерфейсной магистрали CAN-bus 10. В случае отсутствия за определенный период времени ответа от какого-либо из абонентов блок 31 повторяет запрос еще два раза, а после третьей неудачной попытки информационного взаимодействия фиксирует отказ этого абонента и формирует для эксплуатационного персонала сигнал о необходимости принятия мер по возобновлению его работы. В результате экспериментальных проверок установлено, что данный алгоритм позволяет значительно повысить быстродействие информационного взаимодействия абонентов по интерфейсной магистрали CAN-bus 10.The essence of the intelligent information exchange implemented in the
Таким образом, при работе автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей корабельного базирования автоматически выполняются все вышеперечисленные функции для устройств контроля параметров аккумуляторов 14-16, блока обработки информации 9 и ЭВМ 6. При наступлении событий, требующих вмешательства человека (предаварийная или аварийная ситуация), автоматизированная система с помощью визуальных сообщений, выводимых на сенсорный экран 30 ЭВМ 6, и акустических сигналов, генерируемых сигнальным устройством 1, привлекает внимание эксплуатационного персонала объекта. Причем для повышения эффективности преодоления (оперативные и безошибочные действия, как правило, в условиях отсутствия ресурсов времени) возникших предаварийных и аварийных ситуаций система осуществляет эффективную информационную поддержку действий эксплуатационного персонала объекта, используя в полной мере широкие возможности интерактивного информационно-управляющего интерфейса на базе сенсорного экрана 30 ЭВМ 6.Thus, during the operation of the automated system for monitoring and diagnostics of ship-based storage batteries, all of the above functions are automatically performed for the control devices for the parameters of the batteries 14-16, the
Предлагаемая система обеспечивает эффективный мониторинг в реальном масштабе времени текущего технического состояния аккумуляторной батареи и ведение так называемого электронного паспорта аккумуляторной батареи (с систематизированными данными по наиболее важным параметрам батареи в течение всего срока ее службы) и, как следствие, позволяет достичь как высокого уровня информационной поддержки экипажа дизель-электрической подводной лодки в части эксплуатации ключевого компонента электроэнергетической системы - корабельной аккумуляторной батареи, так и значительного повышения надежности работы аккумуляторной батареи корабельного базирования в целом.The proposed system provides effective real-time monitoring of the current technical condition of the battery and the maintenance of the so-called electronic passport of the battery (with systematized data on the most important parameters of the battery during its entire service life) and, as a result, allows achieving a high level of information support crew of a diesel-electric submarine regarding the operation of a key component of the electric power system - the ship battery yatornoy battery, and significantly improve the reliability of the battery ship-based as a whole.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемая система может быть изготовлена в соответствии с приведенным описанием и графическими материалами на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования.Industrial applicability of the invention is determined by the fact that the proposed system can be manufactured in accordance with the above description and graphic materials on the basis of well-known components and technological equipment.
Предлагаемые технические решения практически реализованы в опытно-поставочных образцах системы контроля параметров аккумуляторов и диагностирования аккумуляторных батарей (СКД АБ), выпускаемых ЗАО (ИРИС) для дизель-электрических подводных лодок проектов 636 и 677.The proposed technical solutions are practically implemented in the pilot delivery systems of the battery parameters monitoring and battery diagnostics (SKD AB) systems manufactured by ZAO (IRIS) for diesel-electric submarines of projects 636 and 677.
На основании вышеизложенного и по результатам проведенного патентно-информационного поиска авторы считают, что предлагаемая автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей корабельного базирования отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость» и может быть защищена патентом РФ на изобретение.Based on the foregoing and based on the results of the patent information search, the authors believe that the proposed automated system for monitoring and diagnostics of ship-based batteries meets the criteria of “Novelty”, “Inventive step” and “Industrial applicability” and can be protected by a RF patent for an invention.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011103036/28A RU2474832C2 (en) | 2011-01-28 | 2011-01-28 | Automated system of control and diagnostics of ship-based accumulator batteries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011103036/28A RU2474832C2 (en) | 2011-01-28 | 2011-01-28 | Automated system of control and diagnostics of ship-based accumulator batteries |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011103036A RU2011103036A (en) | 2012-08-10 |
| RU2474832C2 true RU2474832C2 (en) | 2013-02-10 |
Family
ID=46849206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011103036/28A RU2474832C2 (en) | 2011-01-28 | 2011-01-28 | Automated system of control and diagnostics of ship-based accumulator batteries |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2474832C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563336C1 (en) * | 2014-06-24 | 2015-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method of automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation |
| RU2656111C1 (en) * | 2016-05-18 | 2018-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Storage battery monitoring and control performance system |
| RU2682596C1 (en) * | 2017-12-26 | 2019-03-19 | Павел Владимирович Хрулёв | Storage batteries technical condition monitoring and control device |
| RU217960U1 (en) * | 2023-01-30 | 2023-04-26 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Fault-tolerant block for monitoring parameters and managing the state of a lithium-ion battery |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2127010C1 (en) * | 1995-12-18 | 1999-02-27 | Маслаков Михаил Дмитриевич | Device for measuring lead-acid cell parameters |
| RU2131158C1 (en) * | 1996-07-31 | 1999-05-27 | Кубанский государственный технологический университет | Device for automatic check-up of storage battery cells for condition |
| EP0464748B1 (en) * | 1990-07-02 | 2001-10-31 | Denso Corporation | Battery condition detecting apparatus |
| EP1482318A2 (en) * | 2003-05-29 | 2004-12-01 | Yuasa Battery (Uk) Limited | Battery life monitor and battery state of charge monitor |
| EP1571457A1 (en) * | 2002-12-11 | 2005-09-07 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Battery charged condition computing device and battery charged condition computing method |
| RU2283504C1 (en) * | 2005-06-28 | 2006-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственно-конструкторское предприятие "ИРИС" | Automated system for control and diagnostics of accumulator batteries |
-
2011
- 2011-01-28 RU RU2011103036/28A patent/RU2474832C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0464748B1 (en) * | 1990-07-02 | 2001-10-31 | Denso Corporation | Battery condition detecting apparatus |
| RU2127010C1 (en) * | 1995-12-18 | 1999-02-27 | Маслаков Михаил Дмитриевич | Device for measuring lead-acid cell parameters |
| RU2131158C1 (en) * | 1996-07-31 | 1999-05-27 | Кубанский государственный технологический университет | Device for automatic check-up of storage battery cells for condition |
| EP1571457A1 (en) * | 2002-12-11 | 2005-09-07 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Battery charged condition computing device and battery charged condition computing method |
| EP1482318A2 (en) * | 2003-05-29 | 2004-12-01 | Yuasa Battery (Uk) Limited | Battery life monitor and battery state of charge monitor |
| RU2283504C1 (en) * | 2005-06-28 | 2006-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственно-конструкторское предприятие "ИРИС" | Automated system for control and diagnostics of accumulator batteries |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563336C1 (en) * | 2014-06-24 | 2015-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Method of automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation |
| RU2656111C1 (en) * | 2016-05-18 | 2018-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Storage battery monitoring and control performance system |
| RU2682596C1 (en) * | 2017-12-26 | 2019-03-19 | Павел Владимирович Хрулёв | Storage batteries technical condition monitoring and control device |
| RU2813345C1 (en) * | 2022-11-16 | 2024-02-12 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Сахалинэнерго" (ПАО "Сахалинэнерго") | Method for checking characteristics of rechargeable batteries and device for its implementation |
| RU217960U1 (en) * | 2023-01-30 | 2023-04-26 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Fault-tolerant block for monitoring parameters and managing the state of a lithium-ion battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011103036A (en) | 2012-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102335296B1 (en) | Wireless Network based Battery Management System | |
| US10302703B2 (en) | Lithium-ion battery safety monitoring | |
| RU2283504C1 (en) | Automated system for control and diagnostics of accumulator batteries | |
| EP3185348B1 (en) | A battery information detection and control method, smart battery,terminal and computer storage medium | |
| KR101121095B1 (en) | Remote battery management system, server and method thereof | |
| WO2015040725A1 (en) | Storage battery system | |
| JP2015015880A (en) | Management system and management method for battery and charging device, and charging device | |
| CN104569847A (en) | Lithium battery performance evaluation method and device | |
| WO2018012151A1 (en) | Information processing device, control method, and program | |
| RU2474832C2 (en) | Automated system of control and diagnostics of ship-based accumulator batteries | |
| JP6288096B2 (en) | Battery system | |
| Wang et al. | Research on interactive multi‐model fault diagnosis method of Li‐ion battery based on noise suppression | |
| CN116774063A (en) | Battery cell monitoring method, battery system and related device | |
| CN104348206A (en) | Distributed battery management device and dual-redundancy power supply system | |
| CN106058338A (en) | Detection, maintenance and equalization maintenance equipment for power battery pack | |
| KR20180055449A (en) | Chargeable Battery Lifetime Detector | |
| JP6721170B1 (en) | Remote monitoring system for emergency charger/discharger | |
| KR20230052763A (en) | Battery diagnosis apparatus, battery pack, electric vehicle, and battery diagnosis method | |
| JP2018129896A (en) | Battery Management Unit | |
| RU2470314C1 (en) | Method of automatic control of technical condition of serial accumulator battery and device for its implementation | |
| KR20220082234A (en) | Method and apparatus for diagnosing battery status through soc estimation | |
| KR102376635B1 (en) | Uninterruptible power supply using electric vehicle reusable battery | |
| Cai | Condition monitoring and fault detection for marine battery energy storage systems | |
| KR102246451B1 (en) | Module battery system | |
| US20240145798A1 (en) | Distributed battery management system and battery record device thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170129 |