УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ ЭФФЕКТА ПАССИВАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЛИТИЙ-ТИОНИЛХЛОРИДНОЙ БАТАРЕИ

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам обслуживания батарей и содержания их в исправности, и может быть использовано для контроля работоспособности и активации литиевых, преимущественно, первичных литий-тионилхлоридных батарей (ЛТХБ), в процессе их эксплуатации в составе технических устройств и систем (ТУС), функционирующих в автономном режиме с электропитанием от упомянутых ЛТХБ.
В современном обществе активно используется множество технических устройств и систем (ТУС), функционирование которых в автономном режиме обеспечивается химическими источниками тока (ХИТ). Во многих областях, где используются ТУС с автономным электропитанием, к системе электропитания предъявляются повышенные требования, в том числе, по поддержке работоспособности ТУС при интенсивных токовых нагрузках, по работе в течении продолжительных сроков (>5 лет) и по устойчивости к воздействию предельных температур окружающей среды.
По оценкам экспертов [Л1, Л2] солевые и щелочные батарейки имеют ограниченные возможности по способности выдавать мощные токовые импульсы и сохранять работоспособность в течении длительного срока эксплуатации из-за высокого уровня саморазряда. Это ограничивает их использование для обеспечения функционирования ТУС в упомянутых сложных условиях и делает более привлекательной альтернативу применения литиевых химических источников тока, которые не имеют подобных недостатков. Литиевые батареи - это первичные химические источники тока, в которых в качестве анода используется металлический литий, один из самых химически активных металлов. Он имеет большой электрохимический потенциал и обеспечивает высокую плотность энергии. Среди литиевых батарей лучшими по большинству электрических параметров являются элементы системы литий-тионлхлорид (Li/SOC12). Они характеризуются самым высоким выходным напряжением (3,6 В), максимальной электрической емкостью, самым широким диапазоном температур, очень малыми токами саморазряда и средним типовым током разряда, а отдельные серии изделий способны работать в расширенном температурном диапазоне и выдавать повышенные токи разряда. По сравнению с солевыми и алкалайновыми ХИТ, литиевые источники тока обладают очень важными преимуществами, главное из них - высокая удельная плотность энергии, то есть, литиевые элементы, при равных с другими ХИТ габаритах, имеют наибольший запас энергии и, следовательно, способны обеспечить более продолжительное время работы ТУС в автономном режиме. Еще одно важное качество литий-тионлхлоридных батарей (ЛТХБ) - длительный срок хранения, достигающий 10-15 лет. Это обеспечивается низким током саморазряда, который может снижать номинальную емкость этих изделий не более чем на 1% в год. Например, за 10 лет хранения энергоресурс ЛТХБ может уменьшится за счет саморазряда лишь на 10%. Для сравнения: солевые батарейки хранятся не более 3-4-х лет. Также ЛТХБ устойчивы к воздействию температуры окружающей среды. Например, если щелочные батарейки практически перестают работать при температуре -25°C…-30°C, то ЛТХБ - могут работать при температуре -55°C…-60°C. Это связано с тем, что температура замерзания жидкого тионилхлорида равна -130°C. Большинство стандартных литиевых ХИТ способно работать при температурах +85°C. Лидеры мирового рынка по производству литиевых ХИТ заявляют о том, что они гарантируют устойчивую работу производимой ими продукции (ЛТХБ) при температурах, достигающих значений +130°C…+150°C.
ип
бат
ип
бат
Превосходные качества литий-тионилхлоридных батарей (ЛТХБ), среди которых высокая нагрузочная способность, низкий ток саморазряда, длительный срок хранения и широкий диапазон рабочих температур, делают их востребованными для использования, как в потребительской РЭА/ТУС бытового назначения, так и в технике специального назначения, используемой нефтяниками/газовиками, геологами, медицинскими работниками, службами спасения и ликвидации последствий чрезвычайных событий, силовыми структурами и др. Однако, как показала практика, в процессе эксплуатации ЛТХБ могут преждевременно терять свою работоспособность и вызвать отказы в работе ТУС. Наиболее часто потеря работоспособности ЛТХБ возникает при ее хранении или разряде низкими токами в течении длительного времени. Причинами потери работоспособности ЛТХБ обусловлены технологическими особенностями ее производства и режимами эксплуатации. Так, низкий ток саморазряда и весьма длительный (>10 лет) срок хранения ЛТХБ - обусловлен существованием тончайшей изолирующей пленке хлорида лития (ИПХЛ), образующейся на поверхности металлического литиевого электрода. Она возникает немедленно, еще в момент сборки элемента на конвейерной линии предприятия-изготовителя, как только литий вступает в контакт с тионилхлоридом. А возникнув, она прерывает взаимодействие реагентов и останавливает химическую реакцию с участием лития. При использовании ЛТХБ в составе ТУС создается противоречивая ситуация при которой, с одной стороны, наличие ИПХЛ гарантирует необходимые (полезные) свойства ЛТХБ: низкий ток саморазряда и долгий срок хранения ЛТХБ, поэтому ИПХЛ - необходимо сохранить. С другой стороны, с течением времени, толщина хлорида лития нарастает, а пропорционально толщине ИПХЛ увеличивается и ее сопротивление R, которое может быть значительно большим, чем r - внутреннее сопротивление ЛТХБ. В результате образования ИПХЛ с R>r в момент подключения нагрузки к ЛТХБ уменьшается ее разрядный ток и наблюдается понижение напряжения на ее выходных контактах (эффект пассивации выходного напряжения ЛТХБ). Так, если номинальное напряжение у ЛТХБ (Li/SOC12) при стандартном токе разряда должно быть равным примерно 3,6 В, то из-за образования ИПХЛ оно может понизиться до 2,3 В…2,7 В. Поэтому, для предотвращения снижения работоспособности ЛТХБ и предотвращения отказов в работе ТУС, питающихся от этой ЛТХБ, ИПХЛ необходимо разрушить.
ип
бат
бат
ип
бат
Экспертами из [Л3] отмечается, что эффект пассивации (снижения) выходного напряжения ЛТХБ (далее - пассиватция ЛТХБ) играет двоякую роль. Так, образование ИПХЛ в виде слоя хлорида лития на поверхности лития предотвращает дальнейшую реакцию между литием и тионилхлоридом, в результате чего саморазряд ЛТХБ снижается, благодаря чему срок хранения ЛТХБ увеличивается до 10 лет и более. То есть, положительная сторона пассивации ЛТХБ - защита от заметной потери емкости из-за саморазряда. Но существует и отрицательная сторона эффекта пассивации ЛТХБ. Так, когда батарея хранится какое-то время, а затем подключается к нагрузке (ТУС), то ее начальное выходное напряжение ЛТХБ будет низким, так как покрытый слоем собственной соли литий уже не так химически активен по отношению к электролиту и R>r. В результате этого, требуется затратить часть энергии батареи W на разрушение ИПХЛ. То есть, прежде чем выйти на рабочий режим по выходному напряжению и току, часть энергоресурса/емкости ЛТХБ должна быть расходована на разрушение ИПХЛ и достижения состояния, при котором R<r. Снижение напряжения на выходе ЛТХБ в результате образования ИПХЛ называется эффектом пассивации выходного напряжения ЛТХБ или задержкой напряжения ЛТХБ.
ип
ип
Пассивация ЛТХБ существенным образом влияет на надежность системы электропитания ТУС, особенно портативных технических устройств (ПТУ), функционирующих в автономном режиме с электропитанием от ЛТХБ. Это обусловлено тем, что для поддержания высокого уровня работоспособности ПТУ необходимо обеспечить их функционирование как в режиме микропотребления (дежурный режим с током потребления <1 мА), так и в режиме максимального энергопотребления (активный режим с током потребления >> 1 мА). Как правило, для обеспечения надежной работы ПТУ требуется обеспечить переключение режимов его работы с дежурного на активный практически мгновенно/без задержек. Однако пассивация ЛТХБ может существенно увеличивать эти задержки, поскольку требуется некоторое время для разрушения ИПХЛ и восстановления требуемого уровня работоспособности батареи (УРБ). Поэтому пассивация ЛТХБ, вызывающая задержку напряжения ЛТХБ, являются источником отказов ПТУ. Пассивация ЛТХБ, определяющая УРБ, зависит от значения R - сопротивления ИПХЛ, ограничивающего величину разрядного тока ЛТХБ, часто снижая его ниже допустимых пределов. В этих случаях мощности ЛТХБ становится недостаточно для поддержания нагрузки (ПТУ) в рабочем состоянии. Таким образом, в результате пассивации ЛТХБ функционирование ПТУ может быть неустойчивым, со сбоями/отказами. Более того, со временем, по мере роста пленки, повышения внутреннего сопротивления R и снижения выходного напряжения ЛТХБ, ПТУ может отказать совсем, хотя ЛТХБ еще не исчерпала свою емкость даже наполовину. Как следствие пассивации ЛТХБ, в быту может перестать работать тестер или электронные переносные весы, в офисе, при включении электропитания, может перестать загружаться BIOS компьютера, во время длительного путешествия внезапно может отказать GPS-навигатор, в автономных промышленных устройствах могут отказать приборы учета типа счетчиков-расходомеров воды (газа, нефтепродуктов, тепла), неожиданно могут прекратить работу системы аварийного оповещения на опасных производствах, может произойти отказ в работе медицинской аппаратуры, военной техники, разорваться связь с космическим аппаратом и т.п.
Таким образом, с одной стороны, ЛТХБ востребованы во многих применениях, в том числе, ответственных, то есть там, где требуется обеспечить высокий уровень надежности функционирования ПТУ, например, в связи, медицине, военном деле и др. А с другой стороны, эти изделия могут повлечь отказ (выход из строя) ПТУ из-за эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ, а также ускоренного расходования энергоресурса на поддержание высокого показателя ее УРБ. То есть, эффективность работы различных устройств/систем существенно зависит от состояния системы электропитания, основу которой составляет ЛТХБ.
В связи с этим возникает задача повышения надежности функционирования портативных технических устройств (ПТУ) на основе совершенствования системы их электропитания.
Как показали исследования, решение поставленной задачи может быть достигнуто путем компенсации влияния эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи (ЛТХБ) на общий уровень работоспособности системы электропитания ПТУ, использующих ЛТХБ в качестве основного источника электропитания.
Установлено, что депассивация ЛТХБ, вызывающая разрушение изолирующей пленки хлорида лития (ИПХЛ), традиционно выполняется путем принудительного разряда ЛТХБ. При этом, создается противоречивая ситуация, при которой, с одной стороны, чтобы обеспечить сохранение энергоресурса ЛТХБ в течении длительного времени, ИПХЛ - нужно сохранять, депассивацию ЛТХБ (принудительный разряд) - выполнить не надо. В таком случае из-за эффекта пассивации ЛТХБ ее работоспособность с течением времени снизится, так как толщина ИПХЛ увеличится. С другой стороны, для поддержки высокого показателя УРБ и способности ее отдавать в нагрузку требуемый ток, ИПХЛ - не нужно сохранять, то есть подвергать ЛТХБ процедуре активации (принудительному разряду). Поскольку депассивация/активация ЛТХБ предусматривает ее принудительный разряд, то это неизбежно ведет к снижению энергетического ресурса/емкости ЛТХБ, что вызывает снижение уровня работоспособности системы электропитания ПТУ, поскольку снижает надежность и длительность и их автономной работы.
Как показали исследования, поддержка состояния постоянной работоспособности батареи (ПРБ) на практике весьма проблематична, что связано с действием объективных факторов, среди которых это - отсутствие сведений о сроках хранения и режимах эксплуатации ЛТХБ в составе ТУС/ПТУ. Это приводит к тому, что ЛТХБ может подвергаться процедуре активации или чрезмерно часто, или не своевременно. В первом случае ЛТХБ подвергается ускоренному износу и быстрой потере энергоресурса, что приводит к сокращению длительности автономной работы ТУС/ПТУ и возникновению преждевременных отказов (потере работоспособности), а во втором случае- к пассивации (снижению/задержке) выходного напряжения ЛТХБ, что приводит к частичным или полным отказам в работе ТУС/ПТУ.
Как показал информационный/патентный поиск, известные технические решения, которые могут быть использованы для поддержания ЛТХБ в состоянии ПРБ, имеют существенные недостатки, снижающие надежность и длительность автономной работы ТУС/ПТУ, электропитание которых обеспечивается от встроенных в них ЛТХБ, поэтому поиск более эффективных решений является актуальной задачей.
Из техники [Л3] известен способ снижения влияния пассивации ЛТХБ, предполагающий подключение параллельно ей конденсатора большой емкости (около 250 мкФ). Предполагается, что при включении ПТУ «провал» напряжения на выходе пассивированной ЛТХБ будет компенсирован энергией, запасенной в конденсаторе.
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает депассивацию ЛТХБ, а только лишь снижает его влияние на работоспособность ПТУ на некотором периоде его эксплуатации. Эффективность данного способа весьма низкая, поскольку с течением времени пассивация ЛТХБ развивается, что может привести к преждевременной потере работоспособности ПТУ из-за снижения УРБ ниже допустимого значения в следствии увеличения толщины ИПХЛ и повышения суммарного внутреннего сопротивления ЛТХБ. Также часто ЛТХБ эксплуатируется в режиме пониженной токовой нагрузки (режим микропотребления ТУС/ПТУ), когда пассивация ЛТХБ развивается бесконтрольно, и наличие упомянутого конденсатора совершенно не препятствует этому процессу, что существенно ограничивает эффективность применения данного способа.
Из техники [Л3] также известен способ депассивации ЛТХБ, предусматривающий для батарей, находящихся на длительном хранении, проведение через каждые полгода процедуры активации ЛТХБ с доведением ее выходного напряжения до номинального значения. Предлагается осуществлять разрушение ИПХЛ с использованием разрядного тока, величина которого в 1~3 раза выше тока, потребляемого ПТУ с доведением выходного напряжения ЛХБ до уровня 3 В. Время депассивации ЛТХБ ограничивается временем около 5 минут. Если через 5 минут разряда установленным током выходное напряжение ЛТХБ не достигает 3 В, то ЛТХБ принимается решение, что она не работоспособна.
Использование данного способа частично устраняет недостатки предыдущего способа, поскольку в процессе его использования может достигается в той или иной мере деапассивация ЛТХБ. Однако, эффективность использования данного способа весьма низкая. Это обусловлено следующими факторами субъективного и объективного характера. Так, при использовании данного способа, установленные регламенты могут быть грубо нарушены, поскольку физические лица (ФЛ), выполняющие обслуживание ЛТХБ, могут иметь низкую подготовку и квалификацию. Допущенные нарушения нормативов, предусмотренных процедурой обслуживания (активации/депассивации) ЛТХБ, например, из-за отвлечений, ошибок и значительных погрешностей при визуальном контроле процессов разряда ЛТХБ и измерениях напряжения на ее выходе, могут вызывать избыточный расход емкости ЛТХБ или ее неполную активацию. То есть, выполнение процедуры активации ЛТХБ в этом способе выполняется «на глаз»/примерно/без соблюдения строго регламента - все это сказывается на качестве активации ЛТХБ и контроле ее работоспособности, поскольку может привести к частичному восстановлению работоспособности ЛТХБ или к чрезмерному расходу ресурса этой батареи (потери емкости). Кроме того, данный способ дает примерные рекомендации по активации ЛТХБ: «активация осуществляется током, который должен быть примерно в 1~3 раза выше тока, потребляемого электронным устройством в его нормальном режиме работы». Это также снижает эффективность использования данного способа и может вызывать ускоренный расход энергоресурса ЛТХБ, поскольку при ее активации потребитель может выполнять разряд ЛТХБ чрезмерно большими токами и/или чрезмерно длительное время, особенно, в условиях априорной неопределенности рабочих режимов ПТУ, в которых будет использоваться ЛТХБ, отсутствия данных о сроках ее выпуска/хранения и/или эксплуатации в режиме разряда микротоками, не препятствующими пассивации ЛТХБ. Также, данный способ имеет низкую эффективность применения при эксплуатации ЛТХБ в составе ТУС/ПТУ. Это обусловлено тем, что при эксплуатации ТУС/ПТУ работа ЛТХБ осуществляется в комбинированном режиме, предусматривающем: хранение (ТУС - выключено), работу в микротоковом режиме, способствующем пассивации ЛТХБ, и работу с номинальной токовой нагрузкой. При таком режиме работы пользователю ТУС практически невозможно определить периодичность проведения процедуры активации ЛТХБ. Поэтому, активации будет проводиться случайным образом, скорее всего, более часто, чем требуется, для того, чтобы обеспечить состояние ПРБ. В этом случае ЛТХБ будет ускоренно терять свой энергоресурс. Если же активация будет проводиться редко, то за счет пассивации, ЛТХБ может потерять свою работоспособность и вызвать отказ в работе ТУС/ПТУ.
Из техники [Л4] известен способ активации ЛТХБ, предполагающий, для аппаратуры, большую часть времени пребывающей в выключенном состоянии или потребляющей микротоки, перед началом использования по назначения, подвергать активации, выражающейся в том, что ЛТХБ вручную подключается к нагрузке на несколько секунд и, под контролем напряжения на клеммах, разряжается током, превышающем стандартный в несколько раз до тех пор, пока мощный разряд тока, протекающего через ЛТХБ, не разрушит изолирующую пленку, с завершением активации после того, как напряжение на нагрузке восстановится до рабочего уровня, за которым принимается значение напряжения, превышающее 3 В.
Данный способ можно считать более приемлемым на практике, по сравнению с предыдущим способом, поскольку, согласно мнению большинства экспертов, более надежным критерием активации (депассивации) ЛТХБ является не полное восстановление номинального напряжения 3.6 В на выходе батареи, а достижение значения, превышающего 3 В, как предусмотрено в данном способе активации ЛТХБ. Именно такой критерий (достижение >3 В на выходе нагруженной ЛТХБ) может обеспечить более бережный расход энергоресурса обслуживаемой батареи.
Недостатки данного способа - аналогичные, как и у предыдущего способа. Данный способ также предлагает примерный режим обслуживания ЛТХБ: «выполнять разряд батареи током, превышающем стандартный в несколько раз». Данный способ депассивации ЛТХБ может вызывать существенное снижение ресурса ЛТХБ, поскольку при его использовании не регламентируется периодичность процедуры активации и воздействие на ЛТХБ осуществляется не нормированным по времени и значению тока «стрессовым» воздействием большими токами, что вызывает значительный расход емкости батареи и ускоренную выработку ее энергоресурса. Также, данный способ имеет низкий уровень эффективности, поскольку после установки ЛТХБ в ТУС/ПТУ, вопрос обслуживания ЛТХБ остается «открытым», то есть, как и когда эту процедуру выполнять - все предлагается на усмотрение пользователя, который лишен достоверной информации о степени износа и пассивации ЛТХБ. Возможность обслуживания с минимизацией энергетических потерь, связанных с активацией ЛТХБ, и организация такого обслуживания, при котором сохраняется способность ЛТХБ отдавать в нагрузку значение тока, предусмотренного спецификацией производителя этого изделия, при использовании данного способа, не обеспечивается. Компенсация влияния эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ на общий уровень работоспособности системы электропитания ПТУ, использующих ЛТХБ в качестве основного источника электропитания, в данном способе - не обеспечивается.
Из техники [Л5] известно устройство активации литий-тионилхлоридной батареи, состоящее из батареи химического источника тока (батарея), разрядной цепи (РЦ), коммутатора и блока контроля напряжения (БКН), который первым и вторым портами соединен, соответственно, с первым портом коммутатора и первым портом батареи и со вторым портом батареи и первым портом узла РЦ, который вторым портом соединен со вторым портом коммутатора. При этом, узел РЦ выполнен с возможностью ограничения максимально допустимого тока, протекающего через активируемую батарею. Данное устройство работает следующим образом. Для проведения процедуры активации батареи осуществляется замыкание коммутатора на время T, что вызывает протекание электрического тока I через узел РЦ. При этом с помощью узла БКН обеспечивается возможность оператору, выполняющему активацию батареи, визуальный контроль уровня напряжения на выходе ЛТХБ (батареи). В данном устройстве коммутатор выполнен в виде типового электрического выключателя, а узел РЦ - в виде постоянного резистора Rрц. Значение электрического тока активации батареи определяется выражением: I=Uбат/Rрц, где Uбат - напряжение на выходе батареи, Rрц - значение сопротивления нагрузочного резистора (узла РЦ). В процессе активации батареи оператором (физическим лицом) осуществляется визуальное наблюдение за изменением напряжения на выходе батареи с помощью узла БКН, в качестве которого может использоваться типовой вольтметр. Параметры узла РЦ, выполненного в виде постоянного резистора, устанавливаются из расчета допустимого тока через батарею. Если батарея исправна (работоспособна), то процесс ее активации, фиксируемый визуально по показаниям узла БКН, подчиняется следующей модели: на начальном этапе, сражу же после включения коммутатора, напряжение на выходе батареи может «просаживаться»/уменьшаться (достигать низкого значения - экстремума) менее чем до 3 В (для батареи с номинальным выходным напряжением 3.6 В). Затем, после 5-15 сек после начала процедуры активации батареи, по показанию узла БКН фиксируется факт, что напряжение на батарее начинает плавно нарастать, и по достижению значения, превышающего 3 В и более процедура активации батареи прекращается. Если напряжение на батарее не повышается выше 3 В в течении 1 минуты, то процесс ее активации прекращается и принимается решение о том, что батарея - неисправна (не работоспособна).
Данному устройству присущи недостатки, аналогичные ранее рассмотренным способам. Процедура активации батареи, при использовании данного устройства носит «примерный» характер, поскольку включение коммутатора осуществляется ручным способом, а контроль уровня выходного напряжения на батарее - визуально. Ошибки операторов, выполняющих процедуру активации батареи, могут существенно влиять на качество выполнения этой процедуры. Низкая точность соблюдения регламента процедуры активации батареи и отсутствие контроля величины разрядного тока может вызывать повышенный расход энергоресурса батареи (из-за разряда батареи во время ее активации чрезмерного большими токами в течении длительного времени). Также следует отметить, что использование данного устройства крайне неудобно, поскольку для проведения процедуры активации батареи требуется постоянное участие ФЛ для осуществления непрерывного визуального контроля выходного напряжения на выходе батареи. А если учесть тот факт, что сосредоточение внимания ФЛ, которые постоянного заняты активной деятельностью, в течении длительного времени для обеспечения рутинного процесса активации батареи (например, для активации ЛТХБ типа ER26500 необходимо 25 минут разряжать током 60 мА), является изнурительным занятием, выполнение которого, с большой вероятностью, может быть нарушено из-за отвлечений упомянутых ФЛ. То есть значительное неудобство использования данного устройства для активации батареи может повлечь существенное снижение качества обслуживания батареи. Также, с помощью данного устройства возможность обслуживания с минимизацией энергетических потерь, связанных с активацией батареи ЛТХБ, и организация такого обслуживания, при котором сохраняется способность батареи ЛТХБ отдавать в нагрузку значение тока, предусмотренного спецификацией производителя этого изделия, при использовании данного устройства, не обеспечивается. Отсутствие данных о режимах эксплуатации, степени деградации электрических параметров ЛТХБ и непрерывного мониторинга их значений, не позволяет пользователю достоверно контролировать и своевременно осуществлять активацию батареи. Компенсация влияния эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ на общий уровень работоспособности системы электропитания ПТУ, использующих ЛТХБ в качестве основного источника электропитания, с помощью данного устройства - не обеспечивается.
Из техники [Л6] известно устройство, состоящее из батареи последовательно соединенных химических источников тока (далее - батарея), блока балансировки и контроля параметров батареи (БКПБ), датчика тока (ДТ), разрядной цепи (РЦ), индикатора и блока управления (БУ), который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с первым портом узла БКПБ, со входом индикатора, с первым портом узла РЦ и с первым портом узла ДТ, который вторым и третьим портами соединен с нагрузкой и со вторым портом узла РЦ и первым портом батареи, которая вторым портом соединена со вторым портом узла БКПБ, при этом, узел БУ выполнен с возможностью контроля работоспособности батареи по данным, поступающим с узлов ДТ и БКПБ, который выполнен с возможностью контроля напряжения на элементах батареи и балансировки их токовой нагрузки.
Данное устройство функционирует следующим образом. В исходном состоянии узлом БУ осуществляется кратковременное тестирование батареи путем ее подключения к узлу РЦ, который эмулирует нагрузку с ее номинальным током. Если напряжение на батарее в процессе тестирования находится в пределах допустимых значений, то на индикатор выводится сообщение об исправности батареи. В простейшем случае индикатор может быть двухцветным светодиодом, зеленое или красное свечение которого может свидетельствовать, соответственно, об исправности или разряженном состоянии батареи. В рабочем состоянии, при подключении нагрузки (включения электропитания ТУС/ПТУ), батарея начинает разряжаться. Уровень тока в нагрузке контролируется узлом ДТ, а напряжение на элементах батареи - узлом БКПБ. В процессе разряда батареи или при воздействии на нее больших разрядных токов, напряжение на отдельных элементах батареи может уменьшаться, что свидетельствует о их разряде или снижении работоспособности. В этих случаях, узлом БКПБ под управлением узла БУ осуществляется балансировка элементов батареи, обеспечивающая перераспределение токовой нагрузки между элементами батареи. Если в процессе эксплуатации напряжение на батарее снизится ниже допустимого значения, то этот факт будет зафиксирован узлом БУ, который включит на индикаторе режим индикации факта, что батарея разряжена.
Данное устройство частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Это обусловлено тем, что в устройстве предусмотрена процедура тестирования батареи, которая позволяет контролировать работоспособность батареи и своевременно оповещать пользователя ТУС/ПТУ о ее состоянии с помощью индикатора. Кроме того, узлом БКПБ обеспечивается балансировка токовой нагрузки на элементы батареи, что обеспечивает повышение ее работоспособности (длительности работы).
Данное техническое решение имеет недостатки, аналогичные предыдущему устройству. Так, тестирование батареи, выполняемое перед началом работы ТУС/ПТУ (нагрузки), не обеспечивает достоверного контроля работоспособности батареи, поскольку ее пассивация может развиваться постепенно и на этапе тестирования номинальным нагрузочным током не обнаруживаться и, тем более, не устраняться. Следует также заметить, что балансировка токовой нагрузки на элементы батареи может в ряже случаев способствовать развитию процесса пассивации отдельных элементов батареи, потому, что действие импульсов повышенного тока, которые возникают в нагрузке и способные разрушить ИПХЛ, снижается узлом БКПБ. Компенсация влияния эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ на общий уровень работоспособности системы электропитания ПТУ, использующих ЛТХБ в качестве основного источника электропитания, с помощью данного TP - не обеспечивается.
Из техники [Л7] известно устройство депассивации литий-тионилхлоридной батареи (далее - устройство), состоящее из первого выходного контакта (ПВК), второго выходного контакта (ВВК), коммутатора, разрядной цепи (РЦ), индикатора, клавиатуры и микроконтроллера (МК), который своими с первого по шестой портами соединен, соответственно, с индикатором, с клавиатурой, с узлом ПВК и первым портом коммутатора, со вторым портом коммутатора, с узлом ВВК и первым портом узла РЦ и со вторым портом узла РЦ, который третьим портом соединен с третьим портом узла коммутатора. При этом, узлы ПВК и ВВК выполнены с возможностью подключения к литий-тионилхлоридной батарее (ЛТХБ), узел коммутатора выполнен с возможностью коммутации (подключения) к узлам ПВК и ВВК нагрузки в виде узла РЦ, который выполнен с возможностью регулирования (установки/программирования) разрядного тока, протекающего через упомянутую ЛТХБ, узел индикатора выполнен с возможностью контроля уровня напряжения на выходе узла ЛТХБ, узел клавиатуры выполнен с возможностью ввода данных, необходимых для установки параметров процедуры активации ЛТХБ, например, величины разрядного тока и времени разряда, узел индикатора 6 выполнен в виде дисплея с возможностью отображения буквенно-цифровой и символьной информации, необходимой для контроля ввода данных с клавиатуры и отображения результатов активации упомянутой ЛТХБ. При этом узел МК функционирует по программе обеспечивающий возможность поддержки функций индикатора и клавиатуры, мониторинга уровня напряжения ЛТХБ, подключенной (подсоединенной) к узлам ПВК и ВВК, формирования активирующего токового импульса (АТИ), воздействующего на упомянутую ЛТХБ для ее депассивации (активации), нормированного по времени действия и значению токовой нагрузки, путем включения коммутатора на заданное время (введенное с помощью клавиатуры) и регулировки тока, проходящего через узел РЦ, определения экстремума (минимального значения) в изменении напряжения упомянутой ЛТХБ в процессе воздействия на нее АТИ, фиксации на узлах ПВК и ВВК (на выходе ЛТХБ) уровня напряжения в упомянутом экстремуме (Uмин) и уровня напряжения депассивированной (активированной) батареи (Uвых), измеренного в конце воздействия на нее АТИ, отображения на индикаторе 6 результатов депассивации (активации) ЛТХБ в виде численных значений напряжений Uмин и Uвых и символьных или текстовых сообщений типа «ок» или «разряжена», обозначающих, соответственно, работоспособность ЛТХБ, или ее неисправность, при этом, решение о результате типа «ок» принимается в случае, если Uвых > 3 В, иначе, считается, что упомянутая ЛТХБ не работоспособна и на индикатор выводится соответствующее сообщение.
Данное устройство функционирует следующим образом. В исходном состоянии осуществляется подготовка к процедуре депассивации (активации) ЛТХБ. Для этого, согласно данным спецификации производителя ЛТХБ, в устройство с помощью клавиатуры под визуальным контролем физических лиц (ФЛ) с помощью индикатора осуществляется ввод данных, касающихся времени депассивации (Tпас) ЛТХБ и значения разрядного тока (Iраз). То есть, устанавливаются параметры активирующего токового импульса (АТИ), воздействующего на ЛТХБ. Затем, к устройству подключается ЛТХБ. После подключения ЛТХБ к узлам ПВК и ВВК, узлом МК обнаруживается факт подключения к устройству ЛТХБ по наличию (появлению) напряжения на узлах ПВК и ВВК. Автоматически запускается процедура депассивации (активации) ЛТХБ: включается коммутатор на время Tпас, с помощью узла РЦ задается ток разряда ЛТХБ равный Iраз. Далее, выполняется мониторинг напряжения на узлах ПВК и ВВК, что соответствует контролю выходного напряжения на ЛТХБ, подключенной к этим узлам. В процессе мониторинга напряжения на ЛТХБ фиксируется минимальное значение напряжения (Uмин) и выходное напряжение батареи (Uвых), измеренное в конце воздействия на нее активирующего токового импульса (АТИ). После завершения воздействия на ЛТХБ активирующего токового импульса (АТИ), полученное значение напряжения Uвых анализируется узлом МК по критерию 3 В < Uвых < 3 В и результат депассивации (активации) ЛТХБ отображается на индикаторе в виде численных значений напряжений Uмин и Uвых и символьных или текстовых сообщений типа «ОК» или «РАЗРЯЖЕНА», обозначающих, соответственно, работоспособность или неисправность ЛТХБ. При этом, решение о результате типа «ОК» принимается в случае, если Uвых > 3 В, иначе, считается, что упомянутая ЛТХБ неисправна/не работоспособна и на индикатор 6 выводится соответствующее сообщение. Отображение на индикаторе значений напряжения батареи Uмин и Uвых позволяет визуально оценить, как степень пассивации ЛТХБ (по значению Uмин), так и уровень восстановления ее работоспособности (по значению Uвых).
Данное техническое решение (TP) частично устраняет недостатки предыдущего ТР. Это достигается за счет более точного (по сравнению с предыдущим TP) соблюдения регламента активации ЛТХБ, при котором она подвергается «реанимационному» воздействию энергетического импульса, для формирования которого расходуется емкость батареи Q=I∗T, где I и T - запрограммированные значения тока разряда и времени разряда, введенные с помощью клавиатуры и индикатора. Возможность нормирования/программирования параметров I и T, а также автоматическое выполнение и контроль проведения депассивации ЛТХБ без участия оператора/ФЛ (за счет интеллектуализации процесса обслуживания с помощью узла МК), оптимизирует параметр Q и приближает его к значению Qопт Это обеспечивает восстановление работоспособности ЛТХБ при минимальном расходе ее энергоресурса, что повышает надежность функционирования ТУС/ПТУ, с точки зрения повышения надежности и длительности их автономной работы.
Данное TP имеет недостатки, аналогичные предыдущему устройству. Основные из них: отсутствие защиты нагрузки (ТУС/ПТУ) от влияния пассивации выходного напряжения ЛТХБ (источник отказов в работе ТУС/ПТУ) и потери энергоресурса ЛТХБ на ее активацию (снижение длительности автономной работы ТУС/ПТУ и возникновение преждевременной потери их работоспособности). Компенсация влияния эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ на общий уровень работоспособности системы электропитания ПТУ, использующих ЛТХБ в качестве основного источника электропитания, с помощью данного TP - не обеспечивается.
Из техники [Л8] известно устройство активации и контроля работоспособности литиевой батареи (далее - устройство), состоящее из датчика тока (ДТ), микроконтроллера (МК), индикатора, разрядной цепи (РЦ), модуля часов реального времени (МЧРВ), батареи, блока контроля параметров батареи (БКПБ) и памяти, которая своим портом соединена с первым портом узла МК, который своими со второго по шестой портами соединен, соответственно, с портом узла МЧРВ, со входом индикатора, с первым портом узла БКПБ, с первым портом узла РЦ и первым портом узла ДТ, который своими вторым и третьим портами соединен, соответственно, с нагрузкой и со вторым портом узла РЦ и первым портом батареи, которая вторым портом соединена со вторым портом узла БКПБ, который выполнен с возможностью контроля напряжения на элементах батареи и балансировки их токовой нагрузки, кроме того, узле МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга тока, поступающего от батареи в нагрузку по данным, считываемым с узла ДТ, и фиксации в памяти времени пассивации батареи Tпас, определяемой, как время наработки батареи с разрядным током, уровень которого ниже номинального, инициализации процедуры активации батареи по факту достижения времени Tпас порогового (Tпорог)/заданного значения, например, Tпорог = 24 часа, управления процедурой активации батареи с нормированием времени действия и значения тока разряда/активации батареи, задаваемых в соответствии со спецификацией/рекомендациями производителя батареи.
Данное устройство функционирует следующим образом. Состояние (работоспособность) батареи отображается с помощью индикатора. В исходном состоянии работает узел МЧРВ 6, ведущий отсчет времени Toff нахождения нагрузки (ТУС/ПТУ), в котором установлена батарея, в состоянии выключено. При этом батарея эксплуатируется в режиме с токовой нагрузкой, близкой к нулевому значению, то есть значение разрядного тока батареи равно Ioff. Время Toff фиксируется в узле памяти. Ток, потребляемый нагрузкой, которой является электронная часть ТУС/ПТУ, может принимать как номинальное значение Inom, так и минимальное, например, соответствующее режиму энергосбережения, при котором ток, фиксируемый узлом ДТ, становится равным Imicro<Inom. Время Tmicro, как время работы батареи в режиме с токовой нагрузкой Imicro, также фиксируется в узле памяти. По факту достижения времени Tпac=Toff+Tmicro≥Tпорог, узлом МК запускается процедура активации батареи с нормированием Tдепас - времени действия и Iдепас - значения тока разряда/активации батареи. Для этого, включается узел РЦ, с помощью которого осуществляется разряд батареи с током и в течении времени, которые определены/установлены спецификацией/рекомендациями производителя батареи (элементов батареи). Процедура активации батареи выполняется до повышения напряжения на выходе элемента батареи >3 В. Если процедура завершена успешно, то на индикатор выводится соответствующее сообщение, например, при использовании в качестве узла индикатора двухцветного светодиода, то его свечение устанавливается зеленым, как признак работоспособной батареи, в противном случае цвет свечения индикатора устанавливается красным (батарея разряжена).
Данное TP частично устраняет недостатки предыдущего ТР. Это обусловлено тем, что в данном техническом решении обеспечивается фиксация времени наработки батареи в режимах эксплуатации, которые не препятствуют процессу ее пассивации. Это позволяет более точно контролировать работоспособность батареи, вычислять периодичность выполнения ее активации, а также выполнять эту процедуру в точном соответствии с рекомендациями производителя батареи. В результате этого достигается минимизация расходов энергоресурса, используемого для активации батареи (оптимизирована периодичность процедур активации), обеспечивается поддержание батареи в состоянии готовности обеспечить нагрузку требуемым разрядным током (своевременная депассивация), а также повышается достоверность контроля работоспособности батареи.
Данное TP имеет недостатки, аналогичные предыдущему ТР. Следует заметить, что использование стратегии «поддержание батареи в состоянии полной работоспособности» приводит к повышенному расходу энергоресурса ЛТХБ. То есть высокий показатель УРБ достигается ценой снижения ее основного электрического показателя - емкости, определяющей как надежность, так и длительность автономной работы ПТУ. Компенсация влияния эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ на общий уровень работоспособности системы электропитания ПТУ, использующих ЛТХБ в качестве основного источника электропитания, с помощью данного TP - не обеспечивается.
По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известное из техники [Л9], устройство тестирования и активации литий-тионилхлоридной батареи (далее - устройство), состоящее из микроконтроллера (МК), индикатора, разрядной цепи (РЦ), блока контроля параметров батареи (БКПБ), памяти и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ), которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, с нагрузкой, с первым портом узла РЦ и с первым портом узла БКПБ, который вторым портом соединен с третьим портом узла МК, который своими первым, вторым и четвертым портами соединен, соответственно, со входом индикатора, со вторым портом узла РЦ и с портом памяти, при этом узел МК функционирует по программе, обеспечивающей возможность контроля электрических параметров ЛТХБ, например, ее внутреннего сопротивления, и их регистрации в узле памяти, определения уровня работоспособности ЛТХБ (УРБ) по степени деградации ее электрических параметров путем обработки данных, накопленных в узле памяти, и отображения УРБ с помощью узла индикатора, программирования параметров импульса разрядного тока (величины и времени его действия), используемого для активации ЛТХБ, с учетом данных, накопленных в узле памяти, автоматического запуска процедуры активации ЛТХБ при снижении УРБ ниже допустимого/установленного значения.
Функциональная схема данного устройства приведена на фиг. 1. Устройство (фиг. 1) состоит из микроконтроллера (МК) 1, индикатора 2, разрядной цепи (РЦ) 3, блока контроля параметров батареи (БКПБ) 4, памяти 5 и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ) 7, которая своими с первого по третий портами соединена, соответственно, с нагрузкой 6, с первым портом узла РЦ 3 и с первым портом узла БКПБ 4, который вторым портом соединен с третьим портом узла МК 1, который своими первым, вторым и четвертым портами соединен, соответственно, со входом индикатора 2, со вторым портом узла РЦ 3 и с портом узла памяти 5, при этом узел МК 1 функционирует по программе, обеспечивающей возможность контроля электрических параметров узла ЛТХБ 7, например, его внутреннего сопротивления, и их регистрации в узле памяти 5, определения уровня работоспособности узла ЛТХБ 7 (УРБ) по степени деградации его электрических параметров путем обработки данных, накопленных в узле памяти 5, и отображения УРБ ЛТХБ 7 с помощью узла индикатора 2, программирования параметров импульса разрядного тока (величины и времени его действия), используемого для активации узла ЛТХБ 7, с учетом данных, накопленных в узле памяти 5, автоматического запуска процедуры активации узла ЛТХБ 7 при снижении его УРБ ниже допустимого/установленного значения.
Устройство (фиг. 1) функционирует следующим образом. В исходном состоянии нагрузка 6 отключена (ТУС выключено). Периодически, например, один раз в сутки или в неделю автоматически запускается процедура тестирования узла ЛТХБ 7, которая выполняется под управлением узла МК 1. Предполагается, что процедура тестирования ЛТХБ 7 включает предварительную (при вводе ЛТХБ 7 в эксплуатацию) регистрацию в памяти 5 начальных значений ее электрических параметров (ЭП), например, внутреннего сопротивления (ВС), формирование с фиксацией в памяти 5 пороговых/допустимых/рабочих значений ЭП ЛТХБ 7, например, установки в качестве допустимой величины ВС ЛТХБ 7 такого значения, которое превышает ВС ЛТХБ 7, измеренное в начале ее эксплуатации не более чем в 1.5…2 раза, или установки в качестве допустимой величины ВС ЛТХБ 7 такого значения, при котором с помощью ЛТХБ 7 обеспечивается максимальный ток, потребляемый нагрузкой 6. Здесь под нагрузкой 6 понимается техническое устройство/система, функционирующая в автономном режиме с электропитанием от ЛТХБ 7. В процессе периодических тестов ЛТХБ 7, выполняемых на этапе ее эксплуатации, производится фиксация и накопление в памяти 5 измеренных (полученных в процессе тестирования ЛТХБ 7) значений ЭП ЛТХБ 7. Полученные/накопленный в памяти 5 данные обрабатываются МК 1 и по степени деградации ЭП ЛТХБ 7 определяется уровень ее работоспособности. При этом осуществляется сравнение текущих значений ЭП ЛТХБ 7 с пороговыми/допустимыми значениями этих ЭП. Если ЭП ЛТХБ 7 соответствуют допустимым значениям, то запуск процедуры активации ЛТХБ 7 не осуществляется (считается, что ЛТХБ 7 - работоспособна) и на индикатор 2 выводится соответствующее сообщение. Если на этапе тестирования ЛТХБ 7 установлено, что ЭП ЛТХБ 8 выходят за пределы допустимых значений, то автоматически запускается процедура активации (депассивации) ЛТХБ 7, которая выполняется под управлением узла МК 1. При этом, узел РЦ 3 используется для формирования импульса разрядного тока с параметрами (величиной тока и временем его действия), предусмотренными производителем ЛТХБ 7, с одновременным контролем напряжения на элементах ЛТХБ 7 с помощью узла БКПБ 4. После завершения процедуры активации на индикаторе 2 отображается состояние ЛТХБ 7, соответствующее работоспособности или потери ее работоспособности. Например, при использовании в качестве узла индикатора 2 двухцветного светодиода, то его свечение устанавливается зеленым, как признак работоспособной ЛТХБ 7, в противном случае - цвет свечения индикатора 2 устанавливается красным (ЛТХБ 7 - разряжена).
Данное TP частично устраняет недостатки предыдущего ТР. Это достигается за счет того, что в данном техническом решении обеспечивается периодическое тестирование ЭП ЛТХБ 7 и сравнения полученных данных с предельно допустимыми. В случаях, когда текущее значение ЭП ЛТХБ 7 выходит за пределы допустимых/рабочих значений, автоматически запускается процедура активации ЛТХБ 7, что обеспечивает поддержание высокого уровня ее работоспособности.
Данное техническое решение имеет недостатки, аналогичные предыдущему ТР.
По мнению авторов, эффективное решение поставленной задачи, связанной с повышением надежности функционирования и длительности автономной работы портативных технических устройств (ПТУ) может быть получено путем компенсации влияния эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи (ЛТХБ) на общий уровень работоспособности системы электропитания ПТУ, использующих ЛТХБ в качестве основного источника электропитания, за счет использования мощности альтернативного источника электроэнергии (АИЭ).
ип
ба
ип
бат
Согласно этой идее, может быть создано техническое решение с признаками и свойствами, благодаря которым реализуется контроль выходного напряжения ЛТХБ и в случаях его снижения ниже допустимого значения, осуществляется бесперебойное отключение ЛТХБ от нагрузки с одновременным подключением к ней первого АИЭ (ПАИЭ), который временно «подменяет» ЛТХБ, пока выполняется ее деапссивация. То есть, в случаях, когда пассивация ЛТХБ достигла критического уровня и не обеспечивает подачу в нагрузку требуемой мощности, осуществляется автоматическое бесперебойное подключение к нагрузке ПАИЭ вместо ЛТХБ. На этом этапе реализуется идентификация критического уровня пассивации напряжения батареи (КУ ПНБ), когда дальнейшее использование ЛТХБ ведет к отказу в работе системы электропитания ТУС/ПТУ (такое состояние ЛТХБ неприемлемо и батарея нуждается в экстренной активации/депассивации). Предполагается, что использование ПАИЭ может полностью компенсировать влияние эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ на работоспособность ТУС/ПТУ (нагрузки), поскольку может обеспечить подачу в нагрузку (ТУС/ПТУ) необходимый уровень мощности (напряжения и тока). Далее, отключенная от нагрузки ЛТХБ с критическим уровнем пассивации подвергается процедуре депассивации, которая может осуществляться с использованием подключаемого к ней второго АИЭ (ВАИЭ). Поскольку состояние КУ ПНБ вызвано образованием в ЛТХБ такой ИПХЛ, которая имеет сопротивление R значительно превышающее внутреннее сопротивление батареи r(R>>r), то для разрушения ИПХЛ может быть использована суммарная мощность ЛТХБ и ВАИЭ, подключаемого к ЛТХБ. Предполагается, что использование мощности ВАИЭ может обеспечить разрушение ИПХЛ и осуществить активацию ЛТХБ с меньшими расходом ее энергоресурса, по сравнению с его расходом в устройстве-прототипе. Выигрыш в экономии расхода энергоресурса ЛТХБ на ее активацию при использовании ВАИЭ, как дополнительного источника тока (ДИТ), может быть иллюстрирован следующими расчетами. Так, из [Л10, Л11] известно, что активации ЛТХБ выражается в разрушении ИПХЛ (далее - изолирующая пленка, ИП). Расходуемая на эту процедуру энергия Wa может быть представлена следующим выражением:
a
a
ип
a
где - P - мощность, потребляемая ИП в процессе ее разрушения, T - время активации ЛТХБ, U - напряжение на ИП ЛТХБ, I - ток активации ЛТХБ.
бат
доп
ип
сум
При последовательном соединении ЛТХБ и дополнительного источника тока (ДИТ) с выходным напряжением, соответственно, U и U, можно считать, что к сопротивлению ИП (R) будет приложено напряжение U примерно равное сумме напряжений двух источников тока (ЛТХБ и ДИТ):
доп
бат
ип
Наличие примерного равенства в выражении (2) обусловлено наличием незначительного падения напряжения на внутренних сопротивлениях ЛТХБ (без учета ИПХЛ) и ДИТ, которыми можно пренебречь из-за того, что r<r<<R.
бат
доп
a
Для наглядности получаемого результата допустим, что значения напряжений ЛТХБ и ДИТ равны (U=U), тогда напряжение активации U, приложенное к ИП, будет равно:
a
Энергия W двух источников тока, расходуемая для активации ЛТХБ, с учетом принятых допущений, будет равна:
бат
дит
где: W - энергетические затраты ЛТХБ на ее активацию, W - энергетические затраты ДИТ на активацию ЛТХБ,
a
ип
a
ип
a
бат
ип
бат
бат
Поскольку значение W согласно выражению (1) прямо пропорционально величине U, то использование ДИТ позволяет перераспределить энергетические затраты W между ЛТХБ и ДИТ пропорционально соотношению величин их выходных напряжений. Например, при условии (3), величина U увеличивается в два раза, что позволяет значение W, необходимое для разрушения ИП и достаточное для активации ЛТХБ, снизить в два раза. В этом случае, значение W - снижается в два раза. Это значит, что расход энергоресурса ЛТХБ при ее активации с использованием ДИТ, имеющим выходное напряжение, равное выходному напряжению ЛТХБ, может быть снижен в два раза. В общем случае, при использовании ДИТ, вызывающего увеличение U в N раз относительно U, уровень расхода W - также может быть снижен в N раз относительно энергетических затрат, расходуемых ЛТХБ на ее активацию без подключения ДИТ.
В результате реализации предложенной идеи может быть достигнуто существенное повышение надежности функционирования ТУС/ПТУ, поскольку устраняется влияние на систему электропитания эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи и снижается уровень затрат энергоресурса на ее активацию/депассивацию. То есть, использование мощности ПАИЭ, бесперебойно подключаемого к нагрузке (ТУС/ПТУ) в случаях снижения работоспособности ЛТХБ ниже допустимого уровня, позволяет обеспечить поддержание системы электропитания ТУС/ПТУ и нормальное функционирование нагрузки (ТУС/ПТУ) вне зависимости от УРБ. Кроме того, выполнение активации ЛТХБ с использованием мощности ВАИЭ позволяет обеспечить экономию энергоресурса ЛТХБ (используемого для ее активации), что способствует повышению надежности автономной работы ТУС/ПТУ в течении более длительного времени.
По мнению авторов, предлагаемая идея может быть реализована в виде устройства компенсации эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи с использованием в качестве альтернативных источников электроэнергии изделий типа малогабаритных атомных батарей (МАБ) [Л18-Л20] и суперконденсаторов [Л14-Л17], применение которых обеспечивает получение мощности, необходимой как для питания нагрузки (реализация ПАИЭ), так и для активации ЛТХБ (реализация ВАИЭ). Изделия типа МАБ отличаются компактностью, прочностью, большой энергоемкостью изотопов и отсутствием необходимости в обслуживании. По массовой и объемной энергоемкости, распад изотопов, используемых в МАБ, уступает лишь делению ядер урана/плутония и превосходит химические источники энергии (аккумуляторы, топливные элементы и др.) в десятки и сотни тысяч раз. Изделия типа суперконденсаторов/ионисторов также отличаются миниатюрностью, быстротой заряда, практически неограниченным количеством циклов заряда и разряда, поддержкой больших разрядных токов и работоспособностью в широком диапазоне температур (-50°C…+50°C).
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей известного устройства, связанных со снижением затрат энергоресурса литий-тионилхлоридной батареи на ее деапассивацию.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известное устройство, состоящее из микроконтроллера (МК), индикатора, разрядной цепи (РЦ), блока контроля параметров батареи (БКПБ), памяти и литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ), которая своими вторым и третьим портами соединена, соответственно, с первым портом РЦ и с первым портом БКПБ, который вторым портом соединен с третьим портом МК, который своими первым, вторым и четвертым портами соединен, соответственно, со входом индикатора, со вторым портом РЦ и с портом памяти, и выполненное с возможностью контроля электрических параметров ЛТХБ, например, ее внутреннего сопротивления, и их регистрации в памяти, определения уровня работоспособности ЛТХБ (УРБ) по степени деградации ее электрических параметров путем обработки данных, накопленных в узле памяти, и отображения УРБ с помощью индикатора, программирования параметров импульса разрядного тока (величины и времени его действия), используемого для активации ЛТХБ, с учетом данных, накопленных в памяти, дополнительно в его состав введены первый коммутатор (ПК), второй коммутатор (ВК), первый накопитель электрической энергии (ПНЭЭ), альтернативный источник электрической энергии (АИЭЭ) и второй накопитель электрической энергии (ВНЭЭ), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, со вторым портом АИЭЭ и вторым портом ВК, который своими третьим и первым портами соединен, соответственно, с третьим портом РЦ и шестым портом МК, который пятым портом соединен со вторым портом ПК, который своими первым, третьим и четвертым портами соединен, соответственно, с нагрузкой, с первым портом ЛТХБ и с первым портом ПНЭЭ, который вторым портом соединен с первым портом АИЭЭ, при этом узлы ПНЭЭ и ВНЭЭ выполнены в виде, соответственно, первой батареи суперконденсаторов (ПБСК) и второй батареи суперконденсаторов (ВБСК), узел АИЭЭ выполнен в виде малогабаритной атомной батарея (МАБ), кроме того, микроконтроллер, функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга напряжения на выходе ЛТХБ и при его снижении ниже допустимого значения, автоматического бесперебойного переключения электропитания нагрузки с ЛТХБ на ПБСК и запуска процедуры активации ЛТХБ с использованием энергоресурса ВБСК, управления режимами активации ЛТХБ путем нормирования значения мощности, расходуемой на ее депассивацию, контроля уровня работоспособности ЛТХБ, например, по величине ее выходного напряжения, и при достижении контролируемых электрических параметров допустимым значениям, соответствующим работоспособному состоянию ЛТХБ, осуществления бесперебойного переключения электропитания нагрузки с ПБСК на ЛТХБ и запуска процедуры накопления электрической энергии в ПБСК и ВБСК с использованием энергоресурса МАБ.
Функциональная схема устройства компенсации эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи (далее - устройство) приведена на фиг. 2. Устройство (фиг.2) состоит из индикатора (Инд) 1, микроконтроллера (МК) 2, памяти 3, первого коммутатора (ПК) 5, блока контроля параметров батареи (БКПБ) 6, литий-тионлхлоридной батареи (ЛТХБ) 7, разрядной цепи (РЦ) 8, второго коммутатора (ВК) 9, первой батареи суперконденсаторов (ПБСК) 10, малогабаритной атомной батареи (МАБ) 11 и второй батареи суперконденсаторов (ВБСК) 12, которая своими первым и вторым портами соединена, соответственно, со вторым портом МАБ 11 и со вторым портом ВК 9, который своими первым и третьим портами соединен, соответственно, с шестым портом МК 2 и с третьим портом РЦ 8, которая своими вторым и первым портами соединена, соответственно, со вторым портом МК и со вторым портом ЛТХБ 7, которая своими первым и третьим портами соединена, соответственно, с третьим портом ПК 5 и с первым портом БКПБ 6, который вторым портом соединен с третьим портом МК 2, который своими первым, четвертым и пятым портами соединен, соответственно, с индикатором 1, с памятью 3 и со вторым портом ПК, который своими первым и четвертым портами соединен, соответственно, с нагрузкой 4 и с первым портом ПБСК 10, которая вторым портом соединена с первым портом МАБ 11, при этом, узел микроконтроллера 2, функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга напряжения на выходе ЛТХБ 7 и при его снижении ниже допустимого значения, автоматического бесперебойного переключения электропитания нагрузки 4 с ЛТХБ 7 на ПБСК 10 и запуска процедуры активации ЛТХБ 7 с использованием энергоресурса ВБСК 12, управления режимами активации ЛТХБ 7 путем нормирования значения мощности, расходуемой на ее депассивацию, контроля уровня работоспособности ЛТХБ 7, например, по величине ее выходного напряжения, и при достижении контролируемых электрических параметров допустимым значениям, соответствующим работоспособному состоянию ЛТХБ 7, осуществления бесперебойного переключения электропитания нагрузки 4 с ПБСК 10 на ЛТХБ 7 и запуска процедуры накопления электрической энергии в ПБСК 10 и ВБСК 12 с использованием энергоресурса МАБ 11.
Устройство (фиг. 2) функционирует следующим образом. Работа этого устройства частично сходна с функционированием устройства-прототипа. Так, состояние (работоспособность) ЛТХБ 7 отображается с помощью индикатора 1, аналогично, как в прототипе. С помощью БКПБ 6 осуществляется контроль работоспособности ЛТХБ 7 путем контроля ее электрических параметров, например, выходного напряжения и/или внутреннего сопротивления. Данные контроля сохраняются в памяти 3. Электрическая энергия, вырабатываемая МАБ 11, накапливается в ПБСК 10 и ВБСК 12. МК 2, посредством БКПБ 6, осуществляет непрерывный мониторинг электрических параметров ЛТХБ 7, в том числе, уровня напряжения на выходе ЛТХБ 7 и, при его снижении ниже допустимого значения, осуществляет посредством ПК 5 автоматическое бесперебойное переключение электропитания нагрузки 4 с ЛТХБ 7 на ПБСК 10 с одновременным запуском процедуры активации ЛТХБ 7 с использованием ЭЭ, накопленной в ВБСК 12. То есть, отключенная от нагрузки 4 ЛТХБ 7 подключается к ВБСК 12 через ВК 9. При этом, программирование тока активации ЛТХБ 7 и времени его действия (нормирование мощности, расходуемой на депассивацию ЛТХБ 7) осуществляется посредством узла РЦ 8 с использованием данных об электрических параметрах ЛТХБ 7, накопленных в памяти 3. В процессе депассивации ЛТХБ 7 осуществляется контроль уровня ее работоспособности, например, по величине внутреннего сопротивления и/или выходного напряжения ЛТХБ 7. При достижении электрических параметров ЛТХБ 7 допустимым (рабочим) значениям, соответствующим работоспособному состоянию ЛТХБ 7, процесс ее активации прекращается. Посредством ВК 9 ЛТХБ 7 отключается от ВБСК 12. Посредством ПК 5 осуществляется бесперебойное переключение электропитания нагрузки 4 с ПБСК 10 на ЛТХБ 7. После этого ПБСК 10 и ВБСК 12 подключаются к МАБ 11 для накопления электрической энергии. Индикация уровня работоспособности батареи (УРБ) ЛТХБ 7 отображается на индикаторе 1.
Благодаря контролю электрических параметров ЛТХБ 7, в том числе, мониторингу ее выходного напряжения, и использования ПБСК 10, подключаемой бесперебойным способом к нагрузке 4 вместо ЛТХБ 7 в случаях снижения ее УРБ ниже допустимого значения, обеспечивается компенсация эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ 7 и предотвращается возникновение отказов в системе электропитания ТУС/ПТУ (в нагрузке 4). При использовании устройства с такой системой электропитания нагрузки 4, достигается существенное снижение расхода энергоресурса ЛТХБ 7 на ее активацию/депассивацию, поскольку восстановление работоспособности ЛТХБ 7 и запуск процедуры активации ЛТХБ 7 осуществляется по мере необходимости, то есть, по фактам обнаружения снижения УРБ ЛТХБ 7 ниже допустимого значения. Этим самым снимается априорная неопределенность по текущему/требуемому УРБ ЛТХБ 7 и необходимость выполнения частых процедур активации ЛТХБ 7, направленных на поддержание самого высокого УРБ ЛТХБ 7. Также, в данном устройстве обеспечивается автоматический запуск процедуры депассивации ЛТХБ 7, которая выполняется в режиме с минимизацией затрат энергоресурса ЛТХБ 7, что достигается за счет использования мощности ВБСК 12, подключаемой к ЛТХБ 7. При использовании двух источников мощности, используемых для разрушения ИПХЛ/ИП, возникшей на аноде ЛТХБ 7 и вызвавшей ее пассивацию, расход энергоресурса ЛТХБ 7 - снижается. Экономия энергоресурса ЛТХБ 7, используемого на ее активацию с использованием ЭЭ ВБСК 12, также способствует повышению уровня надежности автономного функционирования ТУС/ПТУ (нагрузки 4), с точки зрения обеспечения безотказной и длительной работы их системы электропитания, основным источником тока в которой является ЛТХБ 7. При этом, использование АИЭЭ типа МАБ 11, способной вырабатывать ЭЭ, необходимую для функционирования узлов ПБСК 10 и ВБСК 12, в течении практически неограниченного времени, обеспечивает высокий уровень надежного функционирования предлагаемого устройства в течении длительного периода его эксплуатации.
В предлагаемом устройстве обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.
В состав устройства дополнительно введены первый коммутатор (ПК), второй коммутатор (ВК), первый накопитель электрической энергии (ПНЭЭ), альтернативный источник электрической энергии (АИЭЭ) и второй накопитель электрической энергии (ВНЭЭ), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, со вторым портом АИЭЭ и вторым портом ВК, который своими третьим и первым портами соединен, соответственно, с третьим портом РЦ и шестым портом МК, который пятым портом соединен со вторым портом ПК, который своими первым, третьим и четвертым портами соединен, соответственно, с нагрузкой, с первым портом ЛТХБ и с первым портом ПНЭЭ, который вторым портом соединен с первым портом АИЭЭ.
Узлы ПНЭЭ и ВНЭЭ выполнены в виде, соответственно, первой батареи суперконденсаторов (ПБСК) и второй батареи суперконденсаторов (ВБСК).
Узел АИЭЭ выполнен в виде малогабаритной атомной батарея (МАБ).
Узел микроконтроллера функционирует по программе, обеспечивающей возможность мониторинга напряжения на выходе ЛТХБ и при его снижении ниже допустимого значения, автоматического бесперебойного переключения электропитания нагрузки с ЛТХБ на ПБСК и запуска процедуры активации ЛТХБ с использованием энергоресурса ВБСК, управления режимами активации ЛТХБ путем нормирования значения мощности, расходуемой на ее депассивацию, контроля уровня работоспособности ЛТХБ, например, по величине ее внутреннего сопротивления и/или выходного напряжения, и при достижении контролируемых электрических параметров допустимым значениям, соответствующим работоспособному состоянию ЛТХБ, осуществления бесперебойного переключения электропитания нагрузки с ПБСК на ЛТХБ и запуска процедуры накопления электрической энергии в ПБСК и ВБСК с использованием энергоресурса МАБ.
Введение дополнительных признаков и использование новых свойств позволяет в предлагаемом техническом решении достичь существенного снижения затрат энергоресурса литий-тионилхлоридной батареи (ЛТХБ), расходуемого на ее деапассивацию, а также нейтрализовать влияние эффекта пассивации выходного напряжения ЛТХБ на работоспособность системы электропитания портативного технического устройства (ПТУ) и, тем самым повысить надежность его автономной работы в течении более длительного времени.
Техническим результатом (TP), достигаемым в предлагаемом техническом решении, является повышение надежности системы электропитания нагрузки (ТУС/ПТУ), с точки зрения обеспечения ее длительной и безотказной работы в режиме автономного функционирования с использованием ЛТХБ. Получение данного TP достигается за счет, во-первых, идентификации фактов снижения УРБ ЛТХБ ниже допустимого значения с последующим автоматическим запуском процедуры ее депассивации, что позволяет сократить количество процедур активации ЛТХБ, поскольку они могут проводиться только лишь по мере необходимости, что позволяет снизить расход энергоресурса ЛТХБ, расходуемого на ее активацию, во-вторых, разрушения изолирующей пленки, возникшей на аноде ЛТХБ и вызвавшей ее пассивацию, с использованием мощности дополнительного источника ЭЭ (ВБСК 12), что обеспечивает дополнительное снижения затрат энергоресурса ЛТХБ, используемого для ее активации, и в-третьих, осуществления автоматического бесперебойного подключения к нагрузке (ТУС/ПТУ) резервного источника тока (ПБСК 10) для поддержки ее в рабочем состоянии на время, пока осуществляемся процедура активации ЛТХБ, а также автоматического бесперебойного подключения к нагрузке (ТУС/ПТУ) ЛТХБ, работоспособность которой восстановлена процедурой ее депассивации, что обеспечивает компенсацию влияния на нагрузку эффекта пассивации ЛТХБ.
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого устройства компенсации эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи из техники не известно, поэтому она соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по расширению функциональных возможностей известного устройства, связанных со снижением затрат энергоресурса литий-тионилхлоридной батареи, расходуемого на ее деапассивацию, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше. Снижением' затрат энергоресурса литий-тионилхлоридной батареи, расходуемого на ее активацию, достигается за счет того, что запуск процедуры активации ЛТХБ осуществляется по мере необходимости, при обнаружении фактов снижения выходного напряжения ЛТХБ ниже допустимого значения и использования для разрушения изолирующей пленки, возникающей на аноде ЛТХБ и вызывающей ее пассивацию, мощности дополнительного источника тока (ВБСК 12).
Обобщенный алгоритм функционирования предлагаемого устройства может быть представлен в следующем виде.
- Начало;
- Шаг-1. Инициализация системы электропитания: очистка памяти 3, активация/тестирование электрических параметров ЛТХБ 7, регистрация результатов тестирования ЛТХБ 7, в памяти 3 и отображения ее УРБ на индикаторе 1, установка узлов ПБСК 10 и ВБСК 12 в режим накопления ЭЭ с использованием энергоресурса МАБ 11;
- Шаг-2. Проверка - 1: Напряжение ЛТХБ 7 соответствуют норме? - Если - нет, то переход к шагу 3, если - да, то вывод на индикатор 1 сигнала, обозначающего нормальный УРБ ЛТХБ 7, возврат к шагу 2.
- Шаг-3. Бесперебойное подключение к нагрузке 4 ПБСК 10, отключение ЛТХБ 7 от нагрузки 4, включение ВК 9, подключение к ЛТХБ 7 ВБСК 12, запуск процедуры депассивации ЛТХБ 7, переход к шагу 4.
- Шаг-4. Проверка - 2: УРБ ЛТХБ 7 - в норме? - Если - нет, то переход к шагу 5, если - да, то переход к шагу 6.
- Шаг-5. Проверка - 3: Напряжение на выходе ПБСК 10 - в норме? - Если да, то переход к шагу 4, если - нет, то вывод на индикатор сигнала о потере работоспособности ЛТХБ 7 и переход к шагу 7.
- Шаг-6. Бесперебойное подключение к нагрузке 4 ЛТХБ 7, отключение ПБСК 10 от нагрузки 4, выключение ВК 9, подключение ПБСК 10 и ВБСК 12 к МАБ 11 для накопления ЭЭ, переход к шагу 2.
- Шаг-7. Завершение работы.
- Конец.
Узлы индикатора 1, МК 2, памяти 3, БКПБ 6, ЛТХБ 7 и РЦ 8 могут быть аналогичными соответствующим признакам прототипа и не требуют значительной доработки при реализации предлагаемого технического решения. Узел МК 2 может быть реализован на основе PIC-контроллеров, известных из [Л12]. Узлы ПК 5 и ВК 9 могут быть реализованы на основе использования изделий типа драйверов силового MOSFET верхнего/нижнего плеча, например, известного из техники [Л13] драйвера силового MOSFET верхнего плеча компании International Rectifier, модель AUIR3200S, снабженнного системой защиты от превышения рабочего тока и напряжения, а также функцией диагностики, позволяющей определить наличие короткого замыкания в нагрузке. Решение на базе драйвера AUIR3200S и высокоэффективного силового MOSFET транзистора идеально подходит для замены механических реле и применения в системах коммутации аккумуляторной батареи. На основе использования микросхем типа AUIR3200S в сочетании с несколькими транзисторами типа IRLS3034/7PPBF можно получить полностью защищенный силовой ключ с сопротивлением открытого канала менее 1.5/0.75 мОм. Узлы ПБСК 10 и ВБСК 12 могут быть реализованы на основе использования суперконденсаторов, известных из [Л14-Л17]. Узел МАБ 11 может быть реализован на основе использования изделий типа миниатюрных ядернных батареек, известных из [Л18-Л20], обеспечивающих выработку электроэнергии в течении нескольких десятилетий. Для реализации узлов предлагаемого устройства с необходимыми признаками, свойствами и обеспечения функционирования узла МК 2 по требуемым алгоритмам, также могут быть использованы решения и программные процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л21-Л26] и авторских технических решений [Л27-Л35].
На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель устройства компенсации эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет решить поставленную задачу, связанную с повышением надежности автономного функционирования портативного технического устройства, с точки зрения обеспечения безотказной и длительной работы его системы электропитания. Решение поставленной задачи достигается на основе существенного расширения функциональных возможностей известного устройства- прототипа, связанных со снижением затрат энергоресурса литий-тионилхлоридной батареи на выполнение ее деапассивации, что обеспечивает повышение надежности системы электропитания нагрузки (ТУС/ПТУ), с точки зрения обеспечения ее длительной и безотказной работы в режиме автономного функционирования с использованием ЛТХБ. Высокая надежность системы электропитания ТУС/ПТУ (нагрузки 4), обеспечиваемая при использовании предлагаемого технического решения, достигается за счет: а) идентификации фактов снижения УРБ ЛТХБ ниже допустимого значения с последующим автоматическим запуском процедуры ее активации/депассивации, что позволяет сократить количество процедур активации ЛТХБ, поскольку они проводиться только лишь по мере необходимости, чем достигается снижение расхода энергоресурса ЛТХБ, используемого на ее активацию/депассивацию, б) разрушения изолирующей пленки, возникшей на аноде ЛТХБ и вызвавшей ее пассивацию, с использованием мощности дополнительного источника ЭЭ (ВБСК 12), чем достигается дополнительное снижения затрат энергоресурса ЛТХБ на ее активацию/депассивацию, б) автоматического бесперебойного подключения к нагрузке 4 (ТУС/ПТУ) дополнительного источника тока (ПБСК 10) для ее электропитания в течении времени, пока осуществляется процедура активации ЛТХБ, а также осуществления автоматического бесперебойного подключения к нагрузке (ТУС/ПТУ) ЛТХБ, работоспособность которой восстановлена процедурой ее депассивации, что обеспечивает компенсацию влияния на нагрузку эффекта пассивации ЛТХБ.
Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.
Основные узлы предлагаемой полезной модели устройства компенсации эффекта пассивации выходного напряжения литий-тионилхлоридной батареи изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов. Производимые устройства могут быть использованы для обслуживания литиевых, преимущественно, литий-тионилхлоридных батарей, используемых в качестве автономных источников электропитания ТУС/ПТУ.
Предлагаемое техническое решение будет востребовано широким кругом пользователей различных устройств и систем, функционирующих с использованием автономных источников тока типа ЛТХБ.
Использование данного устройства позволяет поддерживать высокий уровень работоспособности систем электропитания, в которых в качестве основного источника тока используется ХИТ типа ЛТХБ, и обеспечивать надежную и длительную работу, как бытовых портативных устройств, так и техники специального назначения, функционирующей в автономном режиме.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Литиевые первичные тионил-хлоридные батареи, http://www.proelectro.ru/products/id_28188
2. Продукция компании SCHOTT Electronic Packaging Home, http://www.schott.com/epackaging/russian/auto/others/battery.html
3. Пассивация в гальванических элементах, http://www.rusilicon.net/elements/passivaciya-v-galvanicheskix-elementax.htm
4. Особенности эксплуатации литиевых батарей, http://www.kit-e.ru/articles/powersource/2006_4_160.php
5. Пассивация химических источников тока, http://www.ekohit.ru
6. Резервированный блок электроники для литий-ионной аккумуляторной батареи, Патент на полезную модель №83657 от 10.06.2009 г.
7. Устройство депассивации литий-тионилхлоридной батареи, Патент на полезную модель №126513, дата регистрации 27.03.2013 г.
8. Устройство активации и контроля работоспособности литиевой батареи, Патент на полезную модель №126514, дата регистрации 27.03.2013 г.
9. Устройство тестирования и активации литий-тионилхлоридной батареи, Патент на полезную модель №127520, дата регистрации 27.04.2013 г.
10. Активация литиево-тионилхлоридных батарей и особенности их эксплуатации, http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/micro/
11. Химические источники тока с литиевым электродом, http://booksshare.net/index.php?id1=4&category=chem&author=kedrinskiy
12. Микроконтроллеры серии PIC18FX5XX с поддержкой шины USB2.0, http://www.trt.ru/products/microchip/pic18_2.htm
13. AUIR3200S - новый драйвер MOSFET с системой комплексной защиты, http://www.compel.ru/2013/04/08/auir3200s-novyiy-drayver-mosfet
14. Суперконденсаторы или Ионисторы вместо аккумулятора. http://www.insidecarelectronics.com/superkondensatori-ili-ionistori
15. Суперконденсаторы для электроники, http://madelectronics.ru
16. Новый гибридный суперконденсатор Ioxus, http://www.elcomdesign.ru/
17. Микросуперконденсатор - сверхмощный накопитель энергии, http://popnano.ru/news/show/3357
18. Миниатюрная ядерная батарея, http://monoblog.su/?p=8583
19. Ядерный аккумулятор, http://promplace.ru/article_single.php?arc=470
20. Commercially-available NanoTritium battery can power microelectronics for 20 years, http://www.gizmag.com/city-labs-nanotritium-betavoltaic-battery
21. Эмулятор протокола USART, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, №2011610490 от 13.11.2010 г.
22. Программа хостинга микроконтроллерного устройства, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации №2010612122 от 22.01.2010 г., ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
23. Платформа интерфейсов, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2009616277 от 13 ноября 2009 г., ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
24. Драйвер светоиндикаторного устройства, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, №2011610487 от 13.11.2010 г., ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
25. Программа автоматизированной обработки данных, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2009613019 от 10.06.2009 г., ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
26. Менеджер преобразователя напряжения, программа для ЭВМ, Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2008614983 от 16 октября 2008 г., ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
27. Устройство индикации, Патент на изобретение №2289856 от 20.12.2006 г., патентообладатель войсковая часть 11135
28. Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности, Патент на ПМ №98641 от 20.10.2010 г., патентообладатель ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
29. Устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности, Патент на полезную модель №114226 от 10.03.2012 г., патентообладатель ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
30. Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок, Патент на ПМ №114227 от 10.03 2012 г., п/о ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
31. Устройство заряда элемента аккумулятора с ограничением и сигнализацией его токовых перегрузок, Патент на ПМ №114228 от 10.03.2012 г., патентообладатель ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
32. Устройство защиты аккумуляторной батареи от пиковых токовых нагрузок, Патент на ПМ №124983 от 20.02.2013 г., патентообладатель ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ
33. Устройство контроля электрических параметров и управления режимом заряда литиевой аккумуляторной батареи, Патент на ПМ №127520 от 27.04.2013 г., патентообладатель ФГУП «18 ЦНИИ»
34. Устройство дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока, Патент на ПМ №130143 от 10.07.2013 г., патентообладатель ФГУП «18 ЦНИИ»
35. Устройство дифференцированного управления автономным электропитанием портативной радиоэлектронной аппаратуры, Патент на ПМ №124443 от 20.01.2013 г., патентообладатель ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ