ИМИТАТОР СИГНАЛОВ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для контроля систем электропитания, включающих зарядно-разрядные устройства аккумуляторных батарей с любым количеством элементов.
Известен имитатор сигналов аккумуляторной батареи I, содержащий клеммы для подключения к системе электропитания (СЭП), имитаторы сигналов элементов батареи (ИСЭБ) в виде последовательно соединенных резисторов и регулируемого источника стабильного тока, ключи для переключения режимов работы ИСЭБ, а также контрольное устройство, соединенное с элементами имитатора сигналов.
К недостаткам такого имитатора следует отнести недостаточное качество и неполноту проверки с его помощью работы СЭП, а кроме того очень низкую производительность и больщое время цикла проверки СЭП.
Известен также имитатор сигналов аккумуляторной батареи 2, принятый за прототип и содержащий клеммы для подключения к системе электропитания, имитатор элементов аккумуляторной батареи, содержащий последовательно соединенные резисторы, количество которых равно количеств} элементов аккумуляторной батареи, и регулируемый источник стабильного тока, включающий четыре группы ключей, контрольное устройство, имитаторы датчиков давления и температур аккумуляторной батареи, блок управления и дещифратор команд.
К недостаткам прототипа следует отнести больщое количество индивидуально настраиваемых режимов имитаторов, задаваемых подбором конкретных источников опорных напряжений и делителей токов (напряжений), необходимость программной корректировки снимаемых величин в виду несоверщенства алгоритма цифровой фильтрации сигналов, наличие устройств гальванической развязки для каждого канала измерений, сложность конструкции блока, а также отсутствие унификации имитаторов сигналов даже для однотипных аккумуляторных батарей, что значительно увеличивает стоимость и длительность разработки и создания комплекса для испытаний СЭП.
Задачей, на рещение которой направлено создание предлагаемого устройства, является устранение указанных недостатков, а в частности, создание унифицированного имитатора сигналов аккумуляторной батареи при существенном упрощении конструкции последнего и устранении элементов аппаратурной подгонки уровней сигналов и параметров имитаторов аккумуляторной батареи за счет введения программного управления параметрами имитаторов.
Поставленная задача решается тем, что имитатор сигналов аккумуляторной батареи, включающий клеммы для подключения к системе электропитания, имитатор элементов аккумуляторной батареи (ИЭАБ) на основе последовательно соединенных резисторов, имитаторы датчиков давления (ИДД) и температур (ИДТ) аккумуляторной батареи, блок управления, вход которого предназначен для ввода программы испытаний, включающий последовательно соединенные модуль запоминания и модуль обработки информации, а также контрольное устройство, вход которого соединен с выходом модуля обработки информации, первый мультиплексор, аналоговый выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а адресный вход - с выходом блока управления, аналоговые входы первого мультиплексора соединены с выходами ИЭАБ, ИДД и ИДТ, при этом клеммы соединены с характерными точками ИЭАБ, ИДД и ИДТ, а выход АЦП с блоком управления, в состав каждого имитатора включен модуль синфазного смещения напряжений, вход которого подключен к характерной точке соответствующего имитатора, а выход - к входу первого мультиплексора, при этом выход АЦП соединен со входом модуля запоминания, который подключен к адресному входу первого мультиплексора. Также в состав каждого имитатора включены последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и согласующий усилитель, выход которого подключен к характерной точке соответствующего имитатора, а управляющие входы всех ЦАП соединены с выходом модуля запоминания. В состав блока управления введен цифровой модуль гальванической развязки, выполненный на основе оптронов, выход которого соединен с входом модуля запоминания, а вход является входом блока управления и предназначен для ввода программы испытаний. В состав ИЭАБ дополнительно входит второй мультиплексор, включенный между последовательно соединенными резисторами и модулем синфазного смещения напряжения.
На фиг.1 представлена структурная схема имитатора сигналов аккумуляторной батареи.
Имитатор сигналов аккумуляторной батареи (АБ) включает клеммы (Ki...Kn+i, К,,:(, K;n) для подключения характерных точек имитатора элементов аккумуляторной батареи (ИЭАБ) 2, имитатора датчиков давления 3 (ИДД) и температуры 4 (ИДТ) к системе электропитания (СЭП). Имитатор элементов аккумуляторной батареи (ИЭАБ) 2 представлен в виде последовательно соединенных резисторов И...И,,, на которых устанавливается напряжение АБ, взятое с выхода согласующего усилителя 13. Согласующий усилитель 13 повторяет напряжение выхода цифро-аналогового преобразователя 12, задаваемое кодом, который подается с блока управления 5. Резисторы И|...И„ соединены со входами второго мультиплексора 15, коммутирующего сигналы ИЭАБ на вход модуля синфазного смещения напряжения 11 на основе инструментального усилителя, предназначенного для установки заданного коэффициента усиления канала измерения при высоком уровне подавления синфазного входного напряжения.
Имитатор датчиков давления (ИДД) 3 и имитатор датчиков температуры (ИДТ) 4 имеют сходную структуру и состоят непосредственно из устройств имитации датчиков давления и датчиков температуры соответственно (Ид,1 и И;(г), цифро-аналоговых преобразователей 12, согласующих усилителей 13 и модулей синфазного смещения напряжения 1 1.
Выходы ИЭАБ, ИДД, ИДТ объединены в мультиплексный канал измерения на основе первого мультиплексора 9. управляемого блоком управления 5. Выход первого мультиплексора 9 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 10, преобразующего подаваемое напряжение в последовательный код, который транслируется в блок управления 5.
Блок управления 5 включает в себя модуль запоминания 6, модуль обработки информации 7 и цифровой модуль гальванической развязки 14, выполненный на оптронах, вход которого предназначен для ввода программы управления имитатором сигналов АБ.
Дополнительно предусмотрено контрольное устройство 8 для визуального контроля параметров имитатора сигналов АБ.
Имитатор сигналов АБ работает следующим образом.
Перед проведением испытаний СЭП, включающих ее проверку при различных режимах работы элементов аккумуляторной батареи ИЭАБ 2 и установленных на ней датчиков, включая проверку резервированных узлов и аварийных ситуаций никель-водородных элементов, в модуль запоминания 6 загружается предварительно подготовленная программа испытаний, что позволяет автоматизировать процесс испытаний.
В начальный момент времени (на 1-м такте работы) проводится имитация исходного состояния элементов аккумуляторной батареи ИЭАБ 2 путем установки на них напряжений, соответствующих указанному режиму АБ, а также имитация исходного режима входящих в состав АБ датчиков давления 3 и температур 4. Иапряжения с клемм 1 и с ИЭАБ 2, ИДД 3, ИДТ 4 передаются в СЭП и позволяют проверить ее работоспособность при начальных параметрах аккумуляторной батареи. При этом -все параметры в характерных точках АБ через модули смещения синфазных напряжений 1 1, первый мультиплексор 9 и АЦП 10 передаются в модуль запоминания 6. а затем в модуль обработки информации 7, где сравниваются с требуемыми параметрами в данном состоянии и передаются на контрольное устройство 8 для оперативного управления процессом проведения испытания СЭП.
Па втором такте работы имитатора очередные команды управления режимами имитатора передаются из модуля запоминания 6 в модуль обработки информации 7; одновременно информация о состоянии АБ через первый мультиплексор 9 и АЦП 10 передается в модуль обработки информации 7, который вырабатывает требуемые коды для выдачи через модуль запоминания на входы ЦАП каждого из имитаторов, которые устанавливают режимы работы ИЭАБ 2 (напряжения заряда или разряда АБ в целом и ее отдельных элементов, включая несимметричные и аварийные режимы), имитаторов датчиков давлений 3 и температур 4. Полученная информация о результатах ра.C cV/; / /Sy
боты имитатора и СЭП регистрируется в модуле запоминания 6 для последующего анализа и выдается на контрольное устройство 8.
На последующих тактах работы по мере проведения испытаний имитируются все предусмотренные программой режимы работ с выдачей заключения о результатах контроля СЭП.
Такое построение структурной схемы имитатора сигналов аккумуляторной батареи обеспечивает существенное повыщение качества испытаний за счет упрощения аппаратной части, отвечающей за установку режимов имитаторов, обеспечения гибкости изменения параметров имитаторов, которая в данном имитаторе сигналов АБ может осуществляться программным путем. Этим же достигается унификация имитатора, по крайней мере, для однотипных аккумуляторных батарей. Предварительная подготовка программы испытаний с сохранением последней в модуле запоминания 6 позволяет автоматизировать процесс проведения испытаний и снизить трудоемкость их проведения. Упрощение аппаратной части имитатора сигналов АБ приводит к снижению его стоимости. В частности, данный эффект достигается за счет того, что вместо аналоговьгх модулей гальванической развязки, примененных в прототипе, в данном имитаторе используются цифровые модули на основе оптронов.
В настоящее время разработана схема и конструктивное рещение по реализации модели имитатора сигналов АБ, проводятся изготовление и отработка образца по предложенной схеме. При этом общий экономический эффект составляет около $2000 на каждое изделие при существенном снижении времени создания испытательного комплекса по отработке систем электропитания космических аппаратов.
.i C//; /S i 4
Источники информации
1.Блок имитатора сигналов, ЗЗУ.2574.003 ТУ, г. Королев, Московская область, РКК «Энергия, 1987 г.
2.Свидетельство РФ №17996, кл. G 01 R 36/06, опубл. 10.05.2001, БИМП №13.