ВСТРОЕННОЕ УСТРОЙСТВО УДАЛЕННОГО КОНТРОЛЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
BUILT-IN DEVICE FOR REMOTE BATTERY CONTROL

Изобретение относится к системам контроля и диагностики параметров аккумуляторных батарей, а именно тяговых и стартерных аккумуляторов, и предназначено для накопления и передачи данных об аккумуляторах производителю или потребителю.
Известна система контроля и мониторинга батарей автономного питания (варианты) по патенту № 120777 (G01R31/36, оп. 27.09.2012, БИ № 27). Общими признаками с предлагаемой группой изобретений являются измеритель напряжения, устройство передачи с возможностью передачи информации по беспроводному каналу бесконтактным способом.
Недостатком является то, что описанный патент защищает сам принцип измерения и формулу расчета емкости, но не описывает устройство, т.е. представляет математическую модель расчета уровня заряда. При этом методика адаптирована к многоэлементным литиевым батареям.
Известны система и способ определения состояния батареи по патенту CA №239742 (G01R 31/02, оп. 19.07.2001). Общими признаками с предлагаемым изобретением являются определение значений температуры и напряжения, а также возможность предоставления данных пользователю.
Недостатком является то, что данные выводятся на локальный дисплей на самой батарее, устройство не является составной частью самой батареи, а является внешним опционно установленным на клемму АКБ, и это обстоятельство не позволяет использовать устройство как идентификатор для конкретного экземпляра АКБ, и не позволяет производить удаленный мониторинг
Известна автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей по патенту № 2283504 (G01R31/36, оп. 10.09.2006, БИ № 25). Общими признаками с предлагаемым изобретением являются измеритель напряжения, температурный датчик.
Недостатками являются значительные изменения конструкции батареи, отсутствие возможностей передачи данных в мониторинговую систему для доступа к ним заинтересованных третьих лиц (производителя АКБ, торговой сети, пользователя).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для мониторинга параметров свинцового аккумулятора в реальном времени по патенту № 129262 (G01R31/36, оп. 20.06.2013, БИ № 17). Общими признаками с предлагаемым изобретением являются температурный датчик, а также то, что устройство устанавливается в батарею.
Недостатком является отсутствие накопления статистики в период хранения и эксплуатации, отсутствие возможностей передачи данных в мониторинговую систему для доступа к ним заинтересованных третьих лиц (производителя АКБ, торговой сети, пользователя).
Стартерные или тяговые аккумуляторные батареи в большинстве случаев являются легкосъемным элементом, отсюда высокий риск их неправильной утилизации и необоснованной замены. Они часто работают в тяжелых условиях и в необслуживаемом режиме, есть риск несоблюдения режимов эксплуатации и их преждевременный или непрогнозируемый выход из строя, возникновения необоснованных гарантийных претензий.
Задачами предлагаемого изобретения являются контроль состояния стартерных и тяговых аккумуляторных батарей после производства производителем или потребителем, обеспечивающий решение проблем экологии, сбора и утилизации аккумуляторных батарей, диагностики, решение вопросов контроля качества, рекламационных претензий, контрафакта, прямой связи производителя и потребителя товара.
Технический результат - накопление статистики об эксплуатации стартерных и тяговых аккумуляторных батарей и повышение эффективности передачи данных об их состоянии после производства производителем или потребителем.
Указанный технический результат достигается тем, что встроенное устройство удаленного контроля аккумуляторной батареи, выполненное с возможностью размещения в крышке стартерных и тяговых аккумуляторных батарей, включает микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к измерителю напряжения и датчику температуры, модуль энергонезависимой памяти, выполненный с возможностью накопления данных, приемопередатчик BLUETOOTH, выполненный с возможностью считывания, приемо-передающий тракт канала BLUETOOTH трансивера, схему питания и крышку, маркированную QR-кодом и штрихкодом, микропроцессор выполнен с возможностью передачи данных от измерителя напряжения и температурного датчика в модуль энергонезависимой памяти, выполненный с возможностью передачи данных через приемо-передающий тракт канала BLUETOOTH трансивера и через интернет-канал на сервер сбора данных.
Благодаря температурному датчику возможно оценить режимы заряда и условий эксплуатации стартерных и тяговых аккумуляторных батарей.
Благодаря тому, что устройство является неотъемлемой частью стартерных и тяговых аккумуляторных батарей, интегрировано в их корпус и постоянно с ними соединено, содержит измеритель напряжения и датчик температуры, обеспечивается сбор и передача данных изготовителю стартерных и тяговых аккумуляторных батарей об их состоянии и эксплуатационных режимах в процессе использования на сервер сбора данных (в реестр).
Устройство имеет модуль энергонезависимой памяти для накопления данных и приемо-передающий тракт канала BLUETOOTH трансивера для передачи данных от стартерных и тяговых аккумуляторных батарей пользователю, на сервер сбора данных (в «облако»), эксплуатирующей организации и другим заинтересованным лицам.
Благодаря приемопередатчику BLUETOOTH для тяговых аккумуляторных батарей на погрузочно-разгрузочной технике в условиях складских терминалов данные об их состоянии могут считываться дистанционно установленным по маршруту движения BLUETOOTH-считывателями, что исключает непреднамеренные простои. Для стартерных (автомобильных) аккумуляторных батарей устройство позволяет пользователю видеть напряжение бортовой сети на экране смартфона, иметь оперативные данные об исправности самой батареи и систем электропитания автомобиля.
Схема устройства представлена на фигуре 1.
Устройство устанавливается на этапе производства в крышки стартерных и тяговых аккумуляторных батарей (АКБ) большой емкости от 10 А/ч и выше без ограничений верхнего предела.
Устройство включает микропроцессор 1, аналого-цифровой преобразователь (на рисунке не показан), модуль энергонезависимой памяти 2 (EEPROM), приемопередатчик BLUETOOTH 3, измеритель напряжения 4, температурный датчик 5, приемо-передающий тракт канала BLUETOOTH трансивера 6, схему питания 7, крышку (на рисунке не показана), на которую нанесены штрихкод и QR-код.
С помощью схемы питания происходит питание устройства от АКБ, в которую оно интегрировано, поэтому дополнительных источников питания не требует. Диапазон напряжений питания от 3,5В до 30В и ток потребления менее 1 мА позволяют сохранять работоспособность даже на непригодных для эксплуатации по назначению аккумуляторных батареях.
Микропроцессор 1 выполнен с возможностью передачи данных от измерителя напряжения 4 и температурного датчика 5 в модуль энергонезависимой памяти 2. Модуль энергонезависимой памяти 2 выполнен с возможностью накопления данных об эксплуатации АКБ и последующей передачей данных посредством глобальной сети (интернет-канал) по приемо-передающему тракту канала BLUETOOTH трансивера 6 на сервер сбора данных в реестр производителя АКБ. Аналого-цифровой преобразователь предназначен для преобразования аналогового сигнала от температурного датчика 5 и измерителя напряжения 4 в цифровой код для последующей обработки (передачи в модуль энергонезависимой памяти 2). Устройство содержит крышку, выполненную несъемной, с нанесенным QR-кодом и штрихкодом, являющимися ссылкой доступа к реестру производителя АКБ на удаленном сервере.
Измеритель напряжения 4 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя и позволяет производить оценку режимов заряда и условий эксплуатации АКБ. Полученные данные используются в алгоритмах обработки, доступны пользователю (водителю или оператору) для оперативной оценки состояния АКБ и систем ее заряда носителя АКБ (автомобиль, электротранспорт). Полученные данные режимов заряда и условий эксплуатации АКБ поступают в модуль энергонезависимой памяти 2 и через приемо-передающий тракт канала BLUETOOTH трансивера 6 на удаленный внешний сервер сбора данных в реестр производителя АКБ при возникновении канала связи с интернет через смартфон пользователя или оператора для накопления статистики и удаленной диагностики.
Температурный датчик 5 также подключен к входу аналого-цифрового преобразователя и позволяет производить оценку режимов заряда и условий эксплуатации АКБ с учетом температуры. Данные о температуре поступают от аналого-цифрового преобразователя в модуль энергонезависимой памяти 2 и через приемо-передающий тракт канала BLUETOOTH трансивера 6 на удаленный внешний сервер сбора данных в реестр производителя АКБ при возникновении канала связи с интернет через смартфон пользователя или оператора для накопления статистики и удаленной диагностики. Полученные данные также используются в алгоритмах обработки, т.е. в математических методах оценки характеристик эксплуатации АКБ. Т.е. показывается напряжение на клеммах АКБ и при этом измеряется ее температура. Т.к. при разных температурах характеристики заряда и разряда АКБ меняются, то мы имеем возможность, в зависимости от совокупности этих данных, делать выводы и прогнозы, связанные с необходимостью досрочного обслуживания АКБ, передать эти данные эксплуатирующей организации или производителю. Например, глубокий разряд АКБ приводит к тому, что плотность электролита снижается, что при низких температурах может привести к его замерзанию и пучению, как следствие, повреждению корпуса АКБ и полному отказу работоспособности АКБ с попаданием кислот в окружающую среду.
Приемо-передающий тракт канала BLUETOOTH трансивера 6 отвечает за коммуникацию устройства со смартфоном пользователя. Данные из модуля энергонезависимой памяти 2 при наличии связи с устройством считывания (чаще смартфоном) принимаются по приемо-передающему тракту канала BLUETOOTH трансивера 6 и передаются далее через интернет-канал (посредством глобальной сети) на сервер сбора данных в реестр производителя.
Для полноценного функционирования разработаны:
- серверы сбора данных;
- мобильные приложения;
- пользовательские WEB-интерфейсы.
Приложение для смартфона выполняет несколько основных функций:
1) Обеспечивает подключение (сопряжение) смартфона и устройства по каналу BLUETOOTH.
2) Обеспечивает передачу данных, полученных от устройства (текущее состояние аккумулятора, включающие напряжение, температуру, время эксплуатации) и от смартфона пользователя (модель смартфона, имя и номер телефона пользователя, геопозиция пользователя, заряд батареи смартфона, наличие связи BLUETOOTH, уровень сигнала, тип и версия операционной системы) на сервер (реестр) производителя.
3) Приложение предоставляет пользователю в удобном для восприятия виде информацию на экране смартфона о текущем состоянии батареи из устройства.
4) Приложение предоставляет пользователю в удобном для восприятия виде данные из реестра производителя об истории использования батареи
5) Приложение предоставляет пользователю возможность в удобном виде обратиться непосредственно к производителю аккумуляторной батареи и его партнерам по обеспечению сервиса с требованиями или пожеланиями, либо за технической поддержкой
6) Приложение предоставляет изготовителю аккумуляторной батареи возможность отправки пользователю предложений коммерческого и маркетингового характера и технической поддержки.
Алгоритмы, примененные в приложении, обеспечивают авторизацию и поддержание защищенного канала связи смартфона и предлагаемого устройства, сквозной канал передачи от устройства с использованием имеющегося в смартфоне интернет-канала в реестр производителя, доступ с ограничением прав доступа к базе данных производителя, передачу прав наблюдения за своим устройствам третьим лицам.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом.
На сборочную линию производителя АКБ поступает предлагаемое устройство и крышка АКБ. На крышку устройства наносится QR-код, уникальный идентификатор (серийный номер производителя), продублированный штрихкодом для автоматизированного считывания. Устройство монтируется в окно крышки АКБ таким образом, что поверхность крышки с QR-кодом находится вровень с поверхностью крышки АКБ. На клеммы крышки АКБ и подключенному к ним устройству подается внешнее питание. Технологическим оборудованием (компьютер с подключенным считывателем BLUETOOTH), сканером штрихкодов и выпускающим программным обеспечением посредством считывателя штрихкодов считывается серийный номер изделия, посредством считывателя BLUETOOTH считывается уникальный идентификатор устройства и при сканировании QR-кода, который представляет из себя уникальную ссылку в реестр производителя, выпускающее программное обеспечение делает проверку работоспособности, вносит отметку в реестр производителя, формирует запись в базе данных (реестре) о факте выпуска АКБ с атрибутами даты и места производства. Далее происходит окончательная сборка АКБ. После чего пользователь или любое другое заинтересованное лицо имеет возможность посредством мобильного приложения для смартфона навести камеру на QR-код и получить онлайн доступ к записи в реестре сбора данных. Программа сопоставит данные QR-кода с данными в реестре сбора данных производителя.
Если АКБ сухозаряженная, то набор данных изделия будет содержать факт производства АКБ с указанными номерами, дату, время и место производства, отсутствие признаков начала эксплуатации.
Если АКБ заполняется электролитом и готова к использованию, то на устройство удаленного контроля начинает поступать питание и приложение смартфона предложит пользователю активировать BLUETOOTH и считает дополнительный набор данных непосредственно с устройства посредством BLUETOOTH, набор данных будет содержать дополнительные поля:
- напряжение текущее;
- температуру текущую;
- наличие/отсутствие записей в памяти устройства о нарушении условий хранения и (или эксплуатации). Температуры минимум и максимум за время эксплуатации с данными о времени и даты, напряжения минимум и максимум
- длительность эксплуатации.
- в фоновом режиме программа смартфона передает в реестр обновленную информацию и добавит данные к реестровой записи, данные дополняются также и данными, взятыми из смартфона, с которого произошел доступ к реестру (тип устройства, дата и время, текущие координаты (геопозиция).
После установки АКБ на носитель (автомобиль, электротранспорт и т.п.) приложение смартфона пользователя предложит ввести данные носителя и данные пользователя (тип носителя, VIN при наличии, номер телефона пользователя, адрес электронной почты пользователя).
Внесенные данные добавляются в реестровую запись производителя.
Приложение смартфона в виде всплывающих уведомлений, электронных писем от сервера, либо в фоновом режиме, или в окне программы отображает текущие значения, полученные от измерителя напряжения и температурного датчика, а также историю значений из файла реестра.
Сервер отслеживает режимы эксплуатации АКБ и при наличии необратимых изменений характеристик (быстрый разряд), длительный период хранения без признаков эксплуатации, или наличии фактов критических значений температур и напряжений производителю и в программу пользователя отправляются предупреждения о данных фактах и предложения производителя (дилера) по обслуживанию и (или) своевременной замене АКБ.
Устройство обеспечивает сбор и передачу данных изготовителю АКБ об их состоянии и эксплуатационных режимах в процессе использования, локацию в пространстве. Для пользователя наличие предлагаемого устройства в АКБ позволяет избежать приобретения подделок или кустарно восстановленных, АКБ с измененными маркировками, снижает риски непрогнозируемого отказа. Факт наличия процессов заряда и как косвенный признак работы двигателя, что в совокупности с приложением на смартфоне и доступом к глобальной сети дает возможность контроля парка и движения транспортных средств без установки каких-либо дополнительных устройств. Устройство не требует обслуживания в процессе эксплуатации.