Применение термисторов для определения тепловыделения литий-ионной аккумуляторной батареи

Решетневские чтения

Затем проводится проектирование корпуса изделия, отвечающего требованиям помехозащищенности. В зависимости от требований стойкости к механическим воздействиям корпус можно сделать цельнометаллическим, пластиковым с нанесенным токопро-водящим покрытием либо экранировать отдельные узлы его конструкции. Верификацию принятых конструктивных решений можно осуществлять с помощью целого ряда программ для расчета электромагнитных полей: Ansoft HFSS, Opera, EMCoS, CST MICROWAVE STUDIO.

Для того чтобы получить документы, подтверждающие соответствие изделия требованиям стандартов в области ЭМС, необходимы натурные испыта-

ния. Такие испытания проводятся в сертифицированных лабораториях.

При проектировании изделия по представленной методике вероятность успешного прохождения на -турных испытаний на ЭМС значительно возрастает, что позволяет в подавляющем большинстве случаев обойтись без проведения повторных испытаний и внесения изменений в изготовляемую продукцию.

Библиографические ссылки

1. Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. М. : Технологии, 2003.

2. Clayton P. R. Introduction to electromagnetic compatibility. 2nd ed. Hoboren, N. J. : Wiley-Inters-cience, 2006.

O. Ye. Kulikov, A. S. Shalumov CALS-technologies Ltd., Russia, Kovrov

METHOD OF DESIGNING OF AIRBORNE AVIONICS TAKING INTO ACCOUNT ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY

The method of designing of airborne avionics that are resistant to external electromagnetic radiation is described. The importance of providing of sustainability to external electromagnetic influences is shown. The advantages of equipment designing of the proposed method are shown.

© Куликов О. Е., Шалумов А. С., 2010

УДК 620.1.08

А. Т. Лелеков, Е. В. Величко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМИСТОРОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Обсуждаются пути повышения точности измерения мощности тепловыделения и разности температур с помощью термисторов.

В современных спутниках связи в качестве вторичных источников электропитания все чаще используют литий-ионные аккумуляторные батареи (ЛИАБ). Это связано с тем, что ЛИАБ имеют более высокие удельные энергетические характеристики по сравнению с никель-водородными аккумуляторными батареями (АБ). Однако обеспечение заданного срока активного существования (САС) ЛИАБ связано с соблюдением теплового режима АБ. Превышение пределов допустимых температур, установленных изготовителем, приводит к выходу батареи из строя [1]. При циклировании АБ выделяет тепло, что в свою очередь также приводит к повышению ее температуры, которое может способствовать разбалансу АБ КА по емкости и тем самым уменьшить глубину цикли-рования и САС.

Напрямую измерить мощность тепловыделения АБ КА нельзя, поэтому для данных целей применяются различные дифференциальные схемы измерения температуры с последующим пересчетом. Но во всех

схемах основное значение играет выбор термочувствительных элементов (датчиков). В качестве датчиков чаще всего используются термометры сопротивления (ТС). Это связано прежде всего с тем, что ТС имеют высокую точность технологической повторяемости параметров и практически линейную зависимость сопротивления от температуры (К-Г-характеристику). Но когда необходимо производить измерения в узком диапазоне температур, ТС сильно подвержены влиянию внешних факторов (электромагнитных помех), так как они имеют малые номинальные сопротивления и угол наклона К-Г-характеристики.

Для измерения температур в небольших диапазонах больше подходят термисторы (терморезисторы) -полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом [2]. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС), в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов, а значит и у ТС, простота устройства, способность работать в различных клима-

Системы управления, космическая навигация и связь

тических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Термисторы являются в значительной степени нелинейными приборами (вопрос линеаризации выходной характеристики для них остается до сих пор открытым [3]) и зачастую имеют параметры с большим разбросом. Именно поэтому многие, даже опытные инженеры и разработчики схем испытывают неудобства при работе с ними.

В рабочем диапазоне температур зависимость сопротивления терморезистора от температуры достаточно точно описывается выражением [3]:

R — R

1__1

T Tn

где Rт - рабочее сопротивление рабочего тела терморезистора при данной температуре Т, Ом; RN - номинальное сопротивление резистора при температуре Тт Ом; Т, ТN - температура, К; В - коэффициент, постоянный для данного экземпляра терморезистора, но который может значительно отличаться даже у терморезисторов, близких по номинальному сопротивлению, К [4].

Параметры RN и Т - это, как правило, сопротивление и температура терморезистора при 25 °С.

Характеристика термистора также может быть воспроизведена полиномом

R —

1

A0 • T0 + A • T1 + A2 • T2 +... + An • T"

где RТ - рабочее сопротивление рабочего тела терморезистора при данной температуре Т, Ом; А0, Аь А2, ..., Ап - коэффициенты, зависящие лишь от свойств материалов, которые используются при изготовлении термистора. Такой подход увеличивает точность аппроксимации, но ведет к усложнению математической модели из-за бесконечного числа возможных значений коэффициентов. В малом диапазоне температур достаточно модели (1), что и подтвердили данные эксперимента.

Для точного измерения мощности тепловыделения необязательно знать абсолютное значение температуры на поверхности датчиков, достаточно точного из -мерения перепада температур между ними ДТ.

Применение термисторов в качестве датчиков температуры ограничивает круг измерительных схем. Например, такие известные схемы, как дифференциальный усилитель [5] или полумост [6], не подходят

для измерения с помощью термисторов из-за существенной нелинейности характеристик и большого технологического разброса параметров.

Для измерения более подходит схема, когда оба термистора опрашиваются одинаковым током (причем значение тока должно иметь высокую стабильность) и сигнал с них передается в ЭВМ для дальнейшей обработки. Использование ЭВМ в этом случае необходимо, так как искусственно созданные зависимости с помощью аналоговой электроники воспроизвести невозможно.

Повысить точность измерения температуры можно предварительной откалибровкой термистора, т. е. проведением идентификации параметров RN, TN и В. Для этого в термостат помещают датчики (причем именно два датчика для уменьшения случайных и исключения систематических погрешностей) и снимают точки для построения характеристики R(T) для опорного терморезистора и кривой AR для выбранного опорного датчика. В дальнейшем температуру второго датчика получают из модели опорного, учитывая поправку AR.

Такой подход позволяет при известной модели одного из термисторов без особых трудностей получать довольно точные значения AT между ними. При математическом моделировании погрешность определения AT не превышает 0,04 °С.

Библиографические ссылки

1. Величко Е. В., Лелеков А. Т. Анализ погрешностей оценки тепловых параметров литий-ионных аккумуляторов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сб. тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. С. 165-166.

2. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы : учеб. пособие для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. шк., 1987.

3. Зотов В. Принципы построения систем температурного контроля на NTC-термисторах фирмы Epcos // Компоненты и технологии. 2007. № 6. С. 32-38.

4. Виглеб Г. Датчики : пер. с нем. М. : Мир, 1989.

5. Пейтон А. Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. М. : БИНОМ, 1994.

6. Методы практического конструирования при нормировании сигналов c датчиков : пер. с англ. М. : АВТЭКС, 2000.

A. T. Lelekov, E. V. Velichko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

APPLICATION OF THERMISTORS TO DEFINE HEAT GENERATION OF LITHIUM-ION STORAGE BATTERY

The ways of increasing of measurement accuracy of power of heat generation and emperatures difference with thermistors are discussed.

© Лелеков А. Т., Величко Е. В., 2010