РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ БЛОК ЭЛЕКТРОНИКИ ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Литий-ионные аккумуляторы, будучи одним из видов аккумуляторов с высокой удельной электрической емкостью, привлекают внимание разработчиков аппаратуры различного назначения, в том числе для электропитания аппаратуры космических аппаратов.
Особенность применения литий-ионной аккумуляторной батареи, состоящей из N последовательно соединенных аккумуляторов, заключается в том, что для получения максимальной емкости заряда и длительного ресурса необходимо при ее циклировании выравнивание напряжений на аккумуляторах, поддержание требуемого ею температурного режима и обеспечение оптимальной циклограммы заряда.
Выравнивание напряжений на аккумуляторах осуществляется подключением параллельно любому аккумулятору балансировочного резистора, входящего в состав батареи. При использовании батареи в аппаратуре, к которой предъявляется требование повышенной надежности, а ремонтно-восстановительные работы в процессе эксплуатации невозможны или чрезвычайно затруднены, в состав батареи вводятся байпасные переключатели одноразового действия, которые в случае отказа какого-либо аккумулятора выводят его из состава батареи путем отключения и образования обводящей электрической цепи. Для обслуживания батареи и поддержания ее в рабочем состоянии необходимы электронные блоки, осуществляющие контроль напряжения каждого аккумулятора батареи, ее тока, температуры и обеспечивающие управление байпасными переключателями и коммутацию балансировочных резисторов.
При применении в аппаратуре космических аппаратов необходима передача информации о состоянии батареи пользователю, в данном случае в бортовой комплекс управления, а через него и в центр управления полетом, для принятия решений по поддержанию батареи в рабочем состоянии, приема от пользователя
команд управления по подключению балансировочных резисторов и включению байпасных переключателей.
Кроме этого, эти блоки должны обладать некоторой автономностью, обеспечивающей изменение режима работы аккумуляторной батареи при достижении некоторых критических параметров путем подачи в устройство управления зарядом-разрядом команд, и они должны сохранять работоспособность при возникновении одной возможной неисправности.
Известны устройства в той или иной мере реализующие предъявляемые требования [1-6]. Но ни одно из них не обеспечивает выполнение всех требований.
Наиболее близко по технической сущности является устройство [6], для обслуживания и поддержания в рабочем состоянии литий-ионных аккумуляторов, содержащее средство контроля электрических параметров аккумуляторов, имеющее в модуле управление и отработки информации выходы для передачи данных пользователю и управления зарядом-разрядом. Данное устройство не позволяет осуществлять балансировку аккумуляторов, отключение отказавшего аккумулятора, не имеет резерва.
Предлагаемое устройство позволяет устранить указанные недостатки, и кроме того обеспечить высокую точность контроля параметров аккумуляторов, что повышает эффективность и надежность использования аккумуляторной батареи.
На фиг.1 - представлена структурная схема резервированного блока электроники, на фиг.2 - структурная схема устройства контроля блока электроники и на фиг.3 - структурная схема резервированного коммутатора.
На структурной схеме фиг.1 показаны литий-ионная аккумуляторная батарея 1, в дальнейшем батарея, датчик тока, например, шунт 2, модуль управления и обработки информации 3, имеющий в своем составе три устройства контроля 3.1-3.3, три устройства управления 3.4-3.6, два модуля обмена 3.7-3.8, устройство управления байпасными переключателями 4, устройство коммутации балансировочных резисторов 5, устройство управления зарядом -
разрядом аккумуляторной батареи 6, устройство приема релейных команд 7, аппаратура пользователя 8.
Устройства контроля, устройства управления и модули обмена связаны между собой тремя каналами внутреннего последовательного интерфейса 9, а модули обмена, связаны с аппаратурой пользователя 8 по мультиплексному каналу обмена 10.
На структурной схеме фиг.2 показаны источник опорного напряжения 11, мультиплексоры 12 и 13, аналого-цифровой преобразователь 14, в дальнейшем АЦП, устройство последовательного интерфейса 15, микроконтроллер 16.
На фиг.3 показана схема резервирования коммутаторов, состоящая из четырех ключей 19-22, управление на которые подается по трем каналам 23-25, причем два сигнала поступают на ключ 19 через схему ИЛИ 26.
Схема (фиг.1) работает следующим образом. Устройства контроля принимают напряжения с аккумуляторов и датчиков температуры и тока, преобразуют их в код и по внутриблочному интерфейсу 9 передают в модули обмена 3.7 или 3.8. В случае превышения каким-либо параметром батареи предельных значений, устройства контроля выдают соответствующие сигналы на изменение режима работы зарядно-разрядного устройства. В работе всегда находится один из модулей обмена 3.7 или 3.8. Переключение резерва осуществляется из аппаратуры пользователя 8 релейными командами, которые поступают в модули обмена через устройство приема релейных команд 7.
Команды управления на включение балансировочных резисторов или байпасных переключателей поступают из аппаратуры пользователя через модуль обмена и внутриблочный интерфейс 9 в устройства управления 3.4-3.6. Устройства управления независимо друг от друга формируют команды на включение балансировочных резисторов или байпасных переключателей. Коммутаторы в устройствах 4 и 5 собраны по схеме мажоритарно-резервированных элементов, в которых реализован принцип работы два из трех, показанный на фиг.3.
Устройство контроля (фиг.2) работает следующим образом.
Микроконтроллер 16 формирует необходимые команды на управление работой мультиплексоров. При этом перед измерением параметров осуществляется калибровка АЦП по прецизионному источнику опорного напряжения (стабилитрон 2С117).
В качестве аналоговых ключей используются оптореле. Напряжения с термодатчиков и датчика тока поступают на вход 18 АЦП, который настраивается на работу с малыми напряжениями до 0,2 В, напряжения аккумуляторов поступают через мультиплексор на вход 17, который настраивается на работу с напряжениями до 5 В. В качестве АЦП используется микросхема 1273ПВ1Р. Микроконтроллер принимает от АЦП информацию и через устройство последовательного интерфейса 15 передает ее в модуль обмена. Кроме этого, при достижении предельных параметров батареи, микроконтроллер выдает в устройство управления зарядом-разрядом команды на изменение режима заряда-разряда батареи.
Литература
1. Заявка РФ на изобретение №2006121543 от 2003.11.20, МПК Н01М 10/44, опубл. 2008.01.10, автор ПЕЛЛЕНК Роже (FR).
2. Патент РФ на изобретение 2313168 от 03.04.2006 МПК H02J 7/02, опубл. 20.12.2007 бюл. №35, авторы АРАДАЧИ Такао (JP), ФУНАБАШИ Кадзухико (JP), ХАНАВА Хироюки (JP), ОГУРА Масаюки (JP).
3. Заявка РФ на изобретение 2006121550 от 2003.11.20 FR МПК H02J 7/00, опубл. 2007.12.27, автор ПЕЛЛЕНК Роже (FR).
4. Патент РФ на изобретение 2248656 от 2002.12.06 МПК 7 H02J 7/02, Н01М 10/44, Н01М 10/46 опубл. 2005.03.20, авторы Груздев А.И., Кузовков А.В.
5. Заявка РФ на изобретение 2006121544 от 2003.11.20 FR МПК H02J 7/00 опубл. 2008.01.10, автор ПЕЛЛЕНК Роже (FR).
6. Патент РФ на полезную модель №57970, МПК М 10/42, от 29.05.2006, Бюл. №30 от 27.10.2006.