ИЕРАРХИЧЕСКАЯ ТРЕХУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ БАТАРЕЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании высоковольтных батарей для нужд транспорта и энергетики.
Известна иерархическая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии [см. статью «Особенности построения аппаратуры контроля и защиты высоковольтных литий-ионных аккумуляторных батарей для систем электроснабжения космических аппаратов» / труды НПП «ВНИИЭМ», 2011, Т.123, №4, с.29-34 авторов М.Ф.Ганзбург, А.И.Груздев, В.И.Трофименко (ОАО «АВЭКС»)].
Известная система на нижнем уровне управления содержит модули электрических накопителей энергии с датчиками температуры, блоками задания идентификационных номеров накопителей и модулей и индикаторами их состояния, а также с устройствами выравнивания, коммутации, контроля и управления, связанными по последовательному каналу связи с модулем измерения тока и контроллером последовательного канала на среднем уровне управления, подключенным по последовательному каналу связи с блоком управления батареей верхнего уровня управления, к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ. Для повышения надежности работы в известной системе осуществляется резервирование (дублирование) модулей контроля и управления на нижнем уровне управления, а также использование на среднем уровне управления резервного канала обмена.
Недостатком известной системы является ее сложность, а также невозможность экстренного перевода всех микроконтроллером системы в состояние ожидания при отказах последовательных каналов связи.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к данной полезной модели является иерархическая система управления батареей электрических накопителей энергии по заявке РФ на полезную модель №2012132679 от 30.07.2012 г.
Известная трехуровневая иерархическая система, запитанная от батареи, состоит из микроконтроллерных блоков управления накопителями (БУН) нижнего уровня управления, подключенных по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к соответствующим микроконтроллерным блокам управления модулями (БУМ) накопителей на среднем уровне управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерному блоку управления батареей (БУБ) верхнего уровня управления, связанному с бортовым зарядным устройством (БЗУ) и внешней ЭВМ.
Недостатком известной системы, выбранной в качестве прототипа, является невозможность экстренного перевода микроконтроллеров блоков управления БУН и БУМ системы в состояние ожидания при отказах каналов связи между блоками.
Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача создания иерархической трехуровневой системы управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии с дублирующим каналом связи экстренного оповещения, позволяющим переводить одновременно все микроконтроллеры блоков БУМ и БУН системы в состояние ожидания, при котором не производятся операции по перекачке энергии и выравниванию заряда между накопителями батареи, минуя каналы последовательной связи.
Поставленная задача решается тем, что предложена иерархическая трехуровневая система управления высоковольтной батареей электрических накопителей энергии, запитанная от батареи и содержащая связанные с клеммами накопителей блоки управления накопителями нижнего уровня управления, микроконтроллеры которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллерам связанных с клеммами модулей соответствующих блоков управления модулями накопителей среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи с гальванической развязкой к микроконтроллеру связанного с клеммами батареи блока управления батареей верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ по гальванически развязанному последовательному каналу связи.
Новым в предложенной системе является то, что в нее введен дублирующий канал связи экстренного оповещения, содержащий в блоке управления батареей электронный ключ, соединенный по входу управления с выходом разовой команды микроконтроллера и с источником питания и подключенный по шине экстренного сигнала оповещения верхнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки блоков управления модулями, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера и к управляющему входу электронного ключа, соединенного с источником питания и подключенного по шине экстренного сигнала оповещения нижнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки соответствующих блоков управления накопителями, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера.
Технический результат заявленной полезной модели состоит в создании возможности экстренного оповещения микроконтроллеров блоков управления накопителями и модулями системы и перевода их в состояние ожидания, минуя канал последовательной связи.
На фигуре представлена функциональная блок-схема заявленной системы.
Заявленная система запитана от батареи и содержит связанные с клеммами «+» и «-» накопителей батареи блоки управления накопителями 1 нижнего уровня управления, микроконтроллеры 2 которых подключены по внутримодульному последовательному каналу связи 3 с гальванической развязкой 4 к микроконтроллерам 5 связанных с клеммами «+» и «-» модулей соответствующих блоков управления модулями 6 среднего уровня управления, подключенных по межмодульному последовательному каналу связи 7 с гальванической развязкой 8 к микроконтроллеру 9 связанного с клеммами «+» и «-» батареи блока управления батареей 10 верхнего уровня управления, подключенному к бортовому зарядному устройству и внешней ЭВМ (на чертеже не показаны) по гальванически развязанному последовательному каналу связи 11 (на чертеже гальваническая развязка не показана). Блок управления батареей 10 содержит электронный ключ 12, соединенный по входу управления с выходом разовой команды микроконтроллера 9 и источником питания «+U6» и подключенный по шине 13 экстренного сигнала оповещения верхнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки 14 блоков управления модулями 6, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера 5 и к управляющему входу электронного ключа 15, соединенного с источником питания «+um» и подключенного по шине 16 экстренного сигнала оповещения нижнего уровня управления к входам устройств гальванической развязки 17 соответствующих блоков управления накопителями 1, подключенных в каждом из них к входу прерывания микроконтроллера 2.
Заявленная система работает следующим образом.
б
м
При отсутствии отказов в системе обмен информацией между микроконтроллерами 2, 5 и 9 блоков управления БУН, БУМ и БУБ соответственно осуществляется по последовательным каналам связи 3 и 7 через устройства гальванической развязки 4 и 8 соответственно. В случае отказа каналов связи 3, 7 и устройств гальванической развязки 4, 8 обмен информацией между иерархическими уровнями управления батареей прекращается, и если при этом возникнет необходимость, например, срочно приостановить действие микроконтроллеров на нижних уровнях управления по передаче энергии между накопителя батареи и перейти в режим ожидания, то осуществить это через отказавший канал последовательной связи будет невозможно. Однако, в этом случае продолжает работать дублирующий канал связи экстренного оповещения, а именно: сигнал оповещения с выхода разовой команды микроконтроллера 9 блока БУБ 10 через электронный ключ 12, соединенный с источником питания «+U», в виде положительного напряжения поступит через шину 13 экстренного сигнала оповещения верхнего уровня управления на входы устройств гальванической развязки 14 всех блоков БУМ 6 и далее на входы прерывания микроконтроллеров 5 этих блоков и управляющие входы электронных ключей 15, соединенных с источником питания «+U». С выхода электронных ключей 15 сигнал экстренного оповещения в виде положительного напряжения нижнего уровня управления через шину 16 экстренного сигнала оповещения нижнего уровня управления и устройства гальванической развязки 17 соответствующих блоков БУН 1, поступит на вход прерывания микроконтроллера 2. Таким образом, сигнал экстренного оповещения с микроконтроллера блока БУБ 10 верхнего уровня управления дойдет до всех микроконтроллеров блоков управления системы БУН 1 и БУМ 6 и переведет их в состояние ожидания, минуя канал последовательной связи. Устройства гальванической развязки 14, 17 могут быть выполнены на оптроне FODM8801A (Fairchild), электронные платы 12, 15 - на транзисторах IRLML6402TR (International Rectifier).