УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ БАТАРЕИ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам обслуживания, содержания в исправности и испытания электрических характеристик электрических батарей, и может быть использована в составе различных технических средств и систем (ТСС) для контроля работоспособности первичных герметичных не перезаряжаемых химических источников тока, преимущественно, используемых для обеспечения электропитанием ТСС, доступ к которым затруднен/ ограничен и/или которые удалены от их пользователей/ физических лиц.
Многие из современных технических средств и систем (ТСС), функционируют автономно при электропитании от химических источников тока (ХИТ), которые обычно объединены в батарею (БХИТ). При этом эффективность применения/ использования ТСС для решения целевых задач существенным образом зависит от состояния/ работоспособности БХИТ. Очевидно, что эффективный мониторинг состояния БХИТ позволяет обеспечить надежность функционирования ТСС, с точки зрения поддержания требуемой/ прогнозируемой длительности автономной работы ТСС. При низком качестве мониторинга состояния/ контроля работоспособности БХИТ возможны преждевременные/ неожиданные отказы ТСС. То есть, надежность ТСС, работающих при электропитании от БХИТ, существенным образом зависит от эффективности контроля работоспособности БХИТ. Актуальность задачи, связанной с контролем состояния БХИТ и определением/ прогнозом длительности автономной работы ТСС, значительно повышается для сфер, где требуется обеспечить функционирование ТСС в автономном режиме в течении заданного времени без непосредственного участия/ контроля/ наблюдения со стороны физических лиц (операторов/ пользователей ТСС), например, в системах удаленного сбора данных, автономных ретрансляторах, беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) и др.
На практике, чаще всего, оценка работоспособности БХИТ определяется в следующем порядке. В контейнер питания ТСС устанавливаются «свежие» элементы БХИТ, затем, по интенсивности свечения светового индикатора (СИ), подключенного к выходу БХИТ, оператор/ пользователь ТСС визуально оценивает степень работоспособности БХИТ. При этом предполагается, что автономная работа ТСС будет обеспечена в течение требуемого времени. Затем ТСС приводится в рабочее состояние, например, производится запуск БПЛА. При таком подходе к контролю работоспособности БХИТ возможны непредвиденные отказы ТСС. Низкая точность контроля процесса разряда БХИТ, присущая известным устройствам и системам, не позволяет своевременно выполнять обслуживание ТСС (установить «свежие» элементы БХИТ) что может служить причиной непредвиденного отказа ТСС, например, вызвать преждевременное падение БЛА, разрыв сеансов радиосвязи, прекращение мониторинга состояния элементов газопровода и др.
Известно, что в процессе эксплуатации в составе ТСС, на БХИТ воздействуют множественные факторы, часть из которых может носить случайный/ сложно предсказуемый характер, например, изменения температуры окружающей среды, изменения токовой нагрузки и др. Все это может существенным образом влиять на работоспособность БХИТ и снижать надежность функционирования ТСС, с точки зрения обеспечения их электропитанием в течение заданного времени. Поэтому, востребованность эффективного контроля работоспособности батарей (КРБ) для прогнозирования длительности непрерывной автономной работы ТСС, значительно возрастает, особенно, при использовании ТСС в ответственных приложениях, особенно, когда доступ к БХИТ/ ТСС затруднен или когда они удалены от обслуживающих их физических лиц/ пользователей технических средств/ систем. Например, типовыми ТСС, которые могут работать на удалении от их пользователей, являются оконечные устройства систем сбора данных, автономные радио ретрансляторы, беспилотные летательные аппараты и др.
В связи с этим можно полагать, что повышение эффективности контроля работоспособности БХИТ, обеспечивающее надежное определение/ прогнозирование длительности автономной работы ТСС, питающихся от БХИТ, с возможностью удаленного/ дистанционного мониторинга состояния БХИТ, является весьма актуальной задачей.
В процессе исследований установлено, что осуществление эффективного КРБ весьма проблематично из-за действия на него различных факторов, учет/ устранение влияние которых, при использовании БХИТ в составе ТСС не представляется возможным. Например, современные производители ХИТ поставляют на рынок продукцию различного качества, поэтому, прогнозирование уровня работоспособности исходя из конструктивных данных (типоразмера) применяемых элементов БХИТ практически не возможно. Так, согласно [Л1], ХИТ одного и того же формата/ типоразмера, например АА, могут существенно отличаться по своим электрическим параметрам. Из тестовых испытаний следует, что при разряде постоянным током 700 мА до конечного напряжения 0.7 В пальчиковых батареек формата АА (R6/LR6) типа Energizer Maximum и GP Supercell, отданная ими в нагрузку энергия составляет, соответственно, 4.47 кДж и 0.73 кДж. Из этого следует, что энергозапас/ емкость у испытанных ХИТ от разных производителей отличается более чем в 6 раз. То есть, при использовании элемента типа GP Supercell, потеря работоспособности ТСС, питающегося от этого ХИТ, может возникнуть значительно раньше, чем при использовании элемента типа Energizer Maximum. А поскольку на практике, как правило, сведения о реальном энергоресурсе используемых ХИТ отсутствуют, то прогнозирование их работоспособности, необходимой для обеспечения электропитания ТСС, носит вероятностный/ трудно предскауемый характер. Это снижает надежность системы электропитания ТСС, с точки зрание предупрежднения ее отказов из-за выработки ресурса БХИТ, и существенно влияет на эффективность использования ТСС при решении различного рода задач, в том числе, имеющих важный характер, например, в медицине (диагностическое оборудование, устройства обеспечения жизнедеятельности людей), при обеспечении мероприятий, связанных с ликвидацией последствий чрезвычайных событий, в военной области и др. Также существенными факторами, влияющими на эффективность КРБ, являются трудно предсказуемые изменения величны энергопотребления ТСС, создающих различную токовую нагрузку на БХИТ. Так, работа ТСС в различных режимах, например, приема или передачи, может вызывать, соответственно, низкую или высокую токовую нагрузку на БХИТ, что будет вызывать, соответственно, замедленный или ускоренный разряд БХИТ. При этом, как правило, учет времени работы ТСС в том или ином режиме не производится, что не позволяет выполнять объективную оценку расхода энергоресурса/ емкости БХИТ. К случайным факторам, влияющим на работоспособность БХИТ, также можно отнести воздействие на нее климатических условий, например, температуры окружающей среды.
Таким образом, в процессе эксплуатации в составе ТСС на БХИТ действуют различные факторы, существенным образом влияющие на ее работоспособность, что затрудняет реализацию надежного мониторинга состояния и контроля работоспособности БХИТ, а также затрудняет определение/ прогнозирование длительности автономной работы ТСС, автономное функционирование которых обеспечивается за счет электропитании от БХИТ, особенно, при эксплуатации ТСС, доступ к которым затруднен или которые удалены от их пользователей/ физических лиц.
Поскольку контроль работоспособности БХИТ, используемых для электропитания ТСС, особенно в применениях, где ТСС удалены от их пользователей, значительно затруднен из-за действия различных факторов случайного характера, учет влияния которых практически не возможен, то это объясняет тот факт, что применение известных из техники устройств и систем для решения задач, связанных с определением/ прогнозированием длительности непрерывной автономной работы ТСС путем дистанционного мониторинга состояния/ контроля работоспособности БХИТ, используемых для обеспечения автономного электропитания ТСС, имеет низкую эффективность.
При решении поставленной задачи, связанной с повышением эффективности контроля работоспособности БХИТ при котором достигается необходимый уровень надежности определения/ прогнозирования длительности автономной работы ТСС, автономное функционирование которых обеспечивается за счет электропитании от БХИТ, авторами исследована структура типовой системы мониторинга БХИТ (СМБ). Установлено, что СМБ условно можно представить в виде модели, содержащей последовательно соединенные элементы/ звенья: «БХИТ - УТБ - КДД - Интерфейс - Оператор», где УТБ - узел тестирования батареи, КДД - канал доставки данных, Интерфейс - узел, обеспечивающий представление результатов контроля состояния (данных тестирования) БХИТ в виде, удобном для восприятия оператором/ пользователем ТСС.
Анализ структуры модели СМБ показал, что она имеет «слабые звенья», то есть, элементы, которые существенным образом влияют на эффективность мониторинга состояния/ контроля работоспособности БХИТ. По мнению авторов, к таким элементам, при прочих равных условиях, можно отнести звенья УТБ, КДД и Интерфейс.
Из техники [Л2] известно, что в процессе эксплуатации первичных (не перезаряжаемых) ХИТ контроль их технического состояния может осуществляться на основе оценки их способности обеспечить требуемый уровень выходного рабочего напряжения. Отмечается, что контроль состояния источника тока (КСИТ) может быть основан на основе мониторинга электрических характеристик БХИТ, таких как напряжение разомкнутой цепи и под нагрузкой, внутреннее сопротивление и реакции на специфический сигнал, позволяющий проявить влияние составляющих полного сопротивления БХИТ. Отмечается, что контроль величины напряжения разомкнутой цепи (НРЦ), как диагностического параметра, измеренного при обеспечении стабильных температурных условий, является малоинформативным, поскольку изменения НРЦ соизмеримы с технологическим разбросом свежеизготовленных элементов БХИТ. Особенно затруднительно оценить по НРЦ состояние работоспособности БХИТ с неизвестной предысторией эксплуатации, поскольку величина НРЦ зависит от многих факторов, ранжировать которые по степени влияния практически не возможно. Отмечается, что контроль напряжения БХИТ под нагрузкой является более перспективным параметром при организации КСИТ. Также отмечается, что отклик на тестовый сигнал, кратковременный, но достаточно мощный, чтобы проявить особенности источника тока, может обеспечить большие возможности для оценки его состояния. Отмечается, что при выборе метода тестирования БХИТ обычно сталкиваются не только с недостатком необходимых рекомендаций по использованию параметров для тестирования ХИТ рассматриваемой электрохимической системы, но и с отсутствием статистической картины, описывающей изменение этих параметров у конкретного типа ХИТ. Делается заключение о том, что для всех химических источников тока необходимо накопление информации о диагностических параметрах БХИТ, что может обеспечить формирование надежных критериев для принятия решений о состоянии/ работоспособности конкретных типов ХИТ.
На основе анализа рассмотренного выше материала авторы пришли к выводу, что повышение эффективности предложенной модели СМБ может быть достигнуто на основе совершенствования звена «УТБ» путем применения для тестирования/ диагностики БХИТ более надежных критериев, например, контроля выходного напряжения под нагрузкой и/или ее внутреннего сопротивления. Установлено, что введение в предложенную ранее модель СМБ дополнительного звена, типа банка диагностических параметров (БДП), обеспечивающего сбор и накопление данных/ информации об электрических параметрах БХИТ, полученных при выполнении диагностических процедур, может быть использовано для организации контроля деградации электрических параметров и вычисления/ прогнозирования расхода энергоресурса БХИТ в процессе ее эксплуатации в составе ТСС.
И так, в процессе исследований авторы пришли к выводу, что успешное решение поставленной задачи может быть достигнуто на основе комплексного подхода, предполагающего использование процедур тестирования БХИТ, например, измерения его напряжения/ внутреннего сопротивления под нагрузкой, накопление в БДП результатов тестирования БХИТ для определения процессов деградации электрических параметров и фиксациит расхода энергоресурса БХИТ в процессе ее эксплуатации в составе ТСС, а также применение звена КДД для доставки данных о состоянии БХИТ физическим лицам, которые удалены от ТСС.
Анализ информационных источников и патентный поиск показал, что устройства/ системы и технические решения, которые могут быть использованы для дистанционного мониторинга/ контроля работоспособности БХИТ, обеспечивающей автономное электропитание ТСС, имеют низкую эффективность, поскольку не обеспечивают практическую реализацию упомянутого комплексного подхода.
Из техники [Л3] известна система электропитания портативного МРЗ плеера, состоящая из последовательно соединенных батареи химических источников тока (БХИТ) и светового индикатора (СИ), и выполненная с возможностью мониторинга состояния/ контроля работоспособности БХИТ путем оценки интенсивности свечения узла СИ.
В данной системе (далее - устройство) мониторинг состояния/ контроль работоспособности узла БХИТ осуществляется с помощью узла СИ. Уровень яркости свечения узла СИ позволяет пользователю плеера визуально оценивать степень работоспособности узла БХИТ. Если узел СИ излучает интенсивное или слабое свечение, то принимается решение, что узел БХИТ, соответственно, работоспособен или потерял свою работоспособность.
Низкая эффективность КРБ, с точки зрения определения/ прогнозирования длительности непрерывной автономной работы этого устройства, обусловлена тем, что пользователь плеера может получить сведения о разряде/ потере работоспособности БХИТ только по факту его наступления. То есть, заранее прогнозировать уровень работоспособности БХИТ возможно только лишь с низкой точностью/ надежностью. Низкая эффективность КРБ данного устройства обусловлена также тем, что звено УТБ, соответствующее предложенной авторами модели системы мониторинга БХИТ, реализует простой принцип тестирования БХИТ, основанный только лишь на контроле ее выходного напряжения Uвых, которое в процессе разряда БХИТ изменяется незначительно. Незначительное изменение величины Uвых в течение длительного времени не позволяет по степени яркости узла СИ надежно контролировать работоспособность БХИТ и точно определять/ прогнозировать длительность работы устройства. То есть, большая погрешность результатов КРБ вызывается низким диапазоном изменений величины Uвых, и соответственно, низким диапазоном изменения яркости свечения узла СИ в процессе разряда узла БХИТ, что затрудняет получение точных результатов оценки работоспособности узла БХИТ на основе визуального наблюдения узла СИ физическими лицами/ пользователями плеера. Реализованное на основе узла СИ звено «Интерфейса» имеет низкую эффективность, поскольку существенные изменения в его работе могут быть восприняты визуально органами зрения физических лиц только лишь тогда, когда БХИТ почти совсем потеряет свой энергоресурс (разрядится). Следует заметить, что звено «КДД» в данном устройстве- отсутствует, что тоже снижает эффективность КРБ, поскольку данные о состоянии работоспособности этого устройства не могут быть получены физическим лицом/ пользователем плеера дальше, чем позволяют его органы зрения наблюдать/ считывать состояние узла СИ.
В целом, низкая эффективность КРБ данного устройства обусловлена низкой информативностью результатов тестирования узла БХИТ, что не позволяет пользователю устройства контролировать расход энергоресурса/ емкости узла БХИТ (слабое звено «УТБ»), низкой информативностью узла СИ по отображению данных о состояния узла БХИТ (слабое звено «Интерфейс») и отсутствие возможностей организации дистанционного мониторинга узла БХИТ (отсутствие звена «КДД»).
Из техники [Л4] известна система мониторинга/ контроля работоспособности элементов ХИТ, выполненная в виде тестера для оперативной проверки гальванических элементов (далее - устройство), состоящая из последовательно соединенных светового индикатора (СИ), блока тестовой нагрузки (БТН) и элемента ХИТ. При этом, узел СИ выполнен с возможностью отображения нескольких значений уровня работоспособности элемента ХИТ, а узел БТН - выполнен с возможностью установки необходимого тока нагрузки.
Данное устройство работает следующим образом. Элемент ХИТ размещения в отсек электропитания устройства. После этого, через узлы БТН и СИ начинает протекать электрический ток, величина которого может устанавливаться узлом БТН, который выполнен в виде постоянного резистора R. Подбором величины этого резистора может быть установлен необходимый ток нагрузки. Обычно этот ток устанавливают в пределах 80-100 мА, что соответствует нагрузке портативного устройства типа МР3-плеера (R-15…20 Ом). Если после включения устройства узел СИ излучает свет зеленого, желто-оранжевого или красного цвета, то принимается решение, что элемент ХИТ, соответственно, полностью работоспособен, разряжен в допустимых пределах или полностью потерял работоспособность/ разряжен.
Данное устройство частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Так, узел СИ имеет большую информативность, поскольку обеспечивает возможность отображения нескольких состояний/ уровней работоспособности элемента ХИТ. Кроме того, узел БТН позволяет выполнить тестирование элемента ХИТ при разных токовых нагрузках, что обеспечивает более точную, по сравнению с предыдущим устройством, диагностику работоспособности элемента ХИТ.
Данное устройство имеет недостатки, аналогичные предыдущему устройству. К недостаткам данного устройства также можно отнести отсутствие возможностей одновременного тестирования более чем одного элемента ХИТ, а также выполнение узла БТН в виде постоянного резистора, что затрудняет оперативную диагностику элементов ХИТ при различной токовой нагрузке.
Из техники [Л5] известна система мониторинга/ контроля работоспособности элементов ХИТ, выполненная в виде анализатора аккумуляторов и батареек (далее - устройство), состоящая из батареи химических источников тока (БХИТ), блока тестовой нагрузки (БТН), компьютерного порта (КП) и микропроцессора (МП), который своими с первого по третий портами соединен, соответственно, с выходом узла БХИТ и первым портом узла БТН, со вторым портом узла БТН и с первым портом узла КП, который своим вторым портом может соединяться с компьютером по стыку/ интерфейсу типа RS-232, и выполненного с возможностью поддержки информационного обмена с внешним устройством типа компьютера и функционирования под его управлением, поддержки функций виртуального интерфейса, визуализируемого на дисплее компьютера и обеспечивающего управление тестированием узла БХИТ, в том числе, управление выполнением процедур определения реальной емкости или внутреннего сопротивления узла БХИТ путем ее разряда, соответственно, постоянным или импульсным током заданной длительности/ периода повторения с контролем мгновенных значений разрядного тока и напряжения, а также накопления диагностических данных об электрических параметрах БХИТ в памяти компьютера и их визуализации на дисплее компьютера в виде разрядных характеристик, отображающих текущие и конечные значения разрядного тока и напряжения на узле БХИТ.
Работа данного устройства сходна с работой предыдущего устройства. Особенностью работы устройства является то, что интерфейс управления его работой является виртуальным. Связь между устройством и компьютером организована посредством порта типа RS-232. На компьютере инсталлируется программный модуль, посредством которого осуществляется управление работой данного устройства, что предусматривает установку режимов тестирования узла БХИТ, а также обработку данных, полученных в процессе выполнения тестовых/ измерительных процедур с последующим отображением результатов на дисплее/ мониторе компьютера. Данное устройство обеспечивает возможность тестирования любых типов не перезаряжаемые гальванические элементов (батареек) с суммарным напряжением в пределах 1.5…4.5В и осуществление контроля тока, проходящего через них, в пределах 0.03…1.5А.
Данное устройство частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Это обусловлено тем, что устройство поддерживает широкий спектр диагностических процедур, использование которых позволяет предоставить пользователю более полные сведения о реальных электрических параметрах БХИТ (выходное напряжение, емкость, внутреннее сопротивление), то есть, данным устройством, по сравнению с предыдущим устройством, обеспечивается более эффективный мониторинг состояния/ контроль работоспособности БХИТ. Также этим устройством обеспечивается возможность тестирования нескольких элементов ХИТ, объединенных в БХИТ (от одного до нескольких последовательно включенных батареек общим напряжением до 4.5 В), с применением токовых нагрузок заданного значения (в пределах от 30 до 1500 мА). Кром того, узел «Интерфейса» данного устройства более информативный, поскольку обеспечивает отображение, как текстовой, так и графической информации, что позволяет получить более точные сведения о работоспособности БХИТ. Также данным устройством обеспечивается формирование звена типа «КДД» в виде компьютерного интерфейса типа RS-232, обеспечивающего передачу результатов тестирования БХИТ к удаленному рабочему месту/ компьютеру, посредством которого физическим лицам доступен удаленный мониторинг состояния/ контроль работоспособности узла БХИТ. Следует также заметить, что в данном устройстве частично реализуется структура мониторинга БХИТ, соответствующая ее новой модели, предусматривающей наличие/ использование звена типа «БДП» - банка диагностических параметров БХИТ. Это достигается за счет того, что это устройство позволяет отображать измеряемые параметры БХИТ как в реальном масштабе времени, так и в отложенном режиме путем отображения/ визуализации зарегистрированных в памяти компьютера данных, полученных после проведения тестовых измерений электрических параметров БХИТ.
Данное устройство имеет недостатки, аналогичные предыдущему устройству. Также низкая эффективность КРБ, с точки зрения определения/ прогнозирования длительности непрерывной автономной работы устройства, обусловлена отсутствием возможности учета/ контроля расхода энергоресурса узла БХИТ в процессе его эксплуатации.
В процессе исследований авторами пришли к выводу, что повышение эффективности мониторинга состояния/ контроля работоспособности узла БХИТ может быть достигнуто на основе комплексного подхода, предполагающего совершенствование процедуры тестирования узла БХИТ с использованием различных критериев (измерения напряжения под нагрузкой и/или внутреннего сопротивления узла БХИТ), накопления результатов периодического тестирования узла БХИТ с обработкой накопленных данных, необходимых для вычисления расхода энергоресурса/ емкости узла БХИТ) и совершенствования звена КДД, используемого для доставки результатов оценки работоспособности узла БХИТ физическим лицам, которые удалены от ТСС, электропитание которых обеспечивается от упомянутого узла БХИТ.
Информационным/ патентным поиском среди известных из техники устройств/ систем/ технических решений авторами были выявлены следующие аналоги/ прототипы, которые могут быть использованы для решения поставленной задачи, связанной с определением/ прогнозированием длительности непрерывной автономной работы ТСС, на основе повышения эффективности мониторинга состояния/ контроля работоспособности БХИТ, используемых для обеспечения электропитания ТСС, особенно для случаев, когда доступ к БХИТ/ ТСС затруднен и/или физические лица/ операторы удалены от ТСС.
Из техники [Л6] известна система мониторинга состояния системы электропитания устройства беспроводной связи (далее - система), состоящая из части А, содержащей батарею химических источников тока (БХИТ), блок контроля напряжения батареи (БКНБ), приемо-передающее устройство части А (ППУ-А) и контроллера, который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с последовательно соединенными узлами БКНБ и БХИТ и с узлом ППУ, кроме того, узел контроллера функционирует по программе обеспечивающей возможность периодической активации узла БКНБ для измерения напряжения на узле БХИТ, кодирования данных, полученных с узла БКНБ, и их добавления/ инкапсуляции в состав/ структуру данных, передаваемых по каналу связи с помощью ППУ-А, эмуляции протокола связи, необходимого для организации канала беспроводной связи между частью А и частью Б, содержащей приемо-передающее устройство части Б (ППУ-Б), модем, компьютерный порт (КП) и процессор, который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с последовательно включенными модемом и узлом ППУ-Б и с узлом КП, при этом, процессор функционирует по программе, обеспечивающей возможность эмуляции протокола связи, необходимого для организации канала связи и передачи/ приема по нему данных (осуществления информационных коммуникаций) между частями Б и А и поддержки функций узла КП, необходимых для обработки принятых данных с помощью компьютера.
Данная система тесно интегрирована в состав системы беспроводной связи (СБС), которая, может быть использована для сбора данных, например, контроля показаний электросчетчиков. Система работает следующим образом. Оконечные устройства, представляющие собой часть А, периодически, например, один раз в сутки, осуществляют доставку сведений/ данных на пункт сбора данных (ПСД), который представлен частью Б. При этом, узел контроллера активирует узел БКНБ, который включается и выполняет измерение напряжения узла БХИТ. Измеренные данные кодируются контроллером и добавляются в структуру данных, содержащих, например, показания электросчетчика, и затем передаются по информационному каналу, организованному между частью А и частью Б. При этом, информация, полученная в ПСД, обрабатывается с помощью компьютера, подключенного к узлу КП, декодируется и из нее выделяются сообщения, относящиеся к электрическим параметрам (например, уровню выходного напряжения Uбат) узла БХИТ. На дисплее компьютера, подключенного к узлу КП части Б, отображается состояние узла БХИТ части А, например, значение величины Uбат. Узел контроллера выполнен с возможностью эмуляции протокола радиосвязи и передачи данных, в том числе данных, касающихся состояния узла БХИТ. Таким образом, данные о состоянии узла БХИТ становятся доступными для удаленного контроля/ наблюдения на дисплее компьютера, подключенного к узлу КП части Б.
Данная система частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Так, в данной системе имеется звено КДД, по которому обеспечивается дистанционный мониторинг состояния/ контроль работоспособности узла БХИТ. Посредством звена КДД, которое на физическом уровне реализовано в виде канала беспроводной связи, выполняется передача данных о состоянии узла БХИТ, что обеспечивает возможность абонентам/ физическим лицам осуществлять дистанционное наблюдение/ контроль состояния (работоспособность) узла БХИТ.
Данная система имеет недостатки, аналогичные предыдущему устройству. Недостатком данной системы является низкая эффективность КРБ, с точки зрения определения/ прогнозирования длительности непрерывной автономной работы СБС от узла БХИТ, поскольку учет/ контроль расхода его энергоресурса - не обеспечивается. Кроме того, данная система имеет низкий уровень интегрального показателя, учитывающего функциональность/ эффективность работы всех звеньев системы, соответствующих элементам предложенной модели системы мониторинга/ контроля работоспособности БХИТ.
По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известная из техники [Л7], система контроля и мониторинга батарей автономного питания (далее -устройство), состоящая из части А, содержащей блок измерения напряжения (БИН), контроллер части А (КЧА), батарею не перезаряжаемых химических источников тока (БХИТ), датчик тока (ДТ) и блок приема-передачи части А (БППА), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с проводным/ беспроводным каналом связи (ПБКС) и с первым портом узла КЧА, который своими вторым и третьим портами соединен, соответственно, с первым портом узла ДТ и с первым портом узла БИН, который вторым портом соединен с выходом узла БХИТ и вторым портом узла ДТ, который третьим портом соединен с шиной электропитания (+U) части А, и соединенной с ней посредством ПБКС части Б, содержащей блок памяти (БП), блок отображения (БО), блок ввода (БВ), блок приема-передачи части Б (БППБ) и контроллер части Б (КЧБ), который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с портом узла БП, с портом узла БО, с портом узла БВ и с первым портом узла БППБ, который вторым портом соединен с ПБКС, и выполненная с возможностью измерения уровня выходного напряжения Uбат узла БХИТ, создания проводного/ беспроводного канала связи между частями А и Б и передачи по нему значений напряжения Uбат и отображения величины Uбат с помощью узла БО.
Функциональная схема данного технического решения (далее -устройство) представлена на фиг.1.
Устройство (фиг.1) состоит из части А 1, содержащей блок измерения напряжения (БИН) 2, контроллер части А (КЧА) 3, батарею не перезаряжаемых химических источников тока (БХИТ) 4, датчик тока (ДТ) 5 и блок приема-передачи части А (БПЛА) 6, который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с проводным/ беспроводным каналом связи (ПБКС) 9 и с первым портом узла КЧА 3, который своими вторым и третьим портами соединен, соответственно, с первым портом узла ДТ 5 и с первым портом узла БИН 2, который вторым портом соединен с выходом узла БХИТ 4 и вторым портом узла ДТ 5, который третьим портом 8 соединен с системой/ шиной электропитания (+U) 7 части А 1, и соединенной с ней посредством ПБКС 9 части Б 10, содержащей блок памяти (БП) 12, блок отображения (БО) 13, блок ввода (БВ) 14, блок приема-передачи части Б (БППБ) 15 и контроллера части Б (КЧБ) 16, который своими с первого по четвертый портами соединен, соответственно, с портом узла БП 12, с портом узла БО 13, с портом узла БВ 14 и с первым портом узла БППБ 15, который вторым портом 11 соединен с ПБКС 9. При этом, устройство выполнено с возможностью измерения уровня выходного напряжения Uбат узла БХИТ 4, создания проводного/ беспроводного канала связи (ПБКС) 9 между частями А 1 и Б 10 и передачи по нему значений напряжения Uбат и отображения величины Uбат с помощью узла БО 13.
Устройство (фиг.1) функционирует следующим образом. С помощью узла ДТ 5 производится контроль наличия тока в нагрузке, которой является шина питания +U 7 части А 1. Периодически, при наличии тока в нагрузке, с помощью узла КЧА 3 активируется процедура тестирования узла БХИТ 4, что предусматривает включение узла БИН 2, с помощью которого осуществляется измерение выходного напряжения Uбат узла БХИТ 4. Данные измерений с узла БИН 2 поступают на узел КЧА 3, который активирует режим их передачи по ПБКС 9 к части Б 10 с использованием узла БППА 8.. Передаваемые с части А 1 данные принимаются узлом БППБ 15, обрабатываются узлом КЧБ 16, фиксируются в узле БП 12 и отображаются с помощью узла БО 13 под управлением узла БВ 14. Это позволяет физическому лицу (ФЛ)/ оператору части Б 10 дистанционно, в пределах действия ПБКС 9, контролировать состояние узла БХИТ 4 в любое удобное время путем чтения данных из узла БП 12 с использованием узлов БВ 14 и БО 13. Наличие режима двухсторонней связи позволяет с помощью узла БВ 14 и узла БППБ также посылать запросы к части А 1 о состоянии узла БХИТ 4.
Данное устройство частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Так, наличие в устройстве узла ДТ 5 позволяет осуществлять контроль уровня напряжения Uбат с выхода узла БХИТ 4 как без нагрузки, так и под нагрузкой, при значениях разрядных токов, измеряемых узлом ДТ 5.
Данное устройство имеет недостатки, аналогичные предыдущему устройству.
Исследования показали, что низкая эффективность известных из техники устройств/ систем/ технических решений, в том числе, данного устройства, обусловлена наличием противоречия, вытекающего из того, что при мониторинге состояния/ контроле работоспособности узла БХИТ 4 осуществляется только лишь измерение текущих данных, на основе которых надежное прогнозирование длительности автономной работы ТСС, питающегося от узла БХИТ 4, практических не возможно, поскольку определение/ вычисление реального расхода энергоресурса узла БХИТ 4, в процессе его эксплуатации, не обеспечивается. Кроме того, состояние узла БХИТ 4, с точки зрения его работоспособности, определяется по малоинформативному признаку - уровню выходного напряжения Uбат узла БХИТ 4. Низкая надежность оценки степени разряда узла БХИТ 4 по значению его выходного напряжения Uбат обусловлена тем, что разрядная кривая узла БХИТ 4 имеет достаточно «плоский»/ горизонтальный, относительно оси времени, характер на графике, отображающем зависимость Uбат узла БХИТ 4 от времени его разряда. Величина/ протяженность этого уплощенного/ горизонтального участка разрядной характеристики узла БХИТ 4, как известно из техники [Л1], может существенно (в несколько раз) отличаться при использовании элементов ХИТ от разных производителей. Такая ситуация приводит к противоречию, суть которого состоит в том, что для определения реальной работоспособности узла БХИТ 4, его надо разрядить. Однако, после разряда узла БХИТ работа ТСС, питающейся от БХИТ 4, будет нарушена. Поэтому, для сохранения работоспособности ТСС, узел БХИТ 4, питающий ТСС, не надо разряжать.
В процессе исследований авторы пришли к выводу, что устранение упомянутого противоречия может быть достигнуто на основе контроля/ вычисления уровня расхода энергоресурса/ емкости узла БХИТ 4 в процессе его эксплуатации в составе ТСС. Установлено, что в качестве исходных данных могут быть использованы паспортные значения электрических параметров, например, емкости, узла БХИТ 4.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей известного технического решения, связанных с повышением эффективности контроля уровня работоспособности батареи химических источников тока (БХИТ), используемой для обеспечения автономного электропитания технического устройства, доступ к которому ограничен и/или которое удалено от его пользователя/ физического лица.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известное устройство, состоящее из части А, содержащей блок измерения напряжения (БИН), контроллер части А (КЧА), батарею не перезаряжаемых химических источников тока (БХИТ), датчик тока (ДТ) и блок приема-передачи части А (БППА), который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с проводным/ беспроводным каналом связи (ПБКС) и с первым портом узла КЧА, который своими вторым и третьим портами соединен, соответственно, с первым портом узла ДТ и с первым портом узла БИН, который вторым портом соединен с выходом узла БХИТ и вторым портом узла ДТ, который третьим портом соединен с шиной питания +U (системой электропитания) части А, и соединенной с ней посредством ПБКС части Б, содержащей блок памяти (БП), блок отображения (БО), блок ввода (БВ), блок приема-передачи части Б (БППБ) и контроллер части Б (КЧБ), который своими первым и четвертым портами соединен, соответственно, с портом узла БП и первым портом узла БППБ, который вторым портом соединен с ПБКС, и выполненное с возможностью измерения уровня выходного напряжения Uбат узла БХИТ, организации проводного/ беспроводного канала связи и передачи по нему сообщений/ данных о величине Uбат и визуализации/ отображения значений Uбат Uбат с помощью узла БО, дополнительно в состав его части А введены блок памяти (БП), блок тестовой нагрузки (БТН) и блок часов реального времени (БЧРВ), который своим портом соединен с четвертым портом узла КЧА, который своими пятым и шестым портами соединен, соответственно, с портом узла БП и первым портом узла БТН, который вторым портом соединен с выходом узла БХИТ, при этом, узел КЧА выполнен в виде микропроцессора (МП), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность измерения электрических параметров узла БХИТ, например, его выходного напряжения/ внутреннего сопротивления при воздействии тестовой нагрузки, создаваемой узлом БТН, вычисления с фиксацией в узле БП расхода энергоресурса/ емкости узла БХИТ (РЭБ) путем комплексной обработки значений его разрядного тока, измеряемого узлом ДТ, и хронометража длительности разряда узла БХИТ с использованием узла БЧРВ, эмуляции протокола связи, необходимого для поддержки информационного обмена данными по ПБКС между частями А и Б с использованием узла БППА, в том числе, для приема с фиксацией в узле БП данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ (НЭБ), вычисления с фиксацией в узле БП значений остаточного энергоресурса узла БХИТ (ОЭБ) на основе сравнения величин НЭБ и РЭБ и периодической или по запросам, поступающим от части Б, передачи с использованием узла БППА по ПБКС к части Б значений РЭБ и ОРБ, и дополнительно в состав его части Б введены электронно-вычислительная машина (ЭВМ) и блок компьютерного интерфейса (БКИ), который первым и вторым портами соединен, соответственно, со вторым портом узла КЧБ и с первым портом узла ЭВМ, который вторым и третьим портами соединен, соответственно, с портом узла БО, который выполнен в виде дисплея, и с портом узла БВ, который выполнен в виде клавиатуры, кроме того, узел КЧБ выполнен в виде процессора, функционирующего по программе обеспечивающей возможность эмуляции протокола связи, необходимого для информационного обмена данными по ПБКС между частями Б и А, организованному с использованием узла БППБ, в том числе, для передачи и приема данных, характеризующих, соответственно, показатели НЭБ и ОЭБ/ РЭБ узла БХИТ, поддержки функций узла БКИ по обеспечению информационного обмена с узлом ЭВМ, функционирующим под управлением операционной системы, например, типа Windows ХР/7, и поддерживающим работу программного модуля (ПМ), реализующего виртуальный интерфейс пользователя (ВИП), посредством которого физическому лицу/ оператору части Б обеспечивается возможность управления периодичностью контроля/ доставки данных о состоянии узла БХИТ, подготовки данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ (НЭБ), обработки принятых сообщений/ данных и визуализации на дисплее различной информации, в том числе электрических параметров узла БХИТ и значений его РЭБ и ОРБ.
Функциональная схема устройства дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока (далее- устройство) приведена на фиг.2.
Устройство (фиг.2) состоит из части А 1, содержащей датчик тока (ДТ) 3, контроллер части А (КЧА) 4, блок памяти (БП) 5, блок тестовой нагрузки (БТН) 6, блок часов реального времени (БЧРВ) 7, блок измерения напряжения (БИН) 8, батарею не перезаряжаемых химических источников тока (БХИТ) 10 и блок приема-передачи части А (БППА) 9, который своими первым и вторым портами соединен, соответственно, с проводным/ беспроводным каналом связи (ПБКС) 12 и с первым портом узла КЧА 4, который своими со второго по шестой портами соединен, соответственно, с первым портом узла ДТ 3, с первым портом узла БИН 8, с портом узла БЧРВ 7, с портом узла БП 5 и с первым портом узла БТН 6, который вторым портом соединен с выходом узла БХИТ 10, вторым портом узла БИН 8 и вторым портом узла ДТ 3, который третьим портом соединен с шиной электропитания +U 2 части А 1, и соединенной с ней посредством ПБКС 12 части Б 14, содержащей блок приема-передачи части Б (БППБ) 15, контроллер части Б (КЧБ) 16, блок компьютерного интерфейса (БКИ) 17, блок памяти (БП) 18, блок отображения, который выполнен в виде дисплея 19, электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 20 и блок ввода, который выполнен в виде клавиатуры 21, которая своим портом соединена с третьим портом узла ЭВМ 20, который вторым и первым портами соединен, соответственно, с портом дисплея 19 и вторым портом узла БКИ 17, который первым портом соединен со вторым портом узла КЧБ 16, который своими первым и четвертым портами соединен, соответственно, с портом узла БП 18 и первым портом узла БППБ 15, который вторым портом 13 соединен с ПБКС 12. При этом, узел КЧА 1 выполнен в виде микропроцессора (МП), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность измерения электрических параметров узла БХИТ 10, например, его выходного напряжения/ внутреннего сопротивления при воздействии тестовой нагрузки, создаваемой узлом БТН 6, вычисления с фиксацией в узле БП 5 расхода энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (РЭБ) путем комплексной обработки значений его разрядного тока, измеряемого узлом ДТ 3, и фиксации длительности разряда узла БХИТ 10 с использованием узла БЧРВ 7, эмуляции протокола связи, необходимого для поддержки информационного обмена данными с частью Б 14 по ПБКС 12 с использованием узла БППА 9, в том числе, для приема с фиксацией в узле БП 5 данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (НЭБ), вычисления с фиксацией в узле БП 5 значений остаточного энергоресурса узла БХИТ 10 (ОЭБ) на основе сравнения величин НЭБ и РЭБ и периодической или по запросам, поступающим от части Б 14, передачи с использованием узла БППА 7 по ПБКС 12 к части Б 14 значений РЭБ и ОРБ. Кроме того, узел КЧБ 16 выполнен в виде процессора, функционирующего по программе обеспечивающей возможность эмуляции протокола связи, необходимого для информационного обмена данными между частями Б 14 и А 1 по ПБКС 12, организованному с использованием узла БППБ 17, в том числе, для передачи и приема данных, характеризующих, соответственно, показатели НЭБ и ОЭБ/ РЭБ узла БХИТ 10, поддержки функций узла БКИ 17 по обеспечению информационного обмена с узлом ЭВМ 20, функционирующим под управлением операционной системы, например, типа Windows ХР/7, и поддерживающей работу программного модуля (ПМ), реализующего виртуальный интерфейс пользователя (ВИП), посредством которого физическому лицу/ оператору части Б 14 обеспечивается возможность управления периодичностью контроля/ доставки данных о состоянии узла БХИТ 10, подготовки данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (НЭБ), обработки принятых сообщений/ данных и визуализации на дисплее 19 различной информации, в том числе электрических параметров узла БХИТ 10 и значений его РЭБ и ОРБ.
Устройство (фиг.2) функционирует следующим образом. Работа этого устройства частично сходна с функционированием устройства- прототипа. Особенности работы данного устройства следующие. Узел КЧА 4 выполнен в виде микропроцессора, обеспечивающего обработку сигналов, поступающих с узла ДТ 3, БИН 8, БЧРВ 7, управление работой узлов БТН 6, БППА 9 и поддержку информационного обмена с узлами БЧРВ 7, БП 5, БИН 8 и БППА 9. В процессе работы части А 1 осуществляется учет расхода энергоресурса узла БХИТ 10. Это обеспечивается с помощью узла КЧА 4 путем комплексной обработки данных, получаемых от узла ДТ 3 (измеряющего разрядный ток Iбат узла БХИТ 10), и фиксации/ хронометража длительности разряда Тбат узла БХИТ 10, осуществляемого с помощью узла БЧРВ 7. При этом, узлом КЧА 4 определяется текущий расход энергоресурса узла БХИТ 10 (РЭБ), например, с использованием выражения: РЭБ=Iбат* Iбат, где РЭБ - значение показателя расхода энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10, Iбат - усредненное значение разрядного тока узла БХИТ 10, Тбат-длительности разряда узла БХИТ 10 током Iбат. Значение РЭБ фиксируется в узле БП 5. Алгоритмы работы узла КЧА 4 обеспечивают возможность осуществлять измерение/ вычисление электрических параметров узла БХИТ 10, в том числе, его выходного напряжения/ внутреннего сопротивления при воздействии на него тестовой нагрузки, создаваемой узлом БТН 6. Для обеспечения сеансов связи между частью А 1 и частью Б 14, проводимых для приема/ передачи данных, в том числе сообщений о состоянии/ значении РЭБ, с помощью узлов КЧА 4 и КЧБ 16 эмулируется необходимый протокол связи. На физическом уровне, передача данных осуществляется по ПБКС 12, который организуется посредством узлов БППА 9 и БППБ 15, например, если канал связи ПБКС 12 является проводным, то узла БППА и БППБ 15 выполняют функции типовых проводных модемов. Если же канал связи ПБКС 12 является беспроводным, то узла БППА и БППБ 15 выполняют функции типовых устройств беспроводной связи. Для создания начальных установок, необходимых для выполнения расчет показателя РЭБ, с части Б 14 к части А 1 передаются, подготовленные с помощью узлов ЭВМ 20, дисплея 19 и клавиатуры 21, данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (НЭБ). В процессе эксплуатации устройства, узлом КЧА 4 производится вычисление с фиксацией/ записью в узле БП 5 значений показателя ОЭБ узла БХИТ 10 на основе сравнения величин НЭБ и РЭБ. При этом, пользователь устройства/ оператор части Б14 может периодически или по запросу получать данные о текущих значений ОРБ, накопленных в узле БП 5. Между узлами КЧБ 16 и ЭВМ 20 поддерживается двухсторонний информационный обмен данными Узел ЭВМ 20 функционирует под управлением операционной системы, например, типа Windows ХР/7, которая поддерживает работу программного модуля, реализующего виртуальный интерфейс пользователя (ВИП). С помощью ВИП физическому лицу/ оператору части Б 14 обеспечивается возможность управления периодичностью контроля/ доставки данных о состоянии узла БХИТ 10, подготовки данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (НЭБ), обработки принятых сообщений/ данных и визуализации на дисплее 19 различной информации, в том числе электрических параметров узла БХИТ 10 и значений его РЭБ и ОРБ.
В предлагаемом техническом решении существенное повышение эффективности контроля работоспособности узла БХИТ 10 достигается за счет использования более надежных диагностических процедур узла БХИТ 10, обеспечения возможностей по определению/ расчету расхода его энергоресурса, используемого для электропитания устройства, и повышения информативности дистанционного контроля состояния/ работоспособности узла БХИТ 10, который в составе устройства удален от физического лица/ оператора устройства. При этом, получение необходимых сведений о состоянии узла БХИТ 10 базируется, как на результатах тестирования узла БХИТ 10, так и на данных по контролю расхода его энергоресурса. Это позволяет осуществлять оценку состояния узла БХИТ 10 по критерию текущей его работоспособности, определяемой по результатам тестовых измерений, и выполнять прогнозирование длительности работы устройства в целом по результатам вычисления показателя ОЭБ. Следует заметить, что высокая эффективность применения данного технического решения обусловлена тем, что все его структурные компоненты, соответствующие предложенной модели СМБХИТ, не имеют упомянутых «слабых» звеньев.
В предлагаемом устройстве обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.
В состав части А 1 устройства дополнительно введены блок памяти (БП) 5, блок тестовой нагрузки (БТН) 6 и блок часов реального времени (БЧРВ) 7, который своим портом соединен с четвертым портом узла КЧА 4, который своими пятым и шестым портами соединен, соответственно, с портом узла БП 5 и первым портом узла БТН 6, который вторым портом соединен с выходом узла БХИТ 10.
Узел КЧА 1 выполнен в виде микропроцессора (МП), функционирующего по программе, обеспечивающей возможность измерения электрических параметров узла БХИТ 10, в том числе, его выходного напряжения/ внутреннего сопротивления при воздействии тестовой нагрузки, создаваемой узлом БТН 6, вычисления с фиксацией в узле БП 5 расхода энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (РЭБ) путем комплексной обработки значений его разрядного тока, измеряемого узлом ДТ 3, и данных по длительности разряда узла БХИТ 10, определяемых с использованием узла БЧРВ 7, эмуляции протокола связи, необходимого для поддержки информационного обмена данными по ПБКС 12 между частями А 1 и Б 14 с использованием узла БППА 9, в том числе, для приема с фиксацией в узле БП 5 данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (НЭБ), вычисления с фиксацией в узле БП 5 значений остаточного энергоресурса узла БХИТ 10 (ОЭБ) на основе сравнения величин НЭБ и РЭБ и периодической или по запросам, поступающим от части Б 14, передачи по ПБКС 12, с использованием узла БППА 7, к части Б 14 значений РЭБ и ОРБ.
В состав части Б 14 устройства дополнительно введены электронно-вычислительная машина (ЭВМ) 20 и блок компьютерного интерфейса (БКИ) 17, который первым и вторым портами соединен, соответственно, со вторым портом узла КЧБ 16 и с первым портом узла ЭВМ 20, который вторым и третьим портами соединен, соответственно, с портом узла БО, который выполнен в виде дисплея 19, и с портом узла БВ, который выполнен в виде клавиатуры 21.
Узел КЧБ 16 выполнен в виде процессора, функционирующего по программе обеспечивающей возможность эмуляции протокола связи, необходимого для информационного обмена данными между частями Б 14 и А 1 по ПБКС 12, организованному с использованием узла БППБ 17, передачи и приема данных, характеризующих, соответственно, показатели НЭБ и ОЭБ/ РЭБ узла БХИТ 10, поддержки функций узла БКИ 17 по обеспечению информационного обмена с узлом ЭВМ 20, функционирующим под управлением операционной системы, например, типа Windows ХР/7, и поддерживающей работу программного модуля (ПМ), реализующего виртуальный интерфейс пользователя (ВИП), посредством которого физическим лицам/ операторам части Б 14 обеспечивается возможность управления периодичностью контроля/ доставки данных о состоянии узла БХИТ 10, подготовки данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (НЭБ), обработки принятых сообщений/ данных и визуализации на дисплее 19 различной информации, в том числе электрических параметров узла БХИТ 10 и значений его РЭБ и ОРБ.
Введение и использование указанных признаков и свойств позволяет существенно расширить функциональные возможности известного устройства, связанных с повышением эффективности контроля уровня работоспособности батареи химических источников тока (БХИТ), используемой для обеспечения автономного электропитания технического устройства, доступ к которому затруднен/ ограничен и/или которое удалено от его пользователя/ физического лица.
Сочетание отличительных признаков и свойств, предлагаемого устройства дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока, из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по расширению функциональных возможностей известного устройства, направленных на повышением эффективности контроля уровня работоспособности батареи химических источников тока (БХИТ), используемой для обеспечения автономного электропитания технического устройства, доступ к которому затруднен/ ограничен и/или которое удалено от его пользователей/ физических лиц, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.
Техническим результатом, достигаемым в предлагаемом техническом решении, является повышение надежности удаленного контроля работоспособности батареи химических источников тока (БХИТ), что обеспечивается за счет получения более достоверных сведений об электрических параметрах БХИТ, в том числе, значений текущего расхода энергоресурса/ емкости (РЭБ) и величины остаточного энергоресурса (ОЭБ), определяемых в процессе эксплуатации БХИТ в составе ТСС, и обеспечения доставки физическому лицу, удаленному от устройства, с подробной визуализацией в наглядном виде (на дисплее компьютера) всех данных, характеризующих текущее состояние БХИТ, в том числе, его электрических параметров и показателей РЭБ и ОЭБ.
Обобщенный алгоритм функционирования предлагаемого устройства дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока может быть представлен в следующем виде.
- Начало;
- Шаг-1. Инициализация узлов частей А 1 и Б 14, очистка содержания узлов БП 5 и БП 18, инсталляция в ОС узла ЭВМ 20 программного модуля, реализующего виртуальный интерфейс пользователя (ВИП), и использование дисплея 19 и клавиатуры 21 для подготовки данных, характеризующих начальное/ паспортное значение энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (НЭБ), формирование с помощью узлов БППА 9 и БППБ 15 канала проводной/ беспроводной связи (КПБС) 2 и передачи по нему подготовленных данных - значений НЭБ узла БХИТ 10 с регистрацией/ записью этих данных в узле БП 5 и переход к шагу 2.
-Шаг-2. Проверка - 1. Сигнал с узла ДТ 3 есть? - Если - нет, то - возврат к шагу 2, если - да, то переход к шагу 3;
-Шаг-3. Процедура контроля разряда узла БХИТ 10: обработка данных поступающих с узла ДТ 3, измеряющего величину тока в цепи электропитания +U, и считывание показаний узла БЧРВ 7 для хронометража длительности разряда узла БХИТ, переход к шагу 4;
- Шаг-4. Проверка - 2. Сигнал с узла ДТ 3 - есть? - Если - да, то возврат к шагу 3, если нет, то переход к шагу 5;
- Шаг-5. Вычисление с записью/регистрацией в узел БП 5 значения расхода энергоресурса/ емкости узла БХИТ 10 (РЭБ), как произведения РЭБ= Iбат*Тбат, где Iбат - среднее значение тока в цепи электропитания +U, а Тбат - длительность разряда узла БХИТ 10, переход к шагу-6;
- Шаг-6. Вычисление с записью/ регистрацией в узле БП 5 значения остаточного энергоресурса узла БХИТ 10 (ОЭБ), как разницы величин НЭБ и РЭБ, переход к шагу -7;
- Шаг-7. Измерение с записью/ регистрацией в узле БП 5 электрических параметров узла БХИТ 10: активация узла БТН 6 и запуск процедуры тестирования узла БХИТ 10, например, обеспечивающей измерение выходного напряжения/ внутреннего сопротивления узла БХИТ 10, переход к шагу 8;
- Шаг-8. Передача сообщений/ данных об электрических параметрах и значении энергоресурса узла БХИТ 10 с помощью узла БППА 9 по ПБКС 12, прием входящих сообщений (данных) узлом БППБ 15, обработка входящих сообщений/ данных узлом ЭВМ 20, отображение на дисплее 19 с записью/ регистрацией в узле БП 18 значений электрических параметров и показателей РЭБ и ОЭБ узла БХИТ 10, переход к шагу 9;
- Шаг-9. Проверка-4. Значение ОЭБ - в допустимых пределах? Если да, то возврат к шагу 10, если нет, то переход к шагу 11;
- Шаг-10. Проверка-5. Значение электрических параметров узла БХИТ 10 - в допустимых пределах? Если да, то возврат к шагу 2, если нет, то переход к шагу 11;
- Шаг-11. Вывод на дисплей 19 сообщения об разряде/ потери работоспособности узла БХИТ 10.
- Конец.
Узлы ДТ 3, БИН 8, БХИТ 10, БППА 9, КЧА 4, БППБ 15, КЧБ 16, БП 18, могут быть аналогичными соответствующим признакам прототипа и не требуют значительной доработки при их реализации в составе предлагаемого технического решения.
Узел БТН может быть реализован по аналогии с известным из техники [Л8] тестером-анализатором внутреннего сопротивления химических источников тока, который отличается возможностью измерения сопротивления, как постоянному току, так и переменному току с частотой 1 кГц.
Узел БЧРВ 7 может быть реализован на основе микросхемы часов реального времени типа DS1302 [Л9], которая содержит часы/ календарь реального времени, встроенную статическую память и позволяет осуществлять информационный обмен с микропроцессором по простому последовательному каналу.
Узел КП 17 может быть реализован на основе микросхем типа ИС 16550 [Л 10], представляющих собой высокопроизводительные ИС UART с встроенным 16-байтовым буфером, который позволяет ИС UART хранить или передавать строку данных, не прерывая работу микропроцессора системы для их обработки. Эти ИС UART позволяют последовательным портам обеспечивать скорости передачи данных до 115 Кбит/с.
Узлы КЧА 4 и КЧБ 16 также могут быть реализованы на основе PIC-контроллеров, известных из [Л11, Л12].
Узлы БП 5 и БП 10 могут быть реализованы с использованием микросхем типа HY27(U/S)SXX561M [Л 13] - семейства энергонезависимой Flash памяти, построенной по NAND технологии. Эти изделия отличаются возможностью работы в широком диапазоне напряжений (3.3 В и 1.8 В), имеют миниатюрные размеры и низкое энергопотребление.
Узлы ЭВМ 20, дисплея 19 и клавиатуры 21 могут быть аналогичными типовому автоматизированному рабочему месту - АРМ [Л 14].
Для реализации узлов предлагаемого устройства дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока с необходимыми признаками, свойствами и обеспечения функционирования узлов КЧА 4 и КЧБ 16 по требуемым алгоритмам, также могут быть использованы решения и программные процедуры, известные из авторских программ для ЭВМ [Л15-Л18] и авторских технических решений [Л19-Л23].
На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет успешно решить поставленную задачу, связанную с повышением надежности определения/ прогнозирования длительности непрерывной автономной работы ТСС, функционирующих при электропитании от БХИТ, особенно, при эксплуатации ТСС, доступ к которым ограничен/ затруднен или, которые значительно удалены от их пользователей/ физических лиц.
Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.
Основные узлы предлагаемой полезной модели устройства дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов.
Производимые устройства могут быть использованы для получения надежных оценок при прогнозировании длительности непрерывной работы ТСС, функционирующих при электропитании от первичных не перезаряжаемых химических источников тока, которые вместе с ТСС размещены в трудно доступных местах или удалены от физических лиц/ пользователей ТСС.
Разработанное авторами техническое решение обеспечивает повышение точности/ надежности определения/ прогнозирования длительности непрерывной автономной работы технического устройства/ системы (ТСС) на основе повышения эффективности дистанционного мониторинга состояния/ контроля работоспособности батарей химических источников тока (БХИТ), используемых для электропитания различных ТСС, доступ к которым затруднен/ ограничен или которые удалены от его пользователей/ физических лиц. При этом, автоматический учет расхода энергоресурса БХИТ и периодическое тестирование ее работоспособности с передачей сведений о состоянии/ работоспособности БХИТ по каналу связи, который может быть организован с применением проводных или беспроводных средств, позволяет осуществлять эффективный дистанционный мониторинг состояния системы электропитания ТСС.
Предлагаемое техническое решение будет востребовано широким кругом пользователей различных устройств и систем, функционирующих в автономном режиме с электропитанием от батарей не перезаряжаемых химических источников тока. Использование данного устройства обеспечивает высокую эффективность дистанционного контроля работоспособности БХИТ, благодаря чему существенно повышается надежность определения длительности автономной работы различных технических устройств и систем, функционирующих при электропитании от упомянутой БХИТ.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Тестирование пальчиковых батареек формата АА (R6, LR6).
2. Диагностика состояния герметичных химических источников тока ОКА,
3. МР3-плеер RITMIX RF-2200 4Gb Blue, http://www.eldorado.rU/cat/detail/71076865/
4. Тестер для оперативной проверки гальванических элементов
5. Анализатор аккумуляторов и батареек,
6. Сбор данных от счетчиков и датчиков в системе ЖКХ. Применение ZigBee для построения беспроводных сетей сбора и передачи данных от различных счетчиков и датчиков в системе ЖКХ.
7. Патент на полезную модель №120777 «Система контроля и мониторинга батарей автономного питания», дата публикации: 27.09.2012 г.
8. Тестер-анализатор внутреннего сопротивления химических источников тока ООО «МЕГАРОН»,
9. Микросхема часов реального времени DS1302 компании Maxim/Dallas Semiconductor,  1302.html
10. Интегральные схемы UART,
11. Обзор  РIС-контроллеров,
12. Микроконтроллеры серии PIC18FX5XX с поддержкой шины USB 2.0,
13. Микросхема 256 Мб NAND Flash памяти HY27(U/S)SXX561M, http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/ Hynix/memory/ nand_flash/256M.htm
14. Автоматизированное рабочее место,
15. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Драйвер светоиндикаторного устройства», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, №2011610487 от 13.11.2010 г.
16. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа автоматизированной обработки данных», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ №2009613019 от 10.06.2009 г.
17. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менеджер сенсора», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ.
18. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа приема и обработки аналоговых сигналов», Свидетельство о регистрации в ФИПС РФ, №2011610486 от 11.01.2011 г.
19. Войсковая часть 11135 (RU), Патент на изобретение №2289856 «Устройство индикации», зарегистрирован 20.12.2006 г.
20. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №98641 «Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности», зарегистрирован от 20 октября 2010 г.
21. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114226 «Устройство обслуживания аккумулятора и контроля его работоспособности», зарегистрирован от 10 марта 2012 г.
22. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114227 «Устройство заряда аккумулятора и защиты его от перегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 марта 2012 г.
23. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель №114228 «Устройство заряда элемента аккумулятора с ограничением и сигнализацией его токовых прегрузок», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 марта 2012 г.