Автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей

Изобретение относится к комплексным контрольно-проверочным системам, а именно к бортовым системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей, обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей различных (подвижных и стационарных) объектов на базе средств вычислительной техники. Сущность изобретения состоит в следующем. Автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей состоит из ЭВМ, подключенной к внешней системе управления объектом; принтера, сигнального устройства, устройства контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, включающего блок обработки информации, датчик напряжения, датчик тока, эталонный источник напряжения; аккумуляторной батареи, подключенной через датчик тока к нагрузке и одновременно к зарядному устройству аккумуляторной батареи и включающей аккумуляторы; устройств контроля параметров аккумуляторов, установленных на каждой банке аккумуляторной батареи, датчиков уровня и температуры электролита, датчиков ЭДС аккумулятора, установленных в межэлектродное пространство банок аккумуляторов, и эталонных источников напряжения. Техническим результатом, достигаемым данным изобретением, является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности результатов контроля и диагностики за счет охвата комплексной проверкой всех аккумуляторов по напряжению на банке, выделенной части аккумуляторов по ЭДС, уровню и температуре электролита, по напряжению аккумуляторной батареи в целом, по току нагрузки и току заряда аккумуляторной батареи, дополненной расчетом значений плотности электролита, сопротивления изоляции, емкости, времени до окончания разряда аккумуляторной батареи, прогнозом остаточного ресурса и срока службы аккумуляторной батареи и в связи с автоматизацией процесса эксплуатации аккумуляторных батарей в целом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к комплексным контрольно-проверочным системам, а именно к бортовым системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей различных (подвижных и стационарных) объектов на базе средств вычислительной техники.

Известна система диагностики аккумуляторной батареи Battery Diagnostic System (BDS), состоящая из измерительно-коммутационного блока, вычислительного блока (персональный компьютер) и печатающего устройства (Интернет-ресурс http://overview.narod.ru/accu.htm. Особенности эксплуатации, методы содержания и диагностики новых типов аккумуляторных батарей. В.В.Косулин). Измерительно-коммутационный блок содержит измерительные аналого-цифровые преобразователи, аварийные выключатели нагрузки батареи, интерфейс на базе однокристальной микроЭВМ и светодиодную сигнализацию - "BDS-исправно", "Разряд батарей", "Авария батареи", "Критическая остаточная емкость". Такая система позволяет накапливать и анализировать информацию о состоянии батарей и выводить ее в удобном виде.

Недостатком системы являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие осуществлять контроль уровня и температуры электролита в банках аккумуляторной батареи, а также определять плотность электролита (являющегося важным дополнительным параметром текущего состояния аккумулятора), значения которых необходимы для объективной оценки состояния аккумуляторной батареи, как в нормальных, так и в критических режимах эксплуатации (форсированный заряд, глубокий разряд).

Известно также устройство для определения параметров свинцового аккумулятора, предназначенное для определения напряжения, плотности, уровня и температуры электролита, остаточной емкости и диагностического параметра свинцового аккумулятора, позволяющего оценивать сопротивление диффузии электролита и устанавливать время проведения профилактических мероприятий (перезарядки или лечебного цикла) (Патент РФ на изобретение №2127010, G 01 R 31/36, 1999).

Устройство содержит блок обработки результатов измерений с оперативной памятью, памятью программ и энергонезависимой памятью с электрическим стиранием, измеритель уровня электролита, цифровой вольтметр с аналого-цифровым преобразователем, интерфейсным блоком, модулем гальванической развязки и блоком питания. При этом ЭВМ вычисляет остаточную емкость и диагностический параметр аккумулятора по расчетным формулам.

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие использовать устройство для проверки сопротивления изоляции аккумуляторов, объединенных в группы аккумуляторных батарей, а также недостаточная достоверность определения остаточной емкости аккумулятора (аккумуляторных батарей) в связи с невозможностью контроля токов нагрузки и токов заряда.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является система контроля параметров аккумуляторов и диагностирования судовых аккумуляторных батарей (Система контроля параметров аккумуляторов и диагностирования судовых аккумуляторных батарей. А.С.Дордий, В.Г.Шуляк, И.А.Еланцев, А.Ф.Горовой. - Кибернетика электрических систем: Материалы XXII сессии семинара "Диагностика электрооборудования", 25-27 сент. 2000 г. / Юж-Рос. гос. тех. ун-т. Новочеркасск: Ред. журн. "Изв. вузов. Электромеханика", 2000. С.97-98). Система состоит из ЭВМ верхнего уровня, устройства контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, включающего контроллер (блок обработки информации), датчики напряжения и тока аккумуляторной батареи; аккумуляторной батареи, подключенной через датчик тока к нагрузке и одновременно к зарядному устройству аккумуляторной батареи и включающей аккумуляторы (банки аккумуляторов), отдельные блоки подсистемы контроля параметров аккумуляторов (устройства контроля параметров аккумуляторов), установленные на каждой банке аккумуляторной батареи и объединенные в единую локальную вычислительную сеть (интерфейсная магистраль RS-232/485 или CAN-bus) с контроллером (блоком обработки информации) устройства контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи и с ЭВМ верхнего уровня, измеряющие значения напряжения аккумулятора и получающие контрольные сигналы от датчиков плотности, уровня и температуры электролита, погруженных в межэлектродное пространство аккумулятора.

Недостатком системы является отсутствие возможности передачи необходимой информации о состоянии аккумуляторной батареи во внешнюю систему управления объектом (в том числе, и для управления аккумуляторной батареей) для дистанционного контроля, отсутствие сигнализации (световой и звуковой) для привлечения внимания вахтенного персонала при возникновении аварийных ситуаций при эксплуатации аккумуляторной батареи объекта, отсутствие возможности документирования всех необходимых событий, происходящих при эксплуатации аккумуляторных батарей, а также недостаточная достоверность параметра - плотность электролита в банках аккумуляторов, формируемых датчиками плотности.

Кроме этого, в системе отсутствует возможность самоконтроля (тестирования) каналов ввода аналоговых сигналов напряжения, что существенно снижает достоверность измерения значений напряжения каждого аккумулятора в аккумуляторной батарее, значений напряжения аккумуляторной батареи в целом, определения сопротивления изоляции аккумуляторной батареи, измерения тока нагрузки и тока заряда аккумуляторной батареи.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей при обеспечении высокой достоверности результатов комплексной проверки аккумуляторных батарей в автоматизированном режиме.

Поставленная задача решается тем, что в автоматизированную систему контроля и диагностики аккумуляторных батарей, содержащую ЭВМ, состоящую из одноплатной ЭВМ, монитора, клавиатуры, первого и второго адаптера интерфейса CAN-bus и блок питания, ко второму входу одноплатной ЭВМ которой подключена клавиатура, к третьему входу-выходу одноплатной ЭВМ подключен третий вход-выход первого адаптера интерфейса CAN-bus, к четвертому входу-выходу одноплатной ЭВМ подключен третий вход-выход второго адаптера интерфейса CAN-bus, первый выход одноплатной ЭВМ является одновременно выходом ЭВМ, второй выход одноплатной ЭВМ подключен к монитору, первый вход-выход первого адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно первым входом-выходом ЭВМ, второй вход-выход первого адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно вторым входом-выходом ЭВМ, первый вход-выход второго адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно третьим входом-выходом ЭВМ, второй вход-выход второго адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом ЭВМ, первый вход-выход одноплатной ЭВМ является одновременно пятым входом-выходом ЭВМ, блок питания обеспечивает питание одноплатной ЭВМ и монитора; устройство контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, содержащее датчики напряжения и тока и блок обработки информации, состоящий из памяти энергонезависимой, часов реального времени, микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, первого и второго устройства сопряжения и блока питания, при этом память энергонезависимая и часы реального времени блока обработки информации подключены соответственно к шестому входу-выходу и пятому входу микроконтроллера, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus подключен к четвертому входу-выходу микроконтроллера, выходы первого и второго устройства сопряжения подключены соответственно к первому и второму входам микроконтроллера, второй вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом блока обработки информации, входы первого и второго устройства сопряжения являются одновременно первым и вторым входами блока обработки информации, третий вход микроконтроллера является одновременно третьим входом блока обработки информации, блок питания обеспечивает питание микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, первого и второго устройства сопряжения; аккумуляторную батарею, включающую первый, второй и "n"-й аккумулятор; первое, второе и "n"-е устройство контроля параметров аккумуляторов, установленные непосредственно на верхнюю часть банки каждого аккумулятора аккумуляторной батареи и состоящие из памяти энергонезависимой, часов реального времени, микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART, устройства сопряжения и блок питания, причем память энергонезависимая и часы реального времени подключены соответственно к шестому входу-выходу и пятому входу микроконтроллера, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus подключен к четвертому входу-выходу микроконтроллера, выходы адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART и устройства сопряжения подключены соответственно к первому и второму входам микроконтроллера, второй вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом устройства контроля параметров аккумуляторов, входы адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART и устройства сопряжения являются одновременно первым и вторым входами устройства контроля параметров аккумуляторов, блок питания обеспечивает питание микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART и устройства сопряжения; первый, второй и "m"-й датчик уровня и температуры электролита, помещенные в межэлектродное пространство банок аккумуляторов, при этом к первому входу-выходу ЭВМ подключены через интерфейсную магистраль CAN-bus четвертые входы-выходы блока обработки информации и четвертые входы-выходы первого, второго и "n"-го устройства контроля параметров аккумуляторов, к первому входу блока обработки информации подключен выход датчика напряжения, ко второму входу блока обработки информации подключен второй выход датчика тока, первый, второй и "n"-й аккумуляторы соединены в аккумуляторную батарею последовательно (отрицательная клемма первого аккумулятора - к положительной клемме второго и т.д.), положительная клемма первого аккумулятора подключена к входу датчика тока, первый выход датчика тока подключен к первому входу датчика напряжения и положительному полюсу нагрузки и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи, отрицательная клемма "n"-го аккумулятора подключена к третьему входу датчика напряжения и отрицательному полюсу нагрузки и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи, ко второму входу датчика напряжения подключен корпус объекта, к первым входам первого, второго и "n"-го устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно выходы первого, второго и "m"-го датчика уровня и температуры электролита, ко вторым входам первого, второго и "n"-го устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно по паре положительных и отрицательных клемм первого, второго и "n"-го аккумуляторов, введены сигнальное устройство, устройство сопряжения, адаптер интерфейса MIL-STD-1553В, принтер, эталонный источник напряжения, первый, второй и "m"-й датчик ЭДС, первый, второй и "n"-й эталонные источники напряжения, причем сигнальное устройство подключено через устройство сопряжения к выходу блока обработки информации, пятый вход-выход ЭВМ через адаптер интерфейса MIL-STD-1553B, образующий мультиплексный канал MIL-STD-1553B, подключен к внешней системе управления объектом (в том числе, и для управления аккумуляторной батареей), принтер подключен к выходу ЭВМ, эталонный источник напряжения подключен к третьему входу блока обработки информации, первый, второй и "m"-й датчик ЭДС подключены соответственно к третьему входу первого, второго и "n"-го устройства контроля параметров аккумуляторов, первый, второй и "n"-й эталонные источники напряжения подключены соответственно к четвертому входу первого, второго и "n"-го устройства контроля параметров аккумуляторов.

Кроме этого в автоматизированной системе контроля и диагностики аккумуляторных батарей датчики ЭДС выполнены в виде двух измерительных электродов, дополнительно введенных в электролит банки аккумулятора.

Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемая автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей имеет более широкие функциональные возможности и повышенную достоверность результатов контроля и диагностики за счет охвата комплексной проверкой всех аккумуляторов по напряжению на банке, выделенной части аккумуляторов по ЭДС, уровню и температуре электролита, по напряжению аккумуляторной батареи в целом, по току нагрузки и току заряда аккумуляторной батареи, дополненной расчетом значений плотности электролита, сопротивления изоляции, емкости, времени до окончания разряда аккумуляторной батареи, прогнозом остаточного ресурса и срока службы аккумуляторной батареи.

На фиг.1 представлена структурная схема автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей.

На фиг.2 представлена структурная схема ЭВМ.

На фиг.3 представлена структурная схема блока обработки информации.

На фиг.4 представлена структурная схема устройства контроля параметров аккумуляторов.

Согласно фиг.1 автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей содержит сигнальное устройство 1, устройство сопряжения 2, адаптер интерфейса MIL-STD-1553B 3, ЭВМ 4, принтер 5, устройство контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи 6 (от одного до четырех устройств), включающее блок обработки информации 7, датчик напряжения 8, датчик тока 9, эталонный источник напряжения 10; аккумуляторную батарею 11 (от одной до четырех батарей), включающую первый 15, второй 16 и "n"-й 17 аккумулятор (от 112 до 124 банок аккумуляторов), первое 12, второе 13 и "n"-е 14 устройство контроля параметров аккумуляторов (от 112 до 124 устройств), установленных соответственно на каждой банке аккумуляторной батареи 11 (первый 15, второй 16 и "n"-й 17 аккумулятор); первый 18, второй 19 и "m"-й 20 датчики уровня и температуры электролита (от 8 до 124 датчиков) и первый 21, второй 22 и "m"-и 23 датчики ЭДС аккумулятора (от 8 до 124 датчиков), помещенных в межэлектродное пространство банок аккумуляторов 15, 16, 17; первый 24, второй 25 и "n"-й 26 эталонные источники напряжения.

Сигнальное устройство 1 подключено через устройство сопряжения 2 к выходу блока обработки информации 7, пятый вход-выход 27 ЭВМ 4 через первый вход-выход 28 адаптера интерфейса MIL-STD-1553B 3, образующий мультиплексный канал MIL-STD-1553B 29, подключен к внешней системе управления объектом (в том числе, и для управления аккумуляторной батареей 11) для дистанционного контроля, принтер 5 подключен к выходу ЭВМ 4, к первому входу-выходу 30 ЭВМ 4 подключены через интерфейсную магистраль CAN-bus 31 четвертый вход-выход 32 блока обработки информации 7 и четвертые входы-выходы 33, 34 и 35 первого 12, второго 13 и "n"-го 14 устройства контроля параметров аккумуляторов, к первому входу 36 блока обработки информации 7 подключен выход датчика напряжения 8, ко второму входу 37 блока обработки информации 7 подключен второй выход 38 датчика тока 9, стабилизированный источник напряжения 10 подключен к третьему входу 39 блока обработки информации 7, первый 15, второй 16 и "n"-й 17 аккумуляторы соединены в аккумуляторную батарею 11 последовательно (отрицательная клемма первого аккумулятора 15 - к положительной клемме второго 16 и т.д.), положительная клемма первого аккумулятора 15 подключена к входу датчика тока 9, первый выход 40 датчика тока 9 подключен к первому входу 41 датчика напряжения 8 и положительному полюсу нагрузки (+) и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи 11, отрицательная клемма "n"-го 17 аккумулятора подключена к третьему входу 42 датчика напряжения 8 и отрицательному полюсу нагрузки (-) и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи 11, ко второму входу 43 датчика напряжения 8 подключен корпус объекта, к первым входам 44, 45 и 46 первого 12, второго 13 и "n"-го 14 устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно выходы первого 18, второго 19 и "m"-го 20 датчиков уровня и температуры электролита, ко вторым входам 47, 48 и 49 первого 12, второго 13 и "n"-го 14 устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно по паре положительных и отрицательных клемм первого 15, второго 16 и "n"-го 17 аккумуляторов, к третьим входам 50, 51 и 52 первого 12, второго 13 и "n"-го 14 устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно выходы первого 21, второго 22 и "m"-го 23 датчика ЭДС аккумулятора, первый 24, второй 25 и "n"-й 26 эталонные источники напряжения подключены соответственно к четвертым входам 53, 54 и 55 первого 12, второго 13 и "n"-го 13 устройства контроля параметров аккумуляторов.

Согласно фиг.2 ЭВМ 4 (фиг.1) содержит одноплатную ЭВМ 56, монитор 57, клавиатуру 58, первый 59 и второй 60 адаптер интерфейса CAN-bus, блок питания 61.

Ко второму входу 62 одноплатной ЭВМ 56 подключена клавиатура 58, к третьему входу-выходу 63 одноплатной ЭВМ 56 подключен третий вход-выход 64 первого адаптера интерфейса CAN-bus 59, к четвертому входу-выходу 65 одноплатной ЭВМ 56 подключен третий вход-выход 66 второго адаптера интерфейса CAN-bus 60, первый выход 67 одноплатной ЭВМ 56 является одновременно выходом ЭВМ 4 (фиг.1), второй выход 68 одноплатной ЭВМ 56 подключен к монитору 57, первый вход-выход 69 и второй вход-выход 70 первого адаптера интерфейса CAN-bus 59, а также первый вход-выход 71 и второй вход-выход 72 второго адаптера интерфейса CAN-bus 60 образуют интерфейсную магистраль CAN-bus 31, являющуюся одновременно первым входом-выходом 30 ЭВМ 4 (фиг.1), первый вход-выход 73 одноплатной ЭВМ 56 является одновременно пятым входом-выходом 27 ЭВМ 4 (фиг.1). Блок питания 61 обеспечивает питание одноплатной ЭВМ 56 и монитора 57.

Согласно фиг.3 блок обработки информации 7 (фиг.1) содержит память энергонезависимую 74, часы реального времени 75, микроконтроллер 76, адаптер интерфейса CAN-bus 77, первое 78 и второе 79 устройства сопряжения, блок питания 80.

Память энергонезависимая 74 и часы реального времени 75 подключены соответственно к шестому входу-выходу 81 и пятому входу 82 микроконтроллера 76, первый вход-выход 83 адаптера интерфейса CAN-bus 77 подключен к четвертому входу-выходу 84 микроконтроллера 76, выходы первого 78 и второго 79 устройства сопряжения подключены соответственно к первому 85 и второму 86 входам микроконтроллера 76, второй вход-выход 87 адаптера интерфейса CAN-bus 77 образует интерфейсную магистраль CAN-bus 31, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом 32 блока обработки информации 7 (фиг.1), входы первого 78 и второго 79 устройств сопряжения являются одновременно первым 36 и вторым 37 входами блока обработки информации 7 (фиг.1), третий вход 88 микроконтроллера 76 является одновременно третьим входом 39 блока обработки информации 7 (фиг.1). Блок питания 80 обеспечивает питание микроконтроллера 76, адаптера интерфейса CAN-bus 77, первого 78 и второго 79 устройств сопряжения.

Согласно фиг.4 устройство контроля параметров аккумуляторов 12, 13, 14 (фиг.1) содержит память энергонезависимую 89, часы реального времени 90, микроконтроллер 91, адаптер интерфейса CAN-bus 92, адаптер кодового сигнала стандарта 8051 UART 93, устройство сопряжения 94, блок питания 95.

Память энергонезависимая 89 и часы реального времени 90 подключены соответственно к шестому входу-выходу 96 и пятому входу 97 микроконтроллера 91, первый вход-выход 98 адаптера интерфейса CAN-bus 92 подключен к четвертому входу-выходу 99 микроконтроллера 91, выходы адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART 93 и устройства сопряжения 94 подключены соответственно к первому 100 и второму 101 входам микроконтроллера 91, третий вход 102 микроконтроллера 91 является одновременно четвертым входом устройства контроля параметров аккумуляторов 12, 13, 14 (фиг.1), второй вход-выход 103 адаптера интерфейса CAN-bus 92 образует интерфейсную магистраль CAN-bus 31, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом устройства контроля параметров аккумуляторов 12, 13, 14 (фиг.1), вход 104 адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART 93 является одновременно первым входом устройства контроля параметров аккумуляторов 12, 13, 14 (фиг.1), первый 105 и второй 106 входы устройства сопряжения 94 являются одновременно вторым и третьим входами устройства контроля параметров аккумуляторов 12, 13, 14 (фиг.1). Блок питания 95 обеспечивает питание микроконтроллера 91, адаптера интерфейса CAN-bus 92, адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART 93 и устройства сопряжения 94.

Для создания (практической реализации) автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей могут быть использованы следующие известные комплектующие изделия.

Система в целом (фиг.1):

- сигнальное устройство - световое табло и звонок;

- устройство сопряжения - релейный усилитель;

- адаптер интерфейса MIL-STD-1553B - например, модуль 1-TX104-12ISA ЗАО "Элкус";

- принтер - лазерное печатающее устройство;

- датчик напряжения - резисторный делитель напряжения;

- датчик тока - прецизионный шунт-резистор;

- эталонные источники напряжения - прецизионный стабилитрон;

- датчик уровня и температуры электролита - например, датчик ДУТЭ-1 5Д2.834.024 ОАО "Автоматика".

ЭВМ (фиг.2):

- одноплатная ЭВМ - например, защищенный одноплатный компьютер РС7 Compact фирмы "SBS Technologies";

- монитор - например, жидкокристаллический монитор LCM outtime dimensions В 140 SN02 18/21 фирмы "AU Optonics Corp.";

- клавиатура - например, клавиатура Compact Short Travel Keyboard TKS-030-Touch-KGEN фирмы "Indukey Keyboard Production GmbH&Co. KG";

- адаптеры интерфейса CAN-bus - например, двухканальный оптоизолированный модуль CAN102D фирмы "Каскод";

- блок питания - стабилизированный источник питания с переключением электропитания от двух сетей.

Блок обработки информации (фиг.3):

- память энергонезависимая - Flash-disk;

- часы реального времени - интегральная микросхема DS 1307;

- микроконтроллер - например, микроконтроллер PIC18F458 фирмы "Microchip";

- адаптер интерфейса CAN-bus - например, двухканальный оптоизолированный модуль CAN102D фирмы "Каскод";

- устройства сопряжения - операционный усилитель;

- блок питания - стабилизированный источник питания с переключением электропитания от двух сетей.

Устройство контроля параметров аккумуляторов (фиг.4):

- память энергонезависимая - Flash-disk;

- часы реального времени - интегральная микросхема DS 1307;

- микроконтроллер - например, микроконтроллер PIC18F458 фирмы "Microchip";

- адаптер интерфейса CAN-bus - например, двухканальный оптоизолированный модуль CAN102D фирмы "Каскод";

- адаптер кодового сигнала стандарта 8051 UART - интегральная микросхема INA 118U;

- устройство сопряжения - операционный усилитель;

- блок питания - стабилизированный источник питания с переключением электропитания от двух сетей.

Автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей работает следующим образом.

1. Устройства контроля параметров аккумуляторов 12-14 установлены непосредственно на верхнюю часть банки каждого аккумулятора 15-17, подключены к положительной и отрицательной клеммам аккумуляторов 15-17 и постоянно находятся в работе. Устройства контроля параметров аккумуляторов 12-14 являются аппаратно-программными средствами самого нижнего (третьего) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей с программами, установленными в памяти энергонезависимой 89 и после подачи питания, загруженными в оперативную память микроконтроллера 91.

Устройства контроля параметров аккумуляторов 12-14 обеспечивают выполнение следующих функций:

- периодический опрос датчиков уровня и температуры электролита 18-20;

- периодический контроль значений напряжения на клеммах аккумуляторов 15-17;

- периодический контроль значений ЭДС аккумуляторов 15-17 от датчиков ЭДС 21-23;

- периодическое тестирование каналов измерения напряжения от эталонных источников напряжения 24-26;

- расчет плотности электролита в каждой банке аккумулятора 15-17;

- перерасчет плотности электролита на номинальный уровень и температуру электролита для каждой банки аккумулятора 15-17;

- первичная обработка контрольной информации для среднего (второго) и верхнего (первого) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей;

- передача контрольной информации на средний (второй) и верхний (первый) уровень по интерфейсной магистрали CAN-bus 27.

Расчет плотности электролита (являющегося важным дополнительным параметром текущего состояния аккумулятора) в теории электрохимии выполняется по классическим эмпирическим формулам по значению ЭДС аккумулятора (см. Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика, М.: "Энергоиздат", 1991) вида:

Начальная плотность = (ЭДС-0,84) × Температурный коэффициент.

В предлагаемой системе, для уменьшения погрешности вычисления значения текущей плотности при расчете плотности электролита в каждой банке аккумулятора 15-17, выполняемом в микроконтроллере 91 устройства контроля параметров аккумуляторов 12-14, производится корректировочная поправка по уровню и температуре электролита, а также поправка, учитывающая уникальные характеристики каждого конкретного аккумулятора в виде аппроксимирующей зависимости ареометрической плотности электролита от текущей емкости аккумулятора.

Значение ЭДС аккумулятора определяется путем измерения значения напряжения на штатных клеммах аккумуляторов 15-17 при разомкнутой цепи. При эксплуатации аккумуляторной батареи 11, на отдельных объектах, данный режим, зачастую в течение длительного времени, является недопустимым. В предлагаемой системе, для преодоления ограничения на таких объектах, специально предусмотрены датчики ЭДС 21-23, установленные в выделенной части аккумуляторов 15-17 аккумуляторной батареи 11 и обеспечивающие своевременное и достоверное получение информации о значении текущей ЭДС с необходимым временным циклом.

2. Блок обработки информации 7 является аппаратно-программным средством среднего (второго) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей, с программами, установленными в памяти энергонезависимой 74. После включения электропитания блока обработки информации 7 происходит загрузка программ в оперативную память микроконтроллера 76 блока обработки информации 7.

Блок обработки информации 7 обеспечивает выполнение следующих функций:

- опрос датчика напряжения 8;

- расчет сопротивления изоляции аккумуляторной батареи 11;

- опрос датчика тока 9;

- периодическое тестирование каналов измерения напряжения от эталонного источника напряжения 10;

- определение, в каком из трех режимов находится аккумуляторная батарея 11: разряд, заряд или контроль ЭДС (контроль напряжения разомкнутой цепи);

- расчет зарядной емкости аккумуляторной батареи 11;

- расчет разрядной емкости аккумуляторной батареи 11;

- прогноз остаточной емкости и времени до окончания разряда аккумуляторной батареи 11;

- прогноз остаточного ресурса и срока службы аккумуляторной батареи 11;

- первичная обработка контрольной информации для нижнего (третьего) и верхнего (первого) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей;

- передача обработанной контрольной информации на нижний (третий) уровень в устройства контроля параметров аккумуляторов 12-14 и на верхний (первый) уровень в ЭВМ 4 по интерфейсной магистрали CAN-bus 27;

- формирование сигнала вахтенному персоналу объекта об аварийных ситуациях, происходящих с аккумуляторной батареей 11.

3. ЭВМ 4 является аппаратно-программным средством верхнего (первого) уровня автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей, с программами, установленными в памяти энергонезависимой одноплатной ЭВМ 56. После включения электропитания ЭВМ 4 происходит загрузка программ в оперативную память одноплатной ЭВМ 56 ЭВМ 4.

ЭВМ 4 обеспечивает выполнение следующих функций:

- калибровка каналов измерения напряжения в устройствах контроля параметров аккумуляторов 12-14 (калибровка измерительных аналого-цифровых преобразователей, встроенных в микроконтроллер 91 устройств контроля параметров аккумуляторов 12-14) на базе оценки значений заранее известных значений напряжения от эталонных источников напряжения 24-26;

- калибровка каналов измерения напряжения в блоке обработки информации 6 (калибровка измерительных аналого-цифровых преобразователей, встроенных в микроконтроллер 76 блока обработки информации 7) на базе оценки заранее известного значения напряжения от эталонного источника напряжения 10;

- формирование информационно-управляющего интерфейса оператора (ввод исходных данных, ввод команд и запросов, вывод знако-символьной и графической информации, вывод предупредительных и аварийных сообщений о техническом состоянии аккумуляторной батареи 11 и т.д.);

- планирование мероприятий по обслуживанию аккумуляторной батареи 11;

- выдача рекомендаций оператору по оптимальному использованию аккумуляторной батареи 11;

- ведение в реальном масштабе времени базы данных "Аккумуляторный журнал" (количество зарядов и разрядов, сумма наработки в условно полных циклах, остаточная емкость аккумуляторной батареи 11, сведения о выявленных неисправностях в аккумуляторной батарее 11 и в составных частях автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей, количество электричества, полученное аккумуляторной батареей 11 за заряд или полученной нагрузкой от аккумуляторной батареи 11 за разряд, и т.д.);

- формирование и распечатка необходимых протоколов и наглядных графических материалов (графики, гистограммы, картограммы и т.д.);

- передача контрольной информации во внешнюю систему управления по мультиплексному каналу MIL-STD-1553B 29.

Для обеспечения возможности управления работой аккумуляторной батареи 11 (включение режима разряда или заряда, задание конкретных параметров разряда или заряда и т.д.), а также для определения необходимости проведения процедур технического обслуживания или восстановительного ремонта аккумуляторной батареи 11 в автоматизированной системе контроля и диагностики аккумуляторных батарей предусмотрен режим интерактивного диалога с ЭВМ 4 вахтенного персонала объекта (формирование команд и запросов, получение необходимой информации в удобном для оператора знако-символьном и графическом виде).

Таким образом, при работе автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей автоматически выполняются все вышеперечисленные функции устройств контроля параметров аккумуляторов 12-14, блока обработки информации 7 и ЭВМ 4. Очевидно, что данные функции решают только задачи многопараметрического контроля технического состояния аккумуляторной батареи 11.

Предлагаемая система изготовлена в соответствии с приведенным описанием на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования, установлена на ряде объектов и используется для комплексной проверки аккумуляторных батарей.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый нами преобразователь отвечает критериям "Новизна", "Изобретательский уровень", "Промышленная применимость" и может быть защищен патентом Российской Федерации.

1. Автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей, содержащая ЭВМ, состоящую из одноплатной ЭВМ, монитора, клавиатуры, первого и второго адаптера интерфейса CAN-bus и блока питания, ко второму входу одноплатной ЭВМ которой подключена клавиатура, к третьему входу-выходу одноплатной ЭВМ подключен третий вход-выход первого адаптера интерфейса CAN-bus, к четвертому входу-выходу одноплатной ЭВМ подключен третий вход-выход второго адаптера интерфейса CAN-bus, первый выход одноплатной ЭВМ является одновременно выходом ЭВМ, второй выход одноплатной ЭВМ подключен к монитору, первый вход-выход первого адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно первым входом-выходом ЭВМ, второй вход-выход первого адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно вторым входом-выходом ЭВМ, первый вход-выход второго адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно третьим входом-выходом ЭВМ, второй вход-выход второго адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом ЭВМ, первый вход-выход одноплатной ЭВМ является одновременно пятым входом-выходом ЭВМ, блок питания обеспечивает питание одноплатной ЭВМ и монитора, устройство контроля тока и напряжения аккумуляторной батареи, содержащее датчики напряжения и тока и блок обработки информации, состоящий из памяти энергонезависимой, часов реального времени, микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, первого и второго устройства сопряжения и блока питания, при этом память энергонезависимая и часы реального времени блока обработки информации подключены соответственно к шестому входу-выходу и пятому входу микроконтроллера, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus подключен к четвертому входу-выходу микроконтроллера, выходы первого и второго устройства сопряжения подключены соответственно к первому и второму входам микроконтроллера, второй вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом блока обработки информации, входы первого и второго устройства сопряжения являются одновременно первым и вторым входами блока обработки информации, третий вход микроконтроллера является одновременно третьим входом блока обработки информации, блок питания обеспечивает питание микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, первого и второго устройства сопряжения, аккумуляторную батарею, включающую первый, второй и «n»-й аккумулятор, первое, второе и «n»-е устройство контроля параметров аккумуляторов, установленные непосредственно на верхнюю часть банки каждого аккумулятора аккумуляторной батареи и состоящие из памяти энергонезависимой, часов реального времени, микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART, устройства сопряжения и блок питания, причем память энергонезависимая и часы реального времени подключены соответственно к шестому входу-выходу и пятому входу микроконтроллера, первый вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus подключен к четвертому входу-выходу микроконтроллера, выходы адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART и устройства сопряжения подключены соответственно к первому и второму входам микроконтроллера, второй вход-выход адаптера интерфейса CAN-bus образует интерфейсную магистраль CAN-bus, являющуюся одновременно четвертым входом-выходом устройства контроля параметров аккумуляторов, входы адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART и устройства сопряжения являются одновременно первым и вторым входами устройства контроля параметров аккумуляторов, блок питания обеспечивает питание микроконтроллера, адаптера интерфейса CAN-bus, адаптера кодового сигнала стандарта 8051 UART и устройства сопряжения, первый, второй и «m»-й датчик уровня и температуры электролита, помещенные в межэлектродное пространство банок аккумуляторов, при этом к первому входу-выходу ЭВМ подключены через интерфейсную магистраль CAN-bus четвертые входы-выходы блока обработки информации и четвертые входы-выходы первого, второго и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов, к первому входу блока обработки информации подключен выход датчика напряжения, ко второму входу блока обработки информации подключен второй выход датчика тока, первый, второй и «n»-й аккумуляторы соединены в аккумуляторную батарею последовательно (отрицательная клемма первого аккумулятора - к положительной клемме второго и т.д.), положительная клемма первого аккумулятора подключена к входу датчика тока, первый выход датчика тока подключен к первому входу датчика напряжения и положительному полюсу нагрузки и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи, отрицательная клемма «n»-го аккумулятора подключена к третьему входу датчика напряжения и отрицательному полюсу нагрузки и одновременно зарядного устройства аккумуляторной батареи, ко второму входу датчика напряжения подключен корпус объекта, к первым входам первого, второго и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно выходы первого, второго и «m»-го датчика уровня и температуры электролита, ко вторым входам первого, второго и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов подключены соответственно по паре положительных и отрицательных клемм первого, второго и «n»-го аккумуляторов, отличающаяся тем, что введены сигнальное устройство, устройство сопряжения, адаптер интерфейса MIL-STD-1553В, принтер, эталонный источник напряжения, первый, второй и «m»-й датчик ЭДС, первый, второй и «n»-й эталонные источники напряжения, причем сигнальное устройство подключено через устройство сопряжения к выходу блока обработки информации, пятый вход-выход ЭВМ через адаптер интерфейса MIL-STD-1553B, образующий мультиплексный канал MIL-STD-1553В, подключен к внешней системе управления объектом (в том числе, и для управления аккумуляторной батареей), принтер подключен к выходу ЭВМ, эталонный источник напряжения подключен к третьему входу блока обработки информации, первый, второй и «m»-й датчик ЭДС подключены соответственно к третьему входу первого, второго и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов, первый, второй и «n»-й эталонные источники напряжения подключены соответственно к четвертому входу первого, второго и «n»-го устройства контроля параметров аккумуляторов.

2. Автоматизированная система контроля и диагностики аккумуляторных батарей по п.1, отличающаяся тем, что датчики ЭДС выполнены в виде двух измерительных электродов, дополнительно введенных в электролит банки аккумулятора.