CC BY
22
УДК 621.317.7 Б01: 10.15587/2312-8372.2016.86089
1М1ТАЦ1ЙНЕ МОДЕДЮВАННН СХЕМ контролю ПРОЦЕСУ РОЗРЯДУ АКУМУЛЯТОРА
Обгрунтовано необхгднкть використання системи контролю I управлтня для акумуляторгв на основг лтт, зокрема лтш-полгмерних. Запропонована елементна база з можливгстю вбудову-вання або окремогорозмщення елементгв вгд корпусу лгтш-полгмерних акумуляторних батарей. ПриведенI схема побудови обмежувачарозряду акумулятора для джерела безперебшного живлення та схема ¡ндикатора заряду акумуляторног батарег на операцшних тдсилювачах, як однг з ва-ргантгв побудови схем контролю та управлтня лтш-полгмерними акумуляторними батареями.
Клпчов1 слова: акумуляторна батарея, хгмгчне джерело живлення, система контролю, тди-катор ргвня заряду.
Щербань А. П., Ларж В. Ю.
1. Вступ
Акумулятори е електрохiмiчними системами, в яких реалiзуються функцп накопичувачiв електрично! енергп. 1х застосовують в тих випадках, коли, зпдно з умовами роботи обладнання, необхщне забезпечення автономного режиму роботи. Наразi акумуляторнi батаре! рiзних електрохiмiчних систем повиннi супроводжуватися елек-тронним блоком зi схемою контролю !х параметрiв. В батареях на основi лiтiй-iонних i лiтiй-полiмерних акумуляторiв такий блок мае бути присутшм в обов'яз-ковому порядку. Це дозволяе тдвищити безпеку експлуа-тацп батаре!, реалiзувати найбiльш ефективш методи заряду, надавати користувачевi безпосередньо або через пристрш, в склад якого входить батарея, шформащю про поточну емносп, час до закшчення заряду або розряду, шшу корисну iнформацiю i в щлому пiдвищити експлуатацiйнi характеристики акумуляторно! батаре!.
Основна маса виробникiв дронiв (безтлотних повиря-них суден) практикують так зваш «польоти з фiксованим часом» — тобто користувачу заздалепдь вщомий час, протягом якого заряду акумулятора вистачае на яюсне виконання роботи i при плануваннi вильоту враховують цi данi [1, 2]. Але проблема виникае у випадках, коли погодш умови можуть рiзко змшитися — акумулятор в цьому випадку рiзко втрачае рiвень заряду i безпiлотне повiтряне судно (БПС) може не тшьки не виконати по-ставлену задачу, але й зазнати краху 1нша сторона цiеi проблеми полягае у тому, що при надмiрному розрядi або постiйному недорозрядi акумулятор втрачае сво! властивостi i його строк служби значно скорочуеться.
Саме на виршення цих проблем направлене дане дослщження. Необхщно розробити схему контролю розряду акумулятора, яка буде вщповвдати технiчним потребам i конструктивним особливостям використання у складi БПС.
2. Об'скт дослщження та його технолог1чний аудит
Об'ектом даного дослгдження е лiтiй-полiмернi акуму-ляторнi батаре! (АБ), що володшть високими питомими
енергетичними показниками, високим рiвнем напруги i зниженим саморозрядом. Однак при використанш лiтiй-полiмерних АБ неприпустимi наступнi:
— надмiрнi струми заряду або розряду;
— коротке замикання;
— перезаряд акумуляторiв вище або нижче певних
рiвнiв напруги;
— перевищення максимально допустимого значення
температури акумуляторiв.
Недотримання цих вимог може призвести до ви-никнення аварiйних ситуацш
Лiтiй-полiмернi акумуляторнi батаре! (ЛПАБ) до-пускають формування паралельних ланцюжкiв з п акуму-ляторiв для забезпечення необхщно! емностi. Необхiдна напруга ЛПАБ забезпечуеться послвдовним з'еднанням окремих акумуляторiв або ланцюжкiв. Таким чином, приеднанням акумуляторiв по паралельно-послiдовнiй схемi можлива побудова ЛПАБ задано! емност i на-пруги. Однак кожен акумулятор або кожен ланцюжок паралельно з'еднаних акумуляторiв вимагають певного контролю. При заряджаннi ЛПАБ з послщовно з'еднаних акумуляторiв (або послiдовно з'еднаних ланцюжкiв з п паралельних акумуляторiв) заряд окремих елеменпв вiдбуваеться нерiвномiрно, що викликано технолопч-ними розбiжностями внутрiшнiх опорiв акумуляторiв, або нерiвномiрним зниженням емност акумуляторiв внаслiдок !х старiння в процес експлуатацп. Акумулятори зi зниженою емнiстю або високим внутршшм опором мають тенденцiю до великого коливання значень напруги тд час заряду i розряду. При строго фжсова-них кiнцевих напругах заряду i розряду для окремого акумулятора рiзниця вiд циклу (заряд-розряд) до циклу буде збшьшуватися i призводити до поступово зростаючого недозаряду i недорозряду ЛПАБ, тобто, фактично до зниження емносп [3].
При зарядi i розрядi необхiдно забезпечувати захист акумуляторiв вiд перегрiву Для зручност експлуатацп споживачу або систему до складу яко! входить ЛПАБ, бажано отримувати шформащю про експлуатацшш характеристики ЛПАБ, основною з яких е !! емшсть (резервна i номiнальна). Пряме вимiрювання резервно! та номiнальноi емностi пов'язано з безпосередшм розрядом
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/1(32], 2016, © Щербань А. П., Ларш В. Ю.
ЛПАБ, що займае багато часу i вимагае вiдключення батаре! ввд системи, яка споживае енергiю.
Методи оперативно! оцшки стану ЛПАБ Грунтуються на характеристиках, отриманих опосередковано в результат аналiзу параметрiв, яю можна вимiряти досить швидко. Значення вимiрюваних параметрiв дозволяють оцiнити техшчний стан i спрогнозувати значення резервно'! та номшально! емностi акумуляторно! батаре'!.
Зрозумiло, що методи контролю та оцшки стану повиннi бути неруйтвними: без втрат енергп або при ма-лiй втратi. Найбшьш бажана дiагностика одномоментна на протязi самого короткого часу. При такш процедурi у ХДС в ушфжованому для цього станi можуть бути вимiрянi всi зазначенi дiагностичнi параметри.
Вщповщно, необхiднiсть використання системи контролю i управлiння продиктована необхiднiстю рiшення вищезазначених та iнших питань, що виникають в про-цеа експлуатацп ЛПАБ.
3. Мета та задач1 дослщження
Мета дослгдження — створення iмiтацшноi моделi системи контролю розряду АБ БПС, яка буде вщповщати техшчним потребам i конструктивним особливостям використання у складi БПЛА.
Для реалiзацii поставлено! мети необхщно вирiшити наступнi задачi:
1. Дослщити та при необхiдностi обгрунтувати необ-хiднiсть використання СКУ для акумуляторних батарей на БПС.
2. Розглянути основш методи побудови СКУ для АБ БПС та кнуючу елементну базу.
3. Побудувати варiанти схем контролю рiвня розряду АБ БПС в середовишд Multisim.
4. Анал1з л1тературннх даних
Лiтiй — хiмiчно активний елемент. Вш у чистому виглядi вiдсутнiй при експлуатацп у сучасних акумуля-торах, однак при нештатних ситуацiях (надмiрнi струми заряду або розряду, струми короткого замикання, перезаряд вище або перезаряд нижче певних рiвнiв напру-ги на акумуляторах) може видшятися на внутрiшнiх електродах акумулятора, що в певних випадках може призвести до займання i вибуху.
Лiтiй-полiмернi акумулятори по праву заслужили звання «найпримхливших, небезпечних, недовготрива-лих», але незважаючи на всi цi недолiки, використання даних акумуляторiв в авiамодельному свiтi стрiмко зростае, так як вони мають неперевершений показник питомо! (на масу) енергп, а також здатнi ввддавати великi струми розряду. Водночас ввдсутшсть рiдкого електролiту робить цi акумуляторш джерела струму бiльш безпечними в експлуатацп, нiж лiтiй-iоннi акумулятори попередшх поколiнь. Так що в моделях з силовою електроустановкою цим акумуляторам, практично, немае поки альтернативи. Суттевого обмеження в мо-делi конструктивного виконання щ акумулятори не мають i можуть виготовлятися будь-яко! конф^урацп. Як правило, зовнiшнi корпуснi частини лiтiй-полiмерних батарей виконуеться з металiзованого полiмеру [4, 5].
Для попередження виходу акумулятора з ладу або вибуху при !х заряджаннi використовують так звану систему балансирiв — пристрiй, який контролюе i ви-
рiвнюe напруги (максимально 4,2 V) на кожнш секцп акумулятора в послiдовно з'еднанш батаре!. При цьому зарядний пристрш вiдключить заряд вчасно, не вившь-няючи акумулятор з ладу.
В свою чергу при експлуатацп АБ бажано вико-ристовувати систему контролю та управлшня [6].
Система контролю i управлiння (СКУ) — це деякий набiр елементiв, що забезпечують (в загальному випадку):
— Вщстеження заданих параметрiв акумуляторiв та акумуляторних батарей (наприклад, значення на-пруги, струму, температури).
— Певний алгоритм функщонування акумуляторно! батаре! з метою !! безпечного використання i тдви-щення експлуатацшних характеристик (наприклад, аварiйне вимкнення акумуляторiв вiд зовнiшнiх кiл заряду або розряду при надмiрних струмах; повторне тдключення при встановленнi рiвнiв, що ввдповь дають допустимим).
— Передачу користувачу шформацп про значення контрольованих параметрiв.
— Можливкть змiни налаштувань контрольованих параметрiв користувачем.
— Виконання iнших функцш для забезпечення опти-мальних режимiв заряду, розряду, а також споживчих характеристик.
Реалiзацiя необхiдних функцiй в СКУ може бути забезпечена за допомогою елементно! бази загального призначення, або з використанням спецiалiзованих мь кросхем. Кожен варiант мае сво! плюси i мiнуси [7].
В загальному випадку для реалiзацi! необхщних функцш система повинна включати в себе наступи модулi — датчики температури, вузли вимiрювання струму i напруги, АЦП, пристрш обробки шформацп вщ датчиюв, пристрiй розрахунку емност ЛПАБ, пристрiй управлiння силовими ключами, що вщ'еднують блок акумуляторiв вщ полюсiв ЛПАБ i зовнiшнiх кш заряду-розряду, ш-терфейс для зв'язку з зовтшшми пристроями, а також пристро! iндикацi! поточно! емностi [8].
В деяких випадках, при реалiзацi! меншо! кшькос-тi функцiй склад i структура СКУ може бути значно простшою.
В спецiалiзованих мжросхемах необхiднi вузли можуть бути штегроваш в одному або деюлькох корпусах, наприклад, мiкроконтролер ATmega406 фiрми Atmel, або пара bq25504, bq20z80 фiрми Texas Instruments [9] — це мжросхеми призначенi для СКУ батаре! з 2-4 по-слщовно з'еднаних акумуляторiв. Вони забезпечують захист акумуляторiв вiд перезаряду, перерозряду, пере-навантаження по струму i короткого замикання в зов-шшшх колах, виконують вирiвнювання зарядiв посль довно з'еднаних акумуляторiв, здшснюють розрахунок поточно! емностi ЛПАБ з урахуванням саморозряду при збернанш [10].
Для тдвищення надiйностi функцiонування Texas Instruments пропонуе формувати в СКУ два незалеж-них канали контролю напруги акумуляторiв. З щею метою може бути сформований так званий вторинний рiвень захисту на спецiалiзованiй мiкросхемi bq2940x додатково до основного рiвня на bq29312 [11]. Мжро-схема вторинного рiвня захисту формуе сигнал для перепалювання одноразового запобiжника, який вщ-ключае блок акумуляторiв вiд одного з виводiв ЛПАБ у випадку не спрацювання (несправносп) схеми захисту першого рiвня.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/1(32], 2016
Функцiонування менш складних СКУ можуть бути реалiзованi, на спецiалiзованих мшросхемах, що забез-печують контроль мшмуму необхiдних параметрiв аку-мулятора одноелементно! ЛПАБ. Тодi варто врахову-вати те, що силовi ключi, що вщключають акумулятор вiд ланцюгiв заряду i розряду можуть або входити до складу мшросхеми, або бути зовшшшми. Використання зовнiшнiх ключiв дае можлившть застосування СКУ в ЛПАБ з вищими рiвнями струму заряду-розряду, а та-кож можливiсть використання цих ключiв для органiзацii ланцюпв захисту акумуляторiв за iншими параметрами, наприклад, за температурою [7].
Використання спецiалiзованих мшросхем на основi типових схем включення е оптимальним ршенням для створення СКУ ряду акумуляторних батарей вщносно невелико! емносп, для високо емшсних ЛПАБ з висо-кими струмами заряду-розряду необхiдне використання елементно! бази загального призначення. Функцюнальт вузли в такому випадку можуть представляти собою окремi конструктивно рознесенi блоки, що об'еднаш системою управлiння. В такому випадку треба врахо-вувати наступш моменти:
Енергоспоживання елементно! бази повинно бути зведене до мжмуму. У випадку довгого збер^ання ЛПАБ бажано мати можлившть переводу мiкросхем СКУ в «сплячий» режим. Для збшьшення часу зберiгання ЛПАБ без тдзарядки струм споживання СКУ в цшому повинен бути нижчим нiж струм саморозряду ЛПАБ [7].
5. Матер1алн I методи дослщжень
Елементи СКУ можна умовно роздшити на три групи:
1. Елемени, що вбудоваш в СКУ. Струм короткого замикання лтевого акумулятора може досягати значення 20-30Сн (де Сн — номшальна емнiсть акумулятора). При короткому замиканш невеликого акумулятора типорозмiру 18650 (трохи бiльше акумулятора типорозмiру АА) емнiстю 1800 мА*ч значення струму становитиме 50-60 А. Для захисту вщ наслiдкiв проть кання таких струмiв акумулятори можуть бути (а для використання в авiацiйнiй техшщ — повиннi бути) оснащеш засобами захисту вiд зовшшшх коротких за-микань. Таким засобом захисту може бути запобiжник багаторазово! дп (на основi полiмерного провщника з позитивним температурним коефiцiентом опору), при-значений для вбудовування в конструкщю акумулятора на етапi виготовлення, як правило, тд кришкою.
Шд час розробки конструкцп акумулятора i в про-цесi подальшо! його експлуатацп необхiдно враховувати особливостi функцюнування таких запобiжникiв.
2. Вбудованi в ЛПАБ елементи СКУ. Можна вважати, що основне призначення запобiжникiв, що вбудовують-ся в лiтiевi акумулятори — це захист вщ можливого короткого замикання до початку експлуатацп акумулятора. На вщмшу вщ цього, елементи СКУ, вбудоваш в ЛПАБ (а також зовшшш елементи СКУ по вщно-шенню до ЛПАБ), призначеш для забезпечення заданих безпечних режимiв функцiонування акумулятора при експлуатацп батаре!.
До складу ЛПАБ можуть входити також два додат-кових елемента — запобiжник та електронний модуль контролю i управлiння. Перший з них може бути як звичайним плавким запобiжником, так i багаторазо-вим запобiжником на основi полiмерного провiдника.
Очевидно, що варто враховувати положення звичай-ного запобiжника, для можливостi його легко! замши у випадку необхщност! А розташування багаторазового запобiжника повинно бути таким, щоб його на^вання при спрацюванш не викликало пошкодження акумуля-торiв i корпуса ЛПАБ.
В деяких випадках для встановлення багаторазово-го запобiжника в обмеженому внутрiшньому просторi ЛПАБ доводиться вирiшувати непросту задачу його розташування, що обГрунтовуе використання звичайного плавкого запобiжника, який можна замшити. З тих самих причин використання плавкого запобiжника може бути виправдане i в ЛПАБ з великими струмами заря-ду-розряду, для яких довелося б вмикати паралельно велику кшьюсть багаторазових запобiжникiв.
1нший важливий елемент СКУ, що входить до складу ЛПАБ, — це електронний модуль контролю i управлшня, конкретний набiр функцш якого визначаеться вимогами до певно! ЛПАБ, що розглядаеться в складi певного приладу. При цьому ряд функцш може виключатися або передаватися на елементи СКУ, що не входять до складу ЛПАБ. З шшого боку, для високоемшсних ЛПАБ у випадку вщповщальних операцш може знадобитися введення додаткових функцш, наприклад:
— контроль внутршнього опору акумулятора;
— контроль розгерметизацп акумулятора;
— вимкнення несправних акумуляторiв iз блоку акумуляторiв з можливктю !х «гарячо! замiни»•,
— контроль напруг в рiзних точках паралельного кола у випадку велико! кшькосп паралельно з'една-них акумуляторiв (через можливкть великого падiння напруги на струмовщних шинах).
3. Зовнiшнi елементи СКУ по вщношення до ЛПАБ. В деяких випадках можливо i необхвдно функцiонально роздiлити систему контролю i управлiння та модуль контролю i управлiння, що конструктивно входить до складу ЛПАБ, а також елементи, що знаходяться поза корпусом батаре!.
1нший приклад — частина СКУ, що виконуе вирiв-нювання зарядiв акумуляторiв в батаре!, i конструктивно може не входити в ЛПАБ i являе собою окремий блок, або входить до складу зарядного пристрою. Таке ршення може бути необхщним при жорстких вимо-гах до габаритiв АБ. Але воно не завжди виправдане, оскшьки вимагае введення в кабель, що з'еднуе пристрш заряду i ЛПАБ, як мiнiмум (п- 1) додаткових проводiв. А при високих струмах заряду i вирiвнювання — для виключення впливу падшня напруги на проводах на точтсть вимiрювання напруги — ще (п + 1) проводiв, де п — кшьюсть послщовно з'еднаних акумуляторiв ЛПАБ.
У випадку, коли для вирiвнювання зарядiв послiдовно з'еднаних акумуляторiв використовуються спецiалiзованi мiкросхеми, широко використовуеться метод шунту-вання акумулятора, що мае бшьш високу напругу. Для високоемшсних ЛПАБ, що характеризуються струмом заряду вщ 15 А до 30 А, варто передбачити альтерна-тивш методи вирiвнювання зарядiв. О^м цього, для ЛПАБ з великими струмами заряду-розряду необхвдне ретельне грамотне конструкторське опрацювання вузлiв пiдключення СКУ до борпв акумуляторiв для виключення впливу завад на вимiрювальнi кола з одного боку ^ для виключення негативного впливу вузлiв тдключення вимiрювальних кiл на проходження струму в силових ланцюгах.
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/1(32], 2016
23-J
6. Результати дослщжень
В ходi роботи були спроектованi i промодельоваш двi найбiльш прийнятнi схеми обмежувача та шдикатора розряду акумулятора. Моделювання проводилося в се-редовищi програми Ми^т 12.0. Схема контролю рiвня заряду i обмеження розряду ЛПАБ показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема побудови обмежувача разряду акумулятора
Робота тако! схеми проходить наступним чином — на схему надходить напруга а АКБ VI. Коли на входi С1 з'являеться напруга, вона починае заряджати емшсть. В початковий момент заряду затвор польового транзистора виявляеться зашунтованим емшстю на загальний дри. Транзистор вщкриваеться, а якщо напруга на АКБ знаходиться вище заданого рiвня на компаратора вiн залишаеться вiдкритим. Якщо напруга нижче рiвня, то польовий транзистор закриваеться. Рiвень вщключен-ня АКБ ввд навантаження задаеться опором ЯЗ. По мiрi розряду батаре! напруга на першому виводi DA1 КР142ЕН19 буде знижуватись i як тшьки вона наблизить-ся до опорно! напруги мжросхеми, близько 2,5 В, почне рости напруга на !! третьому вивод^ що вiдповiдатиме зниженню напруги на витоку-затворi VT1. Транзистор закриеться, що призведе до рiзкого зниження напруги на першому виводi DA1. Почнеться лавиноподiбний процес замикання VT1. У результатi, навантаження буде вщ-ключене вiд АКБ. Струм навантаження, що комутуеться цим польовим транзистором, може бути збшьшений в де-кшька разiв при встановлент транзистора на радiатор.
В даному випадку вiдбуваеться iндикацiя попередньо заданого рiвня заряду акумулятора з наступним вщклю-ченням акумулятора вщ схеми i пщключенням резервного джерела живлення або припинення роботи системи. Але для дослiджуваного випадку бшьш прийнятним буде задання такого рiвня заряду акумулятора, при якому робота системи не буде припинена i БПС повернеться на мкце призна-чення без втрати працездатносп або отриманих даних.
Для наступно! схеми були використанi операцiйнi пiдсилювачi (рис. 2), якi значно спрощують конструкцiю системи а також стабШзують !! роботу. Iнформацiя про стутнь розряду батаре! поступае по принципу свггло-дiодного стовбчика, тобто чим вище напруга на батаре!, тим менше свiтлодiодiв загоряеться.
В основi конструкцп лежать чотири компаратора вдеального операцiйного пiдсилювача (ОП), кожний з яких контролюе певний рiвень напруги.
В якост моделi акумуляторно! батаре! використаний елемент «батарея» V! зi спрощеним набором параметрiв. Напруга контрольовано! батаре! встановлено рiвним 16 В. 1миащя розряду АБ виконуеться за допомогою регулю-вального резистора Я11. Напруга з контрольного виводу цього резистора надходить на перший вхвд вах чотирьох компараторiв и1-и4 через ланцюжок резисторiв Я1-Я5.
Рис. 2. Схема шдикатора заряду ЛПАБ на операцшних гадсилювачах
Моделi компараторiв також взят iдеальними з мь шмальним набором параметрiв. Сигнал високого рiвня з'являеться на виходi моделi компаратора при зб^у напруг на його обох входах.
Як джерело опорно! напруги в модели замiсть ста-бiлiтрона, було використано модель друго! батаре! V2, напруга яко! дорiвнюе 5 В i яка не змшюеться. Ця опорна напруга надходить на iншi входи чотирьох ком-параторiв. 1ндикатори рiзницi потенцiалiв дозволяють штерактивно спостерiгати поточнi значення напруг на вимiрювальних входах при виконанш процесу моде-лювання.
Початкова напруга моделi АБ була обрана на рiвнi 16 В. При активацГ! процесу моделювання шляхом змши значення регулювального опору Я11 було поступово зменшене значення заряду АБ, таким чином iмiтую-чи природний процес розряду батаре!. Ввдстеження поточного значення напруги на АБ спостеркатимемо на iндикаторi и5. При досягненнi значення напруги на цьому маркерi рiвному 12,598 В, спрацьовуе компаратор и4 (рис. 3), при цьому свииться червоним кольором маркери моделi свилодюда LED6.
Рис. 3. Вiдображення моменту спрацювання компаратора Ц4
Далi продовжуемо зменшувати напругу на моделi АБ i при «розрядному» значеннi на маркерi и5 рiвному 12,269 В спрацьовуе компаратор иЗ (рис. 4), i при цьому свiтиться червоним кольором маркери моделi свiтлодiода LED5.
^ 24
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/1(32], 2016
J
Рис. 4. Вщображення моменту спрацювання компаратора U3
Спрацювання наступного в лшшщ компараторiв, компаратора U2 (рис. 5) ввдбуваеться при значенш напруги на маркерi U5 рiвному 11,942 В, при цьому «вмикаеться» модель свiтлодiода LED2.
Рис. 5. Вщображення моменту спрацювання компаратора U2
Останнiм спрацьовуе компаратор U1 (рис. 6) при значенш напруги на маркерi U5 рiвному 9,77 В, що вiдображаеться на моделi свгглодюда LED1.
Рис. 6. Вщображення моменту спрацювання компаратора U1
Таким чином, шляхом iмiтацiйного моделювання в робот було тдтверджено працездатнiсть запропо-новано! схеми чотирьохточкового контролю розрядно! характеристики АБ.
7. SWOT-аналiз результат1в дослщжень
Strengths. Використання запропонованих схем в якостi контролерiв рiвня заряду акумулятора значно подовшить використання i строк служби АКБ в складд БПС, а та-кож розширить можливостi останнiх у виконант завдань i дальностi польопв. Адже контроль емностi (тобто рiвня залишкового заряду) акумулятора дае можлившть ви-користовувати весь потенцiал таких джерел живлення, попереджувати !х передчасне старшня та вихiд з ладу у разi виникнення надзвичайних ситуацш, а в деяких випадках i збереження цiлiсностi i функцiональних мож-ливостей БПС.
Weaknesses. Слабкi сторони цього дослщження пов'я-занi з тим, що запропоноваш схеми побудованi з вико-ристанням iдеальних елементiв, яких на практищ немае. Але таких принцип побудови моделi дозволяе вщобразити структуру розрядних процеав та алгоритм !х контролю, що з подальшим внесенням похибки дозволить зробити iмiтацiйну модель максимально досконалою.
Opportunities. В якост напрямкiв подальшо! роботи можна визначити iнтелектуалiзацiю процесу iмiтацiйного моделювання та пiдвищення достовiрностi моделi, шляхом замiни iдеалiзованих моделей елементiв на моделi, характеристики яких максимально ввдтворюють роботу реальних елеменпв, а також на потребу у розробщ уш-фiковано! методики та шструменпв вибору необхiдних значень вагових резисторiв R1-R5.
Threats. Основними загрозами на шляху впроваджен-ня даного дослщження може бути використання закор-донних аналопв готових мшросхем, а також побудова на !х основi схем контролю розряду лiтiй-полiмерних акумуляторiв. Але такi схеми е досить дорогими, що тдвищуе рентабельшсть запропонованого дослiдження i робить його достатньо актуальним в сучасних умовах.
8. Висновки
1. Обгрунтовано необхiднiсть використання СКУ для акумуляторних батарей на БПС, яка обумовлена конструктивними та техшчними особливостями лтй-по-лiмерних акумуляторiв, а також жорсткими умовами використання АБ на БПС в режшш експлуатацп.
2. Дослiджено основш методи побудови СКУ для АБ БПС та кнуючу елементну базу. В результат чо-го виявлено широкий спектр мжросхем спецiального призначення, як можуть бути використанi в СКУ для АБ. Основною функщею переважно! бiльшостi з таких мжросхем е сигналiзацiя про повне розрядження батаре!, а не контроль поточного стану АБ та рiвня !! розряду.
3. Побудовано два варiанти схем контролю рiвня розряду АБ БПС в середовишд Multisim. Даш схеми мають переваги у простой конструкцп, легкосп за-стосування, оптимальному енергоспоживанш, а також у можливосп неруйнiвного контролю в режимi реального часу заряду АКБ БПС. На вщмшу вщ iснуючих методiв контролю використання таких схем дозволить не приблизно (завчасно пораховано), а з досить великою точшстю вщображати процес розряду акумулятора
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/1(32], 2016
электротехника и промышленная электроника
ISSN 222Б-37В0
в умовах польоту i керувати роботою БПС вiдповiдно до виявлених показниюв.
Лггература
1. Дрон-почтальон Drone.UA и Новая Почта в галлерее инноваций HUB 4.0 [Электронный ресурс] // Drone.UA. — 15.05.2016. — Режим доступа: \www/URL: http://drone.ua/ delivery-drone/
2. Красномовец, П. «Укрпочта» провела тестовую доставку посылки с помощью израильского дрона [Электронный ресурс] / П. Красномовец // AIN.ua. — 01.06.2016. — Режим доступа: \www/URL: http://ain.ua/2016/06/01/652147/
3. Багоцкий, В. С. Химические источники тока [Текст] / В. С. Ба-гоцкий, А. М. Скундин. — М.: Энергоиздат, 1981. — 360 с.
4. Ефимов, О. Н. Новые материалы для литиевых аккумуляторов [Текст] / О. Н. Ефимов, Д. Г. Белов, Г. П. Белов и др. // Машиностроитель. — 1995. — № 3. — С. 24-28.
5. Потупчик, С. Литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы [Электронный ресурс] / С. Потупчик // RCDesign. — 06.05.2009. — Режим доступа: \www/URL: http://www. rcdesign.ru/articles/engines/lipol/. — 10.05.2016.
6. Скундин, А. М. Современное состояние и перспективы развития и исследований литиевых аккумуляторов [Текст] / А. М. Скундин, О. Н. Ефимов, О. В. Ярмоленко // Успехи химии. — 2002. — Т. 71, № 4. — С. 378-398.
7. Вайлов, А. М. Автоматизация контроля и обслуживания аккумуляторных батарей [Текст] / А. М. Вайлов, Ф. И. Эй-гель. — М.: Связь, 1985. — 156 с.
8. Lin, C.-H. A Li-Ion Battery Charger With Smooth Control Circuit and Built-In Resistance Compensator for Achieving Stable and Fast Charging [Text] / C.-H. Lin, C.-Y. Hsieh, K.-H. Chen // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. — 2010. — Vol. 57, № 2. — P. 506-517. doi:10.1109/tcsi.2009.2023830
9. Chen, J.-J. A High-Efficiency Multimode Li-Ion Battery Charger With Variable Current Source and Controlling Previous-Stage Supply Voltage [Text] / J.-J. Chen, F.-C. Yang, C.-C. Lai, Y.-S. Hwang, R.-G. Lee // IEEE Transactions on Industrial Electronics. — 2009. — Vol. 56, № 7. — P. 2469-2478. doi:10.1109/tie.2009.2018435
10. Hwang, Y.-S. New Li-Ion Battery Charger Based on ChargePump Techniques [Text] / Y.-S. Hwang, S.-C. Wang, F.-C. Yang, J.-J. Chen, W.-T. Lee // Processing of International Conference on Communications, Circuits and Systems. — 2006. — Vol. 4. — P. 2259-2262. doi:10.1109/icccas.2006.285128
11. Solero, L. Design of Multiple-Input Power Converter for Hybrid Vehicles [Text] / L. Solero, A. Lidozzi, J. A. Pomilio // IEEE Transactions on Power Electronics. — 2005. — Vol. 20, № 5. — P. 1007-1016. doi:10.1109/tpel.2005.854020
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРА
Обоснована необходимость использования дополнительной системы контроля и управления для аккумуляторов на основе лития, в частности литий-полимерных. Предложена элементная база с возможностью встраивания или отдельного размещения элементов от корпуса литий-полимерных аккумуляторных батарей. Приведены схема построения ограничителя разряда аккумулятора для источника бесперебойного питания и схема индикатора заряда аккумуляторной батареи на операционных усилителях, как одни из вариантов построения схем контроля и управления литий-полимерных аккумуляторных батарей.
Ключевые слова: аккумуляторная батарея, химический источник тока, система контроля, индикатор уровня заряда.
Щербань Анастайя Павлiвна, астрант, кафедра тформа-цiйно-вuмiрювальноï теxнiкu, Нацiональнuй теxнiчнuй утвер-ттет Украïнu «Ктвськш nолiтеxнiчнuй imMuM-gw 1м. 1горя Скорського», Украта, e-mail: tkach_anastasiya@bk.ru.
Ларт ВШалт Юршович, доктор теxнiчнux наук, професор, кафедра iнформацiйно-вuмiрювальноï теxнiкu, Нацiональнuй теxнiчнuй утвер^тет Украïнu «Ктвськш nолiтеxнiчнuй т-стuтут ж. 1горя Сжорського», Украта.
Щербань Анастасия Павловна, аспирант, кафедра информационно-измерительной техники, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского», Украина.
Ларин Виталий Юрьевич, доктор технических наук, профессор, кафедра информационно-измерительной техники, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского», Украина.
Shcherban Anastasia, National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: tkach_anastasiya@bk.ru.
Larin Vitaliy, National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Ukraine
УДК 621.316.93 DOI: 10.15587/2312-8372.2016.86137
Тро^нко е. о., моделювання нелшшного брж^^до., обмежувача перенапруг
Maслючeнкo I. М.
В MICRO-CAP
Приведенг результати схемотехнгчного моделювання нелтшного обмежувача перенапруг за допомогою демонстрацшног версп Micro-Cap. Описанг два способи моделювання нелтшних об-межувачгв перенапруг. В першому використовуеться модель функцгонального джерела струму, що керуеться напругою, а в другому використовуеться модель джерела напруги, що керуеться струмом. Визначено залишкову напругу на захисному апаратг при протгканнг кргзь нього стандартного струму блискавки. Отриманг моделг можуть бути використанг в розрахунках грозо-захисту електрообладнання.
Клпчов1 слова: схемотехнгчне моделювання, нелтшний обмежувач перенапруг, залишкова напруга, грозозахист.
1. Вступ
H даний час нелшшт обмежyвачi перенапрyг (ОПЩ стали основними засобами захистy iзоляцiï обладнання
електричних станцш, тдстанцш та мереж напругою 6-750 кВ змшного струму ввд перенапрyг, майже пов-шстю замшивши собою вентильш розрядники. Разом з тим, ефективтсть використання ОПH в мережах рiзних
2G технологический АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРоИЗВоДСТВА — № 6/1(32), 2016, © Троценко E. О., Бржезицький В. О.,
Маслюченко I. М.
