CC BY
222. Saastamoinen J. Int. Symp. on the Use of Artificial Satellite // Atmospheric Correction for the Troposphere and Stratosphere in Radio Ranging of Satellite. Washington, 1971, p. 247-251.
3. Hopfield H. S. Two-Quartic Tropospheric Refrac-tivity Profile for Correcting Satellite Data // Journal of Geophysical Research. 1969. 18: vol. 74, p. 4487-4499.
4. Sedunov Yu. S. Atmosfera. Spravochnoe izdanie. L. : Gidrometeoizdat, 1991 g. 509 s.
5. Kashkin V. B., Vladimirov V. M., Klykov A. O. Otsenka troposfernoy zaderzhki signalov global'nykh navigatsionnykh sputnikovykh sistem // Uspekhi sovre-mennoy radioelektroniki. 2014. № 5.
© Клыков А. О., Кашкин В. Б., 2014
УДК 004; 519.673; 621.351 + 621.355.9
ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ КОММУТАЦИИ ЛИТИО-ПОЛИМЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
A. Копичек1, В. Миш2, В. Е. Лаевский3 (V. Geringer)
88045, Германия, г. Фридрихсхафен, ул. Фаленбрунен 2, DHBW-Равенсбург E-mail: andrea_kopyciok@yahoo.de1, viola.misch@googlemail.com2, geringer@dhbw-ravensburg.de3
Описана методика объединения/ коммутации литий-полимерной аккумуляторной батареи (3S4P) из совокупности отдельных составляющих элементов. Сложность этого процесса - в подборе элементов отдельных блоков батареи. В процессе подбора использовалась информация о внутреннем сопротивлении и усреднённых характеристиках функционального цикла отдельно взятых элементов. Проведена аппроксимация статистических данных, получены аналитические функции модели ёмкости батареи. Эффективность предлагаемой методики была проверена на основе трёх аккумуляторных батарей. Результаты проверки-тестирования показывают эффективность методики коммутации.
Ключевые слова: химический источник тока, математическая модель электрохимического элемента, функциональный цикл батареи, система контроля и управления батареей
EVALUATION OF THE APPROACH TO COIMHUTATION
OF LITHIUM-ION POLYMER BATTERY PACKS
A. Kopyciok1, V. Misch2, V. Geringer3 (В. Е. Лаевский)
D-88045, Germany, Friedrichshafen, Fallenbrunnen 2, Baden-Württemberg Cooperative State University, Faculty of Engineering, Campus Friedrichshafen, E-mail: andrea_kopyciok@yahoo.de1, viola.misch@googlemail.com2, geringer@dhbw-ravensburg.de3
A method to select a lithium-polymer battery (3S4P) from a plurality of individual cells is described. The complex part of this process is the selection of individual block elements within the whole battery. During the selection process the information about internal resistance and averaged properties of a single cell functional cycle are used. By approximating the averaged data, a model of the battery capacity can be described. The efficiency of this approach was tested on the basis of three lithium-ion polymer battery packs. Test results show a good effectiveness of the selection process.
Keywords: electrochemical power sources, mathematical model of battery, functional cycle of the battery, battery management system.
Жизнь современного общества невозможно представить без использования химических источников тока (ХИТ). Они нашли широчайшее применение как автономные источники электроэнергии для питания различной электронной аппаратуры, компьютеров, радиотелефонов, часов и многого другого. На период с 2009 по 2015 гг. планируется увеличить объем рынка продаж с 47,5 до 74 миллиардов долларов. На 2012 г. общий объем рынка гальванических элементов составлял: свинцово-кислотных - 33,4 %, марганцево-
цинковых - 14,5 %, литий-ионных (38,6 %), никель-металлогидридных - 3,2 %, никель-кадмиевых - 1,9 %, цинко-карбоновых - 5,6 % и других типов - 2,8 %. ХИТ незаменимы на транспорте, в автомобилях, промышленности, системах телекоммуникаций, космических аппаратах, военной технике и во многих других областях [1; 2].
Литий-полимерные (LiPos) и литий-ионные (ЬПоп) аккумуляторы, обобщённая химическая формула [3] которых (1), получают всё большее распространение в
Решетневскуе чтения. 2014
различных электронных устройствах в качестве источника тока.
Li!-х MO2 + Li x C6
LiMO2 + 6C (1)
где M = Mn, Fe, Co или Ni, С - графитовый анод.
Такой переход обусловлен рядом достоинств этих технологий: Lilon и LiPo аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости NiCd и NiMH аккумуляторы, имеют низкий ток саморазряда, сравнительно высокое напряжение отдельной ячейки 3,6-3,7 V, возможность получать гибкие формы толщиной от 1 мм [4; 5]. Необходимо отметить и ряд недостатков этих технологий: аккумулятор подвержен процессам старения, высокая себестоимость, риск самовозгорания. Эти факторы накладывают ряд функциональных ограничений и требований на режимы эксплуатации Lilon и LiPo аккумуляторов.
Цель работы. Для получения необходимых напряжений и токов ХИТ объединяют в батареи. В процессе зарядки аккумуляторной батареи, состоящей из отдельных ХИТ, возникают вопросы, связанные с необходимостью управления процессами заряда/ разряда с целью повышения срока её службы.
Одним из решений этих проблем является детальный выбор элементов при объединение ХИТ в блоки, разработка математической модели батареи, создание системы контроля и управления функциональным циклом. На кафедре регенеративных источников энергии в Baden-Württemberg Cooperative State University предпринята попытка селекции ХИТ с целью создания методики коммутации. В рамках решения этой задачи на основе LiPos (модель SLPB11543140H5, фирмы Kokam) были созданы три батареи конфигурации 3S4P, общий вид которых представлен на рис. 1, опробована методика коммутации.
реннего сопротивления ХИТ. В рамках среды MS Excel, используя методы статистической обработки информации, производились усреднение характеристик и первичная визуализация экспериментальных результатов. Проверка, аппроксимация и обработка данных производилась в среде МаШСа± Конечный графический материал был построен в среде AutoGad.
Результаты. В данной работе приводится ряд экспериментальных результатов, полученных при изучении специфики поведения аккумулятора в процессе его функционального цикла. Согласно методике коммутации подбор элементов в 4Р-блоки осуществлялся с учётом их внутреннего сопротивления и напряжения на электрохимическом элементе в режиме сохранения (см. описание ALC 8500 Expert и [6]). В процессе подготовки эксперимента было собрано две 3S4P-батареи (BCF и ADE) по предлагаемой методике. В процессе создания третьего экземпляра 3S4P-батареи («the reference») отбор и сопоставление элементов не производился (элементы выбирались произвольно). На рис. 2 представлена зависимость максимального разбаланса напряжений отдельных блоков батареи.
Рис. 1. Общий вид аккумуляторной батареи (3S4P)
Методы исследования. Для достижения поставленной цели были получены характеристики функционального цикла ХИТ. Проведён анализ и усреднение данных литий-полимерных аккумуляторных элементов с целью отбора и объединения их в блоки. На основе накопленных статистических данных посредством аппроксимации получены функциональные аналитические зависимости уровня заряда батареи от напряжения. Исследования производились с использованием информационной системы ALC 8500 Expert, позволяющий производить: 1) конфигурацию функционального цикла различных типов ХИТ; 2) контролируемый заряд/ разряд аккумуляторов; 3) накопление и сохранение экспериментальных данных функционального цикла как отдельных элементов, так и совокупности блоков/ батарей; 4) определение внут-
Рис. 2. Разбаланс напряжений блоков
аккумуляторной батареи: 1 - BCF; 2 - ADE2; 3 - «the reference»
Как видно по графику, уровень разбаланса напряжений BCF и ADE батарей за 10 циклов заряд/разряд, не превышает 4 %. Третья, «the reference» батарея, элементы которой выбирались произвольно, имеет изначально более высокие значения разбаланса (min. 10 %) и устойчивую тенденцию увеличения разбалансировки напряжений (десятый цикл заряд/ разряд, ca. 18 %).
В ходе анализа первой аккумуляторной батареи были получены аналитические функциональные зависимости уровня заряда от напряжения, представленные на рис. 3.
Для записи этой зависимости в аналитическом виде была применена аппроксимация результатов по методу наименьших квадратов. Зависимость уровня заряда батареи от напряжения для полинома третьей степени определяется соотношением
^БАТ (u ) =
= -1718 • и3 + 60080 • u2 - 689300 • u + 2603000
(2)
Коэффициенты квадратичного полинома вычислялись по усреднённым данным на основании 10 циклов «заряд/ разряд». Ошибки аппроксимации на интерва-
ле 10,6-10,9 V (са. 8,84 % емкости) не превышают 19,3 %, на интервале 11-11,5 V (са. 29,5 % емкости) не превышают 34 % и на интервале 11,6-12,6 V (са. 53,36 % емкости) не превышают 9,9 %.
2. Кедринский И. А., Яковлев В. Г. Li-ионные аккумуляторы. Красноярск : Платина, 2002. 268 с.
3. Herb F. PhD: Alterungsmechanismen in LithiumIonen-Batterien und PEM- Brennstoffzellen und deren Einfluss auf die Eigenschaften von daraus bestehenden Hybrid-Systemen, Ulm : Universität Ulm, 2010. 185 s.
4. Львов А. Л. Литиевые химические источники тока // Соровский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 3. С. 45-51.
5. Lithium-Ionen-Akkumulator // Википедия. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator (дата обращения: 16.07.2014).
6. Хоффард Ф. Правильная эксплуатация литий-ионного аккумулятора повышает срок его службы. URL: http://powerelectronics.com/portable_power_mana-gement/battery_charger_ics/804PET22li-ion-battery-life. pdf (дата обращения: 14.07.2014).
Рис. 3. Зависимость уровня заряда батареи от напряжения: 1 - экспериментальные данные; 2 - аппроксимация полином второй степени; 3 - полином третьей степени
Заключение. Предлагаемая методика позволяет компенсировать, сводить к минимуму разбаланс напряжений блоков аккумуляторной батареи в процессе выполнения зарядно-разрядных циклов без выравнивания напряжений между блоками. Представлены рекомендации по отбору ХИТ в процессе формирования блоков батареи. Произведена наработка статистических данных по определённому типу ХИТ, позволяющая исследовать вопросы старения элементов. Получены аналитические зависимости уровня заряда батареи от напряжения. Подготовлена база для разработки проблемно-ориентированной системы управления: системы контроля и управления батареей.
Библиографические ссылки
1. Suding M. PhD: Entwicklung von Separatoren für Lithium-Ionen Batterien aus Zwillingscopolymerisaten, Düsseldorf: Heinrich Heine Universität, 2012. 191 s.
References
1. Suding M. PhD: Entwicklung von Separatoren für Lithium-Ionen Batterien aus Zwillingscopolymerisaten, Düsseldorf, 2012. 191 p.
2. Kedrinskiy I., Jakowlew V., Li-ion batteries, Kras-nojarsk: Platinum, 2002. 268 p.
3. Herb F. PhD: Alterungsmechanismen in LithiumIonen-Batterien und PEM- Brennstoffzellen und deren Einfluss auf die Eigenschaften von daraus bestehenden Hybrid-Systemen, Ulm: Universität Ulm, 2010. 185 s.
4. Lvov A. Lithium chemical power sources. II Soros Educational Journal. 2001, vol. 7, № 3, p. 45-51.
5. Wikipedia. Lithium-Ionen-Akkumulator. URL: http:IIde.wikipedia.orgIwikiILithium-Ionen-Akkumulator (accessed: 16.07.2014).
6. Hoffart F. Proper Care Extends Li-Ion Battery Life, URL: http:IIpowerelectronics.comIportable_power_mana-gementIbattery_charger_icsI804PET22li-ion-battery-life. pdf (accessed: 14.07.2014).
© Копичек A., Миш В., Лаевский В. Е., 2014
УДК 629.7.05
ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ИМИТАТОРОВ СИГНАЛОВ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ УГЛОМЕРНЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ
С. С. Красненко1, А. В. Пичкалев1, А. В. Гребенников2
1 ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева»
Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: t_150@list.ru
2ОАО «НПП «Радиосвязь» Российская Федерация, 660021, г. Красноярск, ул. Декабристов, 19. E-mail: berg24@mail.ru
Рассматривается необходимость размещения угломерной аппаратуры, работающей по сигналам глобальных спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS на борту космического аппарата, находящегося на геостационарной орбите. Изложены результаты анализа основных проблем при создании имитатора навигационных сигналов для бортовой угломерной навигационной аппаратуры.
Ключевые слова: космический аппарат, бортовой навигационный приемник, угломерная аппаратура, проблемы разработки имитатора радионавигационных сигналов.
