Телеметрическая система контроля параметров химических источников тока


DOI: 10.34759/trd-2021-116-10

Авторы

Балабан И. Г. *, Балабан А. Л. **

Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова, НПИ, ул. Просвещения, 132, Новочеркасск, 346428, Россия

*e-mail: i.balaban@inbox.ru
**e-mail: ulapm20@mail.ru

Аннотация

В работе изложены основные принципы построения телеметрической системы контроля параметров химических источников тока. Для обеспечения гальванической развязки предлагается использовать разработанный метод бесконтактного измерения тока, отличительной особенностью которого является использование трех нагрузочных резисторов (шунтов) с целью снижения погрешности при измерении токов различной величины. Метод позволяет измерять токи величиной до 120 А. Диапазон измерения напряжения: от 0 до +40 В, температуры: от 0 до +100 oC, ёмкости: от 0 до 511 А⸱ч, сопротивления изоляции: от 0 до 5 МОм. Погрешность измерений тока и ёмкости – не более 5 %, напряжения и температуры – не более 1 %, сопротивления изоляции – не более 10 %. Разработан алгоритм работы системы, который реализован программным способом. Разработан метод защиты телеметрической информации при контроле параметров химических источников тока. В рамках реализации стратегии импортозамещения в экономике РФ при разработке системы телеметрии и контроля параметров ХИТ применены электронные компоненты только отечественного производства.

Результаты исследований могут быть использованы при разработке устройств контроля состояния ХИТ, используемых для электропитания автономных устройств, для которых не предусмотрены процедуры обслуживания в процессе эксплуатации. Применение таких средств мониторинга позволит проводить анализ работы ХИТ с целью повышения их надежности, определения способов усовершенствования аппаратуры и установления причин ее отказов.

Ключевые слова:

телеметрия, контроль параметров, химмический источник тока, метод бесконтактного измерения тока, алгоритм, защита телеметрической информации импортозамещение

Библиографический список

  1. Табаков Е.В., Зинина А.И., Красавин Е.Э. Автоматизация анализа отработки циклограмм бортовых вычислителей космических аппаратов // Труды МАИ. 2020. № 111. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=115153. DOI: 10.34759/trd-2020-111-12

  2. Каргин В.А., Скороходов Я.А., Николаев Д.А., Шовкалюк А.П. Алгоритмы оценивания вероятностных характеристик информационных процессов по статистикам превышений уровней // Труды МАИ. 2015. № 84. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=63145

  3. Шмелев В.В., Мануйлов Ю.С. Применение модифицированных сетей Петри к моделированию процесса послеполетного анализа телеметрической информации // Труды МАИ. 2015. № 84. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=63140

  4. Окорокова Н.С., Прокофьев М.В., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Суворова Е.В., Фармаковская А.А. Возможность применения щелочно-станнатных электролитов в гидронном химическом источнике тока как генераторе водорода // Труды МАИ. 2015. № 83. URL: trudymai.ru/published.php?ID=61782

  5. Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А. Исследование путей повышения энергетических характеристик и функциональных возможностей энергоустановок на базе воздушно-алюминиевых химических источников тока // Труды МАИ. 2015. № 80. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=56929

  6. Галкин В.В. Солнечные и аккумуляторные батареи ОАО «Сатурн» на космических аппаратах с электронными двигателями // Труды МАИ. 2012. № 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35383

  7. Smith Leonard S. Device indicating the time remaining of the useful of battery. Patent US 4625175 A, 25.11.1983. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/15/ab/ef/e8acadaa300e1c/US4625175.pdf

  8. Makhija Surender K. Electronic battery testing device and method for testing batteries. Patent US 6037778 A, 14.03.2000. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/ab/b4/bb/df9e1ab0ed4956/US6037778.pdf

  9. Anbuku Adnan, Pascoe Philip. Battery Capacity Measurement. Patent US 6924622 B1, 02.08.2005. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/ba/bb/bc/2aa33b96b98e93/US6924622.pdf

  10. Eguchi Yasuhito. Battery pack, battery remaining capacity detection method and application device driven with battery pack as power source. Patent US 6064182 A, 16.05.1998. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/d9/a8/9f/d669ab87274b50/US6064182.pdf

  11. Sandifer James R. Slate-of-charge measurement of the litium-carbon monofluoride battery by chronopo-tentiometry // Journal of Applied Electrochemistry, 1986, vol. 16, no. 2, pp. 307 - 308. DOI: 10.1007/bf01093365

  12. Соловьев В.М. Способ определения ёмкости химического источника тока. Патент SU 997143 A1, 15.02.1983.

  13. Tuphorn Hans. Measurement method for determining the quality of a battery. Patent DE 3516498, 1986, URL: https://patents.google.com/patent/DE3516498A1/en

  14. Маслов М.Д. Способ определения остаточной ёмкости свинцового аккумулятора. Патент RU 2182388 C1, 10.05.2002.

  15. Fischer D., Carkner S. Automatic battery detection system and method for detecting a rechargeable battery with low remaining charge. Patent EP 1065774 B1, 17.12.2008. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/00/84/f3/edc7fddd5f8bdb/EP1065774B1.pdf

  16. Bertness Kevin I. Electronic battery tester. Patent US 5914605 A, 22.06.2002. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/26/17/24/bc0f35b3466eba/US5914605.pdf

  17. Vetter Mike, Miels Torsten. Determining state of charge of battery connected to charger involves forming ratio of battery voltage and load current differences for two different charger output voltages at same temperature. Patent DE 19903239, 1999. URL: https://patents.google.com/patent/DE19903239A1/en

  18. Joseph Patino, Russell L. Simpson. Optimized method for determining remaining life cycles in a rechargeable battery. Patent US 6023150 A, 08.02.2000. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/28/7d/bf/cb2b8eba0ca1e5/US6023150.pdf

  19. Russell D. Moulton Benjamin Chaloner-Gill. Use of ir (thermal) imaging for determining cell diagnostic. Patent US 5483068 A, 09.01.1996. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/9b/4f/4b/92eb3fff9b8a24/US5483068.pdf

  20. Нижниковский Е.А. Неразрушающий контроль качества химического источника тока с использованием метода микрокалометрии // Электрохимическая энергетика. 2003. Т. 3. № 2. С. 80 - 85.

  21. Федотов Д.Б., Ялюшев Н.И., Мафтей А.Н., Маковецкий Д.В. Диагностика саморазряда литий-тионилхлоридных источников тока // Электрохимическая энергетика. 2017. Т. 17. № 1. С. 9 – 18. DOI: 10.18500/1608-4039-2017-1-8-18

  22. Бреславец В.П., Липкин М.С., Барсуков С.Г., Суховерхов Д.А., Липкин С.М. Диагностика никель-кадмиевых аккумуляторов потенциостатическим импульсным методом // Известия вузов. Электромеханика. 2007. № 1. С. 55 - 56.

  23. Холодков В.П., Лачин В.И., Малина А.К., Горбатенко Н.И., Демидов Б.А., Гитис М.Я., Зверев А.А. Устройство контроля напряжения гальванически связанных химических источников тока. Патент SU 1125672 A1, 23.11.1984.

  24. Лачин В.И., Малина А.К., Соломенцев К.Ю. Автономная информационно-измерительная система контроля параметров аккумуляторных батарей // Пути улучшения эксплуатационных характеристик судового электрооборудования. 1990. Вып. 500. С. 13 - 16.

  25. Цуранов В.А., Вдовин Е.В., Глазов А.Г., Чижик Н.А. Устройство дистанционного контроля работоспособности батареи химических источников тока. Патент RU 130143 U1, 10.07.2013.

  26. Дзензерский В.А., Плаксин С.В., Житник Н.Е., Ширман О.И. Контроль энергетического состояния химического источника тока импульсным методом // Электротехнические и компьютерные системы. 2014. № 14. С. 131 - 139.

  27. Пименов Ю.Е, Бельский В.П., Костин Е.А. Автоматическое устройство для контроля напряжения на химическом источнике тока при разряде. Патент SU 1376136 А1, 23.02.1988.

  28. Кукоз Ф.И., Любиев О.Н., Чернов В.Г., Затолокина Т.Ю. Способ контроля состояния химического источника тока. Патент SU 1024996 А1, 23.06.1983.

  29. Малина А.К., Лачин В.И., Холодков В.П., Демидов Б.А., Поединцев И.Ф., Олейникова Л.В. Устройство для измерения постоянного тока. Патент SU 1265634 A1, 23.10.1986.

  30. Ключников А.В., Кузнецов А.В., Кузьминых Н.А., Лысых А.В. Создание компьютерной системы контроля параметров составных блоков питания // Научно-технический вестник Поволжья. Технические науки. 2014. № 1. С. 93 – 95.

  31. Лачин В.И., Соломенцев К.Ю. Методы и устройства контроля состояния электроэнергетических объектов с дискретно-распределенными параметрами: монография. – Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2012. – 342 с.

  32. IEEE Guide for Selection and Use of Battery Monitoring Equipment in Stationary Applications. IEEE Sttandard 1491-2012, 25 June 2012, 50 p.

  33. Godbole R.M., Chaudhari P. and Rane M. Estimating Real Time Lifespan of Nonrechargable Coin Cells by Parameter Measurements // 2019 IEEE 5th International Conference for Convergence in Technology, 2019, pp. 1 - 6. DOI: 10.1109/I2CT45611.2019.9033647

  34. Dineva A., Ferkó K., Székely M., Gyökér G. and Vajda I. High Precision Test System for the Investigation of the Condition of Lithium-ion Batteries // 2018 International Symposium on Fundamentals of Electrical Engineering (ISFEE), 2018, DOI:10.1109/ISFEE.2018.8742422

  35. Yang Zhenji, Fu Yongjie. Design of the battery resistance measurement system // IEEE 2011 10th International Conference on Electronic Measurement & Instruments, 2011, pp. 240 - 243. DOI: 10.1109/ICEMI.2011.6037806

  36. Yeqin Wang, Yixing Liu. Electronic control system design and test of pure electric vehicle battery management system // 2011 Second International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, 2011, pp. 1289 - 1292. DOI: 10.1109/MACE.2011.5987178

  37. Zenati A., Desprez P., Razik H. and Rael S. A methodology to assess the State of Health of lithium-ion batteries based on the battery's parameters and a Fuzzy Logic System // 2012 IEEE International Electric Vehicle Conference, 2012, pp. 1 - 6. DOI: 10.1109/IEVC.2012.6183268

  38. Cox D.C., Perez-Kite R. Battery state of health monitoring, combining conductance technology with other measurement parameters for real-time battery performance analysis // INTELEC. Twenty-Second International Telecommunications Energy Conferenc, 2000, pp. 342 - 347. DOI:10.1109/INTLEC.2000.884272

  39. Федотов Д.Б., Ялюшев Н.И., Мафтей А.Н. Опыт применения литий-тионилхлоридных источников тока в ракетно-космической технике // Электрохимическая энергетика. 2013. Т. 13. № 2. С. 90 - 95.

  40. Балабан И.Г., Балабан А.Л., Юфанова Ю.В. Устройство бесконтактного измерения тока аккумуляторных батарей // Вестник молодежной науки России. 2019. № 2. С. 31.

  41. Волович Г. Интегральные датчики Холла // Современная электроника. Декабрь 2004. С. 26 - 31.

  42. Lachin V.I., Solomentcev K.I., Nguyen Q.U., Yufanova A.L., Balaban I.G. High-speed device of measurement parameters of electropower objects // 2015 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), 2015, pp. 1 - 5. DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147120

  43. Лачин В.И., Соломенцев К.Ю., Нгуен К.У., Балабан И.Г. Быстродействующий метод измерения сопротивления изоляции электроэнергетических объектов с учетом токов абсорбции // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего ПЛЮС. 2015. Т. 1. № 4 (26). С. 33 – 38.

  44. Лачин В.И., Соломенцев К.Ю., Нгуен К.У., Балабан И.Г. Устройство измерения сопротивления изоляции электрических сетей. Патент 154971 РФ на полезную модель, МПК G01R 27/16, 20.09.2015.

  45. Лачин В.И., Соломенцев К.Ю., Нгуен К.У., Балабан И.Г. Способ измерения сопротивления изоляции и устройство его реализующее. Патент 2585965 РФ на изобретение, МПК G01R 27/00, 10.06.2016.

  46. Короткова Т.И. Многокритериальный алгоритм принятия решения в системе обеспечения информационной безопасности объектов гражданской авиации // Труды МАИ. 2015. № 84. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=63279

  47. Защита информации. Основные термины и определения. ГОСТ Р 50922-2006. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200058320

  48. Грушо А.А., Тимонина Е.Е. Теоретические основы защиты информации. – М.: Яхтсмен, 1996. – 187 с.

  49. Микроконтроллер 1887ВЕ4У. URL: https://niiet.ru/product/id5

  50. Balaban I.G., Balaban A.L., Yufanova Yu.V. Software development for microcontroller of accumulator batteries telemetry device // Mathematical modeling of processes and systems: papers of the IXth International Youth Scientific-Practical Conference, 2019, pp. 68 - 72. URl: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_42526981_91442696.pdf


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход