Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности

Устройство относится к электротехнике, а точнее, к устройствам заряда химических источников тока, и может быть использовано для обслуживания и контроля работоспособности аккумуляторов, преимущественно, никель-кадмиевых аккумуляторов, с учетом индивидуальных параметров этих изделий и данных, полученных в процессе их эксплуатации и обслуживания. Сущность полезной модели заключается в том, что в известное зарядное устройство (ЗУ), состоящее из блока питания (БП), зарядно-разрядной цепи (ЗРЦ), дисплея (ДП), многоканального коммутатора (МКК), блока подключения аккумуляторов (БПА), микропроцессора (МП), который своими первым, вторым и третьим портами соединен, соответственно, с первым входом узла ЗРЦ, с дисплеем и с первым портом узла МКК, который своим вторым и третьим портами соединен, соответственно, с выходом узла БПА, к восьми входам которого могут подключаться отдельные аккумуляторы, и с выходом узла ЗРЦ, который вторым входом соединен с первым выходом узла БП, который своим входом и вторым выходом соединен, соответственно, с сетью электропитания 220 В/50 Гц и с цепями электропитания ЗУ, и выполненное с возможностью формирования постоянного и импульсного напряжений, независимого подключения и обслуживания по индивидуальным программам до восьми аккумуляторов с тестированием их исправности, с проверкой наличия у них остаточного заряда, с контролем и управлением применяемых к ним режимов заряда и/или разряда стабилизированными импульсами тока и защитой от перезаряда и/или переразряда, с возможностью циклической тренировки этих изделий и вывода на дисплей различных информационных сообщений, дополнительно введены в его состав n (n=1, 2, 3) смарт-этикеткок (СЭ) для маркировки n аккумуляторов, обслуживаемых данным ЗУ, ридер, часы реального времени (ЧРВ) и память (ПМ), которая своим портом соединена с четвертым портом узла МП, который пятым и шестым портами соединен, соответственно, с узлом ЧРВ и с ридером, выполненным с возможностью бесконтактного считывания кодов упомянутых СЭ, кроме того, узел дисплея выполнен с сенсорными функциями для управления режимами работы ЗУ, программирования алгоритмов функционирования узла МП, контроля/управления вводом/выводом данных и визуализацией информации накопленной в памяти, при этом, узел МП функционирует по программе, обеспечивающей возможность обработки сигналов ридера, идентификации экземпляров маркированных аккумуляторов (ЭМА) и генерации для каждого из них программ индивидуального автоматического обслуживания ЭМА с использованием результатов их тестирования и данных, накопленных в памяти; формирования в памяти базы данных (БД) с накоплением в ней с фиксацией даты и времени, статистической информации о длительности эксплуатации, о количестве процедур заряда/разряда и циклов тренировки, значений электрических параметров и данных, характеризующих индивидуальные разрядные характеристики (ИРХ) каждого из ЭМА; автоматического измерения ИРХ каждого из ЭМА с формированием в памяти виртуальных образов ИРХ для последующей их обработки, учета при обслуживании ЭМА и вывода полученных результатов на дисплей в виде кривых (графиков) и/или соответствующих информационных сообщений, характеризующих параметры обслуживаемых ЭМА, в том числе, наличие отклонений электрических характеристик от допустимых значений для каждого из ЭМА, величину износа, степень деградации электрических характеристик и значение остаточного ресурса ЭМА. Введенные существенные признаки обеспечивают расширение функциональных возможностей известного зарядного устройства по обслуживанию и контролю работоспособности аккумуляторов с учетом их индивидуальных параметров и данных, полученных в процессе эксплуатации и обслуживания этих изделий.

Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к устройствам заряда химических источников тока, и может быть использовано для обслуживания и контроля работоспособности аккумуляторов, преимущественно, никель-кадмиевых аккумуляторов, с учетом индивидуальных параметров этих изделий и данных, полученных в процессе их эксплуатации и обслуживания.

Работоспособность технических устройств и систем, функционирующих в автономном режиме, наиболее часто обеспечивается с помощью химических источников тока (ХИТ) - аккумуляторов, как правило, объединенных в аккумуляторную батарею (АКБ). Среди широкого ассортимента производимых и потребляемых аккумуляторов, значительное место по популярности занимают никель-кадмиевые аккумуляторы (далее - аккумуляторы), которые широко применяются в различной технике, например, для электропитания радиостанций, радиотелефонов и радиоудлинителей, портативных компьютеров, цифровых фотоаппаратов и видеокамер, приборов, инструментов и других устройств.

Актуальность никель-кадмиевых аккумуляторов, как показано в [Л1], обусловлена рядом их достоинств и преимуществ, среди которых: высокая надежность, долговечность, большое количество циклов заряда/разряда, работоспособность при низких температурах, поддержка больших разрядных токов, способность заряжаться как малыми, так и большими токами, а также низкая стоимость. Кроме того, все никель-кадмиевые аккумуляторы являются взрыво-пожаро безопасными, выдерживают короткие замыкания и конструктивно оснащены прочным герметичным корпусом, который выдерживает давление внутренних газов в тяжелых условиях эксплуатации. Поэтому, аккумуляторы данного типа востребованы во многих применениях, в том числе, ответственных, то есть там, где требуется обеспечить высокий уровень надежности функционирования устройств и систем, например, в связи, медицине, военном деле и др.

Поскольку АКБ является важным элементом, который существенным образом влияет на работоспособность и надежность устройств и систем, которые от нее получают электропитание, то возникает задача поддержки высокого уровня работоспособности аккумуляторной батареи и контроля ее работоспособности в процессе эксплуатации.

Традиционно, потребители обслуживают АКБ в объеме элементарного заряда аккумуляторов с использованием простейших (в силу их низкой стоимости) зарядных устройств. При этом, чаще всего, для восстановления работоспособности аккумуляторов применяется их ускоренный заряд, длительность которого может существенно отличаться от рекомендуемого значения. Такой упрощенный подход к процедуре обслуживания аккумуляторов вызывает ускоренный износ, интенсивную деградацию электрических характеристик и снижение надежности функционирования этих изделий.

Исследования показали, что эффективность функционирования, как отдельных аккумуляторов, так и аккумуляторной батареи в целом, существенно зависит от качества обслуживания аккумуляторов. Здесь под обслуживанием понимается целый комплекс мер, направленных на поддержание работоспособности аккумулятора, в том числе, проведения проверки исправности (наличие короткого замыкания), проверка степени разряда, процедура разряда, процедура заряда, процедура тестирования электрических параметров, проведение циклов тренировки и др.

Установлено, что практическая реализация качественного обслуживания аккумуляторов, является весьма сложной задачей, успешное решение которой затруднено действием ряда объективных и субъективных факторов, в том числе, наличием у этих изделий недостатков (тока саморазряда, «эффекта памяти» [Л2, Л3] и др.), ограниченностью ресурса (количества циклов разряда/заряда), большим технологическим разбросом электрических параметров и необходимостью учета особенностей эксплуатации этих изделий и контроля режимов их работы, а также «чувствительностью» к регламентам обслуживания.

На основе проведенных исследований установлено, что известные технические решения, которые могут быть использованы для обслуживания аккумуляторов, имеют существенные недостатки, не позволяющие обеспечить высокую эффективность (качество) обслуживания аккумуляторов, то есть не обеспечивают возможность поддержания высокого уровня работоспособности этих изделий в течении длительного срока эксплуатации. Кроме того, в известных технических решениях отсутствует возможность надежного контроля степени износа аккумуляторов, учета расхода их ресурса, оценки степени деградации рабочих характеристик (электрических параметров) и получения других данных, характеризующих надежность, как отдельных аккумуляторов, так и аккумуляторной батареи в целом. Поэтому, можно полагать, что поиск более эффективных технических решений в этой области является актуальной задачей.

Из техники [Л4] известно зарядное устройство (ЗУ), состоящее из последовательно соединенных блока питания (БП), зарядной цепи (ЗЦ) и блока подключения аккумуляторов (БПА), выполненного с возможностью установки и одновременного подключения нескольких аккумуляторов, и выполненное с возможностью изменения значения зарядного тока.

Данное зарядное устройство (ЗУ) функционирует следующим образом. В исходном состоянии к узлу БПА подключаются съемные аккумуляторы, составляющие АКБ, и на вход ЗУ подеется питающее напряжение. Сразу же после подачи на ЗУ питающего напряжения, начинается процесс заряда аккумуляторов, который осуществляется постоянным током, с использованием метода стабилизации зарядного тока, известного из техники [Л5]. Схема заряда аккумуляторов в данном устройстве одноканальная, то есть все элементы (аккумуляторы) АКБ соединены последовательно и заряжаются одновременно с использованием зарядного тока, одинакового для всех аккумуляторов. Напряжение с выхода узла БП поступает через узел ЗЦ на вход аккумуляторной батареи. При этом, узел ЗЦ стабилизирует ток, протекающий в цепи заряда.

С помощью данного ЗУ обеспечивается одновременный заряд АКБ, состоящей из 4-х аккумуляторов, в течении 1416-и часов в режиме нормального заряда и в течении нескольких часов в режиме ускоренного заряда. Длительность заряда контролируется пользователем ЗУ. По истечении времени около 14-16 часов (для нормального режима заряда) или 1.52 часа (для ускоренного режима заряда) - считается, что аккумуляторы зарядились и ЗУ должно быть выключено.

Недостатком данного зарядного устройства является низкое качество обслуживания аккумуляторов, что снижает эффективность их функционирования в процессе эксплуатации. Кроме того, данное устройство имеет низкую надежность контроля работоспособности аккумуляторов.

Указанные недостатки обусловлены действием следующих факторов. При подключении аккумуляторов к данному зарядному устройству (ЗУ), сразу же начинается процесс их заряда, вне зависимости от того в каком состоянии заряженности и исправности они находятся. Заряд производится без контроля электрических параметров этих изделий. То есть, после процедуры заряда в течении времени, заданного инструкцией, пользователь ЗУ полагает, что работоспособность всех аккумуляторов, входящих в АКБ, восстановлена, и они могут быть использованы по назначению. Однако, возможны случаи, когда заряду могут подвергаться аккумуляторы, которые а) не до конца разряжены, б) выработали свой ресурс (потеряли емкость и др.), в) неисправные.

При этом, в случае заряда не полностью разряженных аккумуляторов, их реальная емкость снижается из-за действия «эффекта памяти» [Л2, Л3] - процесса укрупнения кристаллических образований активного вещества аккумулятора и уменьшения площади активной поверхности его рабочего вещества.

С помощью данного ЗУ не обеспечивается возможность предотвращения заряда не полностью разряженных аккумуляторов, в результате чего, с каждым новым циклом заряда-разряда, рабочее вещество внутри аккумулятора может постепенно изменять свою структуру в сторону уменьшения площади активной поверхности, что приводит к уменьшению реальной емкости обслуживаемых аккумуляторов.

Следует заметить, что в процессе эксплуатации, из-за действия субъективных факторов, аккумуляторы не доводятся до состояния полной разрядки и часто подвергаются новому заряду. Впрочем, это вполне естественно, особенно, когда отсутствуют запасные аккумуляторы. В результате такой практики, как показано в [Л6], через 3-6 месяцев (в зависимости от частоты заряда, глубины разряда, условий эксплуатации и качества аккумулятора) реальная емкость аккумулятора заметно уменьшается. Сокращается также и время заряда и может увеличиваться внутреннее сопротивление аккумулятора, что существенно снижает качество этого изделия и эффективность его функционирования. Если и далее не принимать особых мер, то при дальнейшей эксплуатации аккумулятора, увеличивающиеся кристаллические образования могут привести к разрушению сепаратора (своего рода перегородки, разделяющей анод и катод) и увеличению тока саморазряда. Образно выражаясь по поводу складывающейся ситуации, аккумулятор можно сравнить с решетом, в котором воду носить можно, но недалеко.

В процессе использования аккумуляторов по назначению, может создаваться ситуация, при которой, с одной стороны, чтобы обеспечить работоспособность технического устройства, аккумуляторы АКБ не должны полностью разряжаться. Иначе функционирование изделия, в котором они установлены, будет нарушено, что - не допустимо. Поэтому, разряженные до конца аккумуляторы подвергаются заряду, что вызывает формирование «эффекта памяти» и ведет к снижению их емкости. С другой стороны, для того чтобы обеспечить высокий уровень работоспособности аккумуляторов, они должны полностью разряжаться. Данное ЗУ не обеспечивает разрешения этого противоречия.

Кроме того, в данном устройстве процесс заряда будет продолжаться до тех пор, пока ЗУ остается подключенным к питающей электросети. Учитывая то, что пользователи ЗУ редко хронометрируют длительность заряда АКБ с большой точностью, а в самом ЗУ нет таймера отключения процедуры заряда, то возникают условия, при которых аккумуляторы могут длительное время (больше, чем необходимо) находиться в зарядном устройстве и подвергаться перезаряду. Заряд небольшими токами (режим нормального заряда) в течении не продолжительного времени (1-2 часа) практически не приносит вреда для АКБ. Однако, как показано в [Л6], при использовании больших зарядных токов (в режиме ускоренного заряда) перезаряд аккумуляторов вызывает ухудшение их электрических параметров, а также снижает надежность и качество этих изделий. В данном устройстве имеется возможность установки как режима нормального заряда (небольшой ток заряда), так и ускоренного заряда (большой ток заряда). Как правило, пользователи ЗУ используют возможность ускорить процесс заряда аккумуляторов. Это вполне естественно, при постоянном дефиците времени.

С одной стороны, использование ускоренного заряда предоставляет пользователю возможность сократить время подготовки аккумуляторов к эксплуатации. При этом, использование ускоренного заряда должно быть регламентировано по времени, чтобы не допустить перезаряд аккумуляторов большим током и не допустить нарушения их работоспособности. В виду постоянного дефицита времени такой режим заряда используется достаточно часто. С другой, стороны, регламентированный по времени заряд АКБ обеспечить практически невозможно из-за объективных факторов (в ЗУ отсутствует механизм защиты аккумуляторов от их перезаряда) и субъективных факторов, обусловленных тем, что пользователь ЗУ может нарушить хронометраж заряда, например, по забывчивости, рассеянности, в результате действия отвлекающих факторов, стрессов и т.п.

В результате действия указанных факторов данное ЗУ, при использовании его в режиме ускоренного заряда АКБ, может подвергнуть аккумуляторы перезаряду интенсивным током. Это приводит к снижению, как качества (основных параметров), так и надежности обслуживаемых аккумуляторов. Использование данного ЗУ ведет к преждевременному не контролируемому износу аккумуляторов, снижению их качества из-за интенсивной деградации рабочих (электрических) характеристик, что снижает надежность функционирования аккумуляторов и может вызывать преждевременный отказ в работе пользовательских устройств или систем. Причем, контроль уровня работоспособности аккумуляторов в данном ЗУ - не обеспечивается.

Из техники [Л7], известно зарядное устройство (ЗУ), состоящее из блока питания (БП), зарядной цепи (ЗЦ), блока подключения аккумуляторов (БПА), индикатора степени заряда аккумуляторов (ИЗА) и блока контроля и управления (БКУ), который своими входом, первым выходом и вторым выходом соединен, соответственно, с выходом узла ЗЦ и со входом узла БПА, со входом узла ИЗА и со входом узла ЗЦ, который соединен с первым выходом узла БП, который своим входом и вторым выходом соединен, соответственно, с сетью электропитания 220 В/50 Гц и с цепями электропитания ЗУ, при этом, узел БП выполнен с возможностью формирования низковольтного постоянного напряжения, необходимого для функционирования узлов ЗУ и импульсного напряжения, необходимого для заряда N аккумуляторов, где 4N1, узел ЗЦ выполнен с возможностью заряда аккумуляторов импульсным стабилизированным током и отключения процесса заряда по внешнему сигналу, узел БКУ выполнен с возможностью контроля и управления зарядом аккумуляторов и вывода на индикатор сигналов, отображающих степень заряда АКБ.

Работа этого ЗУ сходна с функционированием предыдущего зарядного устройства и также базируется на стабилизации зарядного тока [Л4], протекающего через все подключенные к ЗУ аккумуляторы. При подключении зарядного устройства (ЗУ) к питающей электросети 220 В/50 Гц, на одном выходе блока питания (БП) формируется низковольтное постоянное напряжение, которое подается на цепи электропитания УЗ. На другом выходе узла БП формируется импульсное напряжение, которое подается на узел ЗЦ и используется для заряда батареи последовательно соединенных аккумуляторов (АКБ). Напряжение на АКБ контролируется узлом БКУ и вырабатывает сигналы управления узлом ЗЦ. Процесс заряда отображается с помощью узла ИЗА.

Данное ЗУ частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Так, применение для заряда импульсного тока вместо постоянного, как известно из [Л8], способствует частичному восстановлению активного вещества в аккумуляторах, то есть, приводит к снижению упомянутого «эффекта памяти». Наличие блока контроля и управления (БКУ) позволяет осуществить контроль процедуры заряда АКБ, выполнять заряд необходимым током, своевременно отключить процесс заряда и оповещать пользователя с помощью индикатора о ходе процесса заряда. Кроме того, с помощью узла ИЗА пользователь ЗУ может выполнить «грубую» оценку работоспособности аккумуляторов.

Данному ЗУ присущи недостатки, аналогичные предыдущему зарядному устройству из-за действия рассмотренных выше факторов. Кроме того, следует отметить, что хотя заряд аккумуляторов импульсным током и способствует уменьшению их «эффекта памяти», однако, как показано в [Л6], для аккумуляторов со значительным «эффектом памяти» применения только импульсного способа заряда недостаточно - чтобы разрушить крупные кристаллические образования активного вещества аккумуляторов, необходимо использование дополнительных мер (методов).

Далее, при заряде аккумуляторов узлом БКУ данного устройства осуществляется контроль и управление зарядом на основе измерения суммарного напряжения на всех последовательно соединенных аккумуляторах. Так как после длительной эксплуатации экземпляры аккумуляторов могут очень сильно различаться по электрическим параметрам, например, емкости, то контроль по среднему напряжению для всей цепочки последовательно соединенных элементов может привести, как показано в [Л6], к порче отдельных из них.

По мнению авторов, наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту (прототипом) является, известное из техники [Л9], зарядное устройство (ЗУ), состоящее из блока питания (БП), выполненного с возможностью формирования выходного низковольтного постоянного напряжения и импульсного напряжения, зарядно-разрядной цепи (ЗРЦ), выполненной с возможностью заряда и/или разряда аккумуляторов стабилизированными импульсами тока по индивидуальной программе, индикатора, выполненного в виде дисплея (ДП), многоканального коммутатора (МКК), блока подключения аккумуляторов (БПА), выполненного с возможностью независимого подключения к нему N съемными аккумуляторов, где 8N1, блока контроля и управлении (БКУ), выполненного в виде микропроцессора (МП), который своими первым, вторым и третьим портами соединен, соответственно, со входом узла ЗРЦ, с дисплеем и с первым портом узла МКК, который своим вторым и третьим портами соединен, соответственно, со входом узла БПА и с выходом узла ЗРЦ, который вторым входом соединен с первым выходом узла БП, который своим входом и вторым выходом соединен, соответственно, с сетью электропитания 220 В/50 Гц и с цепями электропитания ЗУ, при этом, узел МП функционирует по программе обеспечивающей возможность автоматического индивидуального обслуживания каждого из аккумуляторов по индивидуальной, заданной пользователем программе, предусматривающей выполнение операций тестирования исправности аккумуляторов, определения наличия остаточного заряда аккумуляторов, выполнения разряда и заряда аккумуляторов, выполнения тренировки аккумуляторов в виде серии из М циклов, где 10М1, глубокого разряда-заряда аккумуляторов, отображения процесса обслуживания аккумуляторов на дисплее, контроля и регулировки зарядного/разрядного тока для каждого из обслуживаемых аккумуляторов с защитой их от перезаряда и/или переразряда.

Функциональная схема зарядного устройства (далее - устройство) приведена на фиг.1.

Устройство (фиг.1) состоит из блока питания (БП) 2, зарядно-разрядной цепи (ЗРЦ) 4, многоканального коммутатора (МКК) 5, блока подключения N аккумуляторов (БПА) 6, где 8N1, микропроцессора (МП) 7 и дисплея 8. При этом, узел БП 2 своим входом 1, первым и вторым выходами соединен, соответственно, с электросетью 220 В/50 Гц, с цепями электропитания ЗУ и с первым входом узла ЗРЦ 4, который своим вторым входом и выходом соединен, соответственно, с первым портом микропроцессора МП 7 и с первым портом узла МКК 5, который вторым и третьим портами соединен, соответственно, с узлом БПА 6, к которому могут подключаться N аккумуляторов, где 8N1, и со вторым портом узла МП 7, который третьим портом соединен с дисплеем 8.

Устройство (фиг.1) функционирует следующим образом. Работа этого устройства частично сходна с функционированием предыдущего ЗУ. В исходном состоянии, N аккумуляторов, где 8N1, подключаются к устройству с помощью узла БПА 6. При этом, каждый из экземпляров аккумуляторов подключается к ЗУ отдельными цепями, что обеспечивает возможность обслуживания этих изделий по индивидуальной программе. Далее, устройство подключается к электросети 1. На первом и втором выходах узла БП 2 появляется низковольтное напряжение. При этом, на первом выхода узла БП 2 формируется постоянное низковольтное напряжение, которое подается на цепи электропитания «+Е» зарядного устройства. На втором выходе узла БП 2 формируется импульсное напряжение, которое подается на узел ЗРЦ 4 и используется в этом узле для формирования импульсов зарядного/разрядного тока. Работой устройства управляет узел МП 7, который контролирует состояние каждого из аккумуляторов, подключенных к узлу БПА 6, управляет режимом работы узлов ЗРЦ 4 и МКК 5 в процессе обслуживания этих изделий.

В начале работы по обслуживанию аккумуляторов, проводится процедура их тестирования, которая включает проверку исправности этих изделий и определение наличия остаточного заряда. Для этого применяется методика, известная из техники [Л10-12], которая в простейшем случае реализуется измерением напряжения на каждом из аккумуляторов под нагрузкой. По результатам тестирования, индивидуально для каждого из аккумуляторов, запускается процесс дальнейшего обслуживания. Если аккумулятор определен, как полностью разряжен, то для него активируется процесс заряда.

Если аккумулятор определен, как не полностью разряжен, то для него сначала включается процесс разряда, а затем, - процесс заряда. В устройстве поддерживается многоканальный режим, в котором одновременно может обслуживаться от одного до восьми аккумуляторов с отображением выполняемых процессов на дисплее 8. Кроме того, данное устройство поддерживает режим «тренировки» аккумуляторов, при использовании которого выполняется многократное (до 10 раз) выполнение их циклического разряда-заряда. Необходимость запуска тренировки аккумуляторов и количество тренировочных циклов определяется пользователем ЗУ.

Данное ЗУ частично устраняет недостатки предыдущего устройства. Это достигается за счет того, что обслуживание аккумуляторов осуществляется по индивидуальной программе. Проведение предварительного тестирования изделий позволяет выявить неисправные и не полностью разряженные экземпляры аккумуляторов. Для снижения потерь емкости аккумуляторов за счет действия «эффекта памяти» не полностью разряженные аккумуляторы подвергаются процедуре разряда. Так как заряда/разряда каждого из аккумуляторов, подключенных к устройству, выполняется по индивидуальной программе с контролем выполняемых процедур, то это позволяет предотвратить перезаряд/переразряд этих изделий. Кроме того, использование более информативного индикатора в виде дисплея 8 позволяет пользователю ЗУ получать более подробные сведения о процессе обслуживания аккумуляторов и выявленных неисправных экземплярах.

Тем не менее, данное зарядного устройства имеет низкое качество обслуживания аккумуляторов, при котором не обеспечивается возможность поддержания высокого уровня их работоспособности, а также выполнение достоверной оценки надежности функционирования аккумуляторов в процессе их эксплуатации и обслуживания.

Это обусловлено действие факторов, рассмотренных выше и влиянием следующих процессов. Так, из техники [Л13] известно, что диапазон фактической емкости выпускаемых аккумуляторов, определяемый реализацией сложного технологического процесса, может быть существенным. Увеличению технологического разброса электрических параметров аккумуляторов способствует и то, что на современном рынке присутствует разнородная продукция, различающая по однородности используемого сырья и качества технологического процесса производства. Это обстоятельство также служит причиной различной скорости износа экземпляров аккумуляторов и источником проблем использования АКБ. Это выражается в том, что через некоторое время эксплуатации возникают неожиданные отказы устройств и систем, в который применяются АКБ. Причиной этих отказов является то, что в АКБ появляются «слабые звенья», которыми являются отдельные аккумуляторы, электрические параметры которых деградировали в наибольшей степени. При совместной работе в составе АКБ аккумуляторов с различными электрическими параметрами, например, емкостью, создается ситуация, при которой может возникать пререполюсовка наиболее «слабых» элементов, что усиливает процесс износа всех ХИТ АКБ.

При обслуживании аккумуляторов с помощью данного ЗУ все методики (режимы) заряда/разряда, тренировки и тестирования работоспособности аккумуляторов выполняются с применением одинаковых шаблонов, без учета реальных параметров конкретных экземпляров аккумуляторов и степени их износа, что ведет к снижению качества обслуживания, снижению достоверности контроля работоспособности этих изделий и надежности функционирования АКБ, составленной из этих аккумуляторов. То есть, обслуживание аккумуляторов с помощью данного ЗУ выполняется «примерно» (по шаблону) с получением «примерных» результатов тестирования их работоспособности. Отсутствие учета данных о степени износа аккумуляторов при их обслуживании и контроле работоспособности, служит объективным фактором частых отказов АКБ, прогнозирование которых затруднено из-за отсутствия априорной информации о степени деградации электрических характеристик экземпляров аккумуляторов. Так, экземпляры аккумуляторов, которые обслужены данным ЗУ, могут быть определены как работоспособные. Но это правильно только на момент проверки. С помощью данного ЗУ нельзя определить то, как аккумулятор будет сохранять свою работоспособность под нагрузкой в течении длительного времени. Для этого надо знать степень выработки ресурса и деградации разрядной характеристики каждого из экземпляров аккумуляторов. Данное устройство не позволяет распознавать отдельные экземпляры аккумуляторов и не контролирует степень выработки ресурса этих изделий, что существенно снижает его эффективность по обслуживанию аккумуляторов и контролю их реальной работоспособности.

В данном ЗУ имеется возможность применения к аккумуляторам упомянутой процедуры тренировки с целью частичного восстановления их емкости. Однако, «ценой» за это является потеря рабочего ресурса аккумуляторов, так как количество их циклов заряда/разряда весьма ограничено. То есть, если использовать функцию данного ЗУ по тренировке аккумуляторов, то возникает противоречие, при котором с одной стороны, для поддержания высокой работоспособности аккумуляторов их надо «тренировать», а с другой стороны, для сохранения максимального рабочего ресурса аккумуляторов и защиты их от преждевременного выхода из строя, эти изделия не надо «тренировать».

В данном ЗУ аккумуляторы подвергаются процедуре «тренировки» случайным образом, что часто приводит к быстрому расходованию их ресурса, что подтверждается рекомендациями [Л6], согласно которым периодичность данной процедуры должна быть строго контролируемой, так как частые тренировки приводят к незначительному полезному эффекту и сопровождаются значительным износом аккумуляторов.

Функциями данного ЗУ, отвечающими за установку режима тренировки аккумуляторов, за выбор количества тренировочных циклов, за выбор конкретных экземпляров аккумуляторов, подвергаемых тренировке, управляет сам пользователь. Действие субъективного фактора существенно влияет на эффективность обслуживания аккумуляторов, так как применение упомянутой функции ЗУ по тренировке аккумуляторов не контролируется надежным способом. При принятии решения о проведении этой «тренировочной процедуры» пользователь ЗУ руководствуется только лишь показаниями дисплея 8 без учета «истории жизни» аккумуляторов, то есть без статистики, учитывающей весь объем процедур, выполненных при обслуживании каждого из экземпляров аккумуляторов, и без учета данных о деградации их электрических параметров, количестве циклов заряда/разряда (расходе ресурса, известного из паспортных данных), количестве и периодичности тренировочных процедур, и других важных сведений, что существенным образом влияет на качество обслуживания аккумуляторов с помощью данного ЗУ, а также снижает эффективность контроля реальной работоспособности этих изделий.

По мнению авторов данной заявки на полезную модель, для повышения эффективности обслуживания аккумуляторов и контроля их работоспособности, может быть использована идея, суть которой заключается в наделении зарядного устройства свойством распознавания (идентификации) отдельных экземпляров аккумуляторов, подключаемых к нему для обслуживания. Это позволит такому ЗУ «узнавать» обслуживаемые аккумуляторы, вести учет времени их эксплуатации, осуществлять сбор и накопление различной информации касающейся значений электрических параметров, режимов работы, регламентов обслуживания и других данных, влияющих на качество обслуживания этих изделий и контроль их работоспособности в процессе эксплуатации.

Информационный/ патентный поиск показал, что технические решения, обеспечивающие идентификацию экземпляров аккумуляторов, накопление статистической информации о них (данных об их электрических характеристиках, количестве и периодичности заряда/разряда, контролирующих степень деградации электрических параметров и др.) и использующие эти данные для повышения качества обслуживания и контроля надежности этих аккумуляторов, из техники не известны.

Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей зарядного устройства по повышению качества обслуживания аккумуляторов и контроля их работоспособности с учетом индивидуальных параметров этих изделий и статистических данных их эксплуатации и обслуживания.

Поставленная цель достигается за счет того, что в зарядное устройство (ЗУ), состоящее из блока питания (БП), выполненного с возможностью формирования выходного низковольтного постоянного напряжения и импульсного напряжения, зарядно-разрядной цепи (ЗРЦ), выполненной с возможностью заряда и/или разряда аккумуляторов стабилизированными импульсами тока по индивидуальной программе, индикатора, выполненного в виде дисплея (ДП), многоканального коммутатора (МКК), блока подключения аккумуляторов (БПА), выполненного с возможностью независимого подключения к нему N съемными аккумуляторов, где 8N1, блока контроля и управлении (БКУ), выполненного в виде микропроцессора (МП), который своими первым, вторым и третьим портами соединен, соответственно, со входом узла ЗРЦ, с дисплеем и с первым портом узла МКК, который своим вторым и третьим портами соединен, соответственно, со входом узла БПА, который своими с первого по восьмой независимыми входами, может быть соединен с N съемными аккумуляторами, где 8N1, и с выходом узла ЗРЦ, который вторым входом соединен с первым выходом узла БП, который своим входом и вторым выходом соединен, соответственно, с сетью электропитания 220 В/50 Гц и с цепями электропитания ЗУ, при этом, узел МП функционирует по программе обеспечивающей возможность автоматического независимого обслуживания каждого из аккумуляторов по индивидуальной программе, предусматривающей выполнение операций тестирования их исправности, определения наличия остаточного заряда, выполнения разряда и последующего заряда, выполнения тренировочных М циклов, задаваемых пользователем ЗУ, где 10M1, глубокого разряда-заряда аккумуляторов, отображения процесса обслуживания аккумуляторов на дисплее, контроля и регулировки зарядного/разрядного тока для каждого из обслуживаемых аккумуляторов с защитой их от перезаряда и/или переразряда, дополнительно введены n смарт-этикеток, используемых для маркировки n (n=1, 2, 3) аккумуляторов, где обслуживаемых данным ЗУ, ридер, выполненный с возможностью бесконтактной идентификации упомянутых n смарт-этикеток, часы реального времени (ЧРВ) и память (ПМ), которая своим портом соединена с четвертым портом микропроцессора (МП), который пятым и шестым портами соединен, соответственно, с узлом ЧРВ и с ридером, кроме того, узел ДП выполнен с функциями сенсорного дисплея, микропроцессор (МП) функционирует по программе, обеспечивающей возможность идентификации экземпляров аккумуляторов (ЭА) по уникальному коду смарт-этикетки, корой они маркированы; формирования в памяти базы данных на обслуживаемые аккумуляторы (БДА) с регистрацией в ней, для каждого из экземпляров аккумуляторов, различной статистической информации, в том числе, длительности эксплуатации аккумуляторов, данных о количестве выполненных процедур заряда/разряда и тренировок с фиксацией даты и времени их проведения, считываемых из узла ЧРВ, электрических параметров и индивидуальных разрядных характеристик (ИРХ) аккумуляторов; обработки данных, содержащихся в БДА, для контроля степени износа каждого из экземпляров аккумуляторов (определения степени деградации их электрических характеристик) и использование полученных результатов для формирования и активации индивидуальных программ автоматического обслуживания упомянутых маркированных аккумуляторов; автоматического измерения индивидуальных разрядных характеристик аккумуляторов (ИРХА) в процессе их обслуживания с фиксацией даты и времени, считываемых с узла ЧРВ, с формированием в памяти виртуальных образов ИРХА, отображаемых на дисплее в виде множества кривых (графиков) и/или информационных сообщений о степени деградации аккумуляторов и значении их остаточного ресурса; отображения на дисплее результатов обслуживания и наличия отклонений реальных электрических характеристик от допустимых значений для каждого из идентифицированных аккумуляторов, а также визуализации с помощью дисплея графиков-прогнозов, отображающих аппроксимированные в заданном временном интервале вероятные изменения рабочих характеристик аккумуляторов в зависимости от условий их эксплуатации (например, режимов работы) и обслуживания (с учетом тренировок) и сроков хранения; использования сенсорных функций дисплея для управления режимами работы устройства, программирования алгоритмов его функционирования и выполнения операций, связанных с визуализацией информации накопленной в памяти.

В предлагаемом устройстве обеспечивается следующее сочетание отличительных признаков и свойств.

В состав устройства дополнительно введены n смарт-этикеток, используемых для маркировки n (n=1, 2, 3) аккумуляторов, где обслуживаемых данным ЗУ, ридер, выполненный с возможностью бесконтактной идентификации упомянутых n смарт-этикеток, часы реального времени (ЧРВ) и память (ПМ), которая своим портом соединена с четвертым портом микропроцессора (МП), который пятым и шестым портами соединен, соответственно, с узлом ЧРВ и с ридером.

Узел ДП выполнен с функциями сенсорного дисплея, что существенно расширяет возможности оператора ЗУ по вводу данных, контролю функций ЗУ, просмотру статистической информации, накопленной в памяти, составлению и запуску различных алгоритмов обслуживания аккумуляторов и др.

Микропроцессор (МП) предлагаемого устройства функционирует по программе, обеспечивающей возможность идентификации экземпляров аккумуляторов (ЭА) по уникальному коду смарт-этикетки, корой они маркированы; формирования в памяти базы данных на обслуживаемые аккумуляторы (БДА) с регистрацией в ней, для каждого из экземпляров аккумуляторов, различной статистической информации, в том числе, длительности эксплуатации аккумуляторов, данных о количестве выполненных процедур заряда/разряда и тренировок с фиксацией даты и времени их проведения, считываемых из узла ЧРВ, электрических параметров и индивидуальных разрядных характеристик (ИРХ) аккумуляторов; обработки данных, содержащихся в БДА, для контроля степени износа каждого из экземпляров аккумуляторов (определения степени деградации их электрических характеристик) и использование полученных результатов для формирования и активации индивидуальных программ автоматического обслуживания упомянутых маркированных аккумуляторов; автоматического измерения индивидуальных разрядных характеристик аккумуляторов (ИРХА) в процессе их обслуживания с фиксацией даты и времени, считываемых с узла ЧРВ, с формированием в памяти виртуальных образов ИРХА, отображаемых на дисплее в виде множества кривых (графиков) и/или информационных сообщений о степени износа аккумуляторов и значении их остаточного ресурса; отображения на дисплее результатов обслуживания и наличия отклонений реальных электрических характеристик от допустимых значений для каждого из идентифицированных аккумуляторов, а также визуализации с помощью дисплея графиков-прогнозов, отображающих аппроксимированные в заданном временном интервале вероятные изменения рабочих характеристик аккумуляторов в зависимости от условий их эксплуатации (например, режимов работы) и обслуживания (с учетом тренировок) и сроков хранения; использования сенсорных функций дисплея для управления режимами работы устройства, программирования алгоритмов его функционирования и выполнения операций, связанных с визуализацией информации накопленной в памяти.

Введение дополнительных признаков и использование новых свойств позволяет реализовать распознавание каждого из экземпляров аккумуляторов, подключаемых к ЗУ. Это позволяет фиксировать в памяти начальные электрические характеристики каждого из экземпляров аккумуляторов (в начале эксплуатации), а также сравнивать их с рабочими характеристиками (в процессе эксплуатации) этих изделий. Анализ накапливаемой в памяти статистической информации позволяет выявить индивидуальную (для каждого из экземпляров аккумуляторов) степень деградации электрических характеристик, контролировать процесс потери работоспособности аккумуляторов, автоматически активировать процедуру восстановления экземпляров изделий, работоспособность которых, например, емкость, снизилась ниже допустимого значения, а также выполнять прогнозирование выхода из строя аккумуляторов, чьи электрические параметры не восстанавливаются до рабочей нормы. Это позволяет существенно повысить эффективность обслуживания аккумуляторов и контроля их работоспособности.

Указанные признаки и свойства позволяют существенно расширить функциональные возможности зарядного устройства, связанные с расширением возможностей зарядного устройства по обслуживанию аккумуляторов и контролю их работоспособности с учетом индивидуальных параметров и данных, полученных в процессе эксплуатации и обслуживания этих изделий.

Сочетание отличительных признаков и свойств, предлагаемого устройства заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности, из техники не известно, поэтому оно соответствует критерию новизны. При этом, для достижения максимального эффекта по расширению функциональных возможностей зарядного устройства, связанных с обслуживанием аккумуляторов и контролем их работоспособности, с учетом индивидуальных параметров и данных, полученных в процессе эксплуатации и обслуживания этих изделий, необходимо использовать всю совокупность отличительных признаков и свойств, указанных выше.

Функциональная схема устройства заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности (далее - устройство) приведена на фиг.2.

Устройство (фиг.2) состоит из блока подключения аккумуляторов (БПА) 1, к которому могут подключаться для обслуживания n аккумуляторов AK₁ 2, AK_n 7, где 8n1, каждый из которых маркирован смарт-этикеткой с уникальным идентификационным номером, сматрт-этикеток СЭ₁ 3, СЭ_m 8, где m8, выполненных с возможностью установки (крепления) на аккумуляторе без влияния на его работоспособность, ридера 4, выполненного с возможностью бесконтактной идентификации m упомянутых сматрт-этикеток, многоканального коммутатора МКК 6, микропроцессора (МП) 9, зарядно-разрядной цепи (ЗРЦ) 10, блока питания (БП) 11, дисплея (ДП) 12, часов реального времени (ЧРВ) 13 и памяти 14.

При этом, узел МП 9 своими с первого по седьмой порт соединен, соответственно, с узлом ПМ 14, с узлом (ЧРВ) 13, с узлом ДП 12, с первым портом узла ЗРЦ 10, со первым портом узла МКК 6 и с ридером 4. Кроме того, узел БП 11 своими входом, первым выходом и вторым выходом соединен, соответственно, с сетью электропитания 220 В/50 Гц, с цепями электропитания ЗУ+Е и со вторым портом узла ЗРЦ 10, который третьим портом соединен со вторым портом узла МКК 6, который третьим портом соединен с выходом узла БПА 1, к n входам которого могут подключаться n аккумуляторов AK ₁ 2, АК_n 7, где 8n1, которые маркированы индивидуальными смарт-этикетками CЭ₁ 3, СЭ_m 8, где m8, и которые бесконтактным способом, например, с помощью радиочастотной идентификации 5, могут быть идентифицированы ридером 4.

Устройство (фиг.2) функционирует следующим образом.

При подключении ко входу узла БП 11 питающей электросети 220 В/50 Гц, на его первом выходе появляется постоянное стабилизированное напряжение питания +Е, которое подается на цепи электропитания зарядного устройства для обеспечения его работоспособности. Кроме того, со второго выхода узла БП 11 на второй порт ЗРЦ 10 подается импульсное напряжение, которое используется узлом ЗРЦ 10 для заряда аккумуляторов AK₁ 2, АК _n 7 (далее-аккумуляторы), которые маркированы смарт-этикетками CЭ₁ 3, СЭ_m 8.

Узел МП 9 с помощь узлов МКК 6, БПА 1 и ридера 4 выполняет мониторинг наличия аккумуляторов, подключенных к устройству. И при подключении аккумуляторов к устройству, активируется их обслуживание, которое начинается с того, что каждый из аккумуляторов идентифицируется с помощью ридера 4 по уникальному коду установленной на нем смарт-этикетки. Узлом МП 9 выполняется регистрация подключенных аккумуляторов в памяти 14 с фиксацией даты и времени, считываемых из узла ЧРВ 13. Далее, выполняется тестирование работоспособности аккумуляторов и определение степени их разряда в порядке, аналогичном прототипу. При обнаружении неисправных экземпляров обслуживание их прекращается с выводом на дисплей 12 соответствующих информационных сообщений. Не полностью разряженные аккумуляторы подвергаются доразряду с последующим их зарядом по индивидуальной программе.

С помощью МП 9 в памяти 14 формируется база данных на обслуживаемые аккумуляторы (БДА) с регистрацией в ней, для каждого из экземпляров аккумуляторов, различной статистической информации, в том числе, длительности эксплуатации аккумуляторов, данных о количестве выполненных процедур заряда/разряда и тренировок с фиксацией даты и времени их проведения, считываемых из узла ЧРВ 13. Далее, проводится процедура измерение индивидуальных разрядных характеристик аккумуляторов (ИРХА). Для этого, каждый из полностью заряженных аккумуляторов подвергается процедуре разряда, в процессе которой в памяти 14 фиксируются данные, соответствующие ИРХА. Процесс автоматического измерения индивидуальных разрядных характеристик аккумуляторов (ИРХА) в процессе их обслуживания осуществляется с фиксацией даты и времени, считываемых с узла ЧРВ 13, и с формированием в памяти виртуальных образов ИРХА, отображаемых на дисплее 12 в виде множества кривых (графиков) и/или информационных сообщений отображающих текущее состояние, значение остаточного ресурса и степень деградации параметров каждого из аккумуляторов. Если изменения ИРХА находятся в пределах допустимых значений, то для этих экземпляров аккумуляторов проводится полный заряд. Если изменения РХА находятся за пределами допустимых значений, то для таких экземпляров аккумуляторов может автоматически запускаться процедура тренировки, перед активацией которой с памяти 14 считываются данные, характеризующие статистику применения этой процедуры к данному экземпляру аккумулятора и ее эффективность. С учетом этих данных принимается окончательное решение о необходимости применения и количестве допустимых циклов тренировки аккумуляторов или об их отбраковке. Если в процессе тренировки электрические характеристики аккумулятора достигли допустимых значений, то на дисплей 12 выводится соответствующее сообщение с указанием о результатах проведенной тренировки, например, «Параметры аккумулятора в отсеке 2 ниже нормы. Проведена тренировка 5 циклов. Работоспособность аккумулятора восстановлена. Степень износа около 10%». Если в процессе тренировки электрические характеристики аккумулятора не достигли необходимых значений, то экземпляр аккумулятора отбраковывается и на дисплей 12 выводится соответствующее сообщение, например, «Аккумулятор в отсеке 3 не работоспособен и требует замены». Все данные, полученные в процессе обслуживания аккумуляторов, регистрируются в памяти 14 с фиксацией даты и времени, считываемых с узла ЧРВ 13.

С помощью узла ДП 12 с функциями сенсорного дисплея обеспечивается возможность оператору устройства осуществлять обработку данных, полученных в ходе обслуживания аккумуляторов, просматривать информацию, содержащуюся в БДА с ее визуализацией на дисплее 12, контролировать надежность аккумуляторов по данным, отображающим степень деградации их электрических характеристик, формировать и активировать индивидуальные программы автоматического обслуживания аккумуляторов, выполнять сравнение графического представления на дисплее 12 текущих характеристик аккумуляторов с их предыдущими (изначальными и/или тестовыми данными) копиями для выявления наличия отклонений реальных электрических характеристик от допустимых значений для каждого из идентифицированных аккумуляторов. Кроме того, для оценки надежности обслуживаемых изделий пользователь ЗАУ может просматривать с помощью дисплея 12 графиков-прогнозов, отображающих аппроксимированные в заданном временном интервале вероятные изменения рабочих характеристик аккумуляторов в зависимости от условий их эксплуатации (например, режимов работы) и обслуживания (с учетом тренировок) и сроков хранения.

Достигаемым техническим результатом является повышение надежности контроля индивидуальных электрических параметров и точности оценки работоспособности аккумуляторов, за счет распознавания отдельных экземпляров аккумуляторов, подключаемых к устройству, накопления и использования статистической обработки информации, получаемой в процессе периодического обслуживания отдельных экземпляров этих изделий, для формировании программ индивидуального облуживания аккумуляторов и контроля их работоспособности.

Обобщенный алгоритм функционирования устройства может быть представлен в следующем виде.

- Начало;

- Инициализация: контроль работоспособности, вывод на дисплей ДП 12 сообщения о готовности к работе;

- Проверка 1: i-тый аккумулятор подключен? Если Да, то переход к процедуре идентификации/регистрации и тестирования работоспособности этого экземпляра аккумулятора, если Нет, то возврат; выполнение аналогичной проверки для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Процедура идентификации/регистрации и тестирования аккумуляторов АК₁ 2, АК_n 7: активация ридера 4, считывание индивидуальных номера смарт-этикеток СЭ₁ 3, СЭ_m 8, где m8, установленных на обслуживаемых аккумуляторах, занесение идентификационных данных, а также даты и времени, получаемых из узла ЧРВ 13, в память ПМ 14, проведение тестовых измерений и переход к следующей проверке; выполнение аналогичной процедуры для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Проверка 2: i-тый аккумулятор исправен? Если Да, то переход к процедуре проверки состояния степени его заряда (разряда), а если Нет, то отбраковка этого экземпляра аккумулятора путем прекращения его обслуживания с выводом на дисплей ДП 12 соответствующего информационного сообщения; выполнение аналогичной проверки для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Процедура проверки состояния степени заряда/разряда аккумуляторов: проверка напряжения на аккумуляторе под нагрузкой, сравнение результатов измерения с тестовым значением; выполнение аналогичной проверки для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Проверка 3: i-тый аккумулятор разряжен? Если Да, то переход к процедуре предварительного заряда этого экземпляра аккумулятора, а если Нет, то переход к процедуре его дозаряда (дополнительного разряда) с последующим переходом к процедуре предварительного заряда; выполнение аналогичной проверки для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Процедура предварительного заряда: автоматический контролируемый заряд n аккумуляторов по индивидуальной программе импульсным током, переход к процедуре контроля работоспособности этих аккумуляторов; выполнение аналогичной процедуры для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Процедура контроля работоспособности аккумуляторов: контрольный разряд для получения ИРХА, сравнение ИРХА с тестовой копией (по контрольным точкам), определение степени деградации электрических параметров n аккумуляторов (ЭПА) и переход к следующей проверке; выполнение аналогичной процедуры для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Проверка 4: ЭПА - в пределах допустимых значений? Если Да, то переход к процедуре рабочего заряда и вывода на дисплей сообщения о том, что работоспособность проверенного i-го аккумулятора в норме. Если Нет, то переход к процедуре восстановления ЭПА; выполнение аналогичной проверки для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Процедура рабочего заряда: автоматический контролируемый заряд n аккумуляторов по индивидуальной программе импульсным током, занесение данных об обслуживании i-го экземпляра аккумулятора в память 14 с фиксацией даты и времени, считываемых с узла ЧРВ 13, вывод на дисплей сообщения о завершении процедуры обслуживания i-го аккумулятора, где in; выполнение аналогичной процедуры для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Процедура восстановления ЭПА: проведение тренировочных циклов в количестве, предварительно установленном пользователем, фиксация ВРХА на каждом цикле, определение наличия процесса восстановления работоспособности i-го аккумулятора путем сравнения текущей ИРХА с тестовой копией, переход к следующей проверке; выполнение аналогичной процедуры для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Проверка 5: работоспособность i-го аккумулятора восстановлена? Если да, то вывод на дисплей сообщения о работоспособности i-го аккумулятора. Если Нет, то вывод на дисплей сообщения о том, что i-тый аккумулятор следует заменить; выполнение аналогичной проверки для всех n аккумуляторов, где 8n1;

- Завершение обслуживания: вывод на дисплей ДП12 результатов обслуживания каждого из n экземпляров аккумуляторов с визуализацией с помощью графиков и/или информационных сообщений данных о степени их износа;

- Конец.

Узлы БПА 1, МКК 6, МП 9, ЗРЦ 10, БП 11 и ДП 12 - аналогичны соответствующим признакам прототипа и не требуют доработки при его реализации.

Узел ДП 12 также может быть выполнен по аналогии с дисплеями, широко используемыми в МР3 плеерах, мобильных телефонах, коммуникаторах и т.п.

В качестве узлов СЭ ₁ 3, СЭ_m 8 могут быть использованы различные радиометки, при этом, преимущественным решением является использование, известных из [Л14], смарт-этикеток, которые отличаются миниатюрностью, долговечностью и простотой установки. Узел ридера 4 может быть выполнен на основе считывателей упомянутых радиометок. Альтернативным решением для создания узлов СЭ₁ 3, СЭ_m 8 и ридера 4 является использование технологии Data Matrix [Л15] от компании RVSI/Acuity CiMatrix. Эта технология обеспечивает кодирование текста или данных других типов с использованием двумерного матричного штрих-код и отличается возможностью нанесения перманентной гравировки (лазером, механическим способом и т.п.) на металлические поверхности, позволяет маркировать кодом изделия и устройства, подвергающиеся воздействиям критических температур, давлений или химических веществ, а также возможностью считывания метки даже при частичном ее повреждении (до 30 процентов площади).

Узел ЧРВ 13 может быть реализован на основе часов реального времени, выполненных в виде микросхем типа DS1302 [Л16], которые отличаются высокой миниатюрностью (8-выводный SOIC-корпус для поверхностного монтажа), экономичностью (ток потребления около 300 нА), широким диапазоном рабочих напряжений (от 2 В до 5 В), широкими функциональными возможностями (возможность подсчета секунд, минут, часов, дня, месяца, дня недели и года) и работоспособностью в широком диапазоне рабочих температур (от -40°С до +85°С).

Узел ПМ 14 может быть реализован на основе использования микросхем энергонезависимой памяти Atmel с последовательным интерфейсом серии серии АТ26 и АТ45 [Л17], представляющих собой последовательную Flash-память DataFlash корпорации Atmel и отличающуюся высокой скоростью передачи данных (до 66 Мбит/с).

Узел МП 9 также может быть реализован на основе PIC-контроллеров, известных из [Л18, Л19].

Для реализации алгоритмов функционирования микроконтроллера узла МП 9, связанных с идентификацией экземпляров аккумуляторов по уникальному коду смарт-этикетки, корой они маркированы, формирования в памяти базы данных на обслуживаемые аккумуляторы с регистрацией в ней, для каждого из экземпляров аккумуляторов, различной статистической информации, в том числе, длительности эксплуатации аккумуляторов, данных о количестве выполненных процедур заряда/разряда и тренировок с фиксацией даты и времени их проведения, считываемых из узла ЧРВ, электрических параметров и индивидуальных разрядных характеристик (ИРХ) аккумуляторов, могут использоваться процедуры, известные из программы для ПЭВМ [Л20, Л21].

Для реализации алгоритмов функционирования узла МП 9, связанных с обработкой данных, содержащихся в БДА, контролем степени износа каждого из экземпляров аккумуляторов (определения степени деградации их электрических характеристик) и использования полученных результатов для формирования и активации индивидуальных программ автоматического обслуживания упомянутых маркированных аккумуляторов, автоматического измерения индивидуальных разрядных характеристик аккумуляторов (ИРХА) в процессе их обслуживания с фиксацией даты и времени, считываемых с узла ЧРВ, с формированием в памяти виртуальных образов ИРХА, отображаемых на дисплее в виде множества кривых (графиков) и/или информационных сообщений о степени деградации аккумуляторов и значении их остаточного ресурса, могут использоваться процедуры, известные из программы для ПЭВМ [Л22-Л24].

Для реализации алгоритмов функционирования узла МП 9, связанных с отображением на дисплее результатов обслуживания и наличия отклонений реальных электрических характеристик от допустимых значений для каждого из идентифицированных аккумуляторов, а также для визуализации с помощью дисплея графиков-прогнозов, отображающих аппроксимированные в заданном временном интервале вероятные изменения рабочих характеристик аккумуляторов в зависимости от условий их эксплуатации (например, режимов работы) и обслуживания (с учетом тренировок) и сроков хранения, поддержки сенсорных функций дисплея для управления режимами работы устройства, программирования алгоритмов его функционирования и выполнения операций, связанных с визуализацией информации накопленной в памяти, могут использоваться процедуры, известные из программы для ПЭВМ [Л25-Л28].

При реализации основных узлов предлагаемого устройства могут быть также использованы решения, известные из [Л29-Л31].

При практической реализации конструкции устройства могут быть использованы решения, аналогичные прототипу, то есть в виде компактного корпуса, что обеспечит удобство и эффективность применения этого устройства.

На основе приведенных данных можно заключить, что предлагаемая полезная модель устройства заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности, за счет использования указанных выше отличительных признаков и свойств и реализации достигаемого технического результата, позволяет существенно расширить функциональные возможности известного устройства-прототипа по повышению качества обслуживания аккумуляторов и контроля их работоспособности с учетом индивидуальных параметров этих изделий и статистических данных их эксплуатации и обслуживания.

Приведенные средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, позволяют обеспечить ее промышленную применимость.

Основные узлы предлагаемой полезной модели устройства заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности изготовлены, экспериментально испытаны и могут быть использованы при создании серийных образцов.

Производимые изделия могут быть использованы в интересах широкого круга потребителей химических источников - никель-кадмиевых аккумуляторов.

Таким образом, разработанное авторами техническое решение, обеспечивает успешное решение поставленной задачи, связанной с поддержкой высокого уровня работоспособности аккумуляторной батареи и контроля ее работоспособности в процессе эксплуатации.

Предлагаемое техническое решение будет востребовано широким кругом пользователей различных устройств и систем функционирующих с использованием никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, контроль и эффективное восстановление работоспособности которых может быть обеспечено с помощью данного устройства.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторы: история, описание и правильное использование, http://www.ladoshki.com/159-articles-Ni-Cd

2. Аккумуляторы для мобильных устройств. Эффект памяти. http://www.ixbt.com/mobile/accumulators-mem.shtml

3. Эффект памяти, http://ru.wikipedia.org/wiki/Эффeкт_пaмяти

4. Зарядные устройства аккумуляторов, http://www.powerinfo.ru/charge.php

5. Выбор зарядного устройства, http://www.mobilonline.info/accessory /zaryadka2.php

6. Зарядное устройство для никель-кадмиевого аккумулятора, Рудольф Ф. Граф и Вильям Шиитc, Энциклопедия электронных схем, том 6, часть 1, книга 4, стр.136-137, издательство ДМК, Москва, 2002 г.,

7. Зарядное устройство аккумуляторных батарей, патент RU (11) 2003116121 (13) А, 2003116121/09, 30.05.2003, дата публикации 10.01.2005 г.

8. Зарядные устройства аккумуляторов, http://www.powerinfo.ru/charge.php

9. Зарядное устройство Ansmann Energy ХС3000 / ХС 3000, http://www.pleer.ru/zaryadnye-ustrojstva.html

10. Алевтина Аганова, «Диагностика химических источников тока», журнал «Современная Электроника», выпуск 7/2007 г., стр.20-22, www/soel.ru

11. Методика тестирования аккумуляторов и батареек http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/23077

12. О зарядных устройствах и технологиях заряда аккумуляторов http://www.vartom.ru/press1.htm

13. Сборка батареи из аккумуляторов, http://www.powerinfo.ru/battery.php

14.Радиометки - особенности и сфера применения, http://asupro.com/gps-gsm/rfid/radio-labels-features.html

15. Технология Data Matrix, http://ru.wikipedia.org/wiki/Data_Matrix

16. Часы реального времени DS1302, http://fi-com.ru/edict/ds1302.html

17. Микросхемы энергонезависимой памяти Atmel с последовательным интерфейсом, http://www.efo.ru/doc/Atmel/Atmel.pl?2741

18. Обзор PIC-контроллеров, http://elanina.narod.ru/lanina/index.files/ avrpic/7.htm

19. Семейство микроконтроллеров PIC18FX5XX с поддержкой шины USB2.0, http://www.trt.ru/products/microchip/pic18_2.htm

20. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Контроллер RFID ридера», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, 2009616283 от 13 ноября 2009 г., авторы: Бакунин И.Б., Хотячук В.К., Хотячук К.М., Гончаров B.C.

21. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менеджер сенсора», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, авторы: Хотячук В.К., Хотячук К.М., Скачков А.А., Васин М.С., Матвеева A.M.

22. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программируемый широтно-импульсный модулятор», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ, 2009614880 от 8.09.2009 г., авторы: Еремеева В.Г., Х2, Тимошкина B.C.

23. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Менджер преобразователя напряжения», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2008614983 от 16 октября 2008 г., авторы: Хотячук В.К., Еремеев В.Г., Хотячук К.М., Цуранов В.А.

24. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Драйвер ПЗУ Serial EEPROM», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2009612937 от 5 июня 2009 г., авторы: Васин М.С., Хотячук В.К., Саксон М.В.

25. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Программа автоматизированной обработки данных», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2009613019 от 10.06.2009 г., авторы: Васина М.С., Шелестова М.Е., Хотячука В.К. Тимошкина B.C.

26. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Терминал», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2009616484 от 23 ноября 2009 г., авторы: Бакунин И.Б., Хотячук В.К., Хотячук К.М., Гончаров B.C.

27. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Программа для ЭВМ «Драйвер Flash-карточки», Свидетельство о государственной регистрации в ФИПС РФ 2008614977 от 16 октября, 2008 г., авторы: Зорькин А.С., Извольский А.А., Хотячук В.К., Бакунин И.Б.

28. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 86331 «Накопитель с защитой доступа к памяти», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 27.08.2009 г., авторы: Хотячук В.К., Хотячук К.М., Зорькин А.С.и Бакунин И.Б.

29. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 87276 «Защищенный накопитель», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 27.09.2009 г., авторы: Хотячук В.К., Хотячук К.М., Тимошкин B.C. Покормяк Л.В.

30. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 84594 «Накопитель с защитой от несанкционированного доступа к памяти», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10.07.2009 г., авторы: Вдовин Е.В., Хотячук В.К., Хотячук К.М., Шкирин В.Г.

31. ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, Патент на полезную модель 90595 «Накопитель с защитой от несанкционированного доступа к памяти», зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 января 2010 г., авторы: Вдовин Е.В., Хотячук В.К., Хотячук К.М., Шкирин В.Г., Демина Л.Л.

Устройство заряда никель-кадмиевых аккумуляторов и контроля их работоспособности (ЗУ), состоящее из блока питания (БП), зарядно-разрядной цепи (ЗРЦ), дисплея (ДП), многоканального коммутатора (МКК), блока подключения аккумуляторов (БПА), микропроцессора (МП), который своими первым, вторым и третьим портами соединен соответственно с первым входом узла ЗРЦ, с дисплеем и с первым портом узла МКК, который своим вторым и третьим портами соединен соответственно с выходом узла БПА, к восьми входам которого могут подключаться отдельные аккумуляторы, и с выходом узла ЗРЦ, который вторым входом соединен с первым выходом узла БП, который своим входом и вторым выходом соединен соответственно с сетью электропитания 220 В/50 Гц и с цепями электропитания ЗУ, и выполненное с возможностью формирования постоянного и импульсного напряжений, независимого подключения и обслуживания по индивидуальным программам до восьми аккумуляторов с тестированием их исправности, с проверкой наличия у них остаточного заряда, с контролем и управлением применяемых к ним режимов заряда и/или разряда стабилизированными импульсами тока и защитой от перезаряда и/или переразряда, с возможностью циклической тренировки этих изделий и вывода на дисплей различных информационных сообщений, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены n (n=1, 2, 3) смарт-этикеток, с помощью которых маркированы n (n=1, 2, 3) аккумуляторов, обслуживаемых данным ЗУ, ридер, часы реального времени (ЧРВ) и память (ПМ), которая своим портом соединена с четвертым портом узла МП, который пятым и шестым портами соединен соответственно с узлом ЧРВ и с ридером, выполненным с возможностью бесконтактного считывания кодов упомянутых смарт-этикеток, кроме того, узел дисплея выполнен с сенсорными функциями для управления режимами работы ЗУ, программирования алгоритмов функционирования узла МП, контроля/управления вводом/выводом данных и визуализацией информации, накопленной в памяти, при этом узел МП функционирует по программе, обеспечивающей возможность обработки сигналов ридера, персональной идентификации отдельных экземпляров маркированных смарт-этикеткам аккумуляторов (ЭМА) и генерации для каждого из них программ индивидуального автоматического обслуживания ЭМА с использованием результатов их тестирования и данных, накопленных в памяти; формирования в памяти базы данных (БД) с накоплением в ней с фиксацией даты и времени, считываемых из узла ЧРВ, статистической информации о длительности эксплуатации, о количестве процедур заряда/разряда и циклов тренировки, значений электрических параметров и данных, характеризующих индивидуальные разрядные характеристики (ИРХ) каждого из ЭМА; автоматического измерения ИРХ каждого из ЭМА с формированием в памяти виртуальных образов ИРХ для последующей их обработки, учета при обслуживании ЭМА и вывода полученных результатов на дисплей в виде кривых (графиков) и/или соответствующих информационных сообщений, характеризующих параметры обслуживаемых ЭМА, в том числе наличие отклонений реальных электрических характеристик от допустимых значений для каждого из ЭМА, величину износа, степень деградации электрических характеристик и значение остаточного ресурса ЭМА.