System nadzorujący pracę baterii akumulatorów (BMS) w celu zwiększenia bezpieczeństwa ich funkcjonowania i żywotności stosowanych ogniw

Transkrypt

1 mgr inż. WOJCIECH KURPIEL mgr inż. BARTOSZ POLNIK Instytut Techniki Górniczej KOMAG prof. dr hab. inż. BOGDAN MIEDZIŃSKI Instytut Technik Innowacyjnych EMAG System nadzorujący pracę baterii akumulatorów (BMS) w celu zwiększenia bezpieczeństwa ich funkcjonowania i żywotności stosowanych ogniw W artykule przedstawiono koncepcję rozwiązania systemu nadzorującego pracę baterii akumulatorów (BMS), mającą na celu zwiększenie bezpieczeństwa ich działania oraz żywotności zastosowanych ogniw. Określono podstawowe funkcje systemu i sposób ich realizacji. Sformułowano odpowiednie wnioski praktyczne. 1. WSTĘP Obecnie w kopalniach pracuje wiele maszyn i urządzeń zasilanych z baterii akumulatorów. W urządzeniach tych jednak nie ma żadnych zabezpieczeń przed nierównomiernym doładowywaniem poszczególnych ogniw w czasie hamowania odzyskowego oraz podczas ładowania baterii. Nie ma ponadto prowadzonej w sposób ciągły kontroli wartości napięcia na poszczególnych ogniwach, jak również brak jest zabezpieczeń przed przeładowaniem poszczególnych ogniw zastosowanych w baterii. Opracowane zatem i przeznaczone do zaimplementowania urządzenie służące do nadzorowania stanu pracy baterii akumulatorów BMS (Battery Management System) jest szczególnie przydatne w systemach bateryjnych, w których ogniwa są bardzo wrażliwe na przeładowanie, np. ogniwa z grupy litowych. Dzięki takiemu urządzeniu będzie można uchronić baterie akumulatorów w maszynach i urządzeniach przed skutkami nierównomiernego doładowywania poszczególnych ogniw oraz zabezpieczyć je przed przeładowaniem. System nadzorujący pracę baterii akumulatorów BMS jest konieczny przede wszystkim w maszynach górniczych zasilanych z baterii nowej generacji, a w szczególności z baterii litowych różnego typu, z uwagi na ich wrażliwość na warunki pracy oraz brak odpowiednich urządzeń kontrolnych na rynku. Efektywna diagnostyka zestawów ogniw akumulatorów jest wymagana po to, aby ogniwa te mogły funkcjonować jako niezawodne i stabilne źródła energii elektrycznej, charakteryzując się przy tym jak najdłużej dużą sprawnością energetyczną oraz wysokim poziomem bezpieczeństwa. Diagnostykę tego typu zwykle realizuje się, wykorzystując specjalizowane układy elektroniczne, określane skrótem BMS (Battery Management System), które wykonywane są dla określonego rozwiązania baterii w szczególności dotyczy to liczby, rodzaju i sposobu łączenia ogniw. Do wykonania takiego systemu dostępne są wszystkie komponenty. Ich częścią są przykładowo obwody do pomiaru napięcia, prądu oraz temperatury ogniw i temperatury otoczenia w czasie ładowania oraz rozładowywania akumulatora. Zastosowanie systemu BMS zapobiega uszkodzeniu akumulatora na przykład w wyniku jego przeładowania, niedoładowania albo przegrzania. Oprócz tego system BMS może pełnić funkcję miernika poziomu naładowania baterii, sprawdzać zgodność jej charakterystyki z wymaganiami odbiornika, optymalizować przebieg procesu ładowania ogniw oraz równoważyć je w celu zwiększenia ich wydajności.

2 Nr 5(519) WRZESIEŃ-PAŹDZIERNIK KLASYFIKACJA UKŁADÓW BMS Pomijając podział ze względu na pełnioną funkcję, układy diagnostyki baterii można klasyfikować również na podstawie miejsca ich montażu, a mianowicie na: BMS instalowane w urządzeniu, które będzie zasilane z baterii (system side) oraz BMS montowane w module akumulatora (battery side). Układy BMS instalowane w urządzeniu powinny mieć możliwość adaptacji do każdej baterii, jaka zostanie zamontowana w danym odbiorniku. Natomiast BMS instalowane w pakiecie są automatycznie dopasowane do danego typu baterii, wraz z którą mogą być przenoszone między różnymi urządzeniami. BMS typu system side (instalowany w urządzeniu) jest bardziej użyteczny w aplikacjach, w których bateria jest na stałe zamontowana w urządzeniu jak na przykład w laptopach, palmtopach oraz telefonach komórkowych. Układy BMS typu battery side (montowane w module akumulatora) lepiej natomiast sprawdzają się w przypadku, gdy bateria jest wyjmowana z urządzenia w celu jej naładowania lub jest przenoszona między różnymi odbiornikami. Na rynku dostępne są układy BMS przeznaczone dla baterii jednoogniwowych oraz wieloogniwowych w różnych konfiguracjach. Duży wybór istnieje zwłaszcza w zakresie rozwiązań dla akumulatorów jednoogniwowych. Są one często używane w przenośnych urządzeniach elektroniki użytkowej, ponieważ w połączeniu z przetwornicą pozwalają uzyskać wartości napięć wymagane do zasilenia nawet złożonych obwodów w tych urządzeniach. Mniejszy wybór jest natomiast w zakresie układów BMS przeznaczonych dla pakietów składających się z większej liczby ogniw. Pakiety baterii tego typu są powszechnie używane w samochodach elektrycznych i hybrydowych oraz w innych urządzeniach wyposażonych w silniki dużej mocy wymagające zasilania napięciem rzędu setek woltów. W ich przypadku najczęściej, zamiast powszechnie dostępnych układów, używa się specjalistycznych, mikrokomputerowych systemów zarządzania bateriami. Są one projektowane i konstruowane pod kątem określonych wymagań, w tym realizacji zaawansowanych funkcji ochronnych i kontrolnych [1] Różnorodność konstrukcji systemów BMS Układy BMS można znaleźć w ofercie większości czołowych producentów elektroniki, m.in. firm Atmel, Intersil, Maxim, Linear Technology, Microchip oraz Texas Instruments, poszczególne firmy proponują jednak w swoich produktach różne rozwiązania konstrukcyjne. Przykładem może być sposób rozwiązania komunikacji między BMS a kontrolerem w zasilanym urządzeniu lub w ładowarce. W większości przypadków wykorzystywane są magistrale typu SMBus, I²C czy CAN. Niektórzy producenci implementują też opatentowane przez siebie interfejsy, czego przykładem może być z kolei rozwiązanie firmy Maxi, która korzysta w swoich produktach z interfejsu 1-Wire. Innym przykładem jest łączenie ogniw w zestawy (baterie) wieloogniwowe, których celem jest poprawa wydajności baterii, zwiększenie całkowitej pojemności zestawu oraz jego żywotności. Jest to działanie konieczne, ponieważ poszczególne ogniwa, nawet dostarczane przez tego samego producenta, mogą różnić się między sobą pod względem poziomu maksymalnego rozładowania, pojemności, impedancji oraz charakterystyki temperaturowej. Skutkuje to różnym poziomem ich naładowania, co z kolei wpływa na wartość całkowitej pojemności baterii na przykład część ogniw w niezrównoważonej baterii może się rozładowywać lub ładować szybciej niż pozostałe. Dlatego równoważenie zestawu ogniw jest zalecane już w przypadku baterii z co najmniej trzema ogniwami, zaś w przypadku większej ich liczby staje się koniecznością [1] Pasywne równoważenie ogniw Równoważenie pakietu ogniw polega na zrównaniu poziomu naładowania wszystkich ogniw w pakiecie, co realizuje się za pośrednictwem specjalnie w tym celu zaprojektowanego obwodu. W tym zakresie wyróżnia się dwa rozwiązania: konfigurację ze zrównoważeniem pasywnym oraz aktywnym. Ideę pierwszego rozwiązania przedstawia rys. 1. W tym przypadku wartości napięć poszczególnych ogniw są monitorowane w mikrokontrolerze za pośrednictwem przetwornika A/C, na którego wejście kolejno, poprzez multiplekser, załączane są poszczególne ogniwa. Jeżeli wartość napięcia któregoś z nich znacząco przekroczy napięcie pozostałych, odpowiedni klucz S zostaje zamknięty. Skutkuje to rozładowaniem ogniwa przez najważniejszy element obwodu równoważenia pasywnego rezystor połączony równolegle z każdym ogniwem. Trwa to aż do momentu, gdy napięcie ogniwa przeładowanego zrówna się z wartością napięcia ogniw pozostałych. Wówczas ładowanie pakietu jest kontynuowane. Równocześnie stale kontrolowane są wartości napięć wszystkich pozostałych ogniw.

3 20 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Rys. 1. Obwód pasywnego balansowania ogniw [1] Pasywne równoważenie ogniw ma jednak szereg wad. Jedną z nich jest mała sprawność wynikająca z faktu, że w metodzie tej nadwyżka energii zgromadzona w niezrównoważonych ogniwach tracona jest w rezystorze na ciepło. Oprócz tego całkowita pojemność zestawu baterii (pakietu) jest ograniczona koniecznością dostosowania poziomu naładowania pozostałych ogniw do pojemności najsłabszego z nich. Zrównoważenie pasywne można zwykle przeprowadzać wyłącznie w czasie trwania procesu ładowania ogniw. Nie można jednak w ten sposób zapobiec niezrównoważeniu ogniw, które pojawia się w trakcie użytkowania baterii. Jest ono zwykle następstwem przede wszystkim zjawiska samorozładowywania się ogniw [1] Aktywne równoważenie ogniw Alternatywą dla metody pasywnej jest aktywne równoważenie ogniw. Polega ono na przeniesieniu nadmiarowego ładunku z przeładowanego ogniwa do ogniwa lub kilku ogniw, które są niedoładowane. Zwykle w obwodach tego typu wykorzystywane są klucze tranzystorowe, podobnie jak w metodzie pasywnej, z tym że zamiast rezystorów równolegle z każdym ogniwem połączona jest cewka indukcyjna stanowiąca wtórną stronę transformatora, tak jak to pokazano na rys. 2. Obniżanie wartości napięcia nadmiernie naładowanego ogniwa polega w tym przypadku na jego chwilowym połączeniu z odpowiadającym mu uzwojeniem wtórnym układu zrównoważenia, co skutkuje indukowaniem się napięcia w uzwojeniu pierwotnym. Klucz tego ogniwa jest wówczas otwierany, natomiast klucz innego, niedoładowanego ogniwa (lub kilku ogniw) zamykany. Dzięki temu energia ze strony pierwotnej transformatora jest przekazywana do uzwojenia wtórnego i w efekcie do ogniwa. Metoda ta pozwala na przekazywanie energii pomiędzy ogniwami w czasie ich ładowania, rozładowywania lub gdy nie są one wykorzystywane ze sprawnością sięgającą w przybliżeniu około 85% (rys. 3).

4 Nr 5(519) WRZESIEŃ-PAŹDZIERNIK Rys. 2. Obwód aktywnego zrównoważenia ogniw [1] Rys. 3. Mechanizm równoważenia ogniw w obwodzie aktywnym [1]

5 22 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA 2.4. Wskaźniki naładowania baterii Do grupy układów BMS zaliczane są też komponenty do kontroli on-line poziomu naładowania baterii oraz przewidywania czasu ich pełnego rozładowania. Zwykle są one, w połączeniu z układem zabezpieczającym ogniwa przed uszkodzeniem, częścią pakietu baterii. W takim wypadku tego typu układy przesyłają dane pomiarowe do głównego mikrokontrolera urządzenia, który na tej podstawie zarządza wykorzystaniem zasobów systemowych oraz steruje pracą urządzeń peryferyjnych tak, aby maksymalnie wydłużyć czas pracy na zasilaniu bateryjnym. Efektywność wskaźnika naładowania baterii zależy od jego dokładności, na którą wpływają dwa główne czynniki: precyzja pomiarów niezbędnych parametrów analogowych oraz dokładność modelu charakterystyki baterii. Do tych pierwszych zalicza się pomiar przebiegu prądu ładowania i rozładowywania pakietu, jego napięcia oraz temperatury. W przypadku prostych wskaźników wykorzystujących pomiar ładunku, czyli takich, które w wyznaczaniu poziomu naładowania bazują przede wszystkim na całkowaniu prądu, rozdzielczość i dokładność przetwornika analogowo-cyfrowego ma kluczowe znaczenie. W układach tego typu parametry te powinny być jak najlepsze w jak najszerszym zakresie, ponieważ pomiary powinny dostarczać pełnej informacji w różnych trybach pracy systemu [1] Charakterystyka baterii Na dokładność pomiaru poziomu naładowania wpływa też zastosowany model charakterystyki eksploatacyjnej baterii. Istotnym parametrem jest tutaj zwłaszcza wartość impedancji ogniw. Rośnie ona wraz z upływem czasu w wyniku starzenia się ogniw, co jest zjawiskiem często ignorowanym. Tymczasem na przykład w przypadku baterii litowo-jonowych po około 100 cyklach rozładowania wartość impedancji ogniwa może się nawet podwoić. Co więcej, wartość impedancji może być różna znacząco dla poszczególnych ogniw oraz zmieniać się w zależności od warunków ich użytkowania, głównie od temperatury. W związku z tym, aby zapewnić odpowiednią dokładność oceny podczas wyznaczania wartości czasu pozostałego do rozładowania się baterii, należałoby korzystać z zależności wartości impedancji w funkcji innych parametrów. Jest to niestety w praktyce trudne do realizacji [1]. 3. GŁÓWNE FUNKCJE SYSTEMU NADZORUJĄCEGO BMS System nadzorujący BMS jest podstawowym układem kontroli pracy akumulatorów składających się z większej liczby ogniw. Dzięki pomiarom i kontroli głównych parametrów akumulatorów monitoruje on ich stan, zapewniając tym samym bezpieczeństwo pracy całego układu akumulatorów. Działanie systemu polega na ciągłym (on-line) pomiarze wartości napięcia każdego z zastosowanych ogniw i doładowywania najsłabszego z nich. System nadzorujący BMS, w którego skład wchodzi elektroniczny system zarządzania, ma do spełnienia następujące zadania: ochrona akumulatora przed uszkodzeniem, przedłużenie żywotności akumulatora, utrzymanie pożądanego stanu naładowania baterii, współdziałanie z oprogramowaniem zewnętrznym. Zakłada się, że opracowany system nadzorujący BMS zostanie umieszczony w komorze ognioszczelnej maszyn i urządzeń elektrycznych wyposażonych w baterię akumulatorów. Zasilany będzie z zasilacza wchodzącego w skład aparatury elektrycznej umieszczonej wewnątrz obudowy ognioszczelnej. Nowo opracowany system nadzorujący BMS składał się będzie z (rys. 4): wyświetlacza LCD, ładowarki, zasilacza wewnętrznego, przetwornika prądowo-napięciowego firmy LEM, układu pomiarowego, przekaźników ogniw, przekaźników sygnałowych, mikrokontrolera sterującego, mikrokontrolera nadzorującego, układu czasu rzeczywistego RTC. Działanie systemu nadzorującego BMS ma na celu ciągłe kontrolowanie wartości napięcia poszczególnych ogniw podczas uruchamiania i pracy maszyny lub urządzenia oraz doładowywanie najsłabszego ogniwa w celu wyrównania poziomów naładowania we wszystkich ogniwach baterii akumulatorowej. Jest to tzw. zrównoważenie aktywne ogniw.

6 Nr 5(519) WRZESIEŃ-PAŹDZIERNIK Potrzeba zrównoważenia ogniw wynika z konieczności niwelacji różnic pomiędzy pojedynczymi ogniwami (pod względem poziomu rozładowania, pojemności i impedancji) mogących skutkować różnym poziomem naładowania. Jeśli wszystkie ogniwa mają tę samą pojemność, są one zrównoważone w tym samym stanie naładowania. W pewnych jednak sytuacjach wartość napięcia w stanie nieobciążonym może być dobrym wskaźnikiem stanu naładowania. Rys. 4. Schemat blokowy systemu nadzorującego baterię akumulatorów (BMS) [2] Akumulatory są zrównoważone wówczas, gdy wszystkie ogniwa mają taką samą wartość napięcia na ich zaciskach. Jeśli jednak jedno (lub więcej z nich) jest niezrównoważone, wówczas także i cały akumulator jest niezrównoważony i ma niższą pojemność. Dzieje się tak dlatego, iż pojemność najsłabszego ogniwa determinuje całkowitą pojemność akumulatora. Podczas ładowania niezrównoważonego akumulatora jedno lub więcej ogniw może osiągnąć maksymalny poziom naładowania w stosunku do innych. W trakcie rozładowania ogniwa te szybciej się rozładują niż pozostałe, ograniczając tym samym dostępną wartość energii. Zrównoważenie ogniw poprawia wydajność akumulatorów, wydłużając tym samym ich żywotność. Podstawowym celem systemu nadzorującego jest zabezpieczenie całego układu akumulatora przed przeładowaniem najlepszego ogniwa wchodzącego w jego skład. Ma to szczególne znaczenie zwłaszcza w przypadkach stosowania ogniw z grupy litowych Funkcja pomiarowa Wartość napięcia zmierzona przez przetwornik analogowo-cyfrowy mikrokontrolera jest następnie przetwarzana (względem mierzonego czasu) przez odpowiedni program. Wynikiem zastosowania odpowiedniego programu jest informacja, przesyłana następnie magistralą komunikacyjną (przeznaczoną do szeregowej transmisji danych) do modułu wyświetlacza. W zależności od wariantu modułu wyświetlacza informacja ta będzie wyświetlana w formie cyfrowego zapisu wartości napięcia i czasu, jaki został użytkownikowi akumulatorów do całkowitego ich rozładowania, lub jako świetlna informacja o pojemności akumulatora, za pomocą diod LED (opcja dodatkowa).

7 24 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA 3.2. Funkcja doładowania najsłabszego ogniwa Wartość napięcia poszczególnych ogniw jest monitorowana przy pomocy mikrokontrolera za pośrednictwem przetwornika analogowo-cyfrowego, na którego wejście (kolejno przez przekaźniki) są one załączane. Jeżeli napięcie któregoś z nich będzie niższe od wartości pozostałych ogniw lub będzie niższe od napięcia znamionowego, to do tego słabiej naładowanego ogniwa zostanie podłączona ładowarka. Skutkuje to doładowaniem najsłabszego ogniwa i trwa to do momentu, w którym napięcie ogniwa ładowanego zrówna się z wartością napięć pozostałych ogniw baterii akumulatorowej. Wówczas ładowanie ogniwa zostaje przerywane. Równocześnie stale kontrolowane są wartości napięć wszystkich ogniw. Takie działanie systemu nadzorującego BMS jest uzasadnione, ponieważ poszczególne ogniwa, nawet dostarczane przez tego samego producenta, mogą różnić się między sobą pod względem poziomu maksymalnego rozładowania, pojemności, impedancji oraz charakterystyki temperaturowej, które to parametry w czasie eksploatacji mogą wykazywać znaczące rozbieżności Funkcja zabezpieczająca W chwili przekroczenia dopuszczalnych wartości napięć (na ogniwach) system nadzorujący BMS może wysłać ostrzeżenie do urządzenia zasilanego z danej baterii lub od razu wyłączyć całą baterię. Zapobiega się w ten sposób uszkodzeniu akumulatora na przykład w wyniku jego przeładowania, niedoładowania albo przegrzania. Oprócz tego BMS może też pełnić funkcję miernika poziomu naładowania baterii, sprawdzać zgodność jej charakterystyki z wymaganiami odbiornika, optymalizować przebieg procesu ładowania wszystkich ogniw oraz zrównoważyć je w celu zwiększenia ich wydajności. Poziom naładowania baterii w urządzeniach górniczych musi być odpowiednio monitorowany online, a operator musi posiadać informacje o aktualnym poziomie naładowania. Dlatego system dodatkowo wyposażony zostanie w mikrokontroler nadzorujący, który kontroluje poprawność działania mikrokontrolera sterującego całym systemem nadzorującym BMS. W przypadku wykrycia jakiejkolwiek nieprawidłowości w pracy mikrokontrolera sterującego mikrokontroler nadzorujący odłączy baterię akumulatorów od maszyny lub urządzenia. W ten sposób zapobiegnie się awariom związanym z nieprawidłowym działaniem mikrokontrolera sterującego całym systemem BMS Funkcja pomiaru prądu ładowania Prąd ładowania na wszystkich ogniwach tworzących baterię akumulatorową mierzony będzie przez przetwornik prądowo-napięciowy firmy LEM. W ten sposób system BMS kontroluje prąd ładowania z zewnętrznego źródła i może reagować na jego zmiany, z funkcją wyłączenia ładowania włącznie. Skutkuje to ładowaniem ogniw ze źródła zewnętrznego i trwa to do momentu, gdy napięcie na pojedynczym ogniwie przekroczy maksymalną wartość. Wówczas ładowanie ogniwa zostaje przerwane. Równocześnie stała kontrola wartości prądu ładowania daje informację (do systemu BMS), czy zewnętrzne źródło zasilania jest podłączone i jaka jest wartość aktualnie płynącego prądu ładowania Komunikacja Aby zapewnić użytkownikowi lepszą kontrolę i odpowiedni poziom wiedzy, system nadzorujący BMS przekazuje informację do oprogramowania zainstalowanego na komputerze PC. Informacja ta dotyczy parametrów technicznych baterii akumulatorów, takich jak: pozostała pojemność (wskaźnik poziomu energii), napięcie, temperatura, pobór prądu, ewentualne ostrzeżenia i liczba cykli. 4. BADANIA SYMULACYJNE W celu przeprowadzenia odpowiednich badań symulacyjnych wykorzystany został program Labview. W programie tym zbudowano wirtualny panel sterowniczy symulatora, przy pomocy którego sterowany jest poziom naładowania akumulatorów. Na panelu sterowniczym symulatora zostały dodatkowo zamodelowane diody LED, sygnalizujące stan pracy systemu nadzorującego BMS (rys. 5). Do badania algorytmu systemu nadzorującego BMS wykorzystano kartę pomiarową NI6008, która umożliwia przeprowadzenie badań symulacyjnych pomiędzy układem elektronicznym realizującym funkcje opisane w algorytmie a wirtualnym symulatorem do badania algorytmu sytemu nadzorującego BMS, zrealizowanego przy pomocy programu Labview [2]. Badanie poprawności działania algorytmu sytemu nadzorującego BMS polegało na sprawdzeniu poprawności działania tego układu dla wybranych, dowolnie zadanych wartości napięć na zaciskach wirtualnych ogniw baterii akumulatorów (rys. 6).

8 Nr 5(519) WRZESIEŃ-PAŹDZIERNIK 2014 Rys. 5. Symulator systemu nadzorującego baterię akumulatorów BMS-1 [2] Rys. 6. Karta pomiarowa NI6008 podłączona do układu elektronicznego systemu nadzorującego baterię akumulatorów BMS [2] 25

9 26 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Badanie funkcji doładowania najsłabszego ogniwa polegało na wymuszaniu w symulatorze napięcia o wartości w zakresie od 1,9 do 3,7 V. W tym celu układ został podłączony do karty pomiarowej sterowanej komputerem PC. Dla napięcia o wartości 1,9 V sprawdzono działanie zabezpieczenia przed nadmiernym rozładowaniem ogniwa, natomiast dla napięcia 3,7 V sprawdzono działanie zabezpieczenia przed przeładowaniem ogniwa. Badania wykazały poprawne działanie układu (rys. 7). Badanie funkcji doładowania najsłabszego ogniwa polegało na wymuszaniu w symulatorze napięcia w zakresie wartości od 2,0 do 3,5 V. W tym celu układ został podłączony do karty pomiarowej sterowanej komputerem PC. Zwiększając wartość napięcia od 2,0 do 3,0 V, sprawdzono działanie ładowarki ogniw w systemie BMS. Napięcie na poszczególnych ogniwach było monitorowane przy pomocy mikrokontrolera za pośrednictwem przetwornika A/C, na którego wejście kolejno (przez przekaźniki) załączane były poszczególne ogniwa. Jeżeli wartość napięcia któregokolwiek z nich była znacząco niższa od pozostałych ogniw lub była niższa od napięcia znamionowego, to ładowarka zostawała podłączana do tego najsłabiej naładowanego ogniwa. Badania wykazały poprawne działanie układu. Rys. 7. Stanowisko badawcze z kartą pomiarową NI6008 (podłączoną do układu elektronicznego) oraz komputerem z programem symulatora systemu nadzorującego baterię akumulatorów BMS-1 [2] Badanie działania algorytmu programu sterującego miało na celu określenie efektywności monitorowania wartości napięcia na poszczególnych ogniwach przy pomocy przetwornika A/C. W celu sprawdzenia poprawności działania tego układu w czasie jego działania był wyłączany panel sterowniczy symulatora, co powodowało brak napięcia na wszystkich wejściach monitorowanych przez program sterujący. Wynikiem było zadziałanie przekaźnika odpowiedzialnego za wyłączenie baterii ogniw oraz załączenie diody LED sygnalizującej awarię. Badania wykazały poprawne działanie układu.

10 Nr 5(519) WRZESIEŃ-PAŹDZIERNIK Badanie działania algorytmu programu nadzorującego, którego zadaniem jest sprawdzanie poprawności działania mikrokontrolera z programem nadzorującym, polegało na wprowadzaniu zakłóceń w działaniu mikrokontrolera z programem sterującym. W tym celu podczas pracy zostały wykonane dwa testy. Pierwszy polegał na wyłączeniu panelu sterowniczego symulatora, co powodowało zadziałanie przekaźnika odpowiedzialnego za wyłączenie baterii ogniw oraz załączenie diody LED sygnalizującej awarię, natomiast drugi na zakłóceniu sygnału kontrolnego pomiędzy mikrokontrolerem z programem sterującym a mikrokontrolerem z programem nadzorującym. Ścieżka z sygnałem kontrolnym została zwarta do masy. Taka ingerencja powodowała zadziałanie przekaźnika odpowiedzialnego za wyłączenie baterii ogniw oraz załączenie diody LED sygnalizującej awarię. Podczas obu testów działanie układu było poprawne. 5. PODSUMOWANIE Zaproponowane rozwiązanie systemu nadzorującego pracę baterii akumulatorów (BMS) ma za zadanie ciągłe doładowywanie najsłabszego ogniwa zastosowanego w baterii. W porównaniu więc do dotychczasowych, znanych rozwiązań, które rozładowują ogniwa o największej pojemności, jest niewątpliwie rozwiązaniem nowatorskim. Wyrównywanie pojemności ogniw w baterii eliminuje możliwość przeładowania ogniwa o największej pojemności oraz przedłuża ich żywotność. Przedstawione rozwiązanie urządzenia do nadzorowania pracy baterii akumulatorów (BMS) wydaje się być przydatne szczególnie w systemach bateryjnych, w których ogniwa są bardzo wrażliwe na przeładowanie (np. ogniwa z grupy litowych). Dzięki takiemu urządzeniu możliwym stanie się zabezpieczenie baterii akumulatorów przed skutkami nierównomiernego doładowywania poszczególnych jego ogniw, jak również przed przeładowaniem. Należy podkreślić, że prace zmierzające do opracowania ostatecznej wersji rozwiązania systemu będą realizowane w kolejnych etapach w Instytucie Techniki Górniczej KOMAG, a o ich ważności może świadczyć fakt rosnącego zainteresowania tym tematem pracowników kopalń wykorzystujących urządzenia elektryczne oraz maszyny górnicze wyposażone w baterie akumulatorowe. Literatura 1. Jaworowska M.: Specjalizowane układy elektroniczne do diagnostyki pakietów ogniw. Elektronik, 2012, nr Sprawozdanie z pracy nr E/BDE pt.: System nadzorujący baterie akumulatorów BMS ITG KOMAG, Gliwice 2013, materiały niepublikowane. Artykuł został zrecenzowany przez dwóch niezależnych recenzentów.