nadzoruj cy prac baterii akumulatorów BMS w celu zwi kszenia bezpiecze stwa ich funkcjonowania i ywotno ci stosowanych ogniw

Transkrypt

1 mgr in. WOJCIECH KURPIEL mgr in. BARTOSZ POLNIK Instytut Techniki Górniczej KOMAG prof. dr hab. in. BOGDAN MIEDZI SKI Instytut Technik Innowacyjnych EMAG System nadzoruj cy prac baterii akumulatorów (BMS) w celu zwi kszenia bezpiecze stwa ich funkcjonowania i ywotno ci stosowanych ogniw W artykule przedstawiono koncepcj rozwi zania systemu nadzoruj cego prac baterii akumulatorów (BMS), maj c na celu zwi kszenie bezpiecze stwa ich dzia ania oraz ywotno ci zastosowanych ogniw. Okre lono podstawowe funkcje systemu i sposób ich realizacji. Sformu owano odpowiednie wnioski praktyczne. 1. WST P Obecnie w kopalniach pracuje wiele maszyn i urz dze zasilanych z baterii akumulatorów. W urz dzeniach tych jednak nie ma adnych zabezpiecze przed nierównomiernym do adowywaniem poszczególnych ogniw w czasie hamowania odzyskowego oraz podczas adowania baterii. Nie ma ponadto prowadzonej w sposób ci g y kontroli warto ci napi cia na poszczególnych ogniwach, jak równie brak jest zabezpiecze przed prze adowaniem poszczególnych ogniw zastosowanych w baterii. Opracowane zatem i przeznaczone do zaimplementowania urz dzenie s u ce do nadzorowania stanu pracy baterii akumulatorów BMS (Battery Management System) jest szczególnie przydatne w systemach bateryjnych, w których ogniwa s bardzo wra liwe na prze adowanie, np. ogniwa z grupy litowych. Dzi ki takiemu urz dzeniu b dzie mo na uchroni baterie akumulatorów w maszynach i urz dzeniach przed skutkami nierównomiernego do adowywania poszczególnych ogniw oraz zabezpieczy je przed prze adowaniem. System nadzoruj cy prac baterii akumulatorów BMS jest konieczny przede wszystkim w maszynach górniczych zasilanych z baterii nowej generacji, a w szczególno ci z baterii litowych ró nego typu, z uwagi na ich wra liwo na warunki pracy oraz brak odpowiednich urz dze kontrolnych na rynku. Efektywna diagnostyka zestawów ogniw akumulatorów jest wymagana po to, aby ogniwa te mog y funkcjonowa jako niezawodne i stabilne ród a energii elektrycznej, charakteryzuj c si przy tym jak najd u ej du sprawno ci energetyczn oraz wysokim poziomem bezpiecze stwa. Diagnostyk tego typu zwykle realizuje si, wykorzystuj c specjalizowane uk ady elektroniczne, okre lane skrótem BMS (Battery Management System), które wykonywane s dla okre lonego rozwi zania baterii w szczególno ci dotyczy to liczby, rodzaju i sposobu czenia ogniw. Do wykonania takiego systemu dost pne s wszystkie komponenty. Ich cz ci s przyk adowo obwody do pomiaru napi cia, pr du oraz temperatury ogniw i temperatury otoczenia w czasie adowania oraz roz adowywania akumulatora. Zastosowanie systemu BMS zapobiega uszkodzeniu akumulatora na przyk ad w wyniku jego prze adowania, niedo adowania albo przegrzania. Oprócz tego system BMS mo e pe ni funkcj miernika poziomu na adowania baterii, sprawdza zgodno jej charakterystyki z wymaganiami odbiornika, optymalizowa przebieg procesu adowania ogniw oraz równowa y je w celu zwi kszenia ich wydajno ci.

2 Nr 5(519) WRZESIE -PA DZIERNIK KLASYFIKACJA UK ADÓW BMS Pomijaj c podzia ze wzgl du na pe nion funkcj, uk ady diagnostyki baterii mo na klasyfikowa równie na podstawie miejsca ich monta u, a mianowicie na: BMS instalowane w urz dzeniu, które b dzie zasilane z baterii (system side) oraz BMS montowane w module akumulatora (battery side). Uk ady BMS instalowane w urz dzeniu powinny mie mo liwo adaptacji do ka dej baterii, jaka zostanie zamontowana w danym odbiorniku. Natomiast BMS instalowane w pakiecie s automatycznie dopasowane do danego typu baterii, wraz z któr mog by przenoszone mi dzy ró nymi urz dzeniami. BMS typu system side (instalowany w urz dzeniu) jest bardziej u yteczny w aplikacjach, w których bateria jest na sta e zamontowana w urz dzeniu jak na przyk ad w laptopach, palmtopach oraz telefonach komórkowych. Uk ady BMS typu battery side (montowane w module akumulatora) lepiej natomiast sprawdzaj si w przypadku, gdy bateria jest wyjmowana z urz dzenia w celu jej na adowania lub jest przenoszona mi dzy ró nymi odbiornikami. Na rynku dost pne s uk ady BMS przeznaczone dla baterii jednoogniwowych oraz wieloogniwowych w ró nych konfiguracjach. Du y wybór istnieje zw aszcza w zakresie rozwi za dla akumulatorów jednoogniwowych. S one cz sto u ywane w przeno- nych urz dzeniach elektroniki u ytkowej, poniewa w po czeniu z przetwornic pozwalaj uzyska warto ci napi wymagane do zasilenia nawet z o onych obwodów w tych urz dzeniach. Mniejszy wybór jest natomiast w zakresie uk adów BMS przeznaczonych dla pakietów sk adaj cych si z wi kszej liczby ogniw. Pakiety baterii tego typu s powszechnie u ywane w samochodach elektrycznych i hybrydowych oraz w innych urz dzeniach wyposa- onych w silniki du ej mocy wymagaj ce zasilania napi ciem rz du setek woltów. W ich przypadku najcz ciej, zamiast powszechnie dost pnych uk adów, u ywa si specjalistycznych, mikrokomputerowych systemów zarz dzania bateriami. S one projektowane i konstruowane pod k tem okre lonych wymaga, w tym realizacji zaawansowanych funkcji ochronnych i kontrolnych [1] Ró norodno konstrukcji systemów BMS Uk ady BMS mo na znale w ofercie wi kszo ci czo owych producentów elektroniki, m.in. firm Atmel, Intersil, Maxim, Linear Technology, Microchip oraz Texas Instruments, poszczególne firmy proponuj jednak w swoich produktach ró ne rozwi zania konstrukcyjne. Przyk adem mo e by sposób rozwi zania komunikacji mi dzy BMS a kontrolerem w zasilanym urz dzeniu lub w adowarce. W wi kszo ci przypadków wykorzystywane s magistrale typu SMBus, I²C czy CAN. Niektórzy producenci implementuj te opatentowane przez siebie interfejsy, czego przyk adem mo e by z kolei rozwi zanie firmy Maxi, która korzysta w swoich produktach z interfejsu 1-Wire. Innym przyk adem jest czenie ogniw w zestawy (baterie) wieloogniwowe, których celem jest poprawa wydajno ci baterii, zwi kszenie ca kowitej pojemno ci zestawu oraz jego ywotno ci. Jest to dzia anie konieczne, poniewa poszczególne ogniwa, nawet dostarczane przez tego samego producenta, mog ró ni si mi dzy sob pod wzgl dem poziomu maksymalnego roz adowania, pojemno ci, impedancji oraz charakterystyki temperaturowej. Skutkuje to ró nym poziomem ich na adowania, co z kolei wp ywa na warto ca kowitej pojemno ci baterii na przyk ad cz ogniw w niezrównowa onej baterii mo e si roz adowywa lub adowa szybciej ni pozosta e. Dlatego równowa enie zestawu ogniw jest zalecane ju w przypadku baterii z co najmniej trzema ogniwami, za w przypadku wi kszej ich liczby staje si konieczno ci [1] Pasywne równowa enie ogniw Równowa enie pakietu ogniw polega na zrównaniu poziomu na adowania wszystkich ogniw w pakiecie, co realizuje si za po rednictwem specjalnie w tym celu zaprojektowanego obwodu. W tym zakresie wyró nia si dwa rozwi zania: konfiguracj ze zrównowa eniem pasywnym oraz aktywnym. Ide pierwszego rozwi zania przedstawia rys. 1. W tym przypadku warto ci napi poszczególnych ogniw s monitorowane w mikrokontrolerze za po rednictwem przetwornika A/C, na którego wej- cie kolejno, poprzez multiplekser, za czane s poszczególne ogniwa. Je eli warto napi cia którego z nich znacz co przekroczy napi cie pozosta- ych, odpowiedni klucz S zostaje zamkni ty. Skutkuje to roz adowaniem ogniwa przez najwa niejszy element obwodu równowa enia pasywnego rezystor po czony równolegle z ka dym ogniwem. Trwa to a do momentu, gdy napi cie ogniwa prze- adowanego zrówna si z warto ci napi cia ogniw pozosta ych. Wówczas adowanie pakietu jest kontynuowane. Równocze nie stale kontrolowane s warto ci napi wszystkich pozosta ych ogniw.

3 20 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Rys. 1. Obwód pasywnego balansowania ogniw [1] Pasywne równowa enie ogniw ma jednak szereg wad. Jedn z nich jest ma a sprawno wynikaj ca z faktu, e w metodzie tej nadwy ka energii zgromadzona w niezrównowa onych ogniwach tracona jest w rezystorze na ciep o. Oprócz tego ca kowita pojemno zestawu baterii (pakietu) jest ograniczona konieczno ci dostosowania poziomu na adowania pozosta ych ogniw do pojemno ci najs abszego z nich. Zrównowa enie pasywne mo na zwykle przeprowadza wy cznie w czasie trwania procesu adowania ogniw. Nie mo na jednak w ten sposób zapobiec niezrównowa eniu ogniw, które pojawia si w trakcie u ytkowania baterii. Jest ono zwykle nast pstwem przede wszystkim zjawiska samoroz- adowywania si ogniw [1] Aktywne równowa enie ogniw Alternatyw dla metody pasywnej jest aktywne równowa enie ogniw. Polega ono na przeniesieniu nadmiarowego adunku z prze adowanego ogniwa do ogniwa lub kilku ogniw, które s niedo adowane. Zwykle w obwodach tego typu wykorzystywane s klucze tranzystorowe, podobnie jak w metodzie pasywnej, z tym e zamiast rezystorów równolegle z ka dym ogniwem po czona jest cewka indukcyjna stanowi ca wtórn stron transformatora, tak jak to pokazano na rys. 2. Obni anie warto ci napi cia nadmiernie na adowanego ogniwa polega w tym przypadku na jego chwilowym po czeniu z odpowiadaj cym mu uzwojeniem wtórnym uk adu zrównowa enia, co skutkuje indukowaniem si napi cia w uzwojeniu pierwotnym. Klucz tego ogniwa jest wówczas otwierany, natomiast klucz innego, niedo adowanego ogniwa (lub kilku ogniw) zamykany. Dzi ki temu energia ze strony pierwotnej transformatora jest przekazywana do uzwojenia wtórnego i w efekcie do ogniwa. Metoda ta pozwala na przekazywanie energii pomi dzy ogniwami w czasie ich adowania, roz adowywania lub gdy nie s one wykorzystywane ze sprawno ci si gaj c w przybli eniu oko o 85% (rys. 3).

4 Nr 5(519) WRZESIE -PA DZIERNIK Rys. 2. Obwód aktywnego zrównowa enia ogniw [1] Rys. 3. Mechanizm równowa enia ogniw w obwodzie aktywnym [1]

5 22 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA 2.4. Wska niki na adowania baterii Do grupy uk adów BMS zaliczane s te komponenty do kontroli on-line poziomu na adowania baterii oraz przewidywania czasu ich pe nego roz- adowania. Zwykle s one, w po czeniu z uk adem zabezpieczaj cym ogniwa przed uszkodzeniem, cz ci pakietu baterii. W takim wypadku tego typu uk ady przesy aj dane pomiarowe do g ównego mikrokontrolera urz dzenia, który na tej podstawie zarz dza wykorzystaniem zasobów systemowych oraz steruje prac urz dze peryferyjnych tak, aby maksymalnie wyd u y czas pracy na zasilaniu bateryjnym. Efektywno wska nika na adowania baterii zale y od jego dok adno ci, na któr wp ywaj dwa g ówne czynniki: precyzja pomiarów niezb dnych parametrów analogowych oraz dok adno modelu charakterystyki baterii. Do tych pierwszych zalicza si pomiar przebiegu pr du adowania i roz adowywania pakietu, jego napi cia oraz temperatury. W przypadku prostych wska ników wykorzystuj cych pomiar adunku, czyli takich, które w wyznaczaniu poziomu na adowania bazuj przede wszystkim na ca kowaniu pr du, rozdzielczo i dok adno przetwornika analogowo-cyfrowego ma kluczowe znaczenie. W uk adach tego typu parametry te powinny by jak najlepsze w jak najszerszym zakresie, poniewa pomiary powinny dostarcza pe nej informacji w ró nych trybach pracy systemu [1] Charakterystyka baterii Na dok adno pomiaru poziomu na adowania wp ywa te zastosowany model charakterystyki eksploatacyjnej baterii. Istotnym parametrem jest tutaj zw aszcza warto impedancji ogniw. Ro nie ona wraz z up ywem czasu w wyniku starzenia si ogniw, co jest zjawiskiem cz sto ignorowanym. Tymczasem na przyk ad w przypadku baterii litowo-jonowych po oko o 100 cyklach roz adowania warto impedancji ogniwa mo e si nawet podwoi. Co wi cej, warto impedancji mo e by ró na znacz co dla poszczególnych ogniw oraz zmienia si w zale no ci od warunków ich u ytkowania, g ównie od temperatury. W zwi zku z tym, aby zapewni odpowiedni dok adno oceny podczas wyznaczania warto ci czasu pozosta ego do roz adowania si baterii, nale a oby korzysta z zale no ci warto ci impedancji w funkcji innych parametrów. Jest to niestety w praktyce trudne do realizacji [1]. 3. G ÓWNE FUNKCJE SYSTEMU NADZORUJ CEGO BMS System nadzoruj cy BMS jest podstawowym uk adem kontroli pracy akumulatorów sk adaj cych si z wi kszej liczby ogniw. Dzi ki pomiarom i kontroli g ównych parametrów akumulatorów monitoruje on ich stan, zapewniaj c tym samym bezpiecze stwo pracy ca ego uk adu akumulatorów. Dzia anie systemu polega na ci g ym (on-line) pomiarze warto ci napi cia ka dego z zastosowanych ogniw i do adowywania najs abszego z nich. System nadzoruj cy BMS, w którego sk ad wchodzi elektroniczny system zarz dzania, ma do spe nienia nast puj ce zadania: ochrona akumulatora przed uszkodzeniem, przed u enie ywotno ci akumulatora, utrzymanie po danego stanu na adowania baterii, wspó dzia anie z oprogramowaniem zewn trznym. Zak ada si, e opracowany system nadzoruj cy BMS zostanie umieszczony w komorze ognioszczelnej maszyn i urz dze elektrycznych wyposa- onych w bateri akumulatorów. Zasilany b dzie z zasilacza wchodz cego w sk ad aparatury elektrycznej umieszczonej wewn trz obudowy ognioszczelnej. Nowo opracowany system nadzoruj cy BMS sk ada si b dzie z (rys. 4): wy wietlacza LCD, adowarki, zasilacza wewn trznego, przetwornika pr dowo-napi ciowego firmy LEM, uk adu pomiarowego, przeka ników ogniw, przeka ników sygna owych, mikrokontrolera steruj cego, mikrokontrolera nadzoruj cego, uk adu czasu rzeczywistego RTC. Dzia anie systemu nadzoruj cego BMS ma na celu ci g e kontrolowanie warto ci napi cia poszczególnych ogniw podczas uruchamiania i pracy maszyny lub urz dzenia oraz do adowywanie najs abszego ogniwa w celu wyrównania poziomów na adowania we wszystkich ogniwach baterii akumulatorowej. Jest to tzw. zrównowa enie aktywne ogniw.

6 Nr 5(519) WRZESIE -PA DZIERNIK Potrzeba zrównowa enia ogniw wynika z konieczno ci niwelacji ró nic pomi dzy pojedynczymi ogniwami (pod wzgl dem poziomu roz adowania, pojemno ci i impedancji) mog cych skutkowa ró nym poziomem na adowania. Je li wszystkie ogniwa maj t sam pojemno, s one zrównowa one w tym samym stanie na adowania. W pewnych jednak sytuacjach warto napi cia w stanie nieobci onym mo e by dobrym wska nikiem stanu na adowania. Rys. 4. Schemat blokowy systemu nadzoruj cego bateri akumulatorów (BMS) [2] Akumulatory s zrównowa one wówczas, gdy wszystkie ogniwa maj tak sam warto napi cia na ich zaciskach. Je li jednak jedno (lub wi cej z nich) jest niezrównowa one, wówczas tak e i ca y akumulator jest niezrównowa ony i ma ni sz pojemno. Dzieje si tak dlatego, i pojemno najs abszego ogniwa determinuje ca kowit pojemno akumulatora. Podczas adowania niezrównowa onego akumulatora jedno lub wi cej ogniw mo e osi gn maksymalny poziom na adowania w stosunku do innych. W trakcie roz adowania ogniwa te szybciej si roz aduj ni pozosta e, ograniczaj c tym samym dost pn warto energii. Zrównowa enie ogniw poprawia wydajno akumulatorów, wyd u aj c tym samym ich ywotno. Podstawowym celem systemu nadzoruj cego jest zabezpieczenie ca ego uk adu akumulatora przed prze adowaniem najlepszego ogniwa wchodz cego w jego sk ad. Ma to szczególne znaczenie zw aszcza w przypadkach stosowania ogniw z grupy litowych Funkcja pomiarowa Warto napi cia zmierzona przez przetwornik analogowo-cyfrowy mikrokontrolera jest nast pnie przetwarzana (wzgl dem mierzonego czasu) przez odpowiedni program. Wynikiem zastosowania odpowiedniego programu jest informacja, przesy ana nast pnie magistral komunikacyjn (przeznaczon do szeregowej transmisji danych) do modu u wy- wietlacza. W zale no ci od wariantu modu u wy- wietlacza informacja ta b dzie wy wietlana w formie cyfrowego zapisu warto ci napi cia i czasu, jaki zosta u ytkownikowi akumulatorów do ca kowitego ich roz adowania, lub jako wietlna informacja o pojemno ci akumulatora, za pomoc diod LED (opcja dodatkowa).

7 24 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA 3.2. Funkcja do adowania najs abszego ogniwa Warto napi cia poszczególnych ogniw jest monitorowana przy pomocy mikrokontrolera za po- rednictwem przetwornika analogowo-cyfrowego, na którego wej cie (kolejno przez przeka niki) s one za czane. Je eli napi cie którego z nich b dzie ni sze od warto ci pozosta ych ogniw lub b dzie ni sze od napi cia znamionowego, to do tego s abiej na adowanego ogniwa zostanie pod czona adowarka. Skutkuje to do adowaniem najs abszego ogniwa i trwa to do momentu, w którym napi cie ogniwa adowanego zrówna si z warto ci napi pozosta ych ogniw baterii akumulatorowej. Wówczas adowanie ogniwa zostaje przerywane. Równocze nie stale kontrolowane s warto ci napi wszystkich ogniw. Takie dzia anie systemu nadzoruj cego BMS jest uzasadnione, poniewa poszczególne ogniwa, nawet dostarczane przez tego samego producenta, mog ró ni si mi dzy sob pod wzgl dem poziomu maksymalnego roz adowania, pojemno ci, impedancji oraz charakterystyki temperaturowej, które to parametry w czasie eksploatacji mog wykazywa znacz ce rozbie no ci Funkcja zabezpieczaj ca W chwili przekroczenia dopuszczalnych warto ci napi (na ogniwach) system nadzoruj cy BMS mo e wys a ostrze enie do urz dzenia zasilanego z danej baterii lub od razu wy czy ca bateri. Zapobiega si w ten sposób uszkodzeniu akumulatora na przyk ad w wyniku jego prze adowania, niedo- adowania albo przegrzania. Oprócz tego BMS mo- e te pe ni funkcj miernika poziomu na adowania baterii, sprawdza zgodno jej charakterystyki z wymaganiami odbiornika, optymalizowa przebieg procesu adowania wszystkich ogniw oraz zrównowa y je w celu zwi kszenia ich wydajno ci. Poziom na adowania baterii w urz dzeniach górniczych musi by odpowiednio monitorowany online, a operator musi posiada informacje o aktualnym poziomie na adowania. Dlatego system dodatkowo wyposa ony zostanie w mikrokontroler nadzoruj cy, który kontroluje poprawno dzia ania mikrokontrolera steruj cego ca ym systemem nadzoruj cym BMS. W przypadku wykrycia jakiejkolwiek nieprawid owo ci w pracy mikrokontrolera steruj cego mikrokontroler nadzoruj cy od czy bateri akumulatorów od maszyny lub urz dzenia. W ten sposób zapobiegnie si awariom zwi zanym z nieprawid owym dzia aniem mikrokontrolera steruj cego ca ym systemem BMS Funkcja pomiaru pr du adowania Pr d adowania na wszystkich ogniwach tworz cych bateri akumulatorow mierzony b dzie przez przetwornik pr dowo-napi ciowy firmy LEM. W ten sposób system BMS kontroluje pr d adowania z zewn trznego ród a i mo e reagowa na jego zmiany, z funkcj wy czenia adowania w cznie. Skutkuje to adowaniem ogniw ze ród a zewn trznego i trwa to do momentu, gdy napi cie na pojedynczym ogniwie przekroczy maksymaln warto. Wówczas adowanie ogniwa zostaje przerwane. Równocze nie sta a kontrola warto ci pr du adowania daje informacj (do systemu BMS), czy zewn trzne ród o zasilania jest pod czone i jaka jest warto aktualnie p yn cego pr du adowania Komunikacja Aby zapewni u ytkownikowi lepsz kontrol i odpowiedni poziom wiedzy, system nadzoruj cy BMS przekazuje informacj do oprogramowania zainstalowanego na komputerze PC. Informacja ta dotyczy parametrów technicznych baterii akumulatorów, takich jak: pozosta a pojemno (wska nik poziomu energii), napi cie, temperatura, pobór pr du, ewentualne ostrze enia i liczba cykli. 4. BADANIA SYMULACYJNE W celu przeprowadzenia odpowiednich bada symulacyjnych wykorzystany zosta program Labview. W programie tym zbudowano wirtualny panel sterowniczy symulatora, przy pomocy którego sterowany jest poziom na adowania akumulatorów. Na panelu sterowniczym symulatora zosta y dodatkowo zamodelowane diody LED, sygnalizuj ce stan pracy systemu nadzoruj cego BMS (rys. 5). Do badania algorytmu systemu nadzoruj cego BMS wykorzystano kart pomiarow NI6008, która umo liwia przeprowadzenie bada symulacyjnych pomi dzy uk adem elektronicznym realizuj cym funkcje opisane w algorytmie a wirtualnym symulatorem do badania algorytmu sytemu nadzoruj cego BMS, zrealizowanego przy pomocy programu Labview [2]. Badanie poprawno ci dzia ania algorytmu sytemu nadzoruj cego BMS polega o na sprawdzeniu poprawno ci dzia ania tego uk adu dla wybranych, dowolnie zadanych warto ci napi na zaciskach wirtualnych ogniw baterii akumulatorów (rys. 6).

8 Nr 5(519) WRZESIE -PA DZIERNIK Rys. 5. Symulator systemu nadzoruj cego bateri akumulatorów BMS-1 [2] Rys. 6. Karta pomiarowa NI6008 pod czona do uk adu elektronicznego systemu nadzoruj cego bateri akumulatorów BMS [2]

9 26 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Badanie funkcji do adowania najs abszego ogniwa polega o na wymuszaniu w symulatorze napi cia o warto ci w zakresie od 1,9 do 3,7 V. W tym celu uk ad zosta pod czony do karty pomiarowej sterowanej komputerem PC. Dla napi cia o warto ci 1,9 V sprawdzono dzia anie zabezpieczenia przed nadmiernym roz adowaniem ogniwa, natomiast dla napi cia 3,7 V sprawdzono dzia anie zabezpieczenia przed prze adowaniem ogniwa. Badania wykaza y poprawne dzia anie uk adu (rys. 7). Badanie funkcji do adowania najs abszego ogniwa polega o na wymuszaniu w symulatorze napi cia w zakresie warto ci od 2,0 do 3,5 V. W tym celu uk ad zosta pod czony do karty pomiarowej sterowanej komputerem PC. Zwi kszaj c warto napi cia od 2,0 do 3,0 V, sprawdzono dzia anie adowarki ogniw w systemie BMS. Napi cie na poszczególnych ogniwach by o monitorowane przy pomocy mikrokontrolera za po rednictwem przetwornika A/C, na którego wej cie kolejno (przez przeka niki) za czane by y poszczególne ogniwa. Je eli warto napi cia któregokolwiek z nich by a znacz co ni sza od pozosta ych ogniw lub by a ni sza od napi cia znamionowego, to adowarka zostawa a pod czana do tego najs abiej na adowanego ogniwa. Badania wykaza y poprawne dzia anie uk adu. Rys. 7. Stanowisko badawcze z kart pomiarow NI6008 (pod czon do uk adu elektronicznego) oraz komputerem z programem symulatora systemu nadzoruj cego bateri akumulatorów BMS-1 [2] Badanie dzia ania algorytmu programu steruj cego mia o na celu okre lenie efektywno ci monitorowania warto ci napi cia na poszczególnych ogniwach przy pomocy przetwornika A/C. W celu sprawdzenia poprawno ci dzia ania tego uk adu w czasie jego dzia ania by wy czany panel sterowniczy symulatora, co powodowa o brak napi cia na wszystkich wej ciach monitorowanych przez program steruj cy. Wynikiem by o zadzia anie przeka nika odpowiedzialnego za wy czenie baterii ogniw oraz za czenie diody LED sygnalizuj cej awari. Badania wykaza y poprawne dzia- anie uk adu.

10 Nr 5(519) WRZESIE -PA DZIERNIK Badanie dzia ania algorytmu programu nadzoruj cego, którego zadaniem jest sprawdzanie poprawno- ci dzia ania mikrokontrolera z programem nadzoruj cym, polega o na wprowadzaniu zak óce w dzia- aniu mikrokontrolera z programem steruj cym. W tym celu podczas pracy zosta y wykonane dwa testy. Pierwszy polega na wy czeniu panelu sterowniczego symulatora, co powodowa o zadzia anie przeka nika odpowiedzialnego za wy czenie baterii ogniw oraz za czenie diody LED sygnalizuj cej awari, natomiast drugi na zak óceniu sygna u kontrolnego pomi dzy mikrokontrolerem z programem steruj cym a mikrokontrolerem z programem nadzoruj cym. cie ka z sygna em kontrolnym zosta a zwarta do masy. Taka ingerencja powodowa a zadzia anie przeka nika odpowiedzialnego za wy czenie baterii ogniw oraz za czenie diody LED sygnalizuj cej awari. Podczas obu testów dzia anie uk adu by o poprawne. 5. PODSUMOWANIE Zaproponowane rozwi zanie systemu nadzoruj cego prac baterii akumulatorów (BMS) ma za zadanie ci g e do adowywanie najs abszego ogniwa zastosowanego w baterii. W porównaniu wi c do dotychczasowych, znanych rozwi za, które roz adowuj ogniwa o najwi kszej pojemno ci, jest niew tpliwie rozwi zaniem nowatorskim. Wyrównywanie pojemno ci ogniw w baterii eliminuje mo liwo prze adowania ogniwa o najwi kszej pojemno ci oraz przed u a ich ywotno. Przedstawione rozwi zanie urz dzenia do nadzorowania pracy baterii akumulatorów (BMS) wydaje si by przydatne szczególnie w systemach bateryjnych, w których ogniwa s bardzo wra liwe na prze adowanie (np. ogniwa z grupy litowych). Dzi ki takiemu urz dzeniu mo liwym stanie si zabezpieczenie baterii akumulatorów przed skutkami nierównomiernego do adowywania poszczególnych jego ogniw, jak równie przed prze adowaniem. Nale y podkre li, e prace zmierzaj ce do opracowania ostatecznej wersji rozwi zania systemu b d realizowane w kolejnych etapach w Instytucie Techniki Górniczej KOMAG, a o ich wa no ci mo- e wiadczy fakt rosn cego zainteresowania tym tematem pracowników kopal wykorzystuj cych urz dzenia elektryczne oraz maszyny górnicze wyposa one w baterie akumulatorowe. Literatura 1. Jaworowska M.: Specjalizowane uk ady elektroniczne do diagnostyki pakietów ogniw. Elektronik, 2012, nr Sprawozdanie z pracy nr E/BDE pt.: System nadzoruj cy baterie akumulatorów BMS ITG KOMAG, Gliwice 2013, materia y niepublikowane. Artyku zosta zrecenzowany przez dwóch niezale nych recenzentów.