inż. Paweł Godlewski, inż. Bogdan Chojnacki, mgr inż. Ryszard Kobus / Instytut Łączności, Warszawa (materiał zamieszczony w: Biblioteka Infotela. Szerokie Pasmo Rozwiazania technologiczne i usługi, s. 38, 2012) Funkcjonowanie i budowa urządzeń TBA160-IŁ Urządzenia, z opracowanej w Instytucie Łączności rodziny TBA-IŁ do kontrolnego wyładowywania i ładowania baterii akumulatorów, od lat stosują polscy operatorzy sieci telekomunikacyjnych. Najwydajniejsze, o nazwie TBA160-IŁ, opracowano w ramach projektu POIG (2009 2011) współfinansowanego przez Unię Europejską. W marcu 2012 r. urządzenie to przyniosło Instytutowi Łączności tytuł Lidera Rynku za najlepszy w Polsce produkt, z nominacją Europejskiego Konkursu Promocyjnego EURO LEADER 2012. WSTĘP Urządzenia elektroniczne, w tym telekomunikacyjne, niezbędne dziś do funkcjonowania gospodarki i społeczeństwa, do swojej pracy wymagają zasilania prądem elektrycznym. Zabezpieczając się przed awariami źródeł zasilania, użytkownicy terminali telekomunikacyjnych inwestują w zapasowe zestawy akumulatorów lub UPS-y, a operatorzy świadczący usługi telekomunikacyjne wyposażają obiekty w baterie akumulatorów (w Polsce jest ponad 10 tysięcy takich obiektów, a w nich powyżej 20 tysięcy baterii, z reguły o napięciu 48 V i pojemności od 100 Ah do ponad 3 000 Ah). Akumulatory stosowane zarówno przez indywidualnych użytkowników urządzeń elektronicznych jak i przez operatorów telekomunikacyjnych (rys. 1) muszą być konserwowane i niestety okresowo wymieniane. Użytkownik telefonu komórkowego lub notebooka może łatwo ocenić sprawność baterii jeśli urządzenie działa na niej zbyt krótko i kolejne ładowania nie pomagają, to bateria wymaga wymiany, a chwilowe wyłączenie urządzenia potrzebne dla dokonania tego zabiegu nie ma dla użytkownika istotnego znaczenia. Systemy telekomunikacyjne muszą działać nieprzerwanie, nie można więc kontrolować ich czasu pracy z akumulatorów odłączając po prostu sieć elektroenergetyczną, gdyż grozi to wyłączeniem systemu w razie rzeczywistej awarii sieci pod koniec takiej próby. Ponieważ za sprawne są uważane takie baterie, które przy 10-godzinnym prądzie wyładowania kontrolnego mają pojemność [Ah] powyżej 80% wartości znamionowej, pozostaje albo odpowiednio częsta profilaktyczna wymiana akumulatorów na nowe (bateria 48 V o pojemności 1 000 Ah kosztuje około 40 tys. zł), albo wymiana tylko niesprawnych, ale poprzedzona systematycznym ich badaniem poza układem pracy (gdy odłączona jest jedna bateria akumulatorów, to druga stanowi wystarczającą rezerwę energetyczną obiektu), przy czym taka kontrola ze względu na masę (do 450 kg) i gabaryty baterii powinna być prowadzona w obiekcie telekomunikacyjnym. Łatwą, wiarygodną, ekonomiczną i pro-ekologiczną (z minimalnymi stratami na ciepło) kontrolę stanu baterii w obiektach telekomunikacyjnych zapewnia urządzenie TBA160-IŁ, najnowsze z rodziny opracowanych w Instytucie Łączności urządzeń TBA-IŁ. CHARAKTERYSTYKA TBA160-IŁ Urządzenie TBA160-IŁ przeznaczone jest do kontrolnego wyładowywania i ładowania baterii kwasowo-ołowiowych, zwłaszcza VRLA, w obiektach telekomunikacyjnych (rys. 2). Podczas pracy w takich obiektach urządzenie jest zasilane napięciem stałym siłowni, a energię pobieraną z rozładowywanej baterii (B1) przekazuje do odbiorów siłowni (OS), odciążając czasowo jej zespoły prostownikowe (PS). Rys. 2. Układ pracy urządzenia TBA160-IŁ Oznaczenia: PS siłownia; OS odbiory siłowni; B1 kontrolowana bateria akumulatorów; B2 druga bateria; o1, o2 bezpieczniki /odłączniki baterii; Ct czujnik temperatury; E energia rozładowywanej baterii (5% w postaci ciepła, 95% do odbiorów energii OS w siłowni); GSM komunikacja za pomocą SMS-ów; PC komputer; LAN komunikacja poprzez internet/intranet; TP opcjonalna tablica pośrednicząca zainstalowana w obiekcie; Rys. 1. Urządzenie do konserwacji akumulatorów powszechnego użytku oraz w obiekcie telekomunikacyjnym Urządzenie TBA160-IŁ, którego podstawowe parametry podano w tabeli 1, umożliwia autonomiczną (bez udziału obsługi) realizację cyklu badaniowego trwającego do 48 godzin, obejmującego wyładowanie oraz naładowanie baterii akumulatorów w obiekcie telekomunikacyjnym. Zadaniem konserwatora jest podłączenie urządzenia do kontrolowanej baterii (odłączonej od siłowni i odbiorów), zaprogramowanie i zainicjowanie badań, a po ich zakończeniu przekazanie wyników (poprzez łącze LAN lub kartę pamięci SD) do komputera PC i przywrócenie uprzedniego układu pracy siłowni. Tabela 1. Podstawowe parametry urządzenia TBA160-IŁ Obsługiwane baterie 24/36/46/48/50 V, akumulatorów: 50 3200 Ah Wymagane napięcie siłowni 27/41/52/54 V±3 V Prąd wyładowywania programowany z i ładowania baterii: zakresu 2 160 A Kontrola napięć wszystkich dokładność 0,5%, ogniw lub monobloków baterii: rozdzielczość 1 mv Rejestracja wyników: w pamięci i na karcie SD Rodzaje ładowanie wyrównawcze wyładowywanie pracy: ładowanie powrotne Nadzorowane napięcie baterii i jej bloków, prąd, ładunek, parametry: temperatura, napięcie siłowni, czas Wymiary [mm] / masa 88 x 440 x 320 / 13 kg więcej informacji o urządzeniach TBA-IŁ: www.itl.waw.pl/tba 1
SPOSÓB PRACY URZĄDZENIA Możliwości funkcjonalne i sposób pracy urządzenia TBA160-IŁ ilustruje ogólny algorytm, pokazany na rys. 3. 1,95 V/ogniwo) lub pobranie zadeklarowanego ładunku (np. równego 80% pojemności znamionowej baterii). Energię pobieraną z kontrolowanej baterii urządzenie przekazuje, ze sprawnością 95%, do odbiorów siłowni, a dla prądów do 8 A może ją oddać w postaci ciepła na rezystory wewnętrzne. Ładowanie powrotne przywraca stan naładowania baterii po jej kontrolnym wyładowaniu i jest dokonywane stałym prądem 10- lub 20-godzinnym. W urządzeniu można zaprogramować prąd tego ładowania (2 160 A) i napięcie końcowe ładowania (2,25 2,45 V/ogniwo). Jako kryterium końca operacji można wybrać wartość prądu (spadek do zaprogramowanej wartości 0,5 10 A) lub czas ładowania. Rys. 3. Algorytm funkcjonalny urządzenia TBA160-IŁ Dołączenie siłowni i baterii do urządzenia odbywa się za pośrednictwem elastycznych przewodów oraz złączy umieszczonych na jego przednim panelu. Urządzenie jest zasilane napięciem stałym z siłowni i nie korzysta z napięcia sieci elektroenergetycznej. Wpisywanie parametrów badanej baterii (opis w tabeli 2) określanie cyklu pracy, inicjowanie i przerywanie pracy urządzenia, odczyt wartości bieżących pomiaru napięć, prądu i temperatur, przeglądanie wyników trwającego lub ostatnio zrealizowanego badania baterii oraz ustawianie zegara, adresu IP i aktywności modułu GSM realizuje się za pośrednictwem wyświetlacza z prostą klawiaturą. Tabela 2. Sugerowane PARAMETRY dla baterii 48 V numer obiektu (np. jego numer telefoniczny ) numer tel. numer baterii w obiekcie 1 lub 2 typ baterii (jej napięcie znamionowe) 48 V liczba ogniw lub bloków baterii 24 znamionowa pojemność baterii [Ah] Qzn. ładunek do pobrania [Ah] 80% Qzn. rozładowanie na rezystor wewnętrzny NIE prąd rozładowania [A] I10zn./I20zn. dopuszczalne napięcie rozładowania ogniwa 1,80 V końcowe napięcie rozładowania całej baterii 43,0 V max napięcie dla odbiorów przy rozładowaniu 56,0 V prąd ładowania wyrównawczego [A] I20zn. końcowe nap. ładowania wyrównawczego baterii 56,4 V czas ładowania wyrównawczego [G:Mn] 10 godzin prąd ładowania powrotnego [A] I10zn./I20zn. końcowy prąd ładowania powrotnego 0,4 A końcowe napięcie ładowania powrotnego baterii 56,4 V czas ładowania powrotnego [G:Mn] 10 godzin temperatura maksymalna (dopuszczalna) baterii 35 C Podczas pracy urządzenie nadzoruje i rejestruje: prąd, napięcie i temperaturę baterii oraz (rys. 4) napięcia na jej poszczególnych ogniwach. Układ pomiarowy realizuje też funkcję wyrównywania napięć ogniw kontrolowanej baterii. Ładowanie wyrównawcze ma na celu doprowadzenie wszystkich ogniw baterii do stanu pełnego naładowania, czego nie gwarantuje utrzymywane na baterii napięcie pracy buforowej (dla baterii 48 V wynoszące zazwyczaj 54,2 V). W urządzeniu można zaprogramować czas tego ładowania, prąd z zakresu 2 160 A i napięcie końcowe ładowania z zakresu 2,25 2,45 V/ogniwo. Wyładowanie kontrolne ma na celu określenie faktycznej pojemności baterii i jest prowadzone prądem o stałej wartości, z reguły 10-godzinnym lub 20-godzinnym (dla takich warunków producenci podają pojemność dostarczanej baterii). W urządzeniu można określić prąd wyładowywania z zakresu 2 160 A, a także wybrać jeden z trzech warunków jego zakończenia: obniżenie napięcia baterii do zadanej wartości (1,6 1,95 V/ogniwo), obniżenie napięcia najgorszego ogniwa do zadanej wartości (1,6 Rys. 4. Przebiegi napięć na ogniwach podczas kontrolnego wyładowywania-ładowania baterii akumulatorów (o pojemności decyduje najgorsze ogniwo N) Podczas pracy urządzenie zapisuje co ok. 15 minut (w pamięci wewnętrznej i na karcie pamięci SD) napięcia, prądy i temperatury. O przebiegu lub zakończeniu pracy urządzenie może informować operatora: na lokalnym wyświetlaczu, zdalnie poprzez internet/intranet, za pomocą wysyłanych SMS-ów oraz sygnałami stałoprądowymi przekazywanymi do systemu nadzoru siłowni. Zarejestrowane w urządzeniu podczas kontrolnego wyładowywania-ładowania baterii dane są, po przepisaniu do wyposażonego w dedykowane oprogramowanie komputera typu PC (poprzez sieć LAN lub z karty pamięci SD), przechowywane w jego lokalnej bazie danych oraz mogą być prezentowane w postaci tabel i wykresów na ekranie (rys. 5) lub w postaci wydrukowanego raportu [1]. Rys. 5. Prezentacja danych z urządzenia TBA160-IŁ na ekranie komputera PC 2
INNOWACYJNOŚĆ ROZWIĄZANIA Powstałą w Instytucie Łączności ideę urządzenia służącego do kontroli baterii akumulatorów, oddającego energię z rozładowywanej baterii do odbiorów siłowni (zamiast jej zamiany na ciepło jak w opornicy rozładowczej), sprawdzono wcześniej w urządzeniu TBA150-IŁ, uhonorowanym brązowym medalem na wystawie wynalazków technicznych w 2007 roku w Brukseli. Zespół sterowania S, z szybkim 32-bitowym procesorem RISC oraz wyświetlaczem z klawiaturą, odpowiada za komunikację z operatorem i operacje wyładowywania-ładowania baterii, m.in. generując sygnały PWM (o modulacji szerokości impulsów) sterujące tranzystorami mocy zespołu dwukierunkowej przetwornicy P. Zespół wejściowy W zawiera złącza oraz wyłączniki nadmiarowoprądowe w obwodzie baterii i siłowni. Zespół kontrolny Z dostarcza napięcie zasilające m.in. wentylatory i sterowniki tranzystorów mocy oraz zawiera układ pomiaru prądu płynącego w obwodzie kontrolowanej baterii. Zespół komunikacyjno-pomiarowy K mierzy napięcia ogniw baterii, gromadzi w pamięci wewnętrznej i na karcie SD/SDHC wyniki badań oraz przesyła je na żądanie po sieci LAN, a także powiadamia operatora o przebiegu pracy urządzenia (SMS-y) za pośrednictwem sieci GSM. Rozwiązania konstrukcyjne Zespoły urządzenia umieszczone są w obudowie przystosowanej zarówno do przenoszenia (rys. 8) jak i do zabudowy (po wymianie uchwytów) w 19-calowym stojaku. Rys. 6. Dyplomy i medale dla urządzenia TBA160-IŁ na międzynarodowych wystawach wynalazków w Seulu oraz w Genewie Ideę tę wykorzystano w zaawansowanym technicznie urządzeniu TBA160-IŁ, konstruowanym w ramach projektu POIG (współfinansowanego przez Unię Europejską) pt. Nowa generacja urządzenia do kontroli baterii VRLA telekomunikacyjnych systemów zasilających. Wykonane w ramach pracy modele użytkowe urządzeń, z bardzo pozytywnym wynikiem, udostępniono do badań operatorom m.in. TP SA, TK-Telekom i Netia oraz zaprezentowano na targach i wystawach (złoty medal w Seulu 2010, srebrny medal w Genewie 2011, złoty medal na Intertelecom 2011, złoty medal na ITEX 2011 w Malezji, przyznane wyróżnienia Federacji Rosyjskiej oraz Islamskiej Republiki Iranu). Komisje przyznające wyróżnienia doceniły takie cechy urządzenia TBA160-IŁ jak: automatyzacja całego procesu badań baterii w obiekcie; obsługa bardzo szerokiej gamy baterii akumulatorów; archiwizowanie wyników badań w komputerze typu PC; odporność na warunki pracy i drobne błędy obsługi; oddawanie ponad 95% energii z rozładowywanej baterii do odbiorów (oszczędność energii, ochrona środowiska); powiadamianie o przebiegu pracy poprzez sieć GSM; masa 13 kg, dopuszczalna do przenoszenia przez kobiety ; budowa modułowa, nowoczesne elementy, dostosowanie do wykonywania i serwisowania m.in. w Polsce; Nowatorskie rozwiązania zastosowane w urządzeniu zostały przez Instytut Łączności opatentowane lub zgłoszone do opatentowania w Urzędzie Patentowym RP. BUDOWA URZĄDZENIA TBA160-IŁ Jak pokazano na rys. 7, w skład urządzenia TBA160-IŁ wchodzi pięć bloków funkcjonalnych, zlokalizowanych na połączonych ze sobą przewodami płytkach drukowanych. Rys. 7. Schemat blokowy urządzenia TBA160-IŁ Rys. 8. Urządzenie TBA160-IŁ w wersji przenośnej Ponieważ wszystkie elementy manipulacyjne i złącza umieszczono na płycie czołowej, a wloty i wyloty powietrza na ścianach bocznych, to urządzenie może pracować zarówno w pozycji poziomej jak i pionowej (oparte na tylnej płycie), można też ustawiać urządzenia jedno na drugim. Kartę SIM sieci GSM umieszczono wewnątrz obudowy. Rys. 9. Płyta czołowa urządzenia TBA160-IŁ Na płycie czołowej urządzenia (rys. 9) znajdują się: W1, W2 wyłączniki nadmiarowoprądowe napięć siłowni i baterii; Z1, Z2, Z5 złącza prądowe masy, -siłowni i -baterii ; M opcjonalne uziemienie obudowy; DC złącze opcjonalnego zasilacza DC (18 72 V); SG sygnalizacja stałoprądowa do systemu nadzoru; W wyświetlacz z klawiaturą; G antena GSM (na złączu typu SMA); LA gniazdo RJ45 sieci LAN; SD gniazdo pamięci danych typu SD/SDHC; Z8 złącze DB25 kabla pomiarowego napięć ogniw baterii; Z9 złącze DB9 sondy temperatury (oraz sygnalizacji). Wyraźny fluorescencyjny wyświetlacz umożliwia wyświetlenie informacji w dwu wierszach po 16 znaków (w tym wszystkich polskich liter), a klawiatura prostą nawigację podobną do stosowanej w kserokopiarkach (rys. 10). 3
Rys. 10. Sposób programowania urządzenia TBA160-IŁ Pobieranie z baterii akumulatorów i dostarczanie do niej prądu (maksymalnie 160 A) odbywa się za pośrednictwem złączy oraz wyłączników pokazanych na rys. 11. Plus baterii/siłowni (tzn. masa M siłowni) jest łączony poprzez pojedyncze złącze, gdyż płynie przez nie jedynie różnica prądów siłowni i baterii, a zastosowany typ złącza uniemożliwia przypadkowe połączenie masy z biegunem ujemnym. Do łączenia biegunów ujemnych siłowni i baterii zastosowano po trzy równolegle pracujące złącza 75- amperowe (prąd 53±6 A przy maksymalnej wydajności prądowej urządzenia), każde zabezpieczone bezpiecznikiem 63 A instalacyjnego wyłącznika nadmiarowoprądowego. Na załączenie wyłączników musi zezwolić procesor zespołu S, podając napięcie 12 V na połączone z nimi mechanicznie wyzwalacze podnapięciowe. Rozwiązania elektryczne Zespołem decydującym o masie, sprawności energetycznej i wydajności prądowej urządzenia jest dwukierunkowa przetwornica P, pracująca w układzie zbliżonym do znanej z literatury synchronicznej przetwornicy obniżająco-podwyższającej z 4-tranzystorowym mostkiem H (blok wyróżniony na rys. 14). Pomiędzy wejściem/wyjściem -B oraz -S przetwornicy P a ujemnymi biegunami baterii i siłowni znajdują się wyłączniki nadmiarowoprądowe W1 i W2, a sprzężony z nimi wyzwalacz podnapięciowy (nie zaznaczony na rys. 14) nie zezwala na ich załączenie do czasu, aż zostaną naładowane (prądem ograniczonym rezystorami R) kondensatory C1 i C2 o pojemności po 30 000 µf chroniąc styki złączy przed udarem prądu. Przy pracy prądem do 60 A siłownię i baterię można dołączać pojedynczymi przewodami (strona a złączy i wyłączników). Przed pracą większym prądem na złączu oraz przed zwarciem zabezpieczają 63-amperowe bezpieczniki tych wyłączników. Pomiar prądu w obwodzie baterii realizuje izolowany galwanicznie układ LEM (HAIS100P) z czujnikiem Halla, o zakresie pomiarowym do 300 A i pojedynczym napięciu zasilania +5 V, umieszczony w zespole kontrolnym Z. Z układem LEM współpracuje 16-bitowy przetwornik A/D typu MAX1290 zespołu sterowania S, zapewniający także precyzyjny pomiar napięcia (na zaciskach wejściowych urządzenia) baterii i siłowni, kontrolę naładowania kondensatorów C1 i C2 przetwornicy, a także pomiar napięcia z zewnętrznego czujnika temperatury CT. Rys. 11. Łączniki wysokoprądowe urządzenia TBA160-IŁ Dwukierunkową przetwornicę P urządzenia TBA160-IŁ (opis funkcjonowania zamieszczono w dalszej części artykułu) tworzy sześć odpowiednio połączonych identycznych zespołów, zamontowanych (rys. 12) na radiatorze chłodzonym wentylatorem o przepływie powietrza ok. 70 m 3 /godzinę. Rys. 14. Układ pracy przetwornicy P urządzenia TBA160-IŁ Oznaczenia: PS siłownia; OS odbiory siłowni; B1 kontrolowana bateria akumulatorów. Rys. 12. Przetwornica (na radiatorze) urządzenia TBA160-IŁ Urządzenie podczas pracy kontroluje napięcia ogniw wchodzących w skład baterii i temperaturę otoczenia baterii poprzez dostarczane wraz z urządzeniem kable pomiarowe i końcówki pomiarowe (rys. 13), ułatwiające łączenie przy braku w obiekcie dedykowanej tablicy pośredniczącej TP. Rys. 13. Końcówki i kable pomiarowe urządzenia TBA160-IŁ Podczas procesu wyładowywania baterii na odbiory (co jest podstawową funkcją urządzenia) przetwornica P przekazuje energię do odbiorów stałoprądowych siłowni, dostarczając do nich napięcie nieznacznie wyższe od napięcia z prostowników PS, tym samym je odciążając. Wyładowywanie odbywa się zaprogramowanym stałym prądem, ale gdy odbiory OS nie mogą przyjąć przekazywanej energii, to urządzenie obniża prąd pobierany z baterii. Straty (w postaci ciepła wydzielanego w urządzeniu) przy takim przetwarzaniu nie przekraczają 5% energii pobranej z baterii. Dopóki napięcie baterii (wejście -B) jest wyższe od napięcia siłowni (wyjście -S), co ma miejsce bezpośrednio po ładowaniu wyrównawczym i trwa kilka minut, to realizowane jest (opisane dalej) wyładowywanie na rezystor wewnętrzny. Gdy napięcie baterii (wejście -B) jest niższe od napięcia siłowni (wyjście -S), to tranzystor T1 jest załączany na stałe, a wymagany prąd baterii, przekazywany do odbiorów przez diodę wyłączonego tranzystora T4, jest uzyskiwany poprzez sterowanie tranzystora T3 impulsami, o wypełnieniu rosnącym (maks. 30%) w miarę spadku napięcia baterii (gdy zostaje załączony tranzystor T3, to dioda tranzystora T4 jest polaryzowana zaporowo i energia prądu z baterii gromadzi się w dławiku L1, a po wyłączeniu T3 energia zgromadzona 4
w dławiku wytwarza na nim napięcie, które sumując się z napięciem baterii daje przepływ prądu do odbiorów). Podczas procesu wyładowywania baterii na rezystor wewnętrzny przetwornica P zamienia całą pobieraną z baterii energię na ciepło, przy czym prąd do 8 A ogranicza wydajność cieplna radiatora (ok. 400 W). W tym trybie pracy jest załączany tranzystor (klucz T5 z rys. 14) w obwodzie rezystora mocy R9, a wymagany prąd z baterii (dioda wyłączonego tranzystora T4 blokuje przepływ prądu z prostowników PS) uzyskuje się sterując tranzystor T1 impulsami o wypełnieniu rosnącym w miarę spadku napięcia baterii (gdy załącza T1, to wartość prądu płynącego przez rezystor ogranicza dławik L1, natomiast po wyłączeniu T1 obwód prądu zamyka dioda tranzystora T2, a dławik L1 oddaje zgromadzoną energię, zapewniając dalszy przepływ prądu przez rezystor). Podczas procesu ładowania baterii (wyrównawczego lub powrotnego) przetwornica P pobiera potrzebną energię z prostowników siłowni PS, dostarczając do baterii napięcie niższe lub wyższe od ich napięcia. Ładowanie odbywa się stałym zaprogramowanym prądem, a straty (w postaci ciepła wydzielanego w urządzeniu) nie przekraczają 4% energii przekazywanej do baterii. Dopóki napięcie baterii (wyjście -B) jest niższe od napięcia siłowni (wejście -S) to pozostaje załączony tranzystor T1, a tranzystor T4 jest sterowany impulsami o rosnącym do 100% wypełnieniu (gdy załącza T4, to wartość prądu płynącego do baterii ogranicza dławik L1, natomiast po wyłączeniu T4 obwód prądu zamyka dioda tranzystora T3, a dławik L1 oddaje uprzednio zgromadzą energię, zapewniając dalszy przepływ prądu do baterii). Po zrównaniu się napięcia baterii (wyjście -B) z napięciem siłowni (wejście -S) jest załączany na stałe tranzystor T4 a wyłączany T1 (prąd do baterii płynie z siłowni przez jego wsteczną diodę), natomiast tranzystor T2 jest sterowany impulsami o szerokości wzrastającej do ok. 20% (gdy zostaje załączony tranzystor T2, to dioda tranzystora T1 jest polaryzowana zaporowo i energia gromadzi się w dławiku L1, ale po wyłączeniu T2 energia zgromadzona w dławiku wytwarza na nim napięcie, które sumując się z napięciem siłowni daje przepływ prądu do baterii). Dwukierunkowa przetwornica P zbudowana jest z sześciu identycznych płytek drukowanych, tworzących trzy moduły połączone równolegle (rys. 12). Schemat jednego modułu oraz wybrane przebiegi napięć i prądu (w tym przepięcia) pokazano na rys. 15. Przetwornica pracuje z częstotliwością 25 khz, stanowiącą kompromis pomiędzy stratami na przełączanie w tranzystorach i wielkością dławików, a sygnały PWM sterujące tranzystorami są generowane z poskokiem 1/10 240 okresu powtarzania. Ważną funkcją urządzenia jest nadzorowanie napięć wszystkich ogniw kontrolowanej baterii, co realizuje układ pomiaru napięć (rys. 16), wchodzący w skład zespołu komunikacyjno-pomiarowego K. Układ ten, pracując w 20- sekundowym cyklu, dołącza 16-bitowy przetwornik A/D do ogniw lub bloków wieloogniwowych kontrolowanej baterii za pomocą zawsze dwu przekaźników elektronicznych do ogniwa Og1 za pomocą p00 i p01, do ogniwa Og2 za pomocą p01 i p02, a do ogniwa OgN za pomocą przekaźników pn-1 oraz pn, przy czym dla ogniw o numerach nieparzystych mierzone napięcie ma znak dodatni, a dla parzystych ujemny. W przerwach pomiędzy pomiarami (pomiar wszystkich ogniw zajmuje 2 sekundy) układ pełni funkcję wyrównywacza napięć dołączając przez zwarty styk pz obciążenie obc do ogniwa o najwyższym zmierzonym napięciu. Ponieważ ogniwa i bloki mogą mieć napięcie od 1,6 V do 15 V to zastosowano, nie zaznaczone na rysunku, trzy zakresy pomiarowe napięć i dwa układy obciążeń prądowych. Rys. 16. Układ pomiaru napięć ogniw baterii z funkcją wyrównywacza napięć Przechowywaniem i udostępnianiem danych pomiarowych zarządza także zespół komunikacyjno-pomiarowy K. Dane (m.in. bieżący czas, napięcie baterii i napięcia jej ogniw, prąd baterii i pobrany/doprowadzony ładunek, temperatura, czas trwania procesu) są zapisywane w jego pamięci wewnętrznej i na karcie typu SD/SDHC. Dane z pamięci wewnętrznej mogą zostać pobrane poprzez LAN (10/100). Dane w pamięci SD są zapisywane w postaci binarnej, w formie umożliwiającej odczyt i interpretację za pomocą dedykowanego programu komputera PC [1]. W zespole tym, do zdalnego powiadamiania obsługi o stanie pracy urządzenia lub o potrzebie interwencji zastosowano modem GSM typu GM862-QUAD-PY f-my Telit. Przed rozpoczęciem kontroli baterii użytkownik określa adresata i zakres powiadamiania, wysyłając do urządzenia odpowiedniego SMS-a, po czym urządzenie powiadamia nadawcę również za pomocą SMS-ów. Kompletny schemat urządzenia TBA160-IŁ (wraz ze sposobem dołączenia do siłowni i do kontrolowanej baterii o napięciu 48 V) pokazano na rys. 17, a elektryczny schemat montażowy (złożeniowy) całego urządzenia na rys. 18 W urządzeniu zastosowano około 1250 elementów SMD i przewlekanych 230 typów (w tym 3 procesory i 3 rodzaje wysokoprądowych dławików), zamontowanych na 13 płytkach drukowanych (dwuwarstwowych z metalizacją otworów). Przy projektowaniu, wykonaniu i badaniach serii prototypowej czterech urządzeń TBA160-IŁ uczestniczyło na różnych etapach prac: 20 pracowników Instytutu Łączności, trzech zewnętrznych konsultantów oraz pięć firm branży telekomunikacyjnej. Skorzystano też z pomocy firm zewnętrznych przy wykonaniu obudów i obwodów drukowanych oraz montażu elementów SMD. Rys. 15. Schemat przetwornicy oraz przebiegi na wybranych elementach, przy prądzie z/do baterii 55 A Bibliografia [1] Godlewski P., Parol B., Masternak M.: Wizualizacja danych z urządzeń TBA160-IŁ. Telekomunikacja i Techniki Informacyjne, 2011, nr 3-4, s. 52 [2] Chojnacki B., Godlewski P., Kobus R.: Ocena sprawności baterii akumulatorów. Referat na Krajowym Sympozjum Telekomunikacji i Teleinformatyki KSTiT 2010, Wrocław 8-10 września 2010 r. 5
Rys. 17. Kompletny schemat ideowy urządzenia TBA160-IŁ (praca w obiekcie z baterią 48 V) 6
Rys. 18. Schemat montażowy urządzenia TBA160-IŁ 7