УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ НА БОРТУ ВОЗДУШНОГО СУДНА Российский патент 2022 года по МПК B64D45/00 G01R31/36 H01M10/48 

Изобретение относится к устройствам контроля состояния аккумуляторных батарей на борту воздушных (морских) судов и обеспечения безопасности полетов.

Предназначено для контроля состояния аккумуляторных батарей, визуального и речевого оповещения экипажа о начале развития теплового разгона и автоматического отключения аккумуляторной батареи от источника заряда при возникновении теплового разгона.

В настоящее время в качестве аварийного источника питания широко применяются никель-кадмиевые и литий-ионные аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Основным недостатком данных аккумуляторных батарей является подверженность явлению, получившему название «Тепловой разгон». В большей степени явлению теплового разгона подвержены батареи с длительными сроками эксплуатации.

Основной причиной теплового разгона в никель-кадмиевых и литий-ионных аккумуляторах, которые применяются в качестве аварийных источников питания, является изменение в процессе эксплуатации физико-химических свойств сепараторов и электродов (разрушение сепараторов, сближение активных масс электродов). Это приводит к уменьшению омического сопротивления в месте прорастания дендрита и, следовательно, к значительному возрастанию тока в этом месте, что в свою очередь приведет к повышению температуры, еще более сильному падению сопротивления в этом месте и развитию теплового разгона, что может привести к тяжелым последствиям. Например, 01 июля 2019 г. в Баренцевом море произошел пожар на атомной глубоководной станции АС-31 «Лошарик». Причина происшествия: тепловой разгон и взрыв литий-ионной аккумуляторной батареи. В борьбе за живучесть корабля погибли четырнадцать старших офицеров. 07 сентября 2010 г. самолет Ту-154М Мирнинского авиационного предприятия «АЛРОСА» произвел вынужденную посадку на площадку подобранную с воздуха в районе села Ижма. Причина АП: полное обесточивание бортовой сети постоянного тока вследствие «теплового разгона» аккумуляторной батареи 20НКБН-25 и ручного объединения бортов без отключения неисправной батареи (ошибочные действия экипажа - человеческий фактор). Для своевременного обнаружения развития теплового разгона аккумуляторных батарей и исключения ошибочных действий экипажа необходимы устройства контроля состояния аккумуляторных батарей, обеспечивающие автоматическое обнаружение и предотвращение теплового разгона.

Известен наиболее близкий к заявляемому изобретению способ предотвращения теплового разгона никель-кадмиевой аккумуляторной батареи на борту воздушного судна [Патент RU 2729338 C1, B64D 45/00, опубл. 06.08.2020.03] на основании которого возможно создание устройства контроля состояния аккумуляторных батарей. Способ заключается в измерении значения температуры и тока заряда аккумуляторной батареи, записи их в бортовое устройство регистрации, сравнении измеренных значений с заданными критическими значениями температуры и тока заряда, при достижении текущих значений тока и температуры критических значений команды записываются в бортовое устройство регистрации, при одновременном превышении температуры и тока заряда критических значений аккумуляторную батарею отключают от источника заряда, оповещают экипаж воздушного судна, выдают сигнал «Тепловой разгон» в бортовое устройство регистрации.

Недостатком описанного способа является отсутствие управляемого исполнительного блока осуществляющего отключение аккумуляторной батареи от источника подзаряда при возникновении теплового разгона.

Технический результат достигается тем, что дополнительно вводится управляемый исполнительный блок, отключающий аккумуляторную батарею от источника подзаряда при возникновении теплового разгона.

Сущность изобретения заключается в том, что сигнал, сформированный при возникновении теплового разгона, подается на управляемый исполнительный блок, который размыкает цепь заряда аккумуляторной батареи от бортового источника постоянного тока предотвращая тем самым развитие теплового разгона аккумуляторной батареи и обеспечивает безопасность полета.

В качестве управляемого исполнительного блока, например, может быть использован электронный коммутутор управляющий контактором типа ТКД511ДОД.

В соответствии с требованиями Авиационных Правил АП-25 «Нормы летной годности самолетов транспортной категории», каждая никель-кадмиевая аккумуляторная батарея, предназначенная для запуска двигателя или вспомогательной силовой установки, должна иметь средства, предотвращающие любое опасное воздействие на конструкцию или системы, которое может быть вызвано максимальным тепловыделением при коротком замыкании аккумуляторной батареи или ее отдельных аккумуляторов.

Структурная схема устройства приведена на фигуре 1, где: 1 - блок сравнения текущего значения температуры аккумуляторной батареи Т_АБ с заданным критическим значением Т_{АБ кр}, 2 - блок сравнения текущего значения тока заряда I_зар с заданным критическим значением I_{зар кр}, 3 - блок принятия решения. реализующий логический блок «И», 4 – блок, реализующий оповещение экипажа, 5 - управляемый исполнительный блок.

Работа устройства описывается последовательностью действий:

1. Измерение текущих значений температуры аккумуляторной батареи Т_АБ и тока заряда I_зар осуществляется датчиками тока и температуры.

2. Сравнение текущих значений температуры Т_АБ и тока заряда I_зар, с заданными критическими значениями тока заряда I_{зар кр} и температуры Т_{АБ кр} блоками сравнения 1 и 2 и при выполнении условий I_зар ≥ I_{зар кр}, Т_АБ ≥ Т_{АБ кр} сигналы поступают в блок принятия решения 3 реализации логического блока «И».

3. При одновременном выполнении условия Т_АБ ≥ Т_{АБ кр} и I_зар ≥ I_{зар⋅кр}, блок 3 формирует команду «Тепловой разгон», которая подается в блок 4, реализующий оповещение экипажа и на управляемый исполнительный блок 5 осуществляющий отключение аккумуляторной батареи от бортовой сети.

Предлагаемое устройство контроля состояния аккумуляторной батареи на борту воздушного судна является новым, поскольку из общедоступных сведений не известны устройства контроля состояния аккумуляторных батарей на борту воздушного судна, обеспечивающие автоматическое отключение аккумуляторных батарей от источника заряда при возникновении теплового разгона в целях обеспечения безопасности полетов.

Датчики температуры устанавливаются непосредственно на аккумуляторную батарею, а датчики тока заряда включаются в цепь заряда аккумуляторной батареи. Устройство контроля состояния аккумуляторной батареи может быть реализовано, например, с помощью современных датчиков тока и температуры с применением микроконтроллера.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку известные технические решения не обеспечивают контроль состояния аккумуляторной батареи в полете, влияния человеческого фактора в процессе выявления и предотвращения развития теплового разгона, не обеспечивают автоматизацию этого процесса.

Таким образом, предложенное устройство позволяет контролировать состояние аккумуляторной батареи, определить начало развития теплового разгона, автоматически отключить неисправную аккумуляторную батарею от бортовой сети, оповестить экипаж и исключить ошибки в действиях экипажа (человеческий фактор), что позволит обеспечить безопасность полетов.

Устройство контроля состояния аккумуляторных батарей на борту воздушного судна содержит датчик температуры, два блока сравнения, блок принятия решения, блок оповещения экипажа, управляемый исполнительный блок, соединенные определенным образом. Обеспечивается повышение безопасности полета путем автоматического отключения аккумуляторных батарей от источника заряда. 1 ил.

Устройство контроля состояния аккумуляторных батарей на борту воздушного судна, состоящее из последовательно соединенных датчика температуры, первого блока сравнения и первого входа блока принятия решения, последовательно соединенных датчика тока и второго блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока принятия решения, при этом вторые входы первого и второго блоков сравнения являются технологическими, а также блока информации, отличающееся тем, что дополнительно введен управляемый исполнительный элемент, вход и выход которого являются технологическими, при этом выход блока принятия решения соединен с объединенными управляющим входом исполнительного элемента и блоком информации.