RU2779463C1

RU2779463C1 - Device for monitoring the state of accumulator batteries on board aircraft

Info

Publication number: RU2779463C1
Application number: RU2022102230A
Authority: RU
Inventors: Алексей Гаврилович Речкин; Сергей Викторович Ипполитов; Вячеслав Арктикович Крайников; Алексей Алексеевич Речкин; Дмитрий Александрович Голубев; Григорий Анатольевич Антонов; Александра Андреевна Семенякина
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2022-09-07

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: device for monitoring the state of batteries on board an aircraft contains a temperature sensor, two comparison units, a decision making unit, a crew notification unit, a controlled executive unit connected in a certain way.

EFFECT: flight safety is improved by automatically disconnecting the batteries from the charge source.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам контроля состояния аккумуляторных батарей на борту воздушных (морских) судов и обеспечения безопасности полетов.The invention relates to devices for monitoring the state of batteries on board aircraft (sea) vessels and ensuring flight safety.

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.Designed to monitor the condition of the batteries, visually and verbally notify the crew of the beginning of the development of a thermal runaway and automatically disconnect the battery from the charge source when a thermal runaway occurs.

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.Currently, nickel-cadmium and lithium-ion batteries and rechargeable batteries are widely used as an emergency power source. The main disadvantage of these batteries is their susceptibility to a phenomenon called "Thermal runaway". To a greater extent, batteries with long service life are subject to the phenomenon of thermal runaway.

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.The main reason for thermal runaway in nickel-cadmium and lithium-ion batteries, which are used as emergency power sources, is a change in the physical and chemical properties of separators and electrodes during operation (destruction of separators, convergence of active masses of electrodes). This leads to a decrease in ohmic resistance at the site of dendrite growth and, consequently, to a significant increase in current in this site, which in turn will lead to an increase in temperature, an even stronger drop in resistance in this site and the development of thermal runaway, which can lead to serious consequences. . For example, on July 01, 2019, a fire broke out in the Barents Sea at the AS-31 Losharik nuclear deep-water station. The cause of the incident: thermal runaway and explosion of a lithium-ion battery. Fourteen senior officers were killed in the struggle for the ship's damage. On September 07, 2010, the Tu-154M aircraft of the Mirny Aviation Enterprise "ALROSA" made an emergency landing on a site picked up from the air near the village of Izhma. Cause of the accident: complete de-energization of the onboard DC network due to "thermal runaway" of the 20NKBN-25 battery and manual combination of the sides without disconnecting the faulty battery (erroneous actions of the crew - human factor). For timely detection of the development of thermal runaway of batteries and elimination of erroneous actions of the crew, devices for monitoring the state of batteries are required, which provide automatic detection and prevention of thermal runaway.

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.Known closest to the claimed invention is a method to prevent thermal runaway Nickel-cadmium battery on board an aircraft [Patent RU 2729338 C1, B64D 45/00, publ. 06.08.2020.03] on the basis of which it is possible to create a device for monitoring the condition of batteries. The method consists in measuring the temperature and current values of the battery charge, recording them in the on-board recording device, comparing the measured values with the specified critical values of the temperature and current of the charge, when the current values of the current and temperature critical values \u200b\u200bare reached, the commands are recorded in the on-board recording device, while exceeding temperature and charge current of critical values, the battery is disconnected from the charge source, the aircraft crew is notified, and the “Thermal runaway” signal is sent to the on-board recording device.

Недостатком описанного способа является отсутствие управляемого исполнительного блока осуществляющего отключение аккумуляторной батареи от источника подзаряда при возникновении теплового разгона.The disadvantage of the described method is the absence of a controlled execution unit that disconnects the battery from the recharge source when thermal runaway occurs.

Технический результат достигается тем, что дополнительно вводится управляемый исполнительный блок, отключающий аккумуляторную батарею от источника подзаряда при возникновении теплового разгона.The technical result is achieved by additionally introducing a controlled execution unit that disconnects the battery from the recharging source when thermal runaway occurs.

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.The essence of the invention lies in the fact that the signal generated when a thermal runaway occurs is fed to a controlled actuating unit, which opens the battery charge circuit from the onboard DC source, thereby preventing the development of a thermal runaway of the battery and ensures flight safety.

В качестве управляемого исполнительного блока, например, может быть использован электронный коммутутор управляющий контактором типа ТКД511ДОД.As a controlled executive unit, for example, an electronic commutator controlling a contactor of the TKD511DOD type can be used.

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.In accordance with the requirements of Aviation Regulations AP-25 "Airworthiness Standards for Transport Category Aircraft", each nickel-cadmium battery intended for starting an engine or an auxiliary power unit must have means to prevent any dangerous impact on the structure or systems, which may be caused by maximum heat generation during a short circuit of the battery or its individual batteries.

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.The block diagram of the device is shown in figure 1, where: 1 - block for comparing the current value of the temperature of the battery T _AB with a given critical value T _AB _cr , 2 - block for comparing the current value of the charge current I _charge with a given critical value I _charge _cr , 3 - block decision making. realizing the logical block "AND", 4 - the block realizing the notification of the crew, 5 - the controlled executive block.

Работа устройства описывается последовательностью действий:The operation of the device is described by the sequence of actions:

1. Измерение текущих значений температуры аккумуляторной батареи Т_АБ и тока заряда I_зар осуществляется датчиками тока и температуры.1. Measurement of the current values of the battery temperature T _AB and charge current I _charge is carried out by current and temperature sensors.

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».2. Comparison of the current values of the temperature T _AB and the charge current I _charge , with the given critical values of the charge current I _charge _cr and temperature T _AB _cr by comparison units 1 and 2 and under the conditions I _charge ≥ I _charge _cr , T _AB ≥ _TAB _cr the signals are sent to the decision block 3 of the implementation of the logical block "AND".

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.3. With the simultaneous fulfillment of the conditions T _AB ≥ T _AB _cr and I _charge ≥ I _charge⋅cr , block 3 generates the “Thermal runaway” command, which is sent to block 4, which implements the crew notification and to the controlled executive unit 5, which disconnects the battery from onboard network.

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.The proposed device for monitoring the state of the battery on board the aircraft is new, since from publicly available information there are no devices for monitoring the state of the batteries on board the aircraft that provide automatic disconnection of the batteries from the charge source when a thermal runaway occurs in order to ensure flight safety.

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.Temperature sensors are installed directly on the battery, and charge current sensors are included in the battery charge circuit. The device for monitoring the state of the battery can be implemented, for example, using modern current and temperature sensors using a microcontroller.

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.The proposed technical solution has an inventive step, since the known technical solutions do not provide control of the state of the battery in flight, the influence of the human factor in the process of detecting and preventing the development of thermal runaway, do not provide automation of this process.

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.Thus, the proposed device allows you to monitor the state of the battery, determine the beginning of the development of thermal runaway, automatically disconnect the faulty battery from the on-board network, notify the crew and eliminate errors in the actions of the crew (human factor), which will ensure flight safety.

Claims

A device for monitoring the state of batteries on board an aircraft, consisting of a temperature sensor connected in series, the first comparison unit and the first input of the decision block, the current sensor connected in series and the second comparison unit, the output of which is connected to the second input of the decision block, while the second inputs the first and second comparison blocks are technological, as well as the information block, characterized in that a controlled executive element is additionally introduced, the input and output of which are technological, while the output of the decision block is connected to the combined control input of the executive element and the information block.