Электробусы, электромобили, электровелосипеды… Все эти устройства перемещаются благодаря энергии аккумуляторов, а точнее, аккумуляторных сборок, которые эффективно служат благодаря встроенной в них системе управления. Над этим устройством и трудится один из студентов МАИ Вадим Сертаков.
— Вадим, откуда интерес к электронике?
Радиоэлектроникой я увлекаюсь с детства. Это мое основное хобби, которое нашло воплощение в моих устройствах, разработках.
— А как родилась идея устройства?
В 2016 году у меня появился электрический велосипед (в такой технике применяются силовые аккумуляторы), и меня будоражила идея увеличить дальность пробега. На тот момент она у меня упала из-за разбалансировки аккумулятора. Я решил попробовать сделать модернизацию имеющихся аккумуляторов — установить свою систему управления батареями… Так все и началось.
— Работали самостоятельно?
Разработкой занимался самостоятельно, а вот испытания на велосипеде и устройствах более сложных проводил совместно с коллегой Дмитрием Прохоровым, это мой одногруппник по институту.
— Что собой представляет устройство?
Аккумуляторы используются в разной технике — начиная от смартфонов, заканчивая электробусами, электромобилями. Но если речь идет о крупной технике, то там используются аккумуляторные сборки: это аккумуляторы (корректнее — ячейки), последовательно соединенные между собой (16, 24, 32 штуки и так далее).
В чем заключается проблема эксплуатации подобных сборок: хотя ячейки могут быть из одной партии, они всё равно могут немного отличаться между собой по химическому составу, технологическому процессу. И когда мы такую аккумуляторную сборку разряжаем, подключая нагрузку, или заряжаем, используя внешние зарядные устройства, бывает, что одна из ячеек может перезарядиться по сравнению с остальными, переразрядиться…
Произойдет разбалансировка аккумуляторной сборки. А это недопустимо, потому необходимо отслеживать, измеряя напряжение каждой из ячеек. Эту задачу и решает разработанное мной устройство, и оно является частью будущей системы управления аккумуляторной батареей.
— Как оно работает?
Оно построено на мультиплексорах. Аккумуляторная сборка подключается сначала к четырем парам мультиплексоров, к каждому подключается по восемь ячеек. В сумме — 32. К выходам этих мультиплексоров подключается один высоковольтный мультиплексор, объединяющий показания с предыдущих. АЦП (аналогово-цифровой преобразователь — прим. ред.) подключен к батарее через гальваническую развязку, поэтому напряжение на выходах с высоковольтного мультиплексора для АЦП относительно батареи будет равно напряжению одной ячейки, АЦП спокойно будет работать. Таким образом, переключая мультиплексоры и производя замеры АЦП, производим замеры каждой ячейки аккумуляторной сборки.
Устройство представляет собой печатную плату, в которой есть разъем для подключения аккумулятора, разъем управления, а также различные элементы: мультиплексоры, резисторы, конденсаторы и другие компоненты.
— Аналогов вашему устройству на российском рынке нет. В чем его уникальность?
В странах, где широко развита полупроводниковая электроника, производятся готовые интегральные микросхемы системы управления батареей. К таким устройствам подключаются ячейки аккумуляторной сборки, и микросхемы следят за ячейками — при необходимости отключают нагрузку или подключают зарядное устройство, все происходит в автоматическом режиме. Это готовое решение.
Но в условиях нашей страны такие готовые интегральные микросхемы не производятся, поэтому российские инженеры, если перед ними стоит задача разработки какой-либо системы управления батареями, создают ее на преимущественно дискретных элементах: мелких транзисторах, конденсаторах, мультиплексорах, операционных усилителях и т. д. Я создал решение на мультиплексорах. В России они достаточно широко распространены, есть большой выбор. Поэтому скорее не уникальностью, а особенностью и полезным плюсом я бы назвал то, что моя схемотехника позволяет использовать отечественные компоненты, что на сегодняшний день очень актуально и выигрышно.
Аналоги у моего устройства на российском рынке есть, но, думаю, мое со схемотехникой на мультиплексорах может выделяться.
— На какой стадии сейчас работа над устройством?
Пока это не полноценная система управления батареей, она не реализует функционал отключения нагрузки, подключения/отключения зарядного устройства, а осуществляет лишь слежение за ячейками. Для создания полноценной системы управления батареей мне необходимо разработать систему балансировки ячеек, этим в ближайшее время я и займусь. Так, объединив систему балансировки с текущим устройством, я получу готовую систему управления батареями, которую можно запускать в производство.
— Для каких компаний ваше устройство будет актуальным?
Например для Москвы производятся электробусы на ПАО КАМАЗ, и моя система управления батареями могла бы стать частью таких крупных проектов.
— Какова цена вашего устройства на сегодняшний день?
В прототипе я использовал импортные комплектующие, и цена устройства составила 1700 рублей. Когда я определюсь с тем, какие мультиплексоры отечественного производства буду использовать, будет понятна и окончательная цена устройства.
— Какое максимальное количество ячеек можно подключать к вашему устройству?
При текущей схемотехнике можно подключать до 32 ячеек. Есть, правда, ограничение по суммарному напряжению аккумуляторной сборки — до 72 вольт.
— Получали обратную связь от профессионалов рынка?
Да, конечно, и очень положительную. Так, в мае этого года я участвовал в конференции, организованной Уральским федеральным университетом имени Ельцина. Жюри заинтересовалось моим проектом, дали дельные советы. Это, конечно, стимулирует к развитию и подстегивает продолжать работу в выбранном направлении.