Устройство для определения степени заряженности аккумуляторной батареи
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАРЯЖЕННОСТИ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее датчик тока в цепи батареи и датчик температуры батареи, выходы которых подключены соответственно на первый и второй входы блока вычисленияэксплуатационной разрядной емкости, элемент сравнения, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с индикатором , отличающееся тем, что, с целью повышения точности при изменяющихся токах разряда, оно снабжено блоком умножения, блоком деления и згщатчиком наминальной разрядной емкости, вход которого соединен с выходом датчика температуры, а выход - с вторым входом элемента сравнения и первьвл входом блока деления , второй вход которого соединен с выходом блока вычисления эксплуатационной разрядной емкости, а выход блока деления - с первым входом (Л блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход блока умножения подключен к ,. входу интегратора. 4 00 САЭ эо
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (П) З(51) Н 01 N 10/48
ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3450894/24-07 (22) 11.06.82 (46) 15.10. 83. Вюл. Р 38 (72) A.Í.Ìàðêåëîâ и В.П.Сисев (71) Ворошиловградский филиал Госу-дарственного проектно-конструкторского и научно-исследовательского института Гипроуглеавтоматизация (53) 621.355.1(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР
Р 528645, кл. Н 01 М 10/48, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР
9 743083, кл. Н 01 М 10/48, 1978.
3. Патент ФРГ 9 2242510, кл. Н 01 М 10/48, 1972.
4. Патент СССР Р 539545, кл. H 01 М 10/48, 1974. (54)(5?) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СТЕПЕНИ ЗАРЯХ:ЕННОСТИ АККУМУЛЯТОРНОЙ
БАТАРЕИ, содержащее датчик тока в цепи батареи и датчик температуры батареи, выходы которых подключены соответственно на первый и второй входы блока вычисления эксплуатационной разрядной емкости, элемент сравнения, вход которого .соединен с выходом интегратора, а выход — с ин- дикатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при изменяющихся токах разряда, оно снабжено блоком умножения, блоком деления и эадатчиком наминальной раэ. рядной емкости, вход которого соеди" нен с выходом датчика температуры, а выход — с вторым входом элемента сравнения н первым входом блока деления, второй вход которого соединен . с выходом блока вычисления эксплуа" тационной разрядной емкости, а выход блока делЕниЯ вЂ” с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход блока умножения подключен к,. входу интегратора.
С2
1048538
Изобретение относится к эЛЕктро" технике и может быть использовано для контроля тяговых аккумуляторных батарей, применяемых, например, на рудничных аккумуляторных пектровоэах 5
Известны устройства для контроля емкости аккумуляторной батареи, основанные на интегрирующих приборах (счетчиках ампер-часов), которые регистрируют разность между зарядной 10 емкостью батареи и емкостью, отданной в нагрузку (13, (23.
Однако отсутствие в этих устройст вах оценки разрядной емкости в зависимости от конечного напряжения и (Я температуры предопределяет перераэряд аккумуляторной батареи, что ве" дет к сокращению срока ее службы.
Известно осуществление измерения зарядного состояния гальванических, 20 источников энергии путем контроля за ряженности аккумуляторной батареи в зависимости от ее температуры и с ограничением по конечному напряже° нию (33 .
Однако отсутствие, здесь учета зависимости разрядной емкости батареи от тока разряда и.наличие только интегральной оценки остаточной емкости по току разряда обуславливает неточность в определении запаса емкости..
Наиболее близким к изобретению по технической сути и -достигаемо. му результату является устройство для контроля степени заряженности аккумуляторной батареи, содержащее датчик тока в цепи батареи, подклю" ченный через усилитель, преобразователь напряжения в частоту и схему
ИЛИ к реверсивному счетчику амперчасов, блок сравнения, генератор им- 40 пульсов, пропорциональных току самораэряда батареи, связанный со схемой
ИЛИ, термодатчик в батарее, два вычислительных блока, запрограмированных серией граФиков, выражающих се- 4 рией. графиков, выражающих соответствующую параметрическую зависимость батареи, определенным образом подклю- ченные к усилителю, термодатчику и блоку сравнения (43.
Известное устройство обеспечивает определение заряженности аккумуляторной батареи путем сравнения отданного в нагрузку количества электричест. ва с эксплуатационной разрядной ем5 костью аккумуляторной батареи, т.е. с емкостью, которую реально может отдать батарея при разряде до определенного конечного напряжения при заданных тепловом режиме и разрядном токе.
Согласно известному устройству отданная во внешнюю нагрузку емкость
Q за период времени б будет равна: (i)
Р (7) - H<)dt, где i(t) - Функция тока разряда; а ресурс емкости (остаточная емкость) аккумуляторной батареи на момент времени Г будет равен разности между разрядной емкостью батарей при соответствующем моменту Г токе разряда и ранее отобранной емкостью:
Т (2) с(т>=а (Ф,)- J<(+)at, о где с(f) - ресурс емкости аккумуляторной батареи на момент времени try
Q (ig - эксплуатационная разрядная емкость аккумуляторной батареи при токе раз- ряда i=+;.
1 - ток разряда батареи в момент времени
Недостатком известного устройств ва для контроля заряженности аккумуляторной батареи является отсутствие однозначности при определении остаточной емкости батареи при изменяющихся токах разряда, так как величина остаточной емкости, характеризуемая зависимой от тока разрядной емкостью, строго, подчинена величине разрядного тока на момент измерения.
И поскольку ресурс емкости батареи находится в постоянном количественном соотношении с конкретной величиной разрядного тока, оценить величи. (ну фактически оставшейся в батарее емкости и определить режим разряда для дальнейшего использования этоР емкости по показаниям индикатора, изменяющимся .(колеблющимся) в соответствии с вариацией тока разряда, достаточно сложно.
Целью изобретения является повыше. ние точности определения степени эа» ряженности аккумуляторной батареи при изменяющихся токах разряда.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения степени заряженности аккумуляторной батареи, содержащее датчик тока в цепи батареи и датчик температуры батареи, выходы которых подключены соответственно на первый и второй входы блока вычисления эксплуатационной разрядной емкости, элемент сравнения, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с индикатором, снабжено блоком умножения, блоком деления и задатчиком номинальной разрядной емкости, вход которого. соединен с выходом датчика температу" ры, а выход — с вторым входом элемента сравнения и первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления эксплуатационной разрядной емкости,а выход блока деления — с первыч входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика
1048538, 1 где C (Z, t) — остаточная емкость (ресурс емкости) батареи на момент времени
t при ее разряде пос-, тоянным по величине током 3 р (I) — эксплуатационная разряд- 45 ная емкость батареи (полная отдаваемая батареей емкость при опреде-. ленных конечном напряжении и температуре бата- 50 реи) при разряде током 3
В частном случае для режима разряда номинальным током уровень заряжен. ности будет характеризоваться отношением: 55 (4) C(11 4) ()р(1н) Предполагается, что аккумулятор" ная батарея в течение того же проме-:60 жутка времени условно разряжалась ио. минальным током, причем уровень sa" ряженности батареи на момент измерения равен уровню заряженности при
Разряде р ь ы постоянным током - 65 тока, а выход блока умножения подклю" чен к входу интегратора, На фиг. 1 приведен вид эксплуатационной разрядной характеристики
Цр = (1 3 химического источника тока; на фиг. 2 — функциональная схема уст-. ройства. устройство для определения заря" женности аккумуляторной батареи co" держит аккумуляторную батарею 1, дат чик 2 тока батареи, внешнюю нагруэ- . 19 ку 3 батареи,.датчик 4 температуры батареи, блок 5 вычисления эксплуатационной разрядной емкости батареи, эадатчик 6 номинальной разрядной ем» кости батареи, блок 7 деления, блок )5
8 умножения, интегратор 9, элемент
10 сравнения и индикатор )1 °
Предлагаемое устройство позволя« ет определить в процессе разряда батареи ее текущую остаточную емкость, которая и является показателем состояния батареи. Поскольку величина остаточной емкости батареи зависит от всей предыстории разряда и является функцией тока и времени от начала разряда до момента измере- ния, в данном случае вводится в качестве дополнительной характеристи» ки заряженного состояния аккумуляторной батареи понятие уровня заряжеииостиИ, который принимается как отношение остаточной емкости C(3,<) к эксппуатационной разрядной емкос ти батареи Яр 3 при определенном и
35 постоянном по величине тока разряС(1,+) (3)
Ор (1) т.е. предполагается эквивалентное состояние батареи, для которого и С(м) с(1„t)
Ор(11 Ср (!.)
С учетом эквивалентности состояний на фиг, 1 (тонкиси линиями) представлено семейство характеристик при одинаковых уровнях заряженности. В частности, для характеристики Яр=1(1) (эксплуатационной разрядной емкости) р-(), т.е. запас емкости равен нулю.
Таким образом, запас емкости батареи при условном номинальном режиме разряда составит:
Ор(1н) C((lit) =, С(1,q), (6) откуда с учетом того, что C=gp-g, получаем отношение между отданными емкостями при реальном и условном разрядах: (7) () (1,<) = O(1,<) Ор (1н) Ор (1) Поскольку в обоих случаях продолжительность разряда одинакова и равна реальному времени разряда, на основании выражения (7) получаем:
Ор(1н)
Ц, (1 ) (8) где К=
Q(3) Р (1м).
С ((+аО)=С5К))- - — -„()ьд qg ( Qp (l) «ткуда переходом к пределу при д получаем дифференциальное уравнение ЙС С Р (1н) ° 1(+,; (10) Ю Qp (1) решением которого при начальном условии C(o) = Q p (Э ) будет г 0 (1) C(t:)=9,(1,)-I "" Вж () о QpT.1®3 С учетом изложенного устройство функционирует следующим образом. коэффициент приведения тока, равный отношению номинальной разрядной емкости к разрядной емкости при токе 3 Если Cb (3) - запас емкости батареи на момент времени 4 при разряде изменяющимся за это время по величине током, то с учетом того, что в течение малого интервала времени Ь значение разрядного тока может быть принято постоянным и равным 1 И3, эа. пас емкости батареи на момент време;ни 4+Ь1 с учетом выражения (8) составит:, 1048538 Составитель И.Найдина Редактор Т..Колб Техред М.Тепер Корректор А, Тяско Заказ 7941/57 Тираж 703 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений,и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 Разрядный ток аккумуляторной батареи 1 фиксируется датчиком тока 2, причем величина тока зависит от величины внешней нагрузки 3 и ее ва-. риации. Тепловой. режим аккумуляторной.батареи. регистрируется датчиком 4 .температуры батареи. В зависимости от величины разрядного тока и тем пературы батареи блоком 5 вычисления эксплуатационной разрядной емкости батареи определяется максимально возможная при заданных условиях величина разрядной емкости батареи, а ве-. личина номинальной разрядной емкости батареи задается задатчиком б. Сигналы, пропорциональные разрядной емкос- 5 ти батареи при номинальном токе разряда и разрядной емкости батареи при текущем токе разряда, поступают в блок 7 деления, в котором делением сигнала, пропорционального .первой, 20 на сигнал, пропорциональный второй емкости, определяется коэффициент приведейия тока. Сам процесс приведения происходит в блоке 8 умножения, в котором сигнал, пропорциональный 25 текущему значению разрядного тока, умножается на коэффициент приведения. Приведенный к условному номинальному режиму разряда фактический разрядный ток .батареи интегрируется в интеграторе 9, выходной сигнал кото,рого вычитается в элементе 10 срав«ения из сигнала, пропорционального номинальной разрядной емкости. Сигнал, пропорциональный величине оставшейся в батарее емкости, поступает на индикатор 11, шкала которого может быть проградуирована в абсолютных или относительных единицах величины номинальной разрядной емкости. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить стабильную однозначную оценку, состояния аккумуляторной батареи, которая не зависит ни от величины тока разряда, ни от его вариации. Улучшение K&» чества контроля состояния аккумуля- торной батареи приводит к более рациональному использованию емкости аккумуляторов и увеличению их срока службы.
