Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда и устройство для его осуществления

 

1. Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме им пульсного разряда путем измерения текущих значений напряжения батареи и разрядного тока и сравнения напряжения батареи с минимально допустимым при этом токе разряда напряжением , отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля , по величинам напряжения, разрядного тока и дополнительно измеренной ЭДС батареи определяют внутреннее сопротивление батареи, а по разности между ЭДС и падением напряжет ния при номинальном разрядном токе на внутреннем сопротивлении батареи определяют приведенное к номинальному режиму разряда напряжение батареи, которое сравнивают cJлинимaльнo допус- „ тимым при номинальном токе разряда напряжением, и по величинам рассогласования сравниваемых напряжений . судят о зарядном состоянии аккумуляторной батареи.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 Н 01 М ° 10/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3500908/24-07 (22) 09. 07. 82. (46) 15.12.83. Вюл. В 46 (72) В.П.Сисев и A.H.Ìàðêåëîâ (7l) Ворошиловградский филиал ИнституФа Гипроуглеавтоматизация (53) 621.355.1(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР .

9 504264, кл. Н 01 М 10/42, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР .

Ю 599300, кл. Н 01 М 10/48, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

В 687496, кл. H 01 N 10/48, 1975. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ АККУ

: МУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ В РЕЖИМЕ ИМПУЛЬС»

НОГО РАЗРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ EFO

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме им" пульсного разряда путем измерения

„„SU„„1061198 A текущих значений напряжения батареи и разсядного тока и сравнения напряжения батареи с минимально допустимым при этом токе разряда напряжением, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, по величинам напряжения, разрядного тока и дополнительно измеренной ЭДС батареи определяют внутреннее сопротивление батареи, а по разности между ЭДС и падением напряже-. ния при номинальном разрядном токе на внутреннем сопротивлении батареи определяют приведенное к номинальному режиму разряда напряжение батареи, которое сравнивают с минимально допустимым при номинальйом токе разряда Е напряжением, и по величинам расс гласования сравниваемых напряжений . судят о зарядном состоянии аккумуляторной батареи.

1061198

2. Устройство для контроля состоя- ; ния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда, содержащее пос-. ледовательно включенные в цепь батаю реи датчик тока, прерыватель и наг ° р. зку, измеритель нагряжения и элемент сравнения, первый вход которого подключен к задатчику минимального напряжения, а выход через триггер к блоку индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,,c целью повышения точности контроля, оно снабжено вторым измерителем напряжения, элементом НЕ, двумя блоками вычитания, делителем напряжения, задатчиком номинального тока и блоком умножения, причем выход первого измерителя напряжения соединен с первым входом первого блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу блока умножения, а выход — ко второму вхо-

10 дой секции батареи и вычисления внутреннего сопротивления всей батареи по отношению среднедействующего йапряжения H суммы токов от каждой

15 -секции 2 3.

Недостатками известного способа контроля являются наличие погрев ностей в го

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях и эксплуатации химических источников тока, применяемых> например, для рудничных аккумуляторных электровозов .

Известен способ контроля зарядного аккумулятора путем измерения параметров его работы при подключении аккумулятора на .контролвное сопротивление (1 j. Степень заряженности аккумулятора согласно способу определяюг путем вычитания из Напряжения, равного разности ЭДС батареи и опорного напряжения, величины, пропорциональной падению напряжения на .аккумуЛяторе.

Недостатком известного способа является ограниченность его функциональных возможностей, так как он применим только для испытаний аккумулятора в лабораторных условиях, а не для текущего. контроля состояния аккумулятора, нагруженного на реальную нагрузку. При использовании вместо контрольного, сопротивления реальной нагрузки, которая может существенно изменяться, определение состояния аккумулятора производится с существенными погрешностями. Применение известного способа, основанного на подключении контрольного сопротивления, в периоды отключения нагрузки приводит к нарушению режима работы осноэной нагрузки, например, .к нарушению режима коммутации, и к ду элемента сравнения, управляющий вход второго измерителя напряжения соединен с выходом прерывателя и через элемент НЕ - с управляющим входом первого измерителя напряжения, а выход соединен .с первым входом второго блока- вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя напряжения, выходы второ,го блока вычитания и датчика тока

I" подключены соответственно на первый и второй входы делителя, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого подключен к эадатчику номинального тока, причем вход второго изме рителя напряжения объединен с входом первого, а второй вход блока индикации подключен к выходу первого блока вычитания.

2 нерациональному использованию энер-. гии аккумулятора из-за потерь на контрольном сопротивлении.

Известен также способ контроля степени заряженности аккумуляторной батареи, состоящей из двух последовательных секций, по величине их внутреннего сопротивления путем измерения напряжений,и токов при поочередном подключении к нагрузке кажизмерениях из-за неидентичности характеристик секций батареи, абсолютное равенство ЭДС которых маловероятно, а также невозможность его применения при работе с одной несек ционированной батареей.

Наиболее близким по технической. 5 сущности к предлагаемому является способ контроля состояния аккумулято рной батареи, основанный на сравнении напряжения нагруженной аккумуляторной батареи с эталонньм напряжением,.равным разности. между.заЗо даннрй минимальной ЭДС заряженной батареи и напряжением, пропорциональным току нагрузки. Снижение напряжения аккумуляторной батареи ниже эталонного регистрируется индикатоЗ5 ром, который сигнализирует о том, что батарея неспособна отдать требуемую мощность (3).

1061198

Недостато известного способанизкая точность контроля, так как не учитывается вариация некоторых параметров батареи в процессе ее эксплуатации и не дается количественная оценка зарядного состояния батареи.

Известно также устройство для осуществления данного способа, содержащее последовательно включенные в цепи. батареи датчик тока, прерыватель и нагрузку, измеритель напряжения и элемент сравнения, вход которого подключен к эадатчику минимального напряжения, а выход через триггер к блоку индикации 3 3.

Однако это устройство не обеспечи- 15 вает необходимой точности контроля.

Целью изобретения является повыщение точности контроля зарядного состояния аккумуляторной батареи.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда на основе измерения текущих значений напряжения и разрядного тока и сравне- 25 ния напряжения батареи с минимально допустимым при этом токе разряда напряжением по величинам напряжения, разрядного тока и дополнительно измеряемой ЭДС определяют внутреннее сопротивление батареи, а по разности между ЭДС и падением напряжения при номинальном разрядном токе на внутреннем сопротивлении батареи определяют приведенное к номинальному режи-. му разряда напряжение батареи, которое сравнивают с минимально допустимым при номинальном токе разряда напряжением, и по величинам рассогласования сравниваемых напряжений судят о зарядном состоянии аккумуляторной 4О батареи.

Предлагаемый способ контроля состояния аккумуляторной батареи предполагает определение и сравнение текущего напряжения батареи с опорным напряжением, равным некоторому предельно допустимому значению. Как правило, разрядные характеристики и параметры аккумуляторов регламентируются номиналь тым режимом разряда и задаются соответствуйщими техническими условиями в виде номинальной разрядной емкости, начального, среднего и конечного напряжения при йоминальном токе разряда и других.

Однако напряжение батареи находится в функциональной зависимости как от величины текущего разрядного тока, так и от величины емкости, отданной на момент измерения во внешнюю нагрузку. Для получения однозначно определенной оценки текущего состояния аккумуляторной батареи предлагается в каждый момент времени контролировать приведенное к.номинальному режиму разряда напряжение батареи,т.е. определять напряжение, которое имеет батарея при условном разряде ее .в данный момент номинальным то-. кам, и производить оценку по величине его текущего значения и по результату.:сравнения этой величины с величиной минимально допустимого для номинального режима разряда напряжением.

Устройство для контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда, . содержащее после- 4 довательно включенные в цепь батареи датчик тока, прерыватель и нагрузку, измеритель напряжения и элемент сравнения, первый вход которого.подключен к задатчику минимального напряжения, а выход через триггер к блоку индикации, снабжено вторым измерителем напряжения, элементом НЕ, двумя блоками вычитания, делителем напряжения задатчиком номинального тока и блоком умножения, причем вы- 55 ход первого измерителя напряжения соединен с первым входом первого блока вычитания, второй вход которого аюдключен к выходу блока умножения, а выход — ко второму входу эм.мента Щ сравнения, управляющий вход второго; измерителя напряжения соединен с выходом прерывателя и через элемент

НŠ— с управляющим входом первого измерителя напряжения, а выход соединен с первым входом второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя напряжения, выходы второго блока вычитания и датчика тока подключены соответственно на первый и второй входы делителя, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого подключен к задатчику номинального тока, причем вход второго измерителя напряжения объединен с входом первого, а второй вход блока индикации подлючен к выходу первого блока вычитания.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, Реализующего способ контроля состояния аккумуляторной батареи в режиме импульсного разряда.

Устройство содержит аккумуляторную батарею 1, датчик 2 тстка, прерыватель 3, нагрузку 4,. первый измеритель 5 напряжения, первый блок 6 вычитания, блок 7 умножения, элемент

8 сравнения, задатчик 9 минимального напряжения, триггер 10 и блок 11 индикации. Оно снабжено вторым измерителем 12 напряжения, элементом

13 НЕ, вторым блоком 14 вычитания, блоком 15 деления и задатчиком 16 номинального тока.

1061198

35 э

Е-U

Е-U

И =(à- — 3 )т,У

Н ) Э Н/ Hain

Иапряжение, ток разряда и ЭДС батареи в каждый момент времени связаны выражением

5 . Е(6)=0(6,3)+г(6) 3, где Е (Ck) - ЭДС батареи;

0(ИР) " напряжение батареи;

3 - величина тока разряда г(61 - внутреннее сопротивление батареи; 10

6 - снятая на момент измерения

I емкость батареи, илй для режима разряда номинальным током ()=u„(a + г((Рн

15 где tJ (Я) — напряжение батареи при. номинальном режиме раэ

° / ° ряда 1

3 - номинальный ток разряда. 20

Исходя из условия эквивалентногс зарядного состояния аккумуляторной батареи, для которого величина внутреннего сопротивления батареи при фиксированной величине 8 снятой емкссти считается неизменной, можно записатьг. E =Utr7 =и„+ r „, откуда величина напряжения батареи в предполагаемом номинальном режиме разряда равна:

При введЕнии условия.ограничения разряда получаем

40 где 0„ „;„ - минимально допустимое (конечное) напряженке батареи при номинальном: токе разряда.

Способ контроля состояния аккумуляторной батареи в импульсном режиме

Разряда Реализуется с помощью устРой-5О ства следующим образом. .Аккумуляторная батарея 1 через датчик тока 2 и прерыватель 3(напри мер тиристорный преобразователь)„ разРяжает ся ыа нагрузку 4. В период Я spe-55 мени,когда прерыватель 3 разомкнут, первый измеритель 5 напряжения фийсирует величину ЭДС батареи, а в периоды времени, когда прерыватель 3 замкнут и батарея подключена к нагрузке, вторым измерителем 12 напряже- 60 ния фиксируется величина напряжения нагруженной батареи (в качестве иэме-

4 °-рителей напряжения могут быть использованы,например,емкостные накопители).

Управление измерителями напряжения (за-65 б ряд емкостей может произ водиться через управляемые ключи, например интегральные прерыватели) осуществляется выходным сигналом с прерывателя 3, причем на первый измеритель (измеритель зДС) сигнал воздействует через элемент 13 НЕ, а На второй((измеритель напряжения батареи) - непосредственно.

Сигналы, пропорциональные ЭДС и напряжению батареи, поступают в блок

14 вычитания, где определяется при каждом цикле коммутации батареи текукщее падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи. Величина падения напряжения в блоке 15 делится на величину разрядного тока, измеренного датчиком 2 тока. Полученная таким образом величина текущего внутренного сопротивления батареи умножа.ется в блоке 7 на сигнал,пропорциональный" величине номинального разрядного тока, поступающего с з адатчи ка 16 .

В блоке 6 вычитания из сигнала,. про порционального ЭДС батареи, вычитается сигнал, пропорциональный падению напряжения на внутреннем сопротивлении батареи при номинальном токе разря да. Полученный после вычитания сигнал соответствует текущему значению напряжения батареи в предлагаемом номинальном режиме разряда и поступает в качестве контролируемой (регистрирующим прибором) величины в блок индикации 11, а также в качестве входного .сигнала - на элемент 8 сравнения, в котором сигнал, пропорциональный приведенному к номинальному, режиму разряда напряжению батареи, сравнивают с минимально допустимым (конечным) напряжением, поступающим с задатчика 9. Величина конечного напряжения рекомендуется техническими условиями на аккумуляторную батарею и, например, для кадмийникелевых и железа-никелевых аккумуляторов она равна ЗВ. При снижении контролируемого нацряжения батареи ниже заданного уровня сигнал рассогласования напряжений через триггер

10 управляет световьм или звуковым сигнализатором блока индикации 11, который свидетельствует о предельном раэряднбм состоянии аккумуляторной батареи.

Контролирующий прибор блока индикации может быть проградуирован в абсолютных величинах напряжения, . либо, при соответствующем пересчете, в абсолютных величинах разрядной или резервной емкости батареи, либо в относительных величинах (степени заряженности) указанньх величин.

Таким образом, информация, получа.емая при осуществлении предлагаемого

;способа контроля и выдаваемая блоком индикации в устройстве, реализующем

1061198

Составитель И. Найдина

Редактор М.Циткина Техред.М.Надь . Корректор A ..Зимокосов

Заказ 10051/54 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного: комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раущская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 способ (сигнализация конца разряда и индикация текущего состояния за, ряженности), точнее и подробнее . характеризует фактическое состояние аккумуляторной батареи, чем зто предусматривается.известным способом контроля. Улучшение качества контроля состояния аккумуляторной батареи пРиводит к увеличению срока службы составлякв их ее аккумуляторов. Кроме того, положительный эфФект от примекения предлагаемого изобретения вы;ражается в том,что результаты текушей оценки состояния батареи могут быть использованы для планирования разрядной емкости и управления режимом разряда с целью оптимального использования ресурса емкости аккумуляторной батареи, а так :е для исследований характеристик аккумуляторной батареи в режимах импульсного разряда.