Устройство для моделирования аккумуляторной батареи

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее первый сумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа зоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости, оно дополнительно содержит счетчик ампер-часов и узел коррекции выходного напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя , выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора (/) и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключен к входу функционального преобразователя типа зоны нечувствительности .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) э(5)) С 06 G 7 48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3508618/24-24 (22) 05.11.82 (46) 15. 12.84. Бюл. № 46 (72) Н.И.Дуплин, С.P.Èâàíîâ, Н.С.Некипелов, С.И.Орлов и Н.Я.Пинигин (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 432540, кл. G 06 G 7/48, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР

¹ 643912, кл. G 06 G 7/62, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР № 796868, кл. G 06 С 7/48, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, содержащее первый сумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа зоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого явля. ется входом устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости, оно дополнительно содержит счетчик ампер-часов и узел коррекции выходе ного напряжения, состоящий иэ последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора . и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключен к входу функционального преобразователя типа зоны нечувствительности.

1 11296

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к электрическому моделированию, и может быть использовано при построении имитаторов химических 5 батарей.

Известно устройство для моделирования аккумуляторных батарей, содержащее сумматор, усилители и интеграторы (1) .

К-недостаткам такого устройства следует отнести низкую точность моделирования.

Известно также устройство для моделирования аккумуляторных батарей, содержащее сумматоры, усилители и блоки задания переменных коэффициентов, в которое для повышения точ ности моделирования введен эталонный источник тока (2) .

Недостаток такого устройства— невысокая надежность, связанная с ограниченным ресурсом работы эталонного источника тока, представляющего собой один элемент моделируемой аккумуляторной батареи.

"Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее инвертор, вход которого является первым входом устройства, выход инвертора подключен к первому входу первого функционального преобразователя, интегратор, блок деления, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй сумматор, второй, третий и четвертый функцио- 35 .нальные преобразователи, выпрямитель и блок умножения, первый вход которого является первым входом устройства, а выход подключен к первому входу второго сумматора, выход кото- 40 рого является выходом устройства, выход первorо функционального лреобра— эователя через интегратор подключен к входу второго функционального преобразователя и к первым входам . 4. третьего и четвертого функционально го преобразователя,вторые входы которых объединены и являются вторым входом устройства, выход инвертора через выпрямитель соединен с первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу четвертого функционального преобразователя, выходы второго и третьего функциональных преобразователей соединены с вторыми входами соответственно второго и первого сумматоров, выход первого сумматора подключен к.второму входу блока умножения (3) .

29 2

Недостаток такого устройства заключается в сравнительно невысокой точности моделирования батарей большой емкости, обусловленной применением аналоговых интегрирующих устройств, а также в невозможности моделирования батарей, напряжение поляризации которых изменяется по экспоненциальному закону.

Целью изобретения является повышение точности моделирования аккумуляторных батарей большой емкости.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый сумматор, второй сумматор, выход которого является выходом устройства, функциональный преобразователь типа эоны нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, масштабирующий усилитель, вход которого является входом устройства, введены счетчик ампер-часов и узел коррекции выходного напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, элемента И, последовательно соединенных генератора импульсов и делителя частоты, последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя и второму входу второго сумматора, третий вход которого является входом опорного сигнала устройства, а четвертый вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора и другому входу схемы сравнения, первый выход делителя частоты соединен с другим входом элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, вход счетчика ампер-часов соединен с входом устройства, а выход подключе к входу функционального. преобразователя типа эоны нечувствительности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для моделирования аккумуляторной батареи; на фиг. 2 — схема замещения аккумулятора; на фиг. 3 — график характеристики функционального преобразователя; на фиг. 4 — временные диаграммы.

3 1!29629

Устройство состоит из масштабного усилителя 1, счетчика ампер-часов

2, функционального преобразователя типа зоны нечувствительности 3, второго сумматора 4,.первого суммато. ра 5, схемы сравнения 6, генератора пилообразного напряжения 7, генерато. .ра импульсов 8, делителя частоты 9, элемента И 10, реверсивного счетчика

I1(импульсов)и цифро-аналогового пре- 10 образователя 12. Совокупность блоков

6 — 12 образует узел коррекции выходного напряжения 13.

Устройство для моделирования аккумуляторной батареи работает следующим образом.

На первый вход устройства поступает напряжение, пропорциональное величине и знаку протекающего по моделируемой батарее тока. Счетчик 2

20 ампер-часов определяет текущую емкость батареи, а функциональный преобразователь 3 корректирует величину ЭДС аккумуляторной батареи в режимах, когда она близка к состоянию полного заряда или состоянию полного разряда(резкоизменяющиеся ветви зарядно-разрядных характеристик, см. фиг. 3}. Начальное значение

ЭДС батареи задается напряжением Ид,. поступающим на второй вход устройства.

Масштабный усилитель и элементы .5 — 12 устройства обеспечивают коррекцию напряжения на внутреннем сопротивлении батареи. Устройство предназначено для моделирования 35 батарей, внутреннее сопротивление которых носит активно-емкостной характер(фиг. 2). Падение напряжения на таком сопротивлении для единичного скачка тока определяется в соответ- 10 ствии с выражением

r„,((a,.a,)-а,е " ) 45

При отсутствии тока аккумуляторной батареи(Ц ф напряжения с выхода усилителя 1 и сумматора 5 равны нулю. В результате сравнения напряжений сумматора 5 и генератора 7 на выходе схемы сравнения 6 образуются ШИХ импульсы, коэффициент заполнения (которых равен 0 5.

Делитель частоты 9 на .своих выходах образует две последовательности импульсов, при этом частота импульсов, поступающих на суммирующий вход счетчика ll, s два раза ниже частоты импульсов, поступающих на один из входов элемента И 10. При 0 =0,5 количество импульсов, поступивших за один период пилообразного напряжения генератора 7 через элемент 10 на вычитающий вход счетчика !1, равно количеству импульсов, поступивших на вход прямого счета того же счетчика. В этом случае выходные напряжения счетчика ll и преобразователя 12 не изменяются во времени.

Пусть s какой-то момент времени зарядный ток батареи(!! 1 скачкообразно возрастает до определенной величины. С выхода усилителя I напряжение, пропорциональное величине

Г1,(Р, Я ) поступает на неинвертирующий вход сумматора 4 и вход сумматора 5. Выходное напряжение последнего поступает на инвертирующий вход сумматора 4, где происходит образование напряжения, пропорционального pasности (.для =0 имеем j> . g,) . Появление напряжения положительной полярности на выходе сумматора 5 увеличивает коэффициент заполнения на выходе схемы сравнения б, при этом увеличивается число импульсов, поступающих за период пилообразного напряжения с выхода элемента И 10 на вычитающнй вход счетчика II. Так как число импульсов, поступающих в единицу

4 времени на суммирующий вход, остается пОстоянным, тО напряжение U > на выходе преобразователя 12 стано».. вится отрицательным.и растет по абсолютному значению." Скорость его изменения прямо пропорциональна величине отклонения 6q и величине выходного напряжения сумматора 5, которое в свою очередь, определяется значением И (!с1 (к,ig 1- ц,, ), где

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

По мере роста tlI< напряжение И уменьшается, уменьшается при этом и скорость изменения И! вплоть до нуля,когдаИ„ достигнет по абсолютному значению величины g I !1, i!I ).

При U =0 коэффициент заполнения q

5 снова становится равным 0 5 что приводит к выравниванию количества импульсов, поступающих за один пери« од пилообразного напряжения .На входы прямого и обратного счета преобразователя счетчика 11.

1129629

11е трудно показать, что уменьшение напряжения Ц- происходит по экспо1! ненциальному закону (1 (о)р, где

Т вЂ” постоянная времени, определяемая частотой импульсов генератора 8, коэффициентом деления делителя 9 и глубиной двоичного счетчика 11.

Выбирая, например, коэффициент деления делителя 9, можно добиться, чтобы выполнялось условие Т= с 1 при этом изменение напряжения Llp во времени от величины протекающего тока происходит в точном соответствии с выражением (!) .

20

В режиме разряда устройство работает аналогично, с той лишь разницей, что изменяется на обратную полярность напряжения на выходах элементов

1,5,!2.

Преимущества предложенного устройства перед известными состоят в следующем.

В известных устройствах для моделирования изменяющихся во времени параметров аккумуляторной батареи (ЭДС поляризации, внутреннее сопротивление).применяются аналоговые интеграторы на основе операционного усилителя и Д9 †цепоч (1, 1) . Время интегрирования таких цепей ограни— чено десятками секунд — единицами минут, что не позволяет применять известные устройства для моделирования батарей большой емкости в реальном масштабе времени.

В предложенном устройстве интегрирование во времени осуществляется цифровым способом, при этом современная элементная база(двоичные реверсивные счетчики) позволяет моделировать аккумуляторные батареи, постоянная времени которых достигает единиц часов и более. Поэтому точность моделирования батарей большой емкости в предложенном устройстве значительно выше, чем в известных, Известные устройства моделирования аккумуляторных батарей учитывают изменения активного сопротивления батареи и ЭДС поляризации в зависимости от текущего значения емкости батареи, а потому не могут быть применены для моделирования аккумуляторов, параметры активно-емкостного сопротивления которых не определяются количеством ампер-часов, принятых или отданных батареей.

1l29629

1129629

Ти аж 698 По писн е, г.Ужгород, ул.Проектная, 4