Способ поэлементного доразряда химической батареи

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности в том числе к системам электропитания автономных объектов. Цель изобретения - обеспечение заданного качества восстановленных характеристик аккумуляторов батареи после ее доразряда за ограниченное время. Это достигается применением двух идентичных комплектов индивидуальных нагрузочных сопротивлений , подключаемых через контакты реле и индивидуальные цепи к отдельным аккумуляторам батареи. Доразряд батарей производят на один или на оба комплекта после определения состояния цепей путем контроля напряжения на отдельных аккумуляторах при одновременном контроле напругжения на гаинах йатаоеи. Результаты контроля запоминатот и оценивают, после чего батарею доразряжают на тот комплект индивидуальных нагрузок, при разряде на KOTopbnl напряжение на каждом аккумуляторе не превысило ранее заданного значения. I з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. « (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COLlHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 01 M 10/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21} 4024280/24-07 (22} 12.02.86 (46} 15.05.88. Бюл. Р 18 (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте им. м.И.Калинина (72) В.Д.Яковлев и Ч,H.Ðîäèîíîâ (53) 621.355.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 936101, кл. H О1 М 10/42, 1982.

Патент США Ф 3997830, кл. 320-5, 1976. (54) СПОСОБ ПОЗЛЕМЕНТНОГО ДОРАЗРЯДА

ХИ1ИЧЕСКОЙ БАТАРЕИ (57) Изобретение относится к электротехнической промыпшенности в том числе к системам электропитания автономных объектов. Цель изобретения — обеспечение заданного качества восстанов„„SU„„1396182 А1 ленных характеристик аккумуляторов батареи после ее доразряда за ограниченное время. Это достигается применением двух идентичных комплектов индивидуальных нагрузочных сопротивлений, подключаемых через контакты реле и индивидуальные цепи к отдельным аккумуляторам батареи. Доразряд батарей производят на один или на оба комплекта после определения состояния цепей путем контроля напряжения на отдельных аккумуляторах при одновременном контроле напряжения на линах батареи. Результаты контроля запоминают и оценивают, после чего батарею доразряжают на тот комплект индивидуальных нагрузок, при разряде н» который напряжение на каждом аккумуляторе не превысило ранее заданного значения. I з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

l 396182

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электропитания автономных объектов.

Целью изобретения является обеспе- 5 чения заданного качества характеристик аккумуляторов батареи, восстановленных в условиях ограниченного времени процесса доразряда, а также ускорение процесса поэлементного дораэ-10 ряда аккумуляторной батареи без ухудшения качества восстанавливаемых характеристик химической батареи.

Предлагаемый способ поэлементного доразряда аккумуляторной батареи сос-15 тоит в том, что к каждому аккумулятору батареи подключают через индивидуальные цепи нагрузку и дораэряжаит каждый аккумулятор батареи до напряжения, близкого к 0 В. при этом кон- 20 тролируит разрядное напряжение как на общих шинах батареи, так и на каждом отдельном аккумуляторе, Как правило, доразряд аккумуляторов на индивидуальную нагрузку начинают при

25 снижении напряжения на отдельных аккумуляторах до значения 0,6-1,0 В„

Для проведения процесса поэлементного дораэряда аккумуляторной батареи необходимо иметь два идентичных комплекЗ та индивид альных нагрузок {c числом, равным числу аккум ляторов в батарее), подключаемых через отдельные разрядные цепи к аккумуляторам. Химическую батареи доразряжаит на один из ком- -35 плектов индивидуальных нагрузок. Так как в процессе доразряда контролируют напряжение на каждом аккумуляторе,, то к моменту, когда напряжение на общих шинах батареи снизится до за"" 40 данного значения, будет сформирована информация, на всех ли аккумуляторах разрядное напряжение снизилось до заданного .(или ниже) значения (напри-, мер, 0,6 В), т,е, определяют нет ли 45 повышенного сопротивления в разрядных цепях аккумуляторов. Если хотя бы на одном аккумуляторе напряжение окажется выше заданного, результат запоминают (" Больше" ). 50

Затем параллельно первому комплекту индивидуальных нагрузок подключают второй идентичный комплект, после чего первый комплект отключают. Повторно проверяит, на всех ли аккумуляторах напряжение снизилось до заданного значения (или ниже), и, если был результат "Больше", запоминаит его. после этого оценивают результаты обеих проверок. Если в результате обеих проверок не было напряжЕния на отдельных аккумуляторах больше заданного значения, то оба комплекта индивидуальных нагрузок исправны и можно работать на любом комплекте (доразряжают на включенном комплекте) или, если есть необходимость в форсировании процесса доразряда, включают в работу оба комплекта параллельно.

Если в результате проверок был получен результат "Больше", то химическую батарею доразряжаит на тот комплект индивидуальных нагрузок, при работе на котором не было результата "Больше"

На фиг.l представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 — схема блока обработки результатов контроля напряжения.

Дораэряжаемая батарея 1 состоит из.нескольких аккумуляторов 2. Каждая цепь индивидуальной нагрузки состоит из двух проводников, идущих от выводов аккумуляторов к двум включенным последовательно для защиты от короткого замыкания) контактам 3 и 4 реле обмотки реле и цепи включения их не показаны) и разрядного резистора 5. Комплекты 6 и 7 индивидуальных нагрузок состоят иэ доразрядных ячеек по числу, равному числу аккумуляторов в батарее.В состав устройства также входит устройство 8 поаккумуляторного контроля (УПК) со счетчиком

9 числа аккумуляторов, имеющих разрядное напряжение, равное заданному значению или ниже его датчик 10 разрядного напряжения и блок ll обработки результатов контроля напряжения. Структурная схема блока 11 приведена на фиг,2, Блок ll включает в себя: устройство !2 памяти, логические схемы И 13-20, устройства 21-24 задержки сигналов, триггеры 25-28, логические схемы И 29-33, устройства

34, 35 задержки сигналов, логические схемы ИЛИ 36-4?.

Устройство работает следующим образом.

На один из входов логических схем

И 18, 19 приходит импульсный сигнал !! !!

Вкл от других устройств, Сигнал !! !!

Вкл одновременно поступает и н а входы R- триггеров 2 5- 8, у с танавлив а я

1396

3 их в исходное состояние (в состояние

"О"); На втором входе логических схем И 18, 19 присутствует сигнал с устройства 12 памяти, соответствующий тому комплекту индивиду ьн. нагру- 5 эок, который в предыдущем цикле доразряда был включен в работу последним. Например, последним был включен комплект 7, тогда сигнал с устройст10 ва 12 памяти присутствует на втором входе логической схемы И 18, с выхода которой сигнал проходит через устройство 23 задержки (время, необходимое для установки триггеров 25-28 в исходное состояние), логические. схемы ИЛИ 39 и 41 и по цепи "3" включает опять комплект 7 путем подачи импульсного сигнала на обмотки поляризованных реле (на фиг.! не указаны), контакты 3 и 4 которых замыкают разрядную цепь каждого аккумулятора через отдельные проводники на резисторы 5. Сигнал со схемы ИЛИ 39 поступает на вход устройства 12 памяти, которое свое состояние не изменяет, и вход триггера 2Я, устанавливая его в положение "1", сигнал с выхода которого поступает на вход логической схемы И 33.

Одновременно с дораэрядом батареи контролируют напряжение на ее.шинах датчиком 10 разрядного напряжения и на каждом аккумуляторе устройством

8 поаккумуляторного контроля. При

35 этом в счетчике 9 фиксируется число аккумуляторов, на которых разрядное напряжение стало равным заданному значению или меньше его (например, 0,5-О,6 В), Когда напряжение на шинах батареи снизится до заданного значения U (У „= и !1а. р, где

n — - число аккумуляторов в батарее;

U „ р — значение разрядного напряжения на одном аккумуляторе, например 45

0,5 В}, сработает датчик IO разрядного напряжения. Сигнал с датчика !О по цепи б поступает на один из входов логической схемы И 13, на другой вход которой по цени а поступает сигнал со счетчика 4, по которому проверяют, на всех ли аккумуляторах батареи в момент срабатывания датчика 10 напряжение снизилось до уровня, равного заданному или меньше его, например

0,5-0,6 В. Если при первой проверке

55 наличия разрядного напряжения хотя бы на одном аккумуляторе со значением больше заданного (работа на комплек182 те 7} не было зафиксировано результата "Больше", то сигнал со счетчика

9 будет отсутствовать к моменту срабатывания датчика !О разрядного напряжения. Таким образом, сигналы с выхода логической схемы И !3 и, соответственно, с выхода схемы И 14 не будут сформированы. Триггер 25 останется в исходном состоянии (в положении "О"). Сигнал с датчика 10 о его срабатывании по цепям в-д также поступает на один из входов логических схем И 16, 17 и 20. На втором входе логической схемы И 16 присутствует сигнал с устройства 12 памяти, соответствующий комплекту 7. На третьем входе логической схемы И 16 присутствует разрешающий сигнал с логической схемы И >О, на втором (инверсном1 входе которо отсутствует сигнал с логической схемы И 33, на входе которой присутствует только один сигнал с триггера 28. Сигнал со схемы И 16 через логическую (диодную) схему ИЛИ 40 поступает на вход устройства 12 памяти, изменяя его состояние на противоположное, соответствующее включению комплекта

6, а также поступает на вход S-триггера 27, устанавливая его в состояние

1, а через логическую (диодную) схемы ИЛИ 42 по цепи е поступает на включающий вход комплекта 6. Таким образом подключают второй комплект индивидуальных нагрузок параллельно первому (работающему). Сигнал с триггера 27 поступает на второй вход логической схемы И 33, с выхода которой сигнал поступает на инверсный вход логической схемы И 20 и на вхоI ды логических схем И ?9-32. Сигнал с выхода логической схемы И 16 также поступает на устройство 21 задержки (время, необходимое для включения реле комплекта индивидуальных нагрузок, например 5 мс1, откуда сигнал через логическую (диодную) схему

ИЛИ 37 по цепи ж поступает на отключающий вход комплекта 7 и отключает

его.

Датчик 10 разрядного напряжения должен иметь гистерезис на отпускание, чтобы несмотря на технологический разброс параметров разрядных цепей обоих комплектов датчик оставался в сработанном состоянии, в том числе если иэ-эа неисправности в отдельных разрядных цепях напряжение на общих

1396

5 шинах батареи станет выше, чем при разряде. батареи на предыдущий комплект индивидуальных нагрузок. Аналогично операции по проверке во время работы на комплекте 7 вторично прове- 5 ряют наличие хотя бы на одном аккуму ляторе большего разрядного напряжения, чем заданное значение (при работе на комплекте 6). Если со счетчика 9 .в этом случае не будет снят сигнал (a комплекте 6 имеются разрядные цепи с повышенным сопротивлением и устройство 8 поаккумуляторного контроля покажет, что не на всех, аккумуляторах напряжение снизилось до равного или

15 ниже заданного значения), то сигнал с логической схемы И 13 поступает на один из входов логической схемы И 15, на втором входе которой присутствует сигнал с устройства 12 памяти, соот20 ветствующий комплекту 6. Сигнал с ,логической схемы И 15 поступает на вход S-триггера 26, изменяя его состояние íà ll запоминают значение

11

Больше при работе на комплекте 6„

11

Так как оба триггера 27 и 28 находятся в состоянии "1"., сработает логическая схема И 33, с выхода которой сигнал поступает на инверсный вход логической схемы И 20, на выходе которой сигнал становится запрещающим для логических схем И 16, 17 что исключает дальнейшее переключение комплектов в соответствии с рассмот."ренной логикой. Кроме того, сигнал 35 с выхода логической схемы И 33 поступает на третьи входы логических схем

И 29-32, на которых оценивают результаты проверки, на двух других входах логических схем И 29--3? присутствуют

40 сигналы с обоих вьмодов триггеров

25 и ?6, соответствующие их состоянию, 1 ри наличии результата " ольше", когда батарею доразряжали на комплект

6 (вторая проверка), на входах логической схемы И 30 будут присутствовать сигналы с триггера 26, с логической схемы И 33 и с инверсного выхода триггера 25 (соответствующий состоянию "О"), и на инверсном входе сигнал со значением "0" с логической схемы. ИЛИ 36. Сигнал„ сформированный на выходе логической схемы И 30, поступает через логические (диодные) схемы ИЛИ 39 и 41 по цепи "3" на вклк 55 чающий вход комплекта 7, а через устройство 35 задержки сигнала (время, необходимое для включения реле комп18?

6 лекта индивидуальных нагрузок, например 5 мс) и логическуи схему ИЛИ 38 по цепи и на отключающий вход комплекта 6. Таким образом, батарею доразряжают на полностьи исправный комплект

7 индивидуальных нагрузок.

Если результат "Больше" был зафиксирован при доразряде батареи на комплект 7, а при доразряде на ком-. плект 6 не было результата "Больше", триггер 26 останется в исходном (соответствующем состоянии "0") положении, а триггер ?5 находится в положении "1". Тогда аналогично предыдущему на выходе логической схемы И 3? будет сформирован сигнал, который через логические схемы ИЛИ 40 и 42 по цепи е поступает на включающий вход комплекта 6, а через устройство 34 задержки (аналогичное устройству 35) и логическую (диодную) схему ИЛИ 37 по цепи ж на отключающий вход комплекта 7. Таким образом, батарею доразряжают на исправный комплект 6 индивидуальных нагрузок. Если при. обоих проверках наличия разрядного напряжения на отдельных аккумуляторах, больmего, чем заданное, не будет выявлено результатов "Больше", то триггеры

25 и 26 останутся в исходном положении, соответствующем состоянию "0 1.

В этом случае сигналы с инверсных выходов триггеров 25 и 26 поступают на два входа логической схемы И 31, на третьем входе которой присутствует сигнал с логической схемы И 33.

На входе схемы И 31 сформируется сигнал. Этот сигнал поступает на вход логической схемы ИЛИ 36, на выходе которой сформируется сигнал, являющийся запретом для Аормирования сигналов с логических схем И 30, 31.

Через логические (диодные) схемы

ИЛИ 41 и 4? по цепям е, з этот сигнал поступает на включающие входы обоих комплектов 6 и 7 ° Таким образом, батарею доразряжаит на оба исправных комплекта одновременно.

Рассмотренный алгоритм работы блока обработки результатов контроля по включении комплектов индивидуальных нагрузок можно предстанить н ниде таблицы.

Выключение устройства производят по импульсному сигналу "Откл .

Сигнал на откличаищие входы комплектов 6 и 7 поступает через логические диодные) схемы ИЛИ 37 и 38

1396182 по цепям ж, и, Сигнал "0ткл." может поступать как из других систем, так и от устройств Я или 10, если на них возложить такие функции. При сле5 дующем цикле поэлементного доразряда химической батареи целесообразно первым включать тот комплект индивидуальных нагрузок, который был включен вторым при предыдущем цикле. При этом !0 если вторым был включен комплект 6, то сигнал с логической схемы И 19 через устройство 24 задержки (аналогичное устройству 23) и логические схемы ИЛИ 40, 42 по цепи е подают на включающий вход комплекта 6. Далее работа производится в соответствии с ранее описанной последовательностью операций и ее алгоритмом.

При доразряде химической баратеи 20 на исправные комплекты (один или два) индивидуальных нагрузок не исключается вероятность, что в каком-то ком- . плекте появится неисправность, результатом которой будет увеличение сопро- 25 тивления разрядной цепи какого-то аккумулятора. Чтобы исключить неопределенность этой ситуации, периодически, например Раз в час, необходимо подать сигнал "Вкл.". В этом случае 30 все будет происходить в соответствии с описанными последовательностью опеРаций процесса доразряда и алгоритмом работы доразрядного устройства.

Сначала установятся в исходное 35 состояние триггеры 25-28, на входе логических схем И 29-32 появится запрещающий сигнал с логической схемы И 33, с логической схемы И 20 по- . явится разрешающий сигнал на логические схемы И 16, 17 и через соответствующие цепи сформируется сигнал на отключение одного из работающих комплектов 6 или 7. Если последним был включен комплект 6, то сигнал с ло- 45 гической схемы И 17 через устройство

22 задержки (аналогичное устройству

2!) через логическую схему ИЛИ 38 по цепи и поступает на отключающий вход комплекта 6. Далее работа будет происходить в соответствии с ранее описанным.

Устройства 8-11 должны быть эарезервированы так, чтобы вероятность 55 отказа у них была на порядок меньше, чем у одного из комплектов индиви- . дуальньм нагрузок.

Сттособ поэлементногО дОразрЯДа аккумуляторнок батареи обеспечивает не только заданное качество восстановленных характеристик батареи в случае повышения сопротивления доразрядных цепей отдельных аккумуляторов но и возможность сократить время доразряда всех аккумуляторов .до 0 В в 1,5-2 раза с сохранением при этом заданного качества восстановленных характеристик батареи. При этом исключается необходимость в увеличении избыточности (кратной числу аккумуляторов в батареи) элементов доразрядного устройства при резервировании по принципу мажорирования, что снижает массу и габариты доразрядного устройства с обеспечением его высокой функциональной надежности, так как второй комплект индивидуальных нагрузок фактически является холодным резервом. Если же оба комплекта включают в работу одновременно, то при условии, что оба исправны.

Кроме того, процесс проведения поэлементного доразряда батареи целесообразно организовать так, чтобы в начале нового цикла доразряда nepatm подключать тот комплект индивидуальных нагрузок, который в предыдущем цикле включали вторым. Этим достигают более равномерного распределеция нагрузки на контакты реле обоих комплектов, что положительно отразится на работоспособности разрядного устройства.

Наибольшую актуальность способ имеет при создании автономных систем электроснабжения объектов длительного срока службы с ограниченной мощностью первичного источника энергии и ограниченными массо-габаритными

:возможностями.

Формула изобретения

I.Способ поэлементного доразряда химической батареи путем подключения нагрузочного сопротивления к каждому аккумулятору батареи и контроля разрядного напряжения на общих шинах аккумуляторной батареи, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения заданного качества характеристик батареи после ее доразряда за ограниченное время, контролируют напряжение на каждом аккумуляторе, производят сравнение разрялного на1396182 пряжения на каждом аккумуляторе с заданним значением напряжения на один аккумулятор в момент достижения заданного эначения напряжением на общих шинах аккумуляторной батареи, 5 запоминают результат сравнения, затЕм подключают к каждому аккумулятору нагрузочное сопротивление второго введенного комплекта нагрузок, отклю-10 чают первый комплект нагрузочных сопротивлений и вновь производят сравнение напряжения на каждом аккумулятОре с заданным значением напряжения на один аккумулятор, запоминают ре зультат сравнения, оценивают оба результата сравнения н дораэряжают аккумуляторы батареи на тот комплект нагрузочных сопротивлений, при разряде на который разрядное напряжение 2р нЭ каждом аккумуляторе не превысило заданного эначения на один аккумулятор, 2.Способ ло п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью ускорения процесса доразряда всех аккумуляторов до П Я, каждый аккумулятор батареи разряжают на параллельно включенные соответствующие нагрузочные сопротивления обоих комплектов нагрузок при условии, что в результате проверки этих комплектов разрядное напряжение на каждом аккумуляторе не превысило заданного значения напряжения на один аккумулятор в момент достижения соответствующего заданного значения напряжением на общих шинах.

ТГ к

T к

Т vТТ v(1 ЛТТ) 1396182

Откр

Составитель И.Найдина

Техред Л. Сердюкова Корректор H- Король

Редактор М.Циткина

Тираж 74б

Заказ 2499/52

Подписное

В1П1ИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произвопственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4