Счетчик ампер-часов

 

Изобретение относится к технике измерения количества электричества и может быть использовано для непрерывного контроля текущей емкости и измерения КПД аккумуляторных батарей /АБ/ в системах электропитания постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности измерения степени заряженности аккумуляторных батарей. Введение блока 16 формирования признака нуля, счетчика 17 емкости переполнения, мультиплексора 18, счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов, вычислительного блока 11 и блока 10 памяти позволяет непрерывно определять КПД АБ. Непрерывное определение КПД АБ позволяет постоянно подстраивать блок 9 формирования кода управления, что повышает точность измерения степени заряженности АБ. Счетчик ампер-часов содержит также источник 1 питания с исполнительным устройством и балластной нагрузкой 2, аккумуляторную батарею 3, усилитель 4 постоянного тока, преобразователь 5 напряжение-частота, триггер 6, элемент ИЛИ 7, делитель 8 частоты, три элемента 12-14 совпадения и датчик 20 давления. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄ SUÄÄ1559296 (51) 5 G 01 R 11/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ", К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ -- -"! (54) СЧЕТЧИК АМПЕР-ЧАСОВ! (21) 4311439/24-21 (22) 29.09.87 . (46) 23.04.90. Бел. 11 15 (72) И.В.Темный, В.И.Быцько и В.Г.Руденко (53} 621.317.78 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

tf 892308, кл. G 01 R 11/34, 1981.

Авторское свидетельство СССР

8 1285379, кл. С 01 R 11/34, 1985.

2 (57) Изобретение относится к технике измерения количества электричества и может быть использовано для непрерывного контроля текущей емкости и измерения КПЦ аккумуляторных батарей (АБ) в системах электропитания постоянного тока. Цель изобретенияповышение точности измерения степени заряженности аккумуляторных батарей. Введение блока 16 формирования признака нуля, счетчика 17 емкости переполнения, мультиплексора 18, 1559296 счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов, вычислительного блока

11 и блока 10 памяти позволяет непрерывно определять КПД АБ. Непрерывное определение КПД АБ позволяет постоянно подстраивать блок 9 формирования кода управления, что повышает точность измерения степени заряженности АБ. Счетчик ампер-часов содерИзобретение относится к технике измерения количества электричества и может быть использовано для непрерывного контроля текуц ей емкости и измерения КПД аккумуляторных батарей в системах электропитания постоянного тока.

Цель изобретения - повышение точности измерения степени заряженности аккумуляторых батарей.

На чертеже показана структурно" 25 функциональная схема счетчика амперчасов.

Счетчик ампер-часов содержит источник 1 питания с исполнительным устройством и балластной нагрузкой (шунтом) .2, аккумуляторную батарею

3, усилитель 4 постоянного тока, преобразователь 5 напряжения - частота, триггер 6, элемент ИЛИ 7, делитель 8 частоты, блок 9 формирования кода управления, блок 10 памяти, вычислительный блок 11, первый 12, второй 13 и третий 14 элементы совпадения, реверсивный счетчик 15, блок 16 формирования признака нуля, 40 счетчик 17 емкости переполнения, мультиплексор 18, счетчик 19 суммарной емкости зарядных циклов и датчик

20 давления.

ПеРвый выход источника 1 питания 45 подключен к первому входу аккумуляторной батареи 3, второй выход источника 1 питания - к входу шунта 2, выход которого подключен к. второму входу аккумуляторной батареи 3 и первому входу усилителя 4 постоянного тока, к второму входу которого подключен второй выход источника 1 питания. Выход усилителя 4 постоянного тока подключен к входу преобразователя 5 напряжения - частота, первый выход которого подключен к входу установки в единицу триггера 6, к счетному входу, счетчика l9 суммарной емкости заряджит также источник 1 питания с исполнительным устройством и балластной нагрузкой 2, аккумуляторную батарею 3, усилитель 4 постоянного тока, преобразователь 5 напряжениечастота, триггер 6, элемент ИЛИ 7, делитель 8 частоты, три элемента 1214 совпадения и датчик 20 давления.

1 ил. ных циклов и к первому входу элемента ИЛИ 7.

Второй выход преобразователя 5 напряжение — частота подключен к входу установки в ноль триггера 6 и к второму входу элемента ИЛИ 7, выход которого подключен к информационному входу делителя 8 частоты, к управляюцему входу которого подключен выход блока 9 формирования кода управления. Прямой выход триггера 6 подключен к входу управления блока 9 формирования кода управления и к первому входу второго элемента 13 совпадения, инверсный выход триггера 6 - к первому входу первого элемента 12 совпадения, выход которого подключен к входу сложения реверсивного счетчика 15.

Выход делителя 8 частоты подключен к второму входу первого элемента 12 совпадения и к второму входу второго элемента 13 совпадения, выход которого подключен к входу третьего элемента 14 совпадения и к счетному входу счетчика 17 емкости переполнения.

Выход третьего элемента 14 совпадения подключен к входу вычитания реверсивного счетчика 15, выход которого подключен к входу блока 16 Формирования признака нуля и к первому входу мультиплексора 18.

Выход блока 16 формирования признака нуля подключен к второму входу третьего элемента 14 совпадения, к входу управления мультиплексора 18, к входу управления знаком функции вычислительного блока 11, к входу обнуления счетчика 17 емкости переполнения, выход которого подключен к второму входу мультиплексора 18, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока 11. Выход аккумуляторной батареи 3 подключен к входу датчика 20 давления, 1559296 выход которого подключен к входу разрешения записи блока 10 памяти, к входу разрешения вычислительного блока 11, к входу обнуления реверсивного счетчика 15, к входу обнуления счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока 11, выход которого соединен с входом блока 10 памяти, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 11 и входом блока 9 формирования кода управления.

Счетчик ампер-часов работает следующим образом.

При включении питания аккумуляторная батарея 3 заряжена, датчик 20 давления сработал, реверсивный счетчик 15, счетчик 17 емкости переполнения, счетчик 19 суммарной емкости зарядных циклов находятся в нулевом состоянии, в блоке 10 памяти записан код коэффициента деления, равный

1,00 (что cooTветствует коэффициенту полезного действия аккумуляторной батареи 3, равному 1003), триггер

6 в нулевом состоянии °

При нулевом состоянии реверсивного счетчика 15 срабатывает блок 16 формирования признака нуля, запрещается работа третьего элемента 14 сов-. падения, разрешается работа счетчика

17 емкости переполнения, мультиплексор 18 включен на передачу сигнала с второго входа на выход.

Положительному направлению тока через шунт 2 соответствует процесс заряда аккумуляторной батареи 3, отрицательному направлению тока процесс разряда аккумуляторной бата реи 3 °

Информация на выходе реверсивного счетчика 15 соответствует глубине разряда аккумуляторной батареи (количеству энергии, полученному из полностью заряженной аккумуляторной батареи 3), поэтому полностью заряженной аккумуляторной батарее 3 соответствует нулевая информация в реверсивном счетчике 15.

Код коэффициента деления К на вы» ходе блока 10 памяти является величиной, обратно пропорциональной коэфФициенту полезного действия g аккумуляторной батареи 3

l5

При отрицательном направлении тока через шунт 2 (процесс разряда) напряжение с его выхода, усиленное усилителем 4 постоянного тока, поступает на вход преобразователя 5 напряжение - частота. На второй выходе преобразователя 5 напряжение - час тота появляются импульсы, частота которых пропорциональна току разряда аккумуляторной батареи 3. Эти импульсы подтверждают нулевое состояние триггера 6, инверсный выход которого разрешает работу первого элемента 12 совпадения. Нулевое значение прямого выхода триггера 6 запрещает работу второго элемента 13 совпадения и устанавливает в блоке 9 формирования кода управления код 1,00, соответствующий процессу разряда. Блок

9 Формирования кода управления устанавливает в делителе 8 частоты требуемый коэффициент деления.

Импульсы с второго выхода преобразователя 5 напряжение — частота через элемент ИЛИ 7 поступают на вход делителя 8 частоты. Импульсы с выхода делителя 8 частоты через открытый первый элемент 12 совпадения поступают на вход сложения реверсивного счетчика 15. Реверсивный счетчик 15 накапливает величину, соответствую" щую глубине разряда аккумуляторной батареи 3. При ненулевом состоянии реверсивного счетчика 15 блок 16 Формирования признака нуля снимает свой выходной сигнал, при этом еще раз обнуляется счетчик 17 емкости переполнения, разрешается работа третьего элемента 14 совпадения, мультиплексор 18 переключается на передачу сигнала с первого входа.

При разряде давление в аккумуляторной батарее 3 уменьшается, датчик

20 давления выключается. При переключении аккумуляторной батареи 3 в режим заряда меняется направление. тока через шунт 2. При этом импуль- . сы, частота которых пропорциональна величине зарядного тока, появляются на первом выходе преобразователя 5 напряжение - частота и, следователь" но, на входе установки s единицу триггера 6. Триггер 6 устанавливается в единичное состояние, запрещается работа первого элемента 12 совпадения, разрешается работа второго элемента 13 совпадения, блок 9 Формирования кода управления передает

1559296 на вход делителя о частоты код, записанный в блоке 10 памяти. Импульсы преобразователя 5 напряжение - частота, с учетом коэФФициента деления в режиме заряда (в начальный момент равного 1,00), через делитель 8 часто- ты и открытые второй 13 и третий

14 элементы совпадения поступают на вычитающий вхьд реверсивного счетчика 15. Одновременно импульсы c первого выхода преобразователя 5 напряжение - частота поступают на счетный вход счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов Y. Х р .

По мере заряда аккумуляторной ба" тареи 3 содержимое реверсивного счетчика 15 уменьшается. Работа счетчика

17 емкости переполнения запрещена нулевым сигналом на входе обнуления (отсутствует признак "нуль" на выходе блока l6 Формирования признака нуля).

Допустим, что после проведения и неполных циклов заряда-разряда 25 аккумуляторной батареи 3 произошел полный заряд аккумуляторной батареи.

Момент полного заряда определяется по срабатыванию датчика 20 давления.

Поскольку в момент включения в блоке ЗО

l0 памяти был записан код коэффициента деления К =1,00, то величина емкости аккумуляторной батареи I определяемая реверсивным счетчиком

15, будет больше Фактического значения этой величины I . Обозначим величину ошибки реверсивного счетчика

15 черезов. Тогда

В момент срабатывания датчика 20 давления фактическое значение. I =О (аккумуляторная батарея заряжена}, таким образом содержимое реверсивно" 4g

ro счетчика 15 будет представлять величину ошибки й.

При срабатывании датчика 20 давления на первом входе вычислительного блока 11 будет старое значение кода коэффициента деления, поступающее с выхода блока 10 памяти (обозначим старое значение кода коэффициента деления К„),на втором входе -.содержимое счетчика 19 суммарной емкости зарядных циклов % I „, на третьем входе — содержимое реверсивного счет, чика 15 (A=I,1, поступившее через

,первый вход мультиплексора 18, на входе управления знаком функциинулевое значение сигнала.

По переднему фронту сигнала датчика 20 давления производится выборка из вычислительного блока 11 нового значения кода l(. Его запись в блок 10 памяти производится по заднему фронту сигнала датчика 20 давления, Величина нового значения кода коэффициента деления Ко определяет-: ся в вычислительном блоке 11 исходя из формулы и

К1 Е (1) — з з р

По заднему фронту сигнала датчика 20 давления обнуляется реверсивный счетчик 15 (устраняется ошибка подсчета I .--.I,-=O) и обнуляется счетчик 19 суммарной емкости зарядных циклов, чем подготавливается новое вычисление V., . г д е e КK, - обратно пропорционально величине q,, т.е.

КПД аккумуляторной батареи 3 за и циклов заряда-разряда.

Аналогично происходит определение

К для дальнейших срабатываний датчика 20 давления при условии падения

КПД аккумуляторной батареи 3 по мере ее циклирования.

Однако возможен второй вариант работы счетчика ампер-часов. Он соответствует состоянию, когда содержимое реверсивного счетчика 15 8 заряде уменьшилось до нуля (I,=O), а датчик

20 давления еще не сработал (I Î).

В этом случае КПД аккумуляторной батареи 1, оказался выше, чем определенный на предыдущем цикле. Этот случай возможен при изменении температурных режимов работы аккумуляторной батареи 3 или после проведения в ней специальных "восстановительных" циклов.

В этом случае при нулевом значении реверсивного счетчика 15 срабатывает блок 16 формирования признака нуля, запрещается работа третьего элемента I4 совпадения (эа счет чего реверсивный счетчик 15 остается в нулевом состоянии) и разрешается работа счетчика 17 емкости переполнения. Мультиплексор 18 переключается в режим передачи сигналов с второго входа, а на входе управления знаком функции вычислительного блока 11 появляется единичный сигнал. На счети разряд, определяющий знак д {признак "нуль" блока 16 формирования признака нуля), являются составляющими адреса микросхемы ПЗУ, например К, 4-разрядный код; I — 7-ряз3а1

9 15 ный вход счетчика 17 емкости переполнения поступают импульсы с выхода второго элемента 13 совпадения. При срабатывании датчика 20 давления код в счетчике 17 емкости переполнения будет представлять величину д . Отрицательный знак д определяется наличием единичного сигнала на входе управления знаком функции вычислительного блока 11. При этом вычислительный блок 11 определит новое значение

К . с учетом отрицательного знака ошибки д в формуле (1).

Вычислительный блок 11 представляет собой постоянное запоминающее устройство. Вычисления по формуле (1) всех возможных значений аргумент тов К, Е 3 д; и разряда, опреЗар деляющего знак д, произведены на ЭВИ и в виде массива информации занесены

1 и в микросхему ПЗУ. Коды Е„T- I д

ЭмР

59296 )О

1 — количество энергии, переданной в аккумуляторную батарею в процессе заряда;

5 — КПД аккумуляторной батарен.

Учет КПД аккумуляторной батареи осуществляется изменением коэффициента деления счетчика. Для определения величины КПД запишем формулу, опреде10 ляющую фактическую величину емкости аккумуляторной батареи в ампер-часах (I.) и величину емкости аккумуляторной батареи, определенную счетчиком (I ). Величина I, не равна T так как после проведения и-циклов зарядаразряда КПД аккумуляторной батареи изменился.

Обозначим: Iо - величина емкости батареи;, - фактическое значение

20 и аккумуляторной батареи; К I =1 количество энергии, поступившей в аккумуляторную батарею при п-циклах, и 6 заряда 2. I з количест Во энер»

j3 1 гии, получаемой из аккумуляторной батареи при и-циклах разряда.

Тогда фактическое значение емкости аккумуляторной батареи будет определяться как рядный код, д — 3-разрядный код, признак "нуль" - 1 разряд,.

8 момент срабатывания датчика 20 давления происходит выборка значения

К, которое соответствует поступившим на вход аргументам. Таким образом происходит вычисление нового значения К по формуле (1). Новое значение записывается в блок 10 памяти и в момент последующего срабатывания датчика 20 давления будет использовано как аргумент К „ в формуле (1). За счет определения йового значения кода коэффициента деления К, (обратно пропорциональной величины КПД аккумуляторной батареи) повышается точность определения степени заряженности аккумуляторной батареи.

Определение кода коэффициента деления К основано на следующем.

Количество энергйи при заряде определяется как

Эа где I - количество энергии, накопленной в аккумуляторной батарее;

Обозначим: I, — величина емкости

З5 аккумуляторной батареи, определяемую счетчиком ампер-часов; установленное в счетчике значение коэффициента полезного действия

40 t Pea

Полностью заряженной аккумуляторной батарее соответствует нулевое

45 значение содержимого счетчика амперчасов (глубина разряда аккумуляторной батареи равна нулю). Момент полного заряда аккумуляторной батареи определяется по срабатыванию датчи50 ка давления. В момент срабатывания датчика фактическое значение глубины разряда аккумуляторной батареи равно нулю (I.=Î), Поскольку КПД батареи изменился

55 после и циклов, а это в счетчике не у чтено, то IO I

Если КПД аккумуляторной батареи за период и циклов продолжал падать (Q ), то Io)I1, поэтому

1559 эр Х рз) 1=1 о 1 1а

ll . эр

l» 3 раэ1 ° 1-а 1) - Зар

100 ° A ч -=105 ч.

«1.

В этом случае в счетчике амперчасов будет находиться значение, равное по величине ошибке, накопленной за и циклов

Для учета КПД аккумуляторной батареи 1 коэффициент деления счетчика должен быть увеличен на величину

К=-, так как для того, чтобы получить из заряженной батареи, к примеру, 100 А ч энергии при 1 =0,95, в аккумуляторную батарею необходимо передать

С учетом того, что ь; ранее установленное значение Kllfl аккумуляторной батареи, а .,- КПД аккумуляторной батареи после проведения и циклов заряда-разряда, а также с

i 1 учетом того, что К =- и К =-- полуа чаем формулу для определения К,, реально действующего за и циклов и к,) z,„ а а

I р+К„а

Величину К, определяем из форму; лы (1) и устанавливаем в счетчике ампер-часов на последующие и циклов до следующего срабатывания датчика давления. В момент срабатывания датчика давления (фактическое значение

I,=0) определяется новое значение

Ка и устанавливается для счетчика до очередного срабатывания датчика.

Формула изобретения

Счетчик ампер-часов, содержащий источник питания с исполнительным устройством и балластной нагрузкой, шунт, аккумуляторную батарею, усилитель постоянного тока, входы которого соединены с балластной нагрузкой, подключенной между выходами источника питания и аккумуляторной батареей, преобразователь напряжение - частота, 1

296 12 вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выходы - с входами триггера и входами элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов совпадения, вторые входы которых соединены с выходами триггера, выход первого элемента совпадения соединен с входом сложения реверсивного счетчика, блок формирования кода управления, вход которого соединен с выходом триггера, а выход - с входом делителя частоты, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения степени заряженности аккумуляторных батарей, в него

20 введены блок формирования признака нуля, счетчик емкости переполнения, мультиплексор, счетчик суммарной емкости зарядных циклов, вычислительный блок, блок памяти, датчик давления

21 и третий элемент совпадения, выход которого соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, вход блока формирования признака нуля соединен с выходом реверсивного счетчика, З0 а выход - с первым входом третьего элемента совпадения, входом обнуления счетчика емкости переполнения, входом управления мультиплексора, входом управления знаком функции вычислительного блока, счетный вход счетчика емкости переполнения соединен с выходом второго элемента совпадения, а выход - с входом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход - с первым входом вычислительного блока, счетный вход счетчика суммарной емкости зарядных. циклов соединен с выходом преобразователя напряжение - час45 тота, вход обнуления соединен с выходом датчика давления, а выход - с вторым входом вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого соединен с

50 управляюцим входом блока формирования кода управления и третьим входом вычислительного блока, вход датчика давления соединен с аккумуляторной батареей, а выход - с входом блока

55 памяти, четвертым входом вычислительного блока, входом обнуления реверсивного счетчика.