Устройство определения энергоресурса аккумуляторных батарей

 

Изобретение относится к измерительной технике для измерения реактивного сопротивления аккумуляторной батареи, соответствующего определенному значению степени ее заряженности (энергоресурса). Техническим результатом является повышение точности определения степени заряженности аккумуляторной батареи. Устройство содержит задающий генератор синусоидального напряжения, подключенный одним выводом к измерителю тока и через эталонный резистор - к батарее, другим выводом - к батарее и через разделительный конденсатор - к измерителю напряжения, и задающий цифровой генератор напряжения инфранизкой частоты выполнен с двумя дополнительными выводами, цифровые измерители тока и напряжения содержат вентили, нуль-органы, счетчики, преобразователи код-напряжения и общий генератор тактовых импульсов. Два основных выхода задающего генератора подключены ко входам нуль-органов, а два дополнительных выхода - ко входам вентилей, выход генератора тактовых импульсов - ко вторым входам вентилей. Выходы нуль-органов подключены к третьим входам вентилей, выходы вентилей - ко входам счетчиков, выход счетчика измерителя тока подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжения, а источник опорного питания - к аналоговому входу этого преобразователя, выход последнего преобразователя подключен ко второму входу нуль-органа измерителя тока и аналоговому входу преобразователя код-напряжения измерителя напряжения. Выход последнего подключен ко второму входу нуль-органа измерителя напряжения, выход счетчика измерителя напряжения подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжение и указателю емкости, второй вход указателя емкости соединен со входом нуль-органа измерителя напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и измерительной техники и может быть использовано для определения энергоресурса (емкости) аккумуляторных батарей (АБ), применяемых в различных технических системах и устройствах.

Известны устройства определения энергоресурса АБ по плотности электролита, циклам разряда-заряда и др. [1, 2], однако они не применимы ко всем типам электрохимических систем и трудоемки.

Патентный поиск по соответствующим классам (НКИ 324-29.5, МКИ G 01 N 27/42 и др.) показал, что наиболее близким по технической сущности является устройство определения зарядного состояния АБ путем измерения его фазового параметра [3 - патент США 3984762 от 07 03.75 г.], содержащий разделительные конденсаторы, эталонный резистор, усилители, источники опорного напряжения, измеритель фазового параметра, Однако он не обладает высокой точностью и чувствительностью.

Требуемый технический результат изобретения заключается в повышении точности и чувствительности определения энергоресурса АБ по значению его реактивного сопротивления.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство измеряет не угол сдвига фаз, а реактивное сопротивление АБ, соответствующее определенному значению степени заряженности АБ. Устройство содержит задающий генератор синусоидального напряжения, подключенный одним выводом к измерителю тока и через эталонный резистор - к батарее, другим выводом - к батарее и через разделительный конденсатор - к измерителю напряжения, и задающий цифровой генератор напряжения инфранизкой частоты выполнен с двумя дополнительными выводами, цифровые измерители тока и напряжения содержат вентили, нуль-органы, счетчики, преобразователи код-напряжения и общий генератор тактовых импульсов, причем два основных выхода задающего генератора подключены ко входам нуль-органов, а два дополнительных выхода - ко входам вентилей; выход генератора тактовых импульсов - ко вторым входам вентилей; выходы нуль-органов - к третьим входам вентилей, выходы вентилей - ко входам счетчиков; выход счетчика измерителя тока подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжения, а источник опорного питания - к аналоговому входу этого преобразователя; выход последнего преобразователя подключен ко второму входу нуль-органа измерителя тока и аналоговому входу преобразователя код-напряжения измерителя напряжения, выход последнего подключен ко второму входу нуль-органа измерителя напряжения; выход счетчика измерителя напряжения подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжение и указателю емкости, второй вход указателя емкости соединен со входом нуль-органа измерителя напряжения.

Заявляемое решение отличается от прототипа наличием новых блоков: генератора тактовых импульсов, 2-х вентилей, 2-х нуль-органов, 2-х счетчиков, 2-х преобразователей код-напряжения, источника опорного питания и указателя емкости (энергоресурса) и их связями между собой и с отдельными элементами схемы. Следовательно, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

Поиск технических решений в смежных и других областях техники [1-4] выявил уникальность отличительных признаков заявленного технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень". Сравнение заявляемого решения с указанным устройством [3] показывает, что совокупность блоков в указанном устройстве не связана между собой так, как в предложенном устройстве с введенными элементами, что не позволяет в указанном устройстве достичь необходимый технический результат. Таким образом, заявляемое устройство содержит в своем составе стандартные блоки вычислительной и измерительной техники. Следовательно, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства определения энергоресурса аккумуляторных батарей, где обозначено: 1 - аккумуляторная батарея, 2 - цифровой генератор напряжения инфранизкой частоты; 3 - эталонный резистор, 4 - разделительный конденсатор; 5 - генератор тактовых импульсов, 6, 7 - вентили; 8, 9 - нуль-органы, 10, 11 - счетчики; 12, 13 - преобразователи код-напряжения,
14 - источник опорного питания;
15 - указатель емкости.

Комплекты блоков 6, 8, 10, 12 и 7, 9, 11, 13 образуют, соответственно, цифровые измерители тока и напряжения.

Два основных вывода задающего генератора подключены ко входам нуль-органов 8 и 9, а два дополнительных - ко входам вентилей 6 и 7, выход генератора тактовых импульсов 5 - ко вторым входам вентилей 6 и 7; выходы нуль-органов 8 и 9 - к третьим входам вентилей 6 и 7, выходы вентилей 6 и 7 - ко входам счетчиков 10 и 11; выход счетчика измерителя тока 10 подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжения 12, а источник опорного питания 14 - к аналоговому входу преобразователя 12; выход преобразователя 19 подключен ко второму входу нуль-органа измерителя тока 7 и аналоговому входу преобразователя 13 код-напряжения измерителя напряжения, выход преобразователя измерителя напряжения 13 подключен ко второму входу нуль-органа 9; выход счетчика измерителя напряжения 11 подключен к кодовому входу преобразователя 13 и входу измерителя 15.

Измерители тока (блоки 6, 8, 10, 12) и напряжения (блоки 7, 9, 11, 13) вместе с общим генератором тактовых импульсов 5 представляют собой преобразователи напряжения - код (ПНК) последовательного счета со ступенчато растущим напряжением обратной связи, работающие в одностороннем неследящем режиме. Синхронизируется работа измерителей при помощи импульсов от цифрового генератора напряжения инфранизкой частоты (ЦГИНЧ) [4].

Принцип измерения поясняется фиг.2. В момент времени t₁, соответствующий максимальному значению напряжения ЦГИНЧ 2 (а следовательно, и токи через резистор 3) открывается вентиль 6 и производится измерение напряжения в момент времени t₂, соответствующему нулевому значению напряжения ЦГИНЧ 2, открывается вентиль 7 и производится замер напряжения на аккумуляторной батареи 1 U_АБ. В момент срабатывания нуль-органа 9 заканчивается измерение U_АБ в долях от напряжения и от нуль-органа 9 выдаются команды на вентиль 7 и измеритель 15 на разрешение считывания результата.

Таким образом, весь процесс измерения делится на два этапа. Вначале, в момент времени t₁ измеряется амплитуда тока ЦГИНЧ по напряжению выделяемому на резисторе R_Э, а затем, в момент времени t₂, измеряется напряжение переменной составляющей U_АБsinϕ, причем при последнем измерении опорным (эталонным) напряжением для цифрового измерителя напряжения является Поэтому измеряемая величина Usinϕ,пропорциональная показаниям счетчика 11, оказывается выраженной в долях от напряжения , т.е. от тока, протекающего через АБ, и, следовательно будет соответствовать значению реактивного сопротивления батареи 1.

В памяти указателя 15 содержится таблица соответствия кодового значения счетчика 11 (пропорционального реактивному сопротивлению аккумуляторной батареи) фактическому значению остаточной емкости батареи 1.

Динамические погрешности измерения и ΔU_АБ в некоторой степени компенсируют друг друга и, учитывая очень малую скорость изменения напряжений и U_АБ, всегда могут быть сделаны меньше допустимой величины. Из принципа действия измерителя следует, что время измерения остаточной емкости (энергоресурса) батареи практически соответствует моменту появления команды t₂, которая следует после команды t₁. Учитывая произвольность момента включения измерителя, команда t₁ может последовать через время от нуля до 3/4 периода сигнала ЦГИНЧ 2. Таким образом, время измерения без учета переходных процессов будет лежать в пределах от 1/4 до одного периода ЦГИНЧ.

Источники информации
1. Вайлов А.М., Эйгель Ф.И. Контроль состояния аккумуляторов. - М.: Энергоатомиздат, 1992, - 288 с.

2. Романов В.В., Хашев Ю.М. Химические источники тока. - М.: Сов. Радио, 1978, - 264с.

3. Патент США 3984762 от 7.03.75г.

4. Попов Д.А., Крылов С. К., Капелько К.В. Цифровой генератор инфранизкой частоты. Авторское свидетельство 538480 от 27.6.72г.

Формула изобретения

Устройство определения энергоресурса аккумуляторных батарей, содержащее задающий генератор синусоидального напряжения, подключенный одним выводом к измерителю тока и через эталонный резистор - к батарее, другим выводом - к батарее и через разделительный конденсатор - к измерителю напряжения, отличающееся тем, что задающий генератор синусоидального напряжения выполнен цифровым с двумя дополнительными выводами, а измерители тока и напряжения выполнены цифровыми и содержат вентили, нуль-органы, счетчики, преобразователи код-напряжения и общий генератор тактовых импульсов, причем два основных выхода задающего генератора синусоидального напряжения подключены ко входам нуль-органов, а два дополнительных выхода - ко входам вентилей, выход генератора тактовых импульсов - ко вторым входам вентилей, входы нуль-органов - к третьим входам вентилей, выходы вентилей - ко входам счетчиков, выход счетчика измерителя тока подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжения, а источник опорного питания - к аналоговому входу этого преобразователя, выход последнего преобразователя подключен ко второму входу нуль-органа измерителя тока и аналоговому входу преобразователя код-напряжения измерителя напряжения, выход последнего подключен ко второму входу нуль-органа измерителя напряжения, выход счетчика-измерителя напряжения подключен к кодовому входу преобразователя код-напряжение и указателю емкости, второй вход указателя емкости соединен со входом нуль-органа измерителя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2