Устройство для измерения заряда аккумуляторной батареи

 

Изобретение может быть использовано для измерения остаточной емкости свинцовой аккумуляторной батареи. Техническим результатом является повышение достоверности результатов измерений и исключение возможности повреждения батареи при проведении замерных работ. Сущность: устройство для измерения заряда аккумуляторной батареи, содержащее преобразователь напряжения в частоту, делитель частоты, двоично-десятичный счетчик, цифровой индикатор, включенные последовательно, а также токоизмерительный и балластный резисторы и входные выводы для подключения аккумуляторной батареи. Устройство дополнительно снабжено коммутирующим и регулирующим элементами, регулятором тока разряда, нуль-органом, логическим сумматором, согласующим усилителем. Положительный входной вывод через включенные последовательно коммутирующий и регулирующий элементы, балластный и токоизмерительный резисторы связан с отрицательным входным выводом для подключения аккумуляторной батареи. Выход коммутирующего элемента связан с первым входом нуль-органа, второй вход которого связан с первым источником опорного напряжения, при этом выход нуль-органа связан с первым входом логического сумматора, второй вход которого связан с источником управляющего сигнала. Выход логического сумматора соединен с управляющим входом коммутирующего элемента. Кроме того, выход согласующего усилителя связан с третьим входом нуль-органа, входом преобразователя напряжения в частоту и вторым входом регулятора тока разряда, первый вход которого связан со вторым источником опорного напряжения. Выход регулятора тока связан с управляющим входом регулирующего элемента, причем вход согласующего усилителя подключен к отрицательному входному выводу. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения остаточной емкости свинцовой аккумуляторной батареи.

Известно устройство для измерения заряда аккумуляторной батареи, содержащее входные выводы для подключения аккумуляторной батареи, термодатчик для установки в батарею, датчик тока, включенный последовательно с входными выводами и подсоединенный к усилителю, генератор импульсов, блок преобразования, запрограммированный серией графиков, отражающих зависимость ампер-часовой отдачи батареи в функции от тока разряда и температуры, блоки преобразования, управляемые ключи, два усилителя, функциональный усилитель, выпрямитель и автоматический аттенюатор (см. а.с. СССР 1339695, кл. Н 01 М 10/48, G 01 R 31/36, 1987 г.).

Недостаток этого устройства - конструктивная сложность.

Известно также устройство для измерения заряда аккумуляторной батареи, содержащее преобразователь напряжения в частоту, делитель частоты, двоично-десятичный счетчик, цифровой индикатор, включенные последовательно, а также токоизмерительный и балластный резисторы и входные выводы для подключения аккумуляторной батареи (см. Евсеев А. Полезные схемы для радиолюбителей. Вып.2-М. "Солон-Р", 1999, с. 188-196).

В данном устройстве в режиме разряда аккумуляторная батарея подключается на балластный резистор, при этом напряжение с токоизмерительного резистора, пропорциональное току разряда, поступает на вход преобразователя напряжения в частоту. Импульсы напряжения с выхода этого преобразователя через делитель частоты поступают на вход двоично-десятичного счетчика, выход которого подключен к семисегментному индикатору.

Таким образом, при соответствующем масштабировании на индикаторе будет отображаться в ампер-часах количество электричества, которое аккумуляторная батарея отдала в режиме разряда к данному моменту времени.

Это устройство имеет следующие недостатки.

Момент окончания разряда батареи определяется моментом достижения напряжением на ее клеммах некоторой минимальной величины, которая зависит от режима разряда и регламентируется ГОСТ 959-91 "Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные напряжением 12 В для автотракторной и мотоциклетной техники" и типовой Инструкцией по эксплуатации ЭУИЦ. 563410.001 ИЭ "Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные емкостью свыше 30 А•ч". Так, например, в режиме 10-часового разряда минимально допустимое напряжение равно (для 12-вольтовой батареи) 10,2+0,05 В.

Устройство-прототип не имеет специальных элементов и необходимых связей для обеспечения автоматического отключения режима разряда батареи, при снижении напряжения на ее клеммах ниже указанного минимального уровня приводит к сульфатации, необратимым изменениям и ухудшению качественных характеристик батареи.

Вторым недостатком устройства-прототипа является то, что величина тока разряда изменяется по мере снижения напряжения батареи при разряде. Вместе с тем, указанные документы требуют при измерении емкости батареи поддерживать ток разряда неизменным. Невыполнение этого изменяет электротехнические процессы в батарее при разряде и снижает достоверность результатов измерения.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении достоверности результатов измерений и исключении возможности повреждения батареи при проведении замерных работ.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности "измерений" при неизменной величине тока разряда и обеспечении автоматического отключения устройства при снижении напряжения на клеммах аккумулятора ниже минимального уровня, допустимого по условиям ее эксплуатации.

Для решения поставленной задачи устройство для измерения заряда аккумуляторной батареи, содержащее преобразователь напряжения в частоту, делитель частоты, двоично-десятичный счетчик, цифровой индикатор, включенные последовательно, а также токоизмерительный и балластный резисторы и входные выводы для подключения аккумуляторной батареи, отличается тем, что оно дополнительно снабжено коммутирующим и регулирующим элементами, регулятором тока разряда, нуль-органом, логическим сумматором, согласующим усилителем, при этом входной положительный вывод через включенные последовательно коммутирующий и регулирующий элементы, балластный и токоизмерительный резисторы связаны с отрицательным входным выводом для подключения аккумуляторной батареи, кроме того выход коммутирующего элемента связан с первым входом нуль-органа, второй вход которого связан с первым источником опорного напряжения, при этом выход нуль-органа связан с первым входом логического сумматора, второй вход которого связан с источником управляющего сигнала, причем выход логического сумматора соединен с управляющим входом коммутирующего элемента, кроме того выход согласующего усилителя связан с третьим входом нуль-органа, входом преобразователя напряжения в частоту и вторым входом регулятора тока разряда, первый вход которого связан со вторым источником опорного напряжения, при этом выход регулятора тока связан с управляющим входом регулирующего элемента, причем вход согласующего усилителя подключен к входному отрицательному выводу.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Отличительные от прототипа существенные признаки удовлетворяют требованию изобретательского уровня, а их совокупность указывает на причинно-следственную связь, направленную на достижение технического результата, обеспечивающего решение поставленной задачи.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

На чертеже показаны преобразователь 1 напряжения в частоту, делитель 2 частоты, двоично-десятичный счетчик 3, цифровой индикатор 4, токоизмерительный резистор 5, балластный резистор 6, коммутирующий элемент 7, регулятор 8 тока разряда, регулирующий элемент 9, нуль-орган 10, логический сумматор 11 и согласующий усилитель 12.

Как преобразователь 1 напряжения в частоту может быть использована стандартная специализированная микросхема, например КР 1108ПП1. В качестве делителя частоты 2 и двоично-десятичного счетчика 3 могут быть использованы известные схемные решения на основе микросхем, работающих в режиме двоичных счетчиков. Цифровой индикатор 4, токоизмерительный 5 и балластный 6 резисторы представляют из себя известные технические решения, конкретный выбор которых определяется рабочими параметрами устройства. В качестве коммутирующего элемента 7 может быть использовано реле известной конструкции с замыкающим контактом. В качестве регулятора 8 тока разряда, может быть использован сумматор, подключенный таким образом, чтобы на его вход приходили сигнал задающий и сигнал обратной связи по току разряда, с противоположными знаками. В качестве регулирующего элемента 9 может быть использован транзистор. В качестве нуль-органа 10 может быть использован операционный усилитель, включенный по схеме компаратора. В качестве логического сумматора 11 может быть использована схема логического "ИЛИ". В качестве согласующего усилителя 12 может быть использован операционный усилитель в режиме масштабного преобразования сигналов.

В качестве первого и второго источников опорного напряжения 13 и 15 могут быть использованы стабилитроны известных типов.

В качестве источника управляющего сигнала 14 может быть использован переменный резистор, включенный по схеме потенциометра.

Ток разряда аккумуляторной батареи, которую подключают к клеммам (+) и (-), проходит через последовательно включенные коммутирующий элемент 7, регулирующий элемент 9, балластный резистор 6 и токоизмерительный резистор 5. Выход коммутирующего элемента 7 соединен с первым входом нуль-органа 10, на второй вход которого поступает опорное напряжение U₁ (от первого источника опорного напряжения 13), соответствующее минимальному напряжению батареи, при котором должно происходить отключение режима разряда, а третий вход нуль-органа соединен с выходом согласующего усилителя 12. Выход нуль-органа 10 подключен на первый вход логического сумматора 11, а на его второй вход поступает сигнал U₂ (от источника управляющего сигнала 14) на включение устройства в режим разряда. Выход логического сумматора 11 соединен с управляющим входом коммутирующего элемента 7. Вход регулирующего элемента 9 соединен с выходом регулятора 8, на первый вход которого поступает опорное напряжение U₃ (со второго источника опорного напряжения 15), пропорциональное заданной величине тока разреза, а на его второй вход - сигнал обратной связи по току разряда с выхода согласующего усилителя 12, вход которого подключен к токоизмерительному резистору 5. Сигнал с выхода усилителя 12 поступает также на вход преобразователя 1 напряжения в частоту. Выход преобразователя 1 через последовательно включенные делитель 2 частоты и двоично-десятичный счетчик 3 соединен со входом цифрового индикатора 4, а вход измерительного прибора 13 подключен к токоизмерительному резистору 5.

Устройство работает следующим образом.

Для включения устройства в режим разряда на первый вход элемента 11 подается импульс управляющего напряжения U₂, который через этот элемент воздействует на управляющий вход коммутирующего элемента 7 и переводит последний во включенное состояние. Аккумуляторная батарея подключается на разряд, причем величина тока разряда зависит от величины задающего напряжения U₃ и поддерживается неизменной в процессе всего режима разряда.

Напряжение, пропорциональное величине тока разряда, с выхода усилителя 12 поступает на вход преобразователя 1 напряжения в частоту, при этом на выходе последнего формируются импульсы, число которых в единицу времени пропорционально произведению тока разряда на время, т.е. ампер-часам. Эти импульсы напряжения через делитель 2 частоты и двоично-десятичный счетчик 3 поступают на цифровой индикатор 4. При соответствующем масштабировании индикатор 4 будет отображать количество ампер-часов, отданных батареей с момента включения устройства.

При уменьшении напряжения на клеммах батареи до заданной минимальной величины срабатывает нуль-орган 10 и через логический сумматор 11 отключает коммутирующий элемент 7 и, соответственно, отключается режим разряда.

При этом на цифровом индикаторе 4 будет инициироваться количество ампер-часов, отданных батареей в режиме разряда.

Напряжение с выхода усилителя 12, пропорциональное величине тока разряда и поступающее на третий вход нуль-органа, компенсирует падение напряжение на соединительных проводах, которыми устройство подключается к клеммам аккумуляторной батареи.

Формула изобретения

Устройство для измерения заряда аккумуляторной батареи, содержащее преобразователь напряжения в частоту, делитель частоты, двоично-десятичный счетчик, цифровой индикатор, включенные последовательно, а также токоизмерительный и балластный резисторы и входные выводы для подключения аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено коммутирующим и регулирующим элементами, регулятором тока разряда, нуль-органом, логическим сумматором, согласующим усилителем, при этом входной положительный вывод через включенные последовательно коммутирующий и регулирующий элементы, балластный и токоизмерительный резисторы связан с отрицательным входным выводом для подключения аккумуляторной батареи, кроме того, выход коммутирующего элемента связан с первым входом нуль-органа, второй вход которого связан с первым источником опорного напряжения, при этом выход нуль-органа связан с первым входом логического сумматора, второй вход которого связан с источником управляющего сигнала, причем выход логического сумматора соединен с управляющим входом коммутирующего элемента, кроме того, выход согласующего усилителя связан с третьим входом нуль-органа, входом преобразователя напряжения в частоту и вторым входом регулятора тока разряда, первый вход которого связан со вторым источником опорного напряжения, при этом выход регулятора тока связан с управляющим входом регулирующего элемента, причем вход согласующего усилителя подключен к входному отрицательному выводу.

РИСУНКИ

Рисунок 1