Устройство для моделирования аккумуляторной батареи
Союз Соаетсккк
Соцкалнстмческнк
Респубпнк
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
< 734742 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) За я влено 30. 11. 77(21) 2549241/18-24 с прнсоеднненнем заявки,% (5! )М. Кл.
G06 (7/63
Госудврстввнный комитет (23) Приоритет—
Опубликовано 15.05.80. Бюллетень М 18 (53 ) УД К 681.333 (088.8) па деном изобрвтеиий н открытий
Дата опубликования описания 20.05.80 (72) Авторы изобретения
C. К. Земан, A. B, Кобзев и Ю. М. Шпак
Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления н адноэлект оннки (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
АККУМУЛЯТОРНОЙ Б АТ АРЕИ
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к аналоговым вычислительным машинам для специальных электрических устройств, и может быть использовано дпя имнтацнн вольтамперчасовых характеристик химических источников тока (ХИТ) прн проведении комплексных испытаний систем электропитания и электрооборудования обьекта, Известно устройство для моделирования аккумулятора 1), содержащее инвертор, блок задания коэффициентов, функциональный преобразователь, блок деления, интегратор, сумматоры и контакты, позволяющее моделировать переходные процессы в аккумуляторе н зависимость установившегося значения ЭДС поляризация от величины н знака тока в аккумуляторе, Однако данное устройство не позволяет имитировать вольтамперчасэвые характеристнкн ХИТ в реальном масштабе напряжений и токов кроме того, прн моделировании не учитываются
2 изменения внутреннего сопротивления н ЭДС полярнзацнн в зависимости от текущего значення емкости и температуры окружающей среды моделируемой аккумуляторной батареи. Наличие перекпюBQ10JgHxcB контактов, необходнмых дпя моделирования перехода аккумуляторной батареи нз одного режнма в друго 4 не позволяет использовать устройство при моделировании буферного режима работы
ХИТ, Наиболее близккм по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее усилитель мошнос)5 9 ти выход которого подключен к нагрузочному элементу, а один из входовчерез усилитель напряжения к выходу сумматора, измерительный элемент, подключенный к выходу нагрузочного элемента, дополнительный усилитель напряження, вход которого обьединен со входом счетчика н усилителя мошностн
:и подключен к выходу измерительного, элемента. Выход дополнительного уснли1О ф
15.о
35 чо
55 теля напряжения соединен с первым входом блока задания начальных условий, второй вход которого через первый функциональный преобразователь подключен к выходу счетчика. блок задания начальных условий через второй функциональный преобразователь соединен с первым входом сумматора 12 .
Описанное устройство предназначено для имитации одного режима работы ХИТ режима разряда, что существенно сужает его функциональные возможности. Кроме того, устройство не обеспе..ивает достаточной точности моделирования аккумуляторной батареи.
Цель изобретения повышение точности моделирования.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый функциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом счетчика. сумматор; блок задания начальных условий и нагрузочный элемент, введены регулятор напряжения, накопительный элемент, датчики напряжения, фильтр, датчик тока, блок задания температурных коэффициентов, усилитель постоянного тока, второй функциональный преобразователь и стабилизатор напряжения.
Первый вход стабилизатора является входом устройства второй вход с".Q6илизатора напряжения через второй ф. лк= циональпый преобразователь подключен к выходу первого датчика напряжения.
Вход первого датчика напряжения через накопительный элемент соединен с вы- ходом стабилизатора напряжения и с первым входом регулятора напряжения, выход которого через фильтр, подключен ко входам датчика тока нагрузочного элемента и второго датчика напряжения. Выход второго датчика напряжения соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу регулятора напряжения, Второй вход сумматора соединен с выходом первого функционального преобразователя, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам блока задания температурных коэффициентов н усилителя постоянного тока. Вход усилителя соединен с первым входом счетчика и с выходом датчика тока, второй вход счетчика подключен к выходу блока задания начальных условий.
Регулятор напряжения содержит пороговые элементы, фазосдвигающие зл менты, задающий генератор, цепочку из последовательно соединенных выпрямительных мостов, переключатели. Каждый переключатель подключен параллельно плечу соответствующего выпрямительного моста, в диагональ каждого из которых включена первичная обмотка соответствующего трансформатора. Вторичные обмотки трансформаторов соединенны последовательно, средний вывод цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов подключен к выходу регулятора напряжения.
Первый вход регулятора напряжения соединен с диагональю первого выпрямительного моста, управляющие входы переключатепей которого подключены к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с первыми входами фазосдвигающих элементов. Выходы фазосдвигающих элементов подключены к управляющим в,ходам двух перекпючателей соответствующего выпрямительного моста, вторые вхОды фазосдвигаюших элементов попарно подкпючены к первым и вторым выходам соответствующих пороговых элементов, входы которых объединены и являются вторым вход м регулятора напряжения. Третий выход задак шего генератора соединен с управляющими входами двух выходных переключателей, каждый из которых подключен параллельно соответствующим выпрямительным элементам, последовательно соединенным между собой и соединенным с крайними выводами цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов.
На чертеже приведена функциональная схема устройства.
Устройство содержит датчик тока 1, подсоединенный своим выходом ко вхо дам усилителя 2 постоянного тока и счетчика З (количествч электрической энергии имитируемой аккумуляторной батареи), выходы которых подключены к управляющим входам функционального преобразователя 4, усилитель мошности, выполненный в виде последовательно соединенных стабилизатора 5, накопительного элемента 6, датчика напряжения 7 на его выходе, быстродействующего регулятора напряжения 8 с промежуточным высокочастотным преобразованием на полностью управляемых зпементах, фильтр 9, второй датчик напряжения 10, нагрузочный элемент 11. Выход датчика напряжения 7 через функциональный
5 73 преобразователь 12 подключен к управ1яюшему входу стабилизатора 5, а выход второго датчика напряжения 10 через сумматор 13, ко второму входу которого подсоединен выход функционального преобразователя 4, подсоединен к управляющему входу регулятора напряжения 8.
К одному из управляющих входов функционального преобразователя 4 подключен выход блока 14 задания температурных коэффициентов, а ко второму входу счетчика 3 — выход блока 15 задания начальных условий, являющегося задатчиком времени имитации.
Быстродействующий регулятор напряжения 8 содержит A+ 1 параллельно включенных выпрямнтельных мостов 16, переключатели 17-1 - 17-4, фазосдвигающие элементы 18-1 — 18= 11, пороговые элементы 19-1 — 19 = 11, задающий генератор 20, трансформаторы 21, выпрямительные элементы 22, выходные переключатели 23.
Устройство работает следующим обрезом С датчика -7 напряжение обратной связи через преобразователь 12, где оно сравнивается с задающим напряжением, поступает .на управляющий вход стабилизатора 5. При имитации вольтамперчасовых характеристик в режиме заряда аккумулятора, когда энергия потребляется из цепи нагрузочного элемента 11, ЭДС первичных обмоток трансформаторов превышает величину напряжения на выходе стабилизатора 5, который, осуществляя стабилизацию напряжения на емкостном накопительном элементе 6, обесгечивает рекуперацию энергии из цепи нагрузочного элемента 11 в сеть.
При имитации вольтамперчасовых характеристик в режиме разряда, когда энергия потребляется из сети в цепь нагрузочного элемента 11, противо-ЭДС цепи нагрузки ниже суммарной ЭЙС вторичных обмоток согласующих трансформаторов, определяемой величиной напряжения на выходе стабилизатора 5, и энергия, поступающая в нагрузку, потребляется из с етие
Напряжение управления 4у регулятора напряжения формируется следующим образом. Напряжение, пропорциональное величине тока нагрузки, с датчика тока
1 поступает на усилитель 2 постоянного тока и на счетчик 3. С выхода усилителя 2 напряжение, пропорциональное току . нагрузки, подается на функциональный преобразователь 4. С выхода счетчика
4742 6
3 на преобразователь.4 поступает напИ» кение, пропорциональное количеству электрической энергии имитируемой аккумуляторной батареи. Блок 15, соединенный со счетчиком 3, позволяет изменять масштаб времени имитации, за кс>торое реальный ХИТ либо отдает, либо накопит номинальную величину электрической энергии. С блока 14 напряжение, пропорциональное температуре окружаю5
10 шей среды имитируемой аккумуляторной батареи, поступает на вход функционального преобразователя 4. На выходе преобразователя 4 формируется напряжение, являющееся функцией тока нагру:- ки, текущего значения количества электрической энергии и температуры окружающей среды имитируемой аккумуляторной батареи, которое поступает на суммаz0 тор 13, где сравнивается с напряжением обратной связи, поступающим с датчика напряжения 10, и подается на управляющий вход быстродействующего регу лятора напряжения 8.
25 Регулирование величины выходного напряжения осуществляется следующим образом. При отсутствии напряжения управления 0 > контакты всех переключателей замыкаются синфазно, и на эле30 менте 11 формируется неискаженное, максимальное по величине напряжение, равное сумме напряжений всех вторичных обмоток согласующих трансформаторов.
При подаче напряжения 0>, превышающего по величине первый задаваемый пороговым элементом 19-1 уровень, появляется потенциал на входе фазосдвигаю щих элементов 18-1 и 18-1,что привс f дит к сдвигу выходньгк импульсов элемен40 та 18-1 в сторону задержки и в сторону опережения выходных импульсов элемента .
8-1„. В этом случае па части временного интервала периода несущей частоты задающего генератора происходит синфаз
45 ное замыкание переключателей 17-2, 17-3 в первый полупериод и переключателей 17-4, 17-1 -во второй период, что приводит к закорачиванию на этих ( интервалах первичной обмоткиМ согла50 сующего трансформатора, а выходйое напряжение уменьшается на величину напряжения, трансформируемого во вто1 1 ричную цепь обмотками iЛ/g и uV 3
55 того трансформатора. Дальнейшее увеличение управляющего напряжения U приведет к тому, что при определенном угле регулирования работающих фазо-! сдвигаюших элементов обмотка 1Ч, будет
734742
8 закорочена в течение всего периода, а затем она будет включаться в противоl фазе с остальными и ЭДС обмоток Wy и W будет вычитаться из суммы ЭДС всех остальных обмоток. Дальнейшее 5 увеличения напряжения U > приведет к аналогичным операциям с остальными регулируемыми инверторвми.
Таким образом, при наличии rl регулируемых ячеек обеспечивается на выходе 2 0 зон регулирования выходного напряжения, которое в процессе регулирования проходит 2 0+1 неискаженных уровней. Максимальные импульсные искажения на выходе не превышают вели- "5 чины напряжения вторичной обмотки одной ячейки. За счет этого, а также благодаря промежуточному высокочастотному преобразованию потока энергии, осуществляемому ячейками регулятора, при минимальных фильтрах обеспечивается высокое качество выходного напряжения и реализуется имитация аккумуляторной батареи в быстропротекающих динамических режимах.
Таким образом, устройство позвопяет имитировать вольт-амперчасовые характеристики химических источников тока в зарядном, разрядном и буферном режимах работ с высокой точностью как в статических, так и динамических режима .
Формула изобретения
1. Устройство для моделирования акку муляторной батареи, содержащее первый функциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом счетчика, сумматор, блок задания начальных условий и нагрузочный элемент, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью иовышения точности, в устройство введены регулятор напряжения накопитьщц ньe „ц е 45 мент, датчики напряжения, фильтр, датчик тока, блок задания температурных коэффициентов, усилитейь постоянного тока, второй функциональный преобразователь и стабилизатор напряжения, первый вход б которого является входом устройства, второй вход стабилизатора напряжения через второй функциональный преобразователь подключен к выходу первого датчика напряжения, вход которого
55 через накопительный элемент соединен с выходом стабилизатора напряжения и с первым входом регулятора напряжения, выход которого через фильтр подключен ко входу датчика тока, нагрузочного элемента и второго здатчика напряжения выход которого соединен с первым входом.сумматора, выход которого подключен ко второму входу регулятора напряжения, второй вход сумматора соединен с выходом первого функционального преобразователя, второй и третий входы которого подключены соответственно к ,выходам блока задания температурных коэффициентов и усилителя постоянного тока, вход которого соединен с первым входом счетчика и с выходом датчика тока, второй вход счетчика подключен к выходу блока задания начальных условий.
2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что регулятор напряжения содержит пороговые элементы, фазосдвигающие элементы, задаюший генератор, цепочку из последовательно соединенных выпрямительных мостов, переключатели, каждый из которых подключен параллельно плечу соответствующего выпрямительного моста, в диагональ каждого из которых включена первичная обмотка соответствующего трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, средний вывод цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов подключен к выходу регулятора напряжения, первый вход которого соединен с диагональю первого выпрямительного моста, управляющие входы переключателей которого подключены к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с первыми входами фазосдвигаюших элементов, выходы которых подключены к управляющим входам двух переключателей соответствующего выпрямительного моста, вторые входы фвзосдвигающих элементов попарно подключены к первым и вторым выходам соответствующих пороговых элементов, входы которых объединены и являются вторым входом регулятора напряжения, третий выход задающего генератора соединен с унравляюпщми входами двух выходных переключателей, каждый из которых подключен параллельно соответствующим выпрямитепьным элементам, последовательно соединенным между собой и соединенным с крайними выводами цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
% 432540, кл. 6 06 G 7/48, 1973.
734742 10
2 Авторское свидетельство СССР по заявке М 2308431/18-24, кл. Q 06 G 7/63, 1976, по которой ринято положительное решение (прототип),
